Скобы с отсчётным устройством: Методические указания к лабораторной работе по курсу ''Методы и средства измерений, испытания и контроля''

Министерство образования Российской Федерации

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра метрологии, стандартизации и сертификации

В.А. Никитин

Е.В. Бабич В.А. Петин

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторным работам по курсу

“Методы и средства измерений, испытания и контроля” Скобы с отсчётным устройством

Оренбург 2000

ББК 10 Я7 Н 62 УДК 389 ( 07)

Скобы с отсчётным устройством 1 Правила техники безопасности Учащийся, не прошедший инструктаж по технике безопасности к работам в лаборатории не допускается. Правила по технике безопасности должны быть вывешены в лаборатории на видном месте. Некоторые из общих правил приведены ниже. В лаборатории запрещается находиться в верхней одежде, громко разговаривать, находиться на чужих рабочих местах, переходить на следующий стол без разрешения, оставлять место без присмотра, выходить из лаборатории без разрешения, оставаться одному в лаборатории: обязательно присутствие второго лица для оказания взаимной помощи при несчастном случае. Учащиеся обязаны перед выполнением работы ознакомиться с заданием; после окончания работы привести в порядок рабочее место и сообщить лаборанту об окончании работы. Не допускается разборка прибора.

2 Цель работы 2.1 Знакомство с конструкцией и назначением прибора, приобретение навыков в обращении с ним. 2.2 Определить действительные размеры деталей и дать заключение о их годности. Работа выполняется в течение 4-х часов. Для выполнения работы необходимы: рычажная скоба (СР 50 ГОСТ 11098-75), плоскопараллельные меры длины (ГОСТ 9036-90), цилиндрическая деталь, линейка, циркуль, карандаш, таблица функции Лапласа. / 1 /

3 Подготовка к выполнению работы В процессе подготовки студент должен изучить разделы курса “Измерительные средства для линейных размеров", касающиеся выполнения данной работы, по учебникам, рекомендованным в разделе “Список использованных источников”, а также по конспектам лекций. Пользуясь настоящим методическим пособием, студент должен: а) Уяснить цель работы, её содержание и порядок выполнения; б) Определить основные данные инструмента и записать в соответствующую графу карты: Занести в карту результаты наблюдений при измерении объекта измерения; 2) Произвести обработку результатов наблюдений; 3) Начертить схему замера цилиндрической детали. в) Ответить на вопросы самоконтроля на странице 19.

4 Теоретическая часть 4.1 Сведения об измерениях Измерения проводят как с целью установления действительных размеров изделий и соответствия их требованиям чертежа, так и с целью проверки точности технологической системы и наладки ее для предупреждения появления брака. Измерение - это процесс получения и обработки информации с целью нахождения числового значения измеряемой величены, выражаемой в принятых единицах. Для определения действительного значения измеряемой величины с допустимой погрешностью применяют рабочие меры, измерительные инструменты и приборы, градуировку шкал, проверку которых производят по образцовым измерительным приборам. В зависимости от способа определения действительного значения измеряемой величины различают прямые и косвенные измерения, а в зависимости от применяемых средств измерений и приемов их использования методы измерения бывают следующие: а) непосредственный (абсолютный); б) относительный (сравнительный); в) дифференцированный (поэлементный); г) комплексный. По способу воздействия измерительного устройства, прибора и измеряемого объекта различают контактные и бесконтактные способы измерения. Под абсолютным методом измерения понимают измерения, при

которых значения всей измеряемой величины (размера) оценивают непосредственно по показаниям измерительного средства. Примером абсолютного метода измерения размеров деталей являются измерения при помощи штангенциркуля, рычажного микрометра и других измерительных средств. Относительным методом измерения называют метод, основанный на сравнении измеряемой величины (размера) с заранее известным значением меры. Примерами относительного метода измерения являются измерения при помощи рычажных скоб, индикаторов.

