Измерение геометрических величин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХНУРЭ

Кафедра МИТ

Реферат

По дисциплине: Методы и средства измерений неэлектрических величин

На тему: «Измерение геометрических величин»

Подготовил:

Ковалёв С.А.

Проверил:

Козлов Ю.В.

Харьков 2010

Содержание

1. Измерение линейных величин

2. Измерение угловых величин

3. Шероховатость, отклонения форм и расположения поверхностей

4. Контроль поверочными инструментами

Заключение

Список источников

1. Измерение линейных величин

Числовое значение физической величины длины называется размером. За размер принимается расстояние между двумя точками. Значение физической величины, которое идеальным образом характеризовало бы в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину называется истинным значением величины. На практике «истинное значение физической величины длины» заменяется «действительным значением», то есть значением полученным путём измерений и настолько близким к истинному значению, что в условиях измерительной задачи может быть использовано вместо него[3].

Метрическая система считается самой удобной из всех придуманных из-за своей простоты. В основе метрической системе лежит единица измерения метр. Все остальные единицы измерения являются кратными степеням десяти от метра (например, километр -- это 10і метров и т. п.), что позволяет облегчить подсчёты. До 1960 года у метра был специальный эталон, ныне хранящийся в Париже. Сегодня, по определению, метр равен расстоянию, которое проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды.

Британская/Американская система

Исходными английскими мерами длины были миля, ярд, фут и дюйм. Миля пришла в Англию из Древнего Рима, где она определялась как тысяча двойных шагов вооружённого римского воина.

Старорусская система

В Древней Руси мерой длины, веса и т. п. являлся человек. На это указывают названия мер длины: локоть (расстояние от конца вытянутого среднего пальца руки или сжатого кулака до локтевого сгиба), пядь (расстояние между вытянутым большим и указательным пальцами руки), сажень (расстояние от конца пальцев одной руки до конца пальцев другой) и другие.

В частности, аршин был связан с длиной человеческого шага. Однако необходимость унификации систем измерений с британской в связи с развитием международной торговли потребовала введения во времена Петра I так называемого «казённого аршина». Это была мерная линейка с металлическими наконечниками с государственным клеймом. Казённый аршин равнялся 28 английским дюймам и делился на 16 вершков.

Морская система

Морская система измерения длины привязана к размеру планеты Земля. В качестве основной единицы измерения принята морская миля, равная длине одной минуты (1/60 градуса) дуги меридиана земного эллипсоида. Длина морской мили является величиной переменной, зависящей от широты. Ее численное значение составляет от 1843 метров на экваторе до 1861,6 метров на полюсах.

Международная морская миля составляет 1852 м, в отличие от морской мили Британской системы (1853,184 м). Для измерения меньших размеров применяют кабельтов -- 1/10 морской мили, или 185,2 м (округл. -- 185 м).

Единицы, применяемые в астрономии: астрономическая, световой год, парсек [1].

В зависимости от количества выявленных размеров методы и средства линейных измерений следует разделять на дифференцированные (поэлементные) и комплексные.

Дифференцированным (поэлементным) называется измерение, при котором у детали сложной формы каждый составляющий элемент или параметр измеряется отдельно.

Дифференцированные измерения необходимо применять при технологическом контроле (контроль режимов, характеристик, параметров технологического процесса), так как позволяет выявить отклонения отдельных элементов за пределы допускаемых значений и установить какой параметр технологического процесса оказывает доминирующее влияние на погрешность изготовления размеров отдельных элементов.

Выбор средств измерений линейных величин по точности заключается в определении оптимального соотношения между погрешностью средств измерений и допуском контролируемого параметра[3].

К измерительным средствам относятся штангенинструменты, микрометры, калибры, лекальные линейки, поверочные плиты и др.

Основными характеристиками измерительных средств являются: деление и цена деления шкалы, начальное и конечное значения шкалы, диапазон показаний шкалы, пределы измерения.

Деление шкалы -- расстояние между двумя соседними ее штрихами.

Цена деления шкалы -- значение измеряемой величины, соответствующее двум соседним отметкам шкалы.

Начальное и конечное значение шкалы -- наименьшее и наибольшее значения измеряемых величин, указанных на шкале прибора или инструмента.

Диапазон показаний шкалы -- область значений шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями.

Пределы измерения -- наибольшая и наименьшая величины, которые можно измерить данным инструментом или прибором.

Для измерения физических величин используют различные методы. Под методом измерения понимают совокупность правил и приемов использования измерительных инструментов или приборов.

Различают прямые и косвенные методы измерения. При прямых методах измерения линейных величин размер получают непосредственно, пользуясь, например, линейкой, штангенциркулем, микрометром и т. д. При косвенных методах искомый размер получают вычислением по результатам прямых измерений. Например, размер длины окружности вычисляют по измеренному диаметру этой окружности.

Ни одно измерение не может быть произведено абсолютно точно. Даже при работе самыми точными измерительными инструментами неизбежна ошибка. Между измеренным значением величины и ее действительным значением всегда существует некоторая разница, которая называется погрешностью измерения.

Точность измерения характеризует качество измерений, отражает близость к нулю погрешности их результатов. Повышения точности измерения можно добиться путем повторного измерения с последующим определением среднего арифметического значения, полученного в результате нескольких измерений.

Линейные размеры в металлообработке принято указывать в миллиметрах без записи наименования. Если размер указан в других производных единицах, то его записывают с наименованием, например: 1 см, 1 м и т.д.

К наиболее распространенным инструментам для измерения линейных величин при обработке металлов относятся измерительные металлические линейки, штангенинструменты, микрометрические инструменты.

Измерительные металлические линейки применяются для грубых измерений. Они изготовляются с верхними пределами измерения до 150; 300; 500; 1000 мм. Цена деления может составлять 0,5 или 1 мм. Погрешность измерения 0,5 мм.

Штангенинструменты применяются для более точных измерений. К ним относятся штангенциркули, служащие для измерения наружных и внутренних диаметров, длин, толщин деталей и т. п.; штангенглубиномеры, предназначенные для измерения глубин глухих отверстий, измерения канавок, пазов, выступов; штангенрейсмусы, служащие для выполнения точной разметки и измерения высот от плоских поверхностей

Во всех указанных штангенинструментах применены нониусы, по которым отсчитываются дробные доли делений основных шкал.

Среди штангенинструментов наиболее широкое применение имеют штангенциркули. Они бывают трех типов: ШЦ-1 (пределы измерений 0--125 мм и величина отсчета 0,1 мм); ШЦ-П (пределы измерений 0--200 и 0--320 мм, величина отсчета 0,05--0,1 мм); ШЦ-Ш (пределы измерений 0--500; 250--710; 320--1000; 500--1400; 800--2000 мм, величина отсчета 0,1 мм).

Если раздвинуть губки штангенциркуля на 0,1 мм, то первый штрих нониуса совпадает со вторым штрихом штанги. Если раздвинуть губки на 0,2 мм, то совпадут второй и четвертый штрихи, на 0,3 мм -- третий и шестой и т. д.

Таким образом, при измерении штангенциркулем целые миллиметры отсчитываются непосредственно по шкале штанги до нулевого штриха нониуса, а дробные (в данном случае десятые) доли миллиметра -- по шкале нониуса. При этом дробная величина (количество десятых долей миллиметра) определяется умножением величины отсчета (0,1 мм) на порядковый номер штриха нониуса (не считая нулевого), совпадающего со штрихом штанги. При чтении показаний штангенциркуль держат прямо перед глазами.

Штангенциркули более высокой точности отличаются от описанного градуировкой шкалы нониуса. Например, штангенциркуль с погрешностью измерений до 0,05 мм также имеет штангу с миллиметровой шкалой, а шкала нониуса длиной 39 мм разделена на 20 равных частей, и, следовательно, величина ее деления составляет 1,95 мм. В этом случае при установке на нуль первый штрих шкалы нониуса отстает от второго штриха шкалы штанги на 0,05 мм, второй штрих нониуса отстает от четвертого штриха штанги на 2X0,05=0,1 мм и т.д.

Правила обращения со штангенинструментами: при измерении деталей не допускать сильного зажима, так как может возникнуть перекос движка и показания будут неверными;

не допускать ослабления посадки и качки движка на штанге: это приводит к перекосу ножек и к ошибкам измерения;

категорически запрещается применять штангенинструменты для измерения обрабатываемых заготовок на работающем станке;

регулярно проверять точность штангенинструмента;

по окончании работы штангенинструменты необходимо тщательно протереть, смазать и уложить в футляры;

во время хранения штангенинструментов их измерительные поверхности должны быть разъединены, а зажимы ослаблены.

Микрометрические инструменты позволяют производить измерения с погрешностью до 0,01 мм. К ним относятся микрометры для измерения наружных размеров, микрометры резьбовые со вставками для измерений среднего диаметра резьбы, микрометрические глубиномеры для измерения глубины пазов, отверстий и высоты уступов, микрометрические нутромеры для измерения внутренних размеров.

Принципиальное устройство всех указанных микрометрических инструментов основано на использовании одинакового измерительного механизма -- микрометрического винта.

Правила обращения с микрометрическими инструментами:

в процессе измерения барабан трещотки вращают плавно и не слишком быстро, так как резкая подача винта и сильный зажим измеряемой детали ведут к неправильным показаниям измерения и преждевременному изнашиванию винта;

при пользовании микрометрические инструменты кладут на сухую, чистую поверхность; нельзя измерять микрометрическими инструментами нагретые детали, так как показания при этом будут неточными; не разрешается измерять микрометрами грубо обработанные и грязные поверхности деталей;

по окончании работы инструменты тщательно протирают, смазывают, стопоры ослабляют и несколько разводят измерительные поверхности;

хранят микрометрические инструменты в специальных футлярах, в сухих помещениях, при определенной температуре[4].

2. Измерение угловых величин

Углом в плоскости называется геометрическая фигура, образованная двумя лучами, выходящими из одной точки.

Значение плоского угла выражается в:

· радианах, «рад» - (единица «СИ»),

· градусах «°», минутах «'», секундах «''» - (дополнительные единицы);

· приращении размера в линейной мере на определённой длине.

При нормировании точности угла величину допуска следует задавать в зависимости от длины меньшей стороны, образующей угол, а не от номинального значения угла [3].

Для измерений наружных и внутренних углов, конусов и уклонов применяют угольники, шаблоны, угломеры, уровни и угломерные плитки. Угольники, применяемые для измерения и проверки наружных и внутренних прямых углов, бывают плоские (рис. 2.1, а, б и г) и цилиндрические (рис. 2.1, в). Их выполняют четырех классов точности: 0 (наиболее точные), 1, 2 и 3. Точные угольники с фасками (рис. 2.1, г) называют лекальными. Угольники с широким основанием (с широкой короткой стороной) и цилиндрические удобны для установки на поверочной плите при проверке изделия «на просвет». Угловые шаблоны служат для контроля углов, не равных 90°. Об отклонении угла судят по световой щели («на просвет») или по толщине щупа, введенного между изделием и шаблоном.



Угломеры -- универсальные средства измерений наружных и внутренних углов. Существуют различные конструкции угломеров. Показанный на рисунке 2.2, а угломер типа УН, выпускаемый заводом «Калибр», предназначен для измерений наружных углов от 0 до 180° и внутренних углов от 40 до 180°.

На полукруглом основании 6 угломера закреплена линейка 8. По основанию передвигается сектор 7 с нониусом 3. В установленном при измерении положении сектор фиксируют стопорным винтом 5. Державкой 2 прикрепляют к сектору угольник 1, а к угольнику державкой 10 присоединяют линейку 9. Винт 4 служит для микрометрической подачи нониуса. Градусы измеряемого угла отсчитываются по шкале основания 6, а минуты -- по нониусу 3 (как и у штангенинструментов -- по совпадающим штрихам основания и нониуса). У нониуса (рис. 2.2, б) угол между крайними штрихами, равный 29°, разделен на 30 частей. Если на угломере установлены и угольник, и линейка (рис. 2.2, в), -- можно измерять углы (наружные) от 0 до 50°; если только линейка, -- можно измерять углы (наружные) от 50 до 140°; если только угольник, -- можно измерять углы от 140 до 230° (т. е. наружные углы от 140 до 180° и внутренние углы от 180 до 130°); если нет ни угольника, ни линейки, -- можно измерять углы от 230 до 320° (т.е. внутренние углы от 130 до 40°). Уровни служат для измерения небольших угловых отклонений поверхности от горизонтального положения. Основная часть, уровня -- стеклянная трубка (ампула), заполненная жидкостью (эфиром) настолько, чтобы в ней оставался небольшой пузырек воздуха, всегда занимающий верхнее положение. Ампула имеет деления, по которым определяют значение уклона. Цена деления ампулы обычно составляет доли миллиметра на 1 м. Уровни бывают брусковые (рис. 2.3, а) и рамные (рис. 2.3, б). Рамным уровнем можно не только проверять горизонтальность поверхностей, но и контролировать положение вертикально установленных деталей, приставляя его к детали боковой плоскостью.



Угловые мерные плитки, представляющие собой призмы с боковыми сторонами, направленными под различными углами, используют для точных измерений углов изделий и угловых шаблонов. Плитки изготовляют в виде наборов, как и плоско-параллельные концевые меры длины, и применяют по отдельности и блоками, которые закрепляют в специальных держателях (рамках) [2].

3. Шероховатость, отклонения форм и расположения поверхностей

Шероховатость поверхности -- совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Измеряется в микрометрах (мкм). Шероховатость относится к микрогеометрии твёрдого тела и определяет его важнейшие эксплуатационные качества. Прежде всего, износостойкость от истирания, прочность, плотность (герметичность) соединений, химическая стойкость, внешний вид. В зависимости от условий работы поверхности назначается параметр шероховатости при проектировании деталей машин, также существует связь между предельным отклонением размера и шероховатостью.



Рис. 3.1. Нормальный профиль и параметры шероховатости поверхности

Где: -- базовая длина; -- средняя линия профиля; -- средний шаг неровностей профиля; -- средний шаг местