Стандартизация, сертификация и метрология: Сборник методических указаний к лабораторным работам

КАМЧАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И УСТАНОВОК

СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ И МЕТРОЛОГИЯ Сборник методических указаний к лабораторным работам для студентов специальностей: 2409 «Эксплуатация судовых энергетических установок» 1711 «Монтаж, техническое обслуживание и ремонт холодильно-компрессорных машин и установок» 2405 «Морское судовождение»

Петропавловск- Камчатский, 2001

УДК 620.186 ББК 34.40 C 46 АВТОРЫ Заляева Г.О. , ассистент Алексейчук С.И., инженер

Сборник методических указаний к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Стандартизация, сертификация и метрология” составлены в соответствии с Государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования для студентов специальностей: 2409 “Эксплуатация судовых энергетических установок”, 1711 «Монтаж, техническое обслуживание и ремонт холодильнокомпрессорных машин и установок» и 2405 “Морское судовождение”. Сборник методических указаний рассмотрен и одобрен на заседании кафедры холодильных машин и установок 15 ноября 2000 года, протокол № 2 . Одобрено цикловой комиссией ХМ и У « 15 » ноября 2000 г. протокол № 2.

© КГТУ, 2001

СОДЕРЖАНИЕ Введение

4

Лабораторная работа № 1. Выбор средств измерений, составление блока концевых мер и проверка мерительного инструмента

5

Лабораторная работа № 2 Точность размера и формы цилиндрических поверхностей

11

Лабораторная работа № 3 Измерение нониусными инструментами. Определение годности детали

20

Лабораторная работа № 4 Контроль шероховатости поверхности

26

Лабораторная работа № 5 Измерение конусов

33

Литература

45

3

ВВЕДЕНИЕ Дисциплина “Метрология, стандартизация и сертификация” является важной составной частью цикла общеинженерных дисциплин. Внедрение международных стандартов ИСО, постоянно повышающиеся требования к качеству продукции и услуг, обуславливают необходимость подготовки специалистов, которые могли бы понимать принципы системы качества, обладающие широким научно-техническим кругозором. Целью данного курса является ознакомление студентов с принципами взаимозаменяемости, государственной и международной системами стандартизации и сертификации, основами технических измерений в судовом машиностроении, правилами назначения допусков и посадок для различных типов соединений, а также с требованиями практики, определяющими надежность и необходимость применения стандартов в учебной, научной и инженерной деятельности. Стандартизация должна быть использована на всех стадиях жизни различных судовых систем. При изготовлении, а также при эксплуатации каждой детали в процессе придания ей заданного размера и формы необходимо выявлять полученные в результате обработки и эксплуатации размеры и форму поверхности. Величина действительного размера должна быть выявлена измерением, и это измерение нужно выполнять с необходимой точностью, или, как принято говорить, с допустимой погрешностью. Это означает, что для измерения размера детали следует применять такое средство (инструмент, прибор) и выполнять приемы измерения так тщательно, чтобы погрешность этого измерения оказалась не больше допустимой, иначе качество детали будет оценено неправильно. Может оказаться, что годная деталь из-за большой погрешности измерения будет браком или, наоборот, испорченная деталь будет объявлена годной. 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 ВЫБОР СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ. СОСТАВЛЕНИЕ БЛОКОВ КОНЦЕВЫХ МЕР И ПРОВЕРКА МЕРИТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Освоение техники составления блоков из наименьшего числа единичных плиток, отработка навыков притирки плиток на молекулярный контакт, проверка точности показаний микрометра на собранном блоке и на отдельных мерах. 2. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ. Набор плоскопараллельных концевых мер, принадлежность к концевым мерам, микрометр, ветошь, спирт, вата, марля (бязь). 3. ЗАДАНИЕ 1.Составить блок концевых мер заданного размера с притиркой плиток на молекулярный контакт. 2. Проверить точность показаний микрометра. 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Основное уравнение измерения имеет вид: Q = q × U, где: Q – значение физической величины; q – числовое значение физической величины в принятых единицах; U – единица физической величины. Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, принятая по согласованию в качестве основы для качественного оценивания физических величин той же породы. Измерения производят с целью установления действительных размеров изделий и соответствия их требованиям чертежа. Процесс получения и обработки информации об объекте (параметрах детали, механизма и т.д.) с целью определения его годности или необходимости воздействия на факторы, влияющие на объект, называются контролем.

5

Технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерения. К основным метрологическим показателям средств измерения относятся: Цена деления шкалы - разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Цена деления шкалы не является точностью прибора! Точность прибора определяется погрешностью и может быть больше или меньше цены деления. Интервал деления шкалы – расстояние между двумя соседними отметками шкалы. У большинства измерительных средств интервал деления составляет от 1 до 2,5 мм. Диапазон измерений – область значения измеряемой величины, в пределах которой нормированы допустимые погрешности средства измерений. Допускаемая погрешность измерительного средства Δ – наибольшая погрешность, при которой измерительное средство может быть допущено к применению. Определяют допускаемую погрешность измерительного средства по ГОСТ 8.051-81. Пределы измерений измерительного средства – наибольший и наименьший размеры, которые можно измерить данным средством. Пределы измерений по шкале – наибольшее и наименьшее значение размера, которое можно отсчитать непосредственно по шкале. При использовании средств измерения возникают погрешности измерения. Погрешность измерений Δизм. – это отклонение результата измерения Хi от истинного значения Хист: Δизм = Хi – Хист Предельные погрешности измерения Δ выявлены теоретическим и экспериментальным путем и опубликованы. Погрешности измерений подразделяют на систематические, случайные и грубые (промахи). ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ КОНЦЕВЫЕ МЕРЫ Для воспроизведения длины в промышленности широко используются концевые меры (плитки Иогансена). Плоскопараллельные концевые меры предназначены для проверки и на6

стройки различных измерительных средств. Они имеют разные размеры и комплектуются в наборы непосредственного измерения линейных размеров, для поверки, настройки измерительных приборов, инструментов, станков и т.д. Плоскопараллельные концевые меры - меры, изготовленные в виде бруска прямоугольного сечения с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями. Благодаря способности к притираемости (т.е. к сцеплению), обусловленной действием межмолекулярных сил притяжения, концевые меры можно собирать в блоки нужных размеров, которые не распадаются при перемещениях. Рабочим размером концевой меры является длина перпендикуляра, опущенного из любой точки измерительной поверхности концевой меры на ее противоположную измерительную поверхность. Плоскопараллельные концевые меры подразделяются по точности изготовления, т.е. по величине допуска на изготовление, на три квалитета (01,0,1), а по точности аттестации рабочих размеров, т.е. по точности, с которой измерен размер самой плитки, на пять разрядов (1,2,3,4,5). Плиткам, у которых наиболее точно аттестованы размеры, присваивается 1-й разряд, а плитки 5-го разряда имеют более грубую аттестацию размера. При помощи плиток можно составлять наборы различных размеров, для чего несколько плиток притираются друг к другу и собираются в блоки из двух, трех, но не более четырех плиток. Блок концевых мер следует собирать из минимального количества мер, чтобы уменьшить число составляющих погрешностей измерений из-за неточностей каждой меры и их соединения. МИКРОМЕТРИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ Микрометрические измерительные инструменты основаны на использовании винтовой пары (винт-гайка), которая преобразовывает вращательное движение микровинта в поступательное. Большинство микрометрических приборов имеет винт с шагом, равным 0,5 мм, поэтому поворот винта в гайке на 360о вызывает его перемещение вдоль оси на 0,5 мм. Микрометры предназначены для измерения линейных размеров прямым абсолютно контактным методом. 7

Приборостроительные заводы выпускают следующие микрометрические инструменты: - микрометры гладкие для измерения наружных размеров; - нутрометы для определения внутренних размеров; - глубиномеры и т.д. Измерительная сила у микрометров равна 500+ 200 сН. Отсчетное устройство микрометрических инструментов состоит из двух шкал: продольной и круговой. Продольная шкала имеет два ряда штрихов, расположенных по обе стороны горизонтальной линии и сдвинутых относительно друг друга на 0,5 мм. Оба ряда штрихов образуют, таким образом, одну продольную шкалу с ценой деления, равной шагу микрометра. Круговая шкала обычно имеет 50 делений (при шаге винта 0,5 мм). По продольной шкале отсчитывают целые миллиметры и о,5 мм, а по круговой шкале - десятые и сотые доли миллиметра. 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 5.1. Составить блок концевых мер заданного размера. Составление блока заключается в притирке между собой на молекулярный контакт концевых мер, выбранных путем расчета. Первая мера должна содержать тысячные доли миллиметра, вторая - сотые, и, если возможно, десятые в зависимости от имеющегося набора так, чтобы остаток представлял целое число или целое с десятыми долями (0,5 мм). Этот остаток показывается одной, двумя мерами. ПРИМЕР: Требуется собрать блок 67,895 мм из набора мер из 103 плиток. _ 67,895 - 1 мера 1,005 -------остаток 66,890 1,39 - 2 мера -------остаток 65,500 5,500 - 3 мера -------60,000 - 4 мера 8

Таким образом, блок будет состоять из следующих мер: 1,005 + 1,390 + 5,500 + 60,000 = 67,895. 5.1.2. Перед притиркой очистить меры, протерев их вначале сухой мягкой тканью, затем тканью, смоченной в бензине. 5.1.3. Притереть меры. Притирку лучше начинать с мер малого размера, последовательно притирая к ним меры большего размера. При обнаружении забоин или пятен ржавчины на измерительных поверхностях, замените плитки другими, размеры дефектных плиток и характер дефекта покажите в отчете. 5.2. Проверить точность показаний микрометра. 5.2.1. Отрегулировать микрометр на нуль. 5.2.2. Микрометром, отрегулированным на нуль, проверить один раз показание микрометра на блоке концевых мер. Записать в табл.1 истинный размер блока и показание микрометра. Результат измерений должен сниматься со шкалы микрометра с точностью не выше 0,005 мм (т.е. половины цены делений барабана). Убрать с блока концевую меру меньшего размера, проверить показание микрометра на оставшемся блоке и записать в таблицу истинный размер оставшегося блока и показание микрометра. Далее повторить все до тех пор, пока не останется одна мера или размер блока не выйдет за пределы измерения данным микрометром. Погрешность измерения определяется как разность между показанием микрометра и истинным размером блока при каждой проверке: Δизм =xi - xист Таблица 1 Размер бло- Показание мик- Погрешность изме- Предел допускаемой пока рометра рения,Δизм , мкм грешности Δс.и, Х, мм Хi ,, мм мкм (табл.2)

9

За погрешность микрометра принимается наибольшая абсолютная погрешность измерений. 5.2.3. Дать заключение о годности микрометра для измерения по условию Δизм Δ н д c учетом, что для деталей общего машиностроения степень точности формы обычно на единицу меньше квалитета размера. 6.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 6.1. Название, цель работы. 6.2. Конкретное задание. 6.3. Используемые инструменты (наименование, тип, модель, цена деления, пределы измерений, предел допускаемой погрешности измерения). 6.4. Эскиз детали с указанием требований точности. 6.5. Результаты измерений и расчетов, сведенные в таблицы 5 и 6. 6.6. Заключение о годности детали. Таблица 4 Наименование поверхности Результат измерений Номер сечения

А Б В Г

I-I II - II III - III Действительное отклонение профиля продольного сечения Δ = g 19

Действительное отклонение от круглости

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 7.1. Что такое поле допуска, как оно изображается? 7.2. Как обозначаются предельные отклонения на размер вала и отверстия? 7.3. Как определяется годность детали по результатам измерений? 7.4. Какое отклонение на размер считается основным? 7.5. Что такое квалитет? 7.6. Что такое допуск отклонения формы? 7.7 .Что такое допуск расположения поверхностей? 7.8. Как обозначаются допуски формы и расположения поверхностей на чертежах? 7.9. Приведите примеры обозначений полей допусков на чертежах. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 3 ИЗМЕРЕНИЕ НОНИУСНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомиться с конструкцией нониусных инструментов. Освоить технику измерения ими, научиться определять систематическую, случайную и суммарную погрешности измерения. 2. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ. Штангенциркуль, штангенглубиномер, штангенрейсмус, детали для измерений. 3. ЗАДАНИЕ Измерить наружный и внутренний диаметральные размеры на заданных деталях, определить погрешности измерения, дать заключение о годности деталей. 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Погрешности измерений подразделяют на систематические, случайные и грубые (промахи). Систематической называется такая погрешность, значение которой при повторных измерениях повторяется или закономерно 20

изменяется. Эти погрешности либо увеличивают результат каждого измерения, либо уменьшают его на одну и ту же величину. Влияние систематических погрешностей можно устранить, если ликвидировать причины их появления или внести поправку в результат измерений, равный величине погрешности, но с обратным знаком. Например: это делается, если известно, что часы уходят вперед на 3 мин. Случайной называется погрешность измерения, принимающая при повторных измерениях одной и той же величины и в тех же условиях разные значения по величине и знаку. Случайные погрешности вызываются многочисленными случайными причинами: влиянием неодинаковости измерительного усилия, влияние зазора между деталями измерительного прибора, погрешностью при отсчете показаний прибора и др. Штангенинструменты являются универсальными измерительными средствами К штангенинструментам относятся: - штангенциркули, предназначенные для измерения внутренних и наружных размеров; - штангенглубиномеры, предназначенные для контроля глубины отверстий и пазов; - штангенрейсмусы, предназначенные для разметочных работ и определения высоты деталей. Отсчетным устройством в штангенинструментах является линейный нониус. Это приспособление позволяет отсчитывать дробные доли интервала делений основной шкалы штангенинструмента. Нониусы изготавливают с ценой деления 0,1 и 0,05 мм. Интервал деления нониуса “а” меньше, чем интервал деления основной шкалы “а” на величину “с” - величина отсчета по нониусу. Нониус рассчитывают следующим образом: по заданной длине деления “с” основной шкалы, цене деления нониуса “i”, числу делений “γ“ основной шкалы, соответствующей цене деления нониуса (модуль нониуса), определяют число делений “n” нониуса ,длину деления “b” основной шкалы нониуса и длину “l” шкалы нониуса:

21

c n = --- ; b =γc - i; l = nb = n(γc - i). i Например, при i = 0,1 мм, с = 1 мм и γ = 2, число делений равно 10, длина деления b = 1,9 мм и длина шкалы l = 19 мм. Интервал деления шкалы нониуса “b” меньше, чем интервал деления основной шкалы “с” на величину “i”. При нулевом положении нулевые штрихи основной шкалы и шкалы нониуса совпадают. При этом последний штрих шкалы нониуса также совпадает со штрихом основной шкалы, определяющим длину l шкалы нониуса. При измерении шкала нониуса смещается относительно основной шалы, и по положению нулевого штриха шкалы нониуса определяют величину этого смещения, равную измеряемому размеру. Если нулевой штрих нониуса располагается между штрихами основной шкалы, то следующие за ним штрихи нониуса также занимают промежуточные положения между штрихами основной шкалы. Ввиду того, что деления шкалы нониуса от делений основной шкалы на величину “i”, каждое последующее деление нониуса расположено ближе предыдущего к соответствующему штриху основной шкалы. Совпадение какого-либо “к” штриха нониуса с любым штрихом основной шкалы показывает, что расстояние нулевого штриха основной шкалы, по которому производят отсчет целых делений, равно “ki”. Таким образом, отсчет измеряемой величины А по шкале нониуса складывается из отсчета целых делений по основной шкале и отсчета дробной части деления по шкале нониуса, т.е. A = N + k i, где A - измеряемая величина; N - количество делений по основной шкале. Штангенциркули выпускают трех типов: с двухсторонним расположением губок для наружных и внутренних измерений и с линейкой для определения глубины, двусторонним расположением губок для измерения и для разметки (цена деления нониусов 0,05 или 0,1 мм); с односторонними губками для наружных и внутренних измерений с ценой деления нониуса 0,05 или 0,1 мм. 22

Штангенциркули типа ШЦ - 1 выпускаются с пределами измерений 0 - 125 мм и с величиной отсчета по нониусу 0,1 мм. Штангенциркули типа ШЦ и ШЦШ выпускаются с различными пределами измерения ( верхний предел до 2000 мм) с величиной отсчета по нониусу 0,05 мм или 0,1 мм. Погрешность показаний штангенциркулей с величиной отсчета по нониусу 0,05 мм не должна превышать + 0,05 мм, а с величиной отсчета 0,1 мм - + 0,1 мм. ИЗМЕРЕНИЯ НОНИУСНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ Для измерения штангенциркулем наружных размеров, деталь зажимается между внутренними измерительными поверхностями губок и плотно, без качки. При измерении штангенциркулем внутренних размеров наружные измерительные поверхности губок и приводятся в соприкосновение со стенками отверстия. Результат измерения читается непосредственно по шкале с нониусом так же, как и при измерении наружных размеров. При измерении размеров штангенциркулем к отсчету по нониусу прибавляют размер толщины двух губок, который промаркирован на инструменте. 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 5.1. По полученной детали и чертежу, сделать эскиз измеряемой детали с буквенными обозначениями измеряемых величин. 5.2. По чертежу детали определить допуск на изготовление и уточнить предельные отклонения по ГОСТ 25347-82. 5.3. Произвести не менее пяти измерений каждого размера в одном и том же сечении и направлении. При обнаружении значения, резко отличающегося от остальных, произвести дополнительные измерения и, если отличающееся значение не повторится, исключить его как грубую ошибку. Результаты измерений занести в табл. 5. 5.4. Произвести обработку результатов измерений для определения суммарной погрешности измерения каждым инструментом: а) определить действительное значение размера как среднеарифметическое из всех измерений: 23

n Σхi i Х = ------. n б) определить случайную погрешность измерения (+ Δ ): Xi max - X = + Δ ; Xi min - X = - Δ ; в) определить суммарную погрешность измерения данным инструментом (приближенную) как сумму однозначных систематической и случайной погрешностей: Δ = Δ+ Δc. Данные о систематических погрешностях принять по табл.6. Сравнить полученные значения суммарных погрешностей с пределом допускаемой погрешности Δ с.и. (табл.6) для каждого инструмента и сделать заключение о точности проведенных измерений и состояния инструментов по условию: Δ < Δ с.и. 5.5. Определить, в соответствии с чертежом, предельные размеры детали, и, сравнив с действительными, сделать вывод о соответствии каждого размера указанному на чертеже. 6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 6.1. Наименование работы, цель. 6.2. Задание 6.3. Эскизы деталей с буквенными обозначениями размеров, подлежащих измерению. 6.4. Используемые инструменты (тип, модель, основные метрологические показатели). 6.5. Результаты измерений, сведенные в таблицу. 6.6. Заключение. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ Таблица 5 Размер по чертежу

Поле допуска

Предельные размеры

24

Действительный размер

Оценка годности

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 7.1. Назовите основные метрологические параметры штангенциркуля. 7.2. Чем отличается цена деления и точность прибора? 7.3. Чем отличается цена деления шкалы, указанной на средстве измерения с погрешностью измерения этим средством? 7.4. Что такое модуль нониуса? 7.5.Обьясните устройство и укажите область применения штангенинструментов. 7.6. Какие погрешности называются систематическими, случайными, грубыми? 7.7. Что такое погрешность измерения? 7.8. Как определить годность детали? 8. СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ Систематические погрешности инструментов (для учебных целей) Таблица 6 Наименование измерительного инструмента

Цена деления, i, мм

Систематическая погрешность Δс , мкм

Штангенциркуль Штангенглубиномер Микрометр Нутромер микрометрический Угломер

0,05 0,05 0,01 0,01 2

+ 30 - 25 - 2,5 + 3,5 -2

Предел допускаемой погрешности измерения различными средствами измерения Таблица10 Наименование измерительного инструмента 1

Штангенциркуль Штангенциркуль

Цена деления i, мм 2

Предел допускаемой погрешности Δс.и. , мкм для интервалов размеров, мм 1 - 18 18 - 30 30 - 50 50 - 80 80 - 120 3 4 5 6 7

Наружныйразмер 80 80 80 0,05 0,1

150

150

25

150

90

100

160

170

Микрометр гладкий (настройка по концевой мере) Угломер

0,01

5,5

6,5

7,5

4 2 Внутренний размер, глубина 150 150 150 0,05

Штангенциркуль Штангенцир0,1 куль Штангенглуби- 0,05 номер Нутромер мет- 0,01 рический

9,5

13

170

170

200

200

200

230

230

100

100

100

100

150

-

-

-

15

15

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 КОНТРОЛЬ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучение методов контроля шероховатости поверхности. 2. ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ Образцы шероховатости детали, детали для определения шероховатости. 3. ЗАДАНИЕ 3.1.Проанализировать чертеж детали и нормы на параметры, характеризующие шероховатость поверхности. 3.2. Измерить шероховатость поверхности и определить действительные значения параметров шероховатости поверхности. 3.3. Указать требования шероховатости поверхности на эскизе и дать заключение о годности детали. 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Понятие о шероховатости поверхности Объектом контроля является деталь, (чертеж выдается вместе с деталью) с нормированной шероховатостью поверхности.

26

Шероховатостью поверхности (см. рис. 9) называют совокупность неровностей профиля поверхности с относительно малыми шагами, рассматриваемых в пределах участка, длина которого равна базовой длине l. ПРОФИЛОГРАММА И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШЕРОХОВАТОСТИ

Рисунок 9 В отличие от отклонений формы и волнистости, к шероховатости относят отклонения поверхности, для которых выполняется условие: S/ R < 50, где R - высота неровностей поверхности; S - шаг неровности поверхности. Базовая длина l - это длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. Базовая длина служит началом отсчета ординат профиля. Базовая длина l выбирается так, чтобы при определении (изменении) параметров, характеризующих, например, высоту неровностей профиля, получать значения параметра наиболее точно соответствующее среднему значению (точнее, математическому ожиданию), т.е. наиболее вероятные для данной поверхности (профиля) значения. Очевидно, что для удовлетворения этого требования, следует выбирать длину как можно большую. Однако в отличие от номинального профиля, действительный профиль имеет отклонение формы и шероховатость. Поэтому необходимо выбирать базовую длину l так, чтобы при измерении на результаты не влияли погрешности формы или волнистость. Кроме того, профиль поверхности имеет периодический характер, поэтому 27

было бы необоснованно, с точки зрения требования высокой производительности, выполнять измерения на большой длине. Учитывая эти противоречивые требования, установлено, что базовая длина будет достаточной, если она будет включать пять характерных неровностей. Однако, при автоматическом контроле конструкция измерительного прибора будет проще, если задавать не количество неровностей, а непосредственно значение базовой длины. Для обеспечения единообразия, как результатов оценки шероховатости, так и измерительных приборов, значения базовых длин стандартизованы, причем учтена объективная закономерность, действующая при большинстве механических процессов обработки поверхностей: чем больше высота неровностей профиля, тем больше их шаг. В качестве базовой линии принимается средняя линия профиля m-m. Средняя линия профиля m-m (см. рис. 9) - это базовая линия, имеющая форму номинального профиля и делящая профиль так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально. Параметры, характеризующие шероховатость поверхности Для количественной характеристики шероховатости поверхности ГОСТ 2789-73 устанавливает параметры, которые условно можно разделить на три группы, характеризующие непосредственно: 1) высоту неровностей профиля; 2) шаг неровностей профиля; 3) площадь предполагаемого контакта. Все параметры, характеризующие шероховатость поверхности, определяются в пределах базовой длины. 1. К параметрам, характеризующим высоту неровностей профиля, относятся: Ra - среднее арифметическое отклонение профиля; Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra - среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины (рис. 9 ), т.е.: 1

Ra = -----∫ ⎜у ( х ) ⎜dx ( 1 ) l

28

или приближенно 1

Ra = ----- ∑ ⎜у i ⎜, ( 2 ) n где n - число измеряемых ординат у i в пределах базовой длины. Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz - среднее значение суммы абсолютных высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля, т.е. ⎜∑ H i max ⎜+ ⎜∑ H i min ⎜ Rz = ---------------------------. ( 3 ) 5 На некоторых измерительных приборах удобнее за начало отсчета принимать линию, параллельную средней и не пересекающую профиль. В этом случае, как видно из рис. 9 ∑ h i max - ∑ h i min Rz = ---------------------------. ( 4 ) 5 2. К параметрам, характеризующим шаг неровностей, относятся: Sm - средний шаг неровностей профиля; S - средний шаг неровностей профиля по вершинам. Средний шаг неровностей профиля Sm - среднее значение шага неровностей ( Smi ,cм. рис. 9) профиля в пределах базовой длины. ∑ Sm i Sm = ------------- , ( 5 ) n где n - число шагов в пределах базовой длины. Средний шаг неровностей профиля по вершинам S - среднее значение шага неровностей профиля по вершинам (Si см. рис. 9) в пределах базовой длины ∑ Si Sm = -------- , ( 6 ) n 3. Площадь предполагаемого контакта характеризуется параметром tp - относительной опорной длиной профиля. Относительная опорная длина профиля tp - это отношение опорной длины профиля ηp к базовой длине l 29

ηp tp = ------ 100 % . ( 7 ) l Опорная длина профиля ηp - это сумма длин отрезков, отсекаемых на заданном уровне в материале выступов профиля линией, эквивалентной средней линии, в пределах базовой длины (см. рис. 9) ηp = ∑ bi , ( 8 ) где n - число отрезков, образовавшихся на линии, эквивалентной средней в пределах базовой длины, в результате ее пересечения с профилем. Уровень p, на котором определяется опорная длина профиля, выбирается в процентах от наибольшей высоты профиля R max p p = --------- 100 % ( 9 ) R max При этом R max определяется как разность между линией выступов и линией впадин, которые эквидистантны средней линии и проходят соответственно через наивысшую и наинизшую точки профиля в пределах базовой длины. Нормирование шероховатости поверхности Нормирование шероховатости поверхностей осуществляется назначением предельного (или предельных) числового значения одного или нескольких параметров, рассмотренных выше. Такие значения должны выбираться из стандартных рядов чисел, установленных по ГОСТ 2789-73. Требования к шероховатости поверхности следует устанавливать, исходя из функционального назначения поверхности. Функциональное назначение поверхности определяет и выбор параметров для оценки шероховатости. Например, если деталь входит в сопряжение, к которому предъявляются требования по контактной жесткости, то одним из основных параметров необходимо выбрать tp, если эта поверхность еще и трущаяся, то tp и Ra (или Rz). Для деталей, к которым предъявляется требование высокой усталостной прочности, в качестве параметров для оценки шероховатости могут быть выбраны Rz или S. Установленные требования указываются на чертежах деталей (см. рис. 10). При этом рядом с услов 30

ным знаком ( ∨, ∨, ∨ ) пишется численное значение параметра, базовой длины (если она отличается от стандартной) и может быть указано направление контроля неровностей. УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ Вид обработки поверхности

Параметры шероховатости

Базовая длина Обозначение направления контроля

Знак Рисунок 10

В зависимости от метода обработки шероховатость обозначается одним из трех знаков: - вид обработки не устанавливается; - поверхность должна быть образована удалением слоя материала; - поверхность должна быть образована без удаления слоя материала.

31

Контроль шероховатости поверхности Контроль шероховатости поверхности может осуществляться: 1) сравнением реальной поверхности изделия с рабочими образцами шероховатости, которые имеют стандартные значения шероховатости разных классов, полученных точением, фрезерованием, шлифованием и т.д. 2) измерением параметров шероховатости с помощью щуповых и оптических приборов. 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 5.1. Определить ориентировочно класс чистоты поверхности проверяемой детали сравнением с образцами шероховатости. Пользуясь таблицей 12 , перевести в соответствующий параметр шероховатости согласно ГОСТ 2789-73. 5.2. Сделать эскиз детали с указанием шероховатости. 5.3. Сравнить полученные результаты с указанными на чертеже, а затем дать заключение о годности детали. 6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 6.1. Наименование, цель работы. 6.2. Задание. 6.3. Профилограмма. 6.5. Все измерения и расчеты, сведенные в таблицу 13. 6.6. Заключение о шероховатости детали. 6.7. Эскиз с обозначением шероховатости в соответствии с ГОСТ 2789-73. 7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 7.1. Что называется шероховатостью? 7.2. Какие нормирующие параметры шероховатости поверхности? 7.3. Обозначение шероховатости на чертежах. 7.4. Высотные параметры шероховатости. 32

8. СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ВЫБОР ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ Ra и Rz В СООТВЕТСТВИИ С КЛАССАМИ ШЕРОХОВАТОСТИ Таблица 11 Класс чистоты (по ГОСТ 2789-68) 1

Грубее 1 ∇1 ∇2 ∇3 ∇4 ∇5 ∇6 ∇7 ∇8 ∇9 ∇ 10 ∇ 11 ∇ 12 ∇ 13 ∇ 14

Шероховатость поверхности ( по ГОСТ 2789 -73), мкм параметры параметр предпочтительного применения, Ra 2 3

Rz 400 Rz 320 Rz 160 Rz 80 Rz 40 Rz 20 Ra 2,5 Ra 1,25 Ra 0,63 Ra 0,32 Ra 0,16 Ra 0,08 Ra 0,04 Rz 0,1 Rz 0,05

100 50 25 12,5 6,3 3,2 1,6 0,80 0,40 0,20 0,10 0,050 0,025 0,012 0,008

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ИЗМЕРЕНИЕ КОНУСОВ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение устройства синусной линейки и приобретение практических навыков в измерении конусности и определении годности конических поверхностей.

33

2. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ Синусная линейка, концевые меры длины, поверочная плита, индикатор часового типа. 3.ЗАДАНИЕ Определить отклонение от конусности для инструментального конуса и дать заключение о его годности. 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Основные параметры конусов и допуски угловых размеров Основные геометрические параметры конусов приведены на рис.11. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КОНУСА D

L d α

Рисунок 11 На рис. 11: D - диаметр большого основания; d - диаметр малого основания конуса; α - угол конуса (угол между образующей и осью конуса); L - длина конуса (расстояние между вершиной конуса или между основаниями конуса). 34

Параметры конуса составляют замкнутую цепь и связаны следующей зависимостью: D-d α С = ----------- = 2tg---- , (10) L 2 где С - конусность. Допуски на угловые размеры устанавливает ГОСТ 8908-81, который предусматривает следующие виды допусков углов и их обозначения: 1) для призматических деталей - рис. 12 а; 2) для конусов с конусностью до 1: 3 - рис. 12 б; 3) для конусов с конусностью свыше 1: 3 - рис. 12 в. Допуск угла - разность между наибольшим и наименьшими предельными углами - обозначается АТ: АТα - допуск угла, выраженный в угловых единицах; Атh - допуск угла, выраженный отрезком на перпендикуляре к короткой стороне угла, противолежащего углу АТα на расстоянии L 1 от вершины угла; АТD - допуск угла конуса, выраженный допуском на разность диаметров в двух нормальных к оси конуса сечениях на заданном расстоянии между ними. Устанавливают 17 степеней точности, которые обозначаются 1, 2, ... 17. Допуск угла по заданной степени точности обозначается буквами АТ и номером точности (АТ6; АТ7; АТ8). ВИДЫ ДОПУСКОВ УГЛОВ ATh L1 ATα/2

αmin а) 35

αmax

ATk/2

αmin

ATD/2

αmax L б)

L1 ATα 2

αmin

αmax ATD/2 в) Рисунок 12

Виды конических соединений Конические соединения по сравнению с цилиндрическими имеют ряд преимуществ (обеспечивают герметичность, высокую прочность и напряженность соединения, возможность легкого регулирования зазора и натяга с помощью измерения осе36

вого расположения деталей, самоцентрируемость и т.д.) и в некоторых случаях являются незаменимыми. В зависимости от натягов и зазоров конические соединения можно разделить на следующие виды: неподвижные соединения (с натягом), плотные (с возможностью скольжения) и подвижные (с зазором). В неподвижных конических соединениях под действием осевой силы происходит самоцентрирование и создается натяг. При этом обеспечивается легкая разборка и возможность регулирования натяга. При больших нагрузках и относительно малом натяге, при вибрациях в неподвижном коническом соединении предусматривается одна или две шпонки. В качестве примеров таких соединений можно назвать: соединения валопроводов судов; конические штифты и головки; уплотнительные пробки. Неподвижные конические соединения применяют также для крепления различных инструментов (сверл; разверток; зенкеров); для крепления быстросменных оправок и т.д. Плотные конические соединения обеспечивают герметичность. Их применяют для обеспечения газо-, водо- и маслонепроницаемости по сопрягаемым поверхностям и используют в кранах, штуцерах , в двигателях для посадки клапана в седло и т.д. Подвижные конические соединения допускают регулирование зазора и тем самым обеспечивают высокую точность вращения. Конические опоры вращения находят широкое применение в высокоточных оптико-механических и других приборах. Основными эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к коническим соединениям, являются: для подвижных соединений: обеспечение высокой точности центрирования, точности вращения и сохранения этой точности в процессе длительной эксплуатации; для неподвижных соединений: передача наибольшего момента трения, а также наибольшая надежность и долговечность. Для удовлетворения этих требований необходимо обеспечить наиболее полное прилегание поверхностей наружного и внутреннего конусов по всей длине. Наиболее полное прилегание конических поверхностей особенно важно для герметичных соединений. недопустимые перекосы, особенно если прилегание происходит не по большим, а по малым торцам конусов. 37

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КОНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Hk Ze d1

zps

D1 De

L0

L

Lв Lр Di

Zi

d2 D2

Bв

α Рисунок 13 На рис. 13 приведены основные геометрические параметры конического соединения. Наружный конус (Нк - вал) или внутренний (В в - отверстие) имеет следующие параметры: de и Di - номинальные (расчетные) диаметры соответственно наружного и внутреннего конусов; d1 и D1 - диаметр большого основания соответственно наружного и внутреннего конусов; d2 и D2 - диаметр малого основания соответственно наружного и внутреннего конусов; 38

Lв и Lо- длина наружного и внутреннего конуса; L р - длина конического соединения; z ps - начальное базорасстояние конического соединения; ze - базорасстояние наружного конуса; z i- базорасстояние внутреннего конуса. База конуса - плоскость, перпендикулярная к оси конуса и служащая для определения осевого положения основной плоскости или осевого положения данного конуса относительно сопрягаемого к ним конуса. Базорасстояние конуса - расстояние между основной и базовой плоскостями конуса. Базорасстоянием конического соединения - осевое расстояние между базовыми плоскостями наружного и внутреннего сопрягаемых конусов. Базорасстояние в конических соединениях может изменяться, а это изменение зависит от величины отклонений диаметров и углов наружного и внутреннего конусов. Базорасстояние связано с параметрами конусов следующей зависимостью: d1 - D1 z ps = ----------. (11) 2 tg α1/2 Контроль конусов Для контроля углов и конусов применяют универсальные средства измерений и калибры. При контроле гладких конусов калибрами проверяют, находится ли изменение базорасстояния в нормируемых пределах. С этой целью калибры изготовляют с уступами или двумя рисками, расстояние между которыми равно допустимому изменению базорасстояния. В процессе проверки наблюдают, находится ли торец контролируемой детали между уступами или рисками калибра. В производстве широко используется так же контроль конусов калибрами, покрытыми тонким слоем краски. По равномерности следов краски судят о точности изготовления конуса. Для более точных измерений конусов, применяют синусные линейки, а также различные универсальные приборы с использованием аттестованных роликов, шариков, калиброванных колец, ножей, концевых мер длины. 39

Синусная линейка применяется для точного измерения углов, шаблонов, конусов или других изделий и инструментов, а также для установки деталей под заданным углом в пределах угловых допусков. Измерение углов при помощи синусной линейки производится тригонометрическим методом и заключается в определении сторон прямоугольного треугольника. Синусная линейка состоит из стального бруска (плиты) с точно отшлифованными плоскостями и двух закаленных шлифовальных роликов. Ролики должны иметь одинаковый диаметр, расстояние между осями (обычно 100 или 200 мм) также должно быть выдержано с большой точностью. По ширине синусные линейки делятся на узкие (шириной 25 и 50 мм) и широкие (шириной 100 и 150 мм). При измерениях синусную линейку устанавливают на плиту и под один из роликов подкладывают блок концевых мер такой высоты, чтобы измерительная поверхность линейки расположилась под заданным углом к поверхности плиты. Размер блока концевых мер находят из условия: H sin α = ---- , (12) L где α - угол установки линейки; H - размер блока концевых мер, мм; L - расстояние между осями роликов, мм. 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 5.1. Перед началом измерений синусную линейку промыть авиационным бензином, протереть мягкой салфеткой и осмотреть. На измерительной поверхности синусной линейки и поверхности роликов не должно быть забоин, царапин и других дефектов, которые могут повлиять на точность измерений. 5.2. По таблице 14 справочных материалов определить величину конусности контролируемой детали и по ней подсчитать размер блока концевых мер, которые необходимо поместить под один из роликов синусной линейки.

40

Например, конусность для конуса Морзе № 2 равна 0,04995, для измерения взята синусная линейка с расстоянием между роликами L = 200 мм, тогда размер блока плиты Н будет равен: Н = 200 х 0,04995 = 9,99 5.3. Подобрать блок концевых мер размером Н. 5.4. Чтобы создать упор для измеряемой детали и предотвратить ее смещение по линейке, на нижнем конце синусной линейки закрыть струбцину. 5.5. Установить синусную линейку на плиту и под один из ее роликов подложить блок концевых мер. 5.6. Установить деталь на синусной линейке так, чтобы верхняя образующая ее расположилась горизонтально. 5.7. Закрепить индикатор часового типа в штативе и установить штатив на плите рядом с синусной линейкой. 5.8. Привести измерительный наконечник индикатора в соприкосновение с верхней образующей измеряемой детали на расстоянии 2-3 мм от меньшего торца и установить индикатор на нуль. 5.9. Перемещая штатив, привести измерительный наконечник индикатора в соприкосновение с образующей измеряемой детали на расстоянии 2-3 мм от второго конуса и определить показания прибора со знаком; отсчеты в точках а и б производят при перемещении штатива с измерительным индикатором поперек образующей детали, находя наибольшее показание прибора. 5.10. Измерить масштабной линейкой расстояние между точками а и б и определить величину и знак отклонения конусности измеряемой детали n Δ с = ----, (13) e где Δ с - отклонение конусности; n - показание прибора в точке б с соответствующим знаком; е - расстояние между точками а и б в мм. 5.11. Сравнить результаты измерения с допустимыми отклонениями конусности по таблице 14 справочного приложе-

41

ния, построить схему расположения поля допуска для данного конуса и дать заключение о годности детали. 6.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 6.1. Наименование, цель работы. 6.2. Задание. 6.3. Техническая характеристика синусной линейки (длина, ширина, расстояние между роликами). 6.4. Эскиз измеряемой детали. 6.5. Схема установки при измерении. 6.6. Результаты измерений и расчеты, сведенные в таблицу 13. 6.7. Заключение о годности и схема расположения поля допуска. Таблица 12 Тип конуса Конусность Номиналь- Отсчет по Расстояние Действии допусти- ный размер шкале между тельная мые блока индикатора точками величина отклонения концевых в точке б в а и б в мм отклонения конусности мер в мм мм конусности

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 7.1. Какого типа конические соединения применяются в технике и эксплуатационные требования, предъявляемые к ним. 7.2. Какими параметрами задается допуск угла? От чего зависит выбор параметров? 7.3. Основные геометрические параметры конусов и конических соединений. 7.4. Что называется базой конуса? 7.5. Что называется базорасстоянием конуса и соединения? 42

7.6. Какой показатель характеризует качество изготовления конусов и посадок? 7.7. Как осуществляется контроль конусов? 8. СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ Таблица 13 Система конусов

№ конуса

Инструментальные конусы и предельные отклонения (ГОСТ 2848-75) Конусность Угол Предельные отклонения конусности на 100 мм конуса длины для степени точности, мкм 3 4 5 внутр. наруж внутр наруж внутр наруж конус конус конус конус конус конус

В, Н +12

В +25

В, Н +20

В +40

В, Н +30

В +60

Примерный наибольший диаметр мм 9,045

1; 2о 51“26” 20,047=0,04988

+10

+20

+16

+32

+25

+50

12,065

2о 51“41”

+10

+20

+16

+32

+25

+50

17,780

2о 52“32”

+10

+20

+16

+32

+25

+50

23,825

2о 58“31”

+8

+16

+12

+25

+20

+40

31,267

3о 00“53”

+6

+12

+10

+20

+16

+32

44,399

2о 59“12

+6 +16

+12 +32

+10 +25

+20 +50

+16 +4

+32 +80

63,348 4

+12

+25

+20

+40

+30

+60

6

+6 +5

+12 +10

+10 +8

+20 +16

+16 +12

+32 +25

80 100

+5

+10

+8

+16

+12

+25

120

+5

+10

+8

+16

+12

+25

160

0

2о 58“51 “ 1; 19,212=0,05205

1 Мор- 2 зе 3 4 5 6 Мет- 4 ричес- 6 кие 80 100 120 160

1; 20,020 = 0,04995 1; 19,992 = 0,050196 1; 19,254 = 0,51938 1; 19,002 = 0,052626 1; 19,180 = 0,0

1: 20 = 0,05

2о 51“51”

200 +4 +8 +6 +12 +10 +20 200 Нижнее предельное отклонение конусности нагруженных конусов равно нулю (n = 0 )

43

ПРАВИЛА ПОВЕДЕНИЯ СТУДЕНТОВ В ЛАБОРАТОРИИ МЕТРОЛОГИИ В лаборатории метрологии студентам для проведения работ предоставляется целый ряд измерительных приборов. В целях исключения возможности поломок приборов курсанты перед началом лабораторных занятий обязаны ознакомиться со следующими правилами поведения в лаборатории и в дальнейшем строго соблюдать их. 1. Нельзя перемещать детали приборов или инструментов рукой или с помощью инструментов (винты рейки и пр.) не ознакомившись предварительно с устройством прибора или инструмента по описанию (инструкции по эксплуатации). 2. Нельзя включать освещение приборов, пока лаборант не проверил правильность схемы включения его в электросеть. 3. Все детали приборов перемещаются плавно, без заеданий. В случае замеченных неисправностей следует немедленно обратиться к лаборанту за помощью. 4. Работая в лаборатории, студенты обязаны следить за чистотой на рабочем месте.

44

ЛИТЕРАТУРА

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3-х томах.- М.: Машиностроение, 1979. 2. Журавлев А.Н. и др. Допуски и технические измерения. – М.: Высшая школа, 1981,- 256 с. 3. Мягков В.Д. и др. Допуски и посадки. Справочник 1,2 часть. Л.: Машиностроение, 1983. 4. Правдин Ю.Ф. и др. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М/у к лабораторным работам для студентов высших учебных заведений. Калининград, 1995. 5.Санцевич В.И Допуски и технические измерения.: Оракул, 1995. 6. Якушев А.И. и др. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения.- М.: Машиностроение, 1987.-352 с. 7. ГОСТ 2.308-79, ГОСТ 2789-73, ГОСТ 24642-81, ГОСТ 24643-81, ГОСТ 25346-89, ГОСТ 25347-82.

45