4.2 Краткие сведения о средствах измерения Средства измерения, применяемые в машиностроении по назначению можно разделить на универсальные и специальные. Специальные средства предназначены для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа. По числу параметров, проверяемых при одной установке детали, различают одномерные и многомерные измерительные и контрольные средства, а по степени механизации процесса измерения – неавтоматические (ручного действия), механизированные, полуавтоматические и автоматические. Универсальные измерительные средства можно разделить на измерительные приборы и измерительные инструменты.

5 Порядок выполнения работы 5.1 Ознакомление с конструкцией и назначением скобы с отсчётным устройством ГОСТ 11098-75 Скобы с отсчётным устройством ГОСТ 11098-75. Настоящий стандарт распределяется на скобы с пределами измерений до 1000 мм, оснащены отсчётным устройством с ценой деления 0,002 и 0,010 мм, предназначены для линейных измерений. Стандарт не распространяется на скобы специального назначения. 5.1.1 Типы, основные параметры 5.1.1.1 Скобы с отсчётным устройством должны изготовляться 3 типов; СР - рычажные, со встроенным в корпус отсчётным устройством. СИ - индикаторные, оснащенные измерительными головками. CРП - рычажные, повышенной точности, со встроенным в корпус отсчётным устройством. 5.1.1.2 Основные параметры скоб должны соответствовать указанным в

таблице 1 Таблица 1 - Основные параметры скоб Тип ско бы

Диапазон измерения скоб, мм

Отсчётное устройство Цена деления, мм

СР

0-25 25-50 50-75 75-100 100-125 125-150

0,002

Диапазон Количество перемещения переставных переставной пяток, штук пятки, мм

Диапазон измерения, мм 0,01

25

Примером условного обозначения рычажной скобы измерения 25-50 мм.

1

с

диапазоном

Скоба СР ГОСТ 11098-75 5.1.2 Технические требования 5.1.2.1 Скобы с отсчётным устройством следует изготовлять в соответствии с требованиями настоящего стандарта, по конструкторской документации, утвержденной в установленном порядке. 5.1.2.2 Предельные допустимые погрешности скоб в любом рабочем положение при температуре окружающей среды должен соответствовать значениям, указанным в таблице 2. Таблица 2 - Предельные допустимые погрешности скоб Тип ско бы

СР

Диапазон Предел допускаемой погрешности в интервалах шкалы, мм измерений скоб, мм На На ±10 делений Св.±10 делеот нулевого ний от нуле- нормированном участке участке 0.1 мм 3 мм штриха вого штриха 0-25 25-50 50-75 ___ ___ ±0.001 ±0.002 75-100

100-125 125-150 7 5.1.1.3 Размах показаний не должен превышать 1/3 цены деления отсчётного устройства. 5.1.2.4 Измерительная поверхность переставной пятки и упора должна быть плоской, а подвижная пятка - плоской у скоб с верхним пределом измерений до 200 мм и сферической с радиусом сферы от 80-100 мм - у скоб с верхним пределом измерений не более 200 мм. 5.1.2.5 Отклонение от плоскостности и параллельности измерительных поверхностей скоб не должны превышать величин, указанных в таблице 3. Таблица 3 - Отклонение от плоскостности и параллельности измерительных поверхностей скоб Тип ско бы

Допуск

Диапазон измерений скоб, мм

Плоскостности в интерференционных полосах, мкм СР

0-25 25-50 50-75 75-100 100-125 125-150

2

Параллельный при закреплённом штопоре, мкм 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

5.1.2.6 Сферические и плоские измерительные поверхности пяток скоб должны быть оснащены твёрдым сплавом. 5.1.2.7 Шероховатость измерительных поверхностей пяток –

Ra <=0,040

мкм на базовой длине 0,25 , упоров - Ra <=0,320 мкм на базовой длине 0,25. 5.1.2.8 Номинальный диаметр пятки скоб должен быть не менее 8 мм. 5.1.2.9 Корпус скоб должен быть настолько жёстким, чтобы измерения показаний скоб от изгиба, при усилии в 10Н направленном по оси измерения, не превышало величин, указанных в таблице 4. Таблица 4 - Измерения показаний скоб от изгиба Верхний предел Допускаемое Верхний предел Допускаемое измерения скобы, измерение измерения скобы, измерение мм показаний от мм показаний от изгиба, мм изгиба, мм 25,50 0.002 500 0.010 75,100,125,150 0.003 600 0.012

5.1.2.10 Полный средний срок службы до списания скоб СР - 2 года. 5.1.2.11 Срок сохраняемости - 2 года. Скоба состоит из корпуса 1, подвижного стержня 2, передвижного стержня 3, стопора 4, колпачка механизма 5 для перестановки стержня 3, кнопки арретира 6 (для отвода стержня 2), шкалы 7,стрелки 8, крышки 9 (в соответствии с рисунком 2). Пружина 10 обеспечивает постоянное измерительное усилие. Для измерения изделие помещается между измерительными стержнями 2 и 3. При перемещении подвижного стержня 2 происходит поворот рычага a, малое плечо r которого входит в паз этого стержня. Большое плечо рычага

R заканчивается зубчатым сектором б, который приводит во вращение триб в. Когда стержень 2 переместится на величину S, то дуговое перемещение зубчатого сектора составит (R/r) *S. Дуговое отклонение стрелки: tстр = (R*S*L)/(r*r1)

(1)

где r1 - радиус делительной окружности триба. Тогда передаточное отношение определится в формуле (2);

K= (R*S*L)/ (r*r1*S)=(R*L)/(r*r1)

(2)

где L - длина стрелки. Пружина 11 постоянно прижимает триб в к сектору, устраняя, таким образом, люфт. Скобу устанавливают на размер при помощи концевых мер длины.

5.2 Средства измерения. Концевые меры длины (ГОСТ 9038-90) Проверка точности рычажной скобы производится с помощью плиток, которые являются исходными измерительными средствами для контроля в машиностроении. Плитки обладают важным свойством, носящим название “притираемость”. При изготовлении точных изделий и т.п. измерительные поверхности двух плиток при контакте, под небольшим давлением (силой рук) и некотором относительном тангенциальном перемещении прочно сцепляются друг с другом. Явление притираемости объясняется молекулярным притяжением при наличии тончайших слоёв смазочной плёнки. Эта плёнка, имеющая толщину 0,02 мм остаётся между плитками после обычной подготовки их к работе. Свойство плиток притираться позволяет составлять из них различные блоки, размеры которые практически равны сумме размеров плиток, входящих в блок.

Рабочие размеры плиток устанавливаются в пределах от 0.3 до 1000 мм. Размер плиток считается расстояние между двумя измерительными поверхностями, из которых одна является поверхностью пластины, к которой плитка притёрта, а другая свободная поверхность плитки. При отклонении рабочих поверхностей от плоскости или параллельности за это расстояние принимается середина длины, т.е. длина перпендикуляра опущенного из середины верхней свободной измерительной поверхности на плоскую поверхность, к которой данная мера притёрта (в соответствии с рисунком 1) серединная линия

Рисунок 1- Концевая мера длины Согласно ОСТ 85000-89, плоскопараллельные концевые меры длины разделяются по точности изготовления на 5 классов и по точности аттестации на 6 разряд.

5.3. Условие задачи а) К каким видам измерений относится измерения по лабораторной работе? – прямым. б) К какой области измерений относится измерения по лабораторной работе? - геометрической. в) Какими величинами необходимо оперировать в лабораторной работе? - микрометры. г) Какими методами измерений Вы собираетесь выполнять лабораторную работу? - относительный. д) Какой объект измерения (ОИ) предусмотрен лабораторной работой? любое тело вращения. (Анализ метрологической экспертизы по выбору средств измерения (СИ), даёт право на применение) е) Какие средства измерения (СИ) необходимы и достаточны для выполнения лабораторной работы? – рычажная скоба. (Анализ обоснования этого средства измерения (СИ) и какова вероятность при наблюдении в соответствии с полем допуска объекта измерения (ОИ))

ж) Какие вспомогательные средства необходимы для выполнения лабораторной работы? - концевые меры длины. з) Определите состав предельных погрешностей входящих в суммарную погрешность и определите предельный уровень ( диапазон) размеры: -ДZ=Дмод+Дм+Док+Дусл+До <= Дq

(3)

где Дq – предельная погрешность измерения, До – погрешность данного оператора. и) Опишите 6 мероприятий которые необходимо выполнить перед началом измерений по лабораторной работе: 1) ознакомиться с МВИ и последовательностью выполнения операции; 2) убедиться в наличии действующих свидетельств о поверке и калибровки; 3) выполнить операции по созданию необходимых условий измерений включая требования техники безопасности; 4) подготовить объект измерения и создать необходимые по НТД условия измерения установить в рабочее положение; 5) проверить действия органов управления; 6) провести 2-3 пробных наблюдений и сравнить результаты с ожидаемыми. к) Установите необходимое и достаточное число наблюдений выполнение которых с достаточной достоверностью необходимой для выполнения измерений по лабораторной работе: - 3 (Поле допуска вала соответствует 0,01, цена деления прибора 0,002 , то с высокой степенью вероятности равной 0,99 можно попасть в поле допуска вала) л) Относится ли Ваша лабораторная работа к однократными наблюдениями: - да (смотрите выше (к));

измерениям

с

м) Относится ли Ваша лабораторная работа к измерениям с многократными наблюдениями: - нет; н) Обработка результатов наблюдений и оценивания погрешности измерения: 1) Какая формула вычисления доверительной границы НСП и что такое НСП?

m1

И(P)=K(P)

2 Θ ∑ j j =1

(4)

где (Р) - коэффициент определяемый принятой составляющих НСП ;

Р(х)

и числом m1,

2) Какая формула вычисления СКО и что такое СКО?

m S(x)=

2

∑ Si 2

i =1

( x)

(5)

где S(x) – СКО, среднеквадратическое отклонение случайных величин. Оформление результатов наблюдений в таблицу 5 со сравнительными параметрами заданными в НТД если измерения связаны с испытаниями или с контролем качественной продукции. Таблица наблюдений Порядковый № наблюдений при измерении

5

-

измерительных

(испытательных,

контрольных)

Нормы параметров из ТУ, НТД, чертежа, тех. Процесса и т.д.

Средне суммар -ный результат Результаты измерений после обработки наблюдений

5.4 Измерение диаметра цилиндрической детали рычажной скобой 5.4.1 Определить основные данные инструмента и записать в соответствующую графу карты измерительных наблюдений. 5.4.1.1 Отвернуть колпачок 5 в (соответствии с рисунком 2) установить рычажную скобу на нуль и зафиксировать стопором 4. 12 Установку производить по блоку концевых мер длины (плиток). Размер блока подобрать так, чтобы были выдержаны два условия: а) количество плиток должно быть минимальным (не более трех); б) отклонение стрелки (красной) при измерении детали должны укладываться в пределы показаний шкалы скобы. Ввести между измерительными поверхностями 2 и 3 скобы блок

концевых мер. Установить стрелку прибора на нуль и закрепить винтом 4. Черные стрелки 8 – это указатели границ поля допуска при контроле партии деталей. 5.4.2 Занести в карту предельные размеры. 5.4.2.1 Вынуть блок концевых мер длины. Замерить деталь согласно схеме (в соответствии с рисунком 3). Отсчет по шкале прибора с соответствующим значением записать в карте измерительных наблюдений. 5.4.3 Определить действительный размер вала.

Рисунок 2 – Рычажная скоба

А

Б

В

1 А-А(Б-Б,В-В)

2

8±0,005

2

А

Б

В

1

Рисунок 3 – Схема замера цилиндрической детали рычажной скобой

6 Пример обработки результатов наблюдений 6.1 Цель работы: - Знакомство с конструкцией и назначением прибора, приобретение навыков в обращении с ним; - Определить действительные размеры деталей и дать заключение о их годности.

6.2 Оформление результатов наблюдений в таблицу 6 со сравнительными параметрами в НТД, если измерения связаны с испытаниями или с контролем качественной продукции: Таблица 6 - Измерительных наблюдений Порядк овый номер наблюдений при измерении

Нормы параметров из ТУ, НТД, чертежа, технического процесса и т.д.

Предел измерения, мм

Цена деления шкалы, мм

Диапазон измерений, мм

Погреш- Диаметр вала, мм ность показания СР, мм

Показан Средний ия СР, суммарный результат, мм мм

1 2 3

25-50

0,002

±0,14

0,002

7,9960 8±0,005 7,9956 7,9950

7,9955

6.3 Обработка результатов измерений Целью обработки результатов измерений (наблюдений) является установления значения измеряемой величины и оценка погрешности полученного результата измерения. Методы обработки результатов наблюдений могут быть разными в зависимости от предварительной информации, которой располагает экспериментатор об источниках и характере проявления погрешностей, условиях эксперимента, свойствах используемых средств измерений, числа выполненных наблюдений и других причин. /2/ При обработке результатов наблюдений необходимо пользоваться следующими основными формулами: а) Оценка математического ожидания случайной величины результатам отдельных наблюдений среднее арифметическое:

Х1,Х2,...Хn

X

по

этой величины является

_

X=(X1+X2+…+Xn)/n где n – число наблюдений величины X

(6)

тогда _

X=(7.9960+7.9956+7.9950)/3=7.9955 мм, б) Проводятся 3 наблюдения при измерениях и есть их различия по величине -Хmax и Хmin, то поправки существуют и следует оценить норму однократности измерений. К такой норме относится известная зависимость:

И(P)/S(х)>8

(7)

m1

где

И(P)=K(P)

2 Θ ∑ j j =1

m2

∑ S (x ) S(x)=

i =1

2 i

n −1

К(Р) - коэффициент, определяемый принятой Р(Х) и числом m1, составляющих НСП: Иj - найденные нестатистическими методами Здесь:

составляющей НСП (неисключённым остатком границы j-й систематических погрешностей ), представляющей границы интервала, внутри которой находится эта составляющая, определяемые при отсутствии сведений о вероятности её нахождения в этом интервале. При

Р=0,9 и 0,95

К(Р)=0,95 и 1,1,

соответственно, при любом числе измерительных наблюдений слагаемые m1 и при P = 0,99 значения K(P)будут следующие:

m1 2 3 4

K(P) 1,2 1,3 1,4

S(X) - СКО, среднеквадратичное отклонение случайных величин. Допустим, получены 3 наблюдения измерений Xmax = 7,9960 мм, Xi = 7,9956 мм, Xmin = 7,9950 мм. Граница доверительной вероятности разброса результатов наблюдений - Xmax - Xmin. Необходимо сравнить величину этой границы с величиной поля допуска в НТД, сколько раз 16 вмещается эта граница в величину поля допуска? Если вмещается как минимум один раз с вероятностью 0,99 и 1,0, то априорная информация обеспечивается на 100% и однократность измерения обеспечивается. Если этого оценить сразу нельзя, делается расчёт вышеуказанной зависимости.

(Xmax - Xmin)*E2+(Xmax - Xi)*E2+(Xi - Xmin) *E2= извлечение кв. корня и умножается на 1, 3, получаем НСП=Иj. НСП - неисключённый остаток систематической погрешности, от которой нельзя избавиться.

S(X) – среднеквадратическое от наблюдений: S(X) =

(X

max

− X ) * E 2 + (X i − X ) * E 2 + ( X min − X ) * E 2

/ (n-1)

извлечение квадратного корня, получаем СКО=S(x)

S(x)=

(7.9960 − 7.9955)2 + (7.9956 − 7.9955)2 + (7.9950 − 7.9955)2

(3 − 1) =0.0050

Делим Θi на S(x), если Θi(P)/S(x)<0.8, то величиной Θi(P)- НСП пренебрегают и окончательно принимают за погрешность результата измерения.

0.016/0.050 < 0.8 ДP=Z1,2*S(x)=е(P)

(8)

где Z1,2 – коэффициент Лапласса по специальным таблицам от вероятности Р /1/ тогда ДP=1.414*0.050=0.00707 Результат измерения __

А=X ± е(P) тогда

А=7.9955±0.00707 Выводы по лабораторной работе - ознакомилась с конструкцией и назначением рычажной скобы, приобрела навыки работы в обращении с ней; - определила действительные размеры вала и дала заключение о годности детали; - установила, что измерения однократные методика выполнения измерений (МВИ) не может быть совмещена с инструкцией на эксплуатацию СИ и норму, заложенную в НТД - (КД, ТД и техническую инструкцию)

Список использованных источников 1 Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. – Л.; Энергоатомиздат, 1990 – 288 с.; ил. 2 Белкин И.М. Средства линейно-угловых измерений: Справочник - М.: машиностроение, 1987-368 с.; ил. 3 ГОСТ 11098 - 75. Скобы с отсчётным устройством. – М.; Издательство стандартов, 1985 – 9 с. 4 ГОСТ 9038 - 90. Плоскопараллельные концевые меры длины. – М.; Издательство стандартов, 1991 – 10 с. 5 Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное пособие для работников метрологических служб: В 2-х кн. - 3-е изд., перераб. и доп.-М., Изд-во стандартов, 1990-кн.1- 428 с.; ил. 6 А.Н.Журавлёв Допуски и технические измерения. Изд.3-е перераб.: Учебник для профессиональных техникумов и технических училищ. - М., Высшая школа, 1969.-220 с.; ил. 7 Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов Б.Я.Авдеев, Е.М.Антонюк, Е.М.Душин и др.; под ред. Е.М.Душина - 6-е изд., перераб. И доп. - Л.; Энергоатомиздат. Ленинградское отд-ние, 1987 - 480 с.; ил.

Приложение А (обязательное) ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ "СКОБЫ С ОТСЧЁТНЫМ УСТРОЙСТВОМ".* Перечень (примерный объём) разделов отчета. 1 Цель работы (треть страницы). 2 Карта измерительных наблюдений (треть страницы). 3 Расчёт измерений после обработки наблюдений (половина страницы). 4 Схема замера цилиндрической детали (половина страницы).

Исполнитель – студент____________ Ф.И.О.подпись Принял_________________________ Ф.И.О.подпись

___________________________________________________________________ * Отчёт выполняется на листах писчей бумаги формата А4, в соответствии с правилами оформления текстовых документов. 19

Приложение Б (справочное) ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ 1 К каким видам измерений относится измерение по лабораторной работе? а) линейно-угловые; б) прямые; в) геодезические. 2 К какой области измерений относится измерение? а) геометрические; б) физические; в) химические. 3 Какими величинами необходимо оперировать? а) градусы Цельсия; б) микрометры, миллиметры; в) вольты, амперы. 4 Какими методами измерений Вы собираетесь выполнять лабораторную работу? а) совмещение с осью; б) относительный; в) косвенный; 5 Какой объект измерения предусмотрен? а) вал; б) редуктор; в) температура масла. 6 Какие средства измерения необходимы и достаточны? а) микрометр; б) рычажная скоба; в) линейка. 7 Какие вспомогательные средства необходимы? а) циркуль; б) карандаш; в) концевые меры длины. 8 Установить необходимое достаточное число наблюдений. а) 50; б) 3; в) 21. 9 Относится ли Ваша лабораторная работа к измерениям с однократными наблюдениями? а) нет; б) да.

10 Относится ли Ваша лабораторная работа к измерениям c многократными наблюдениями? а) нет; б) да. 11 Обработка результатов наблюдений и оценивание погрешностей измерений. а) Какая формула вычисления доверительной границы НСП и что такое НСП?

m1

1)

2 Θ ∑ j

И(P)=K(P) m2

∑

2) е(P)=t

;

j =1

j =1

2 Sj

(x)

.

б) Какая формула вычисления СКО и что такое СКО ?

2 ( Xi − X ) ∑ n

1)

д=S=

n −1

j =1

∑ (X n

2) S

(X ) =

S n

=

i =1

i

− X

)

2

n (n − 1)

12 Параметры из НТД, являющиеся нормой для результатов измерений для сравнения при испытаниях и контроле: а) годность; б) перпендикулярность; в) параллельность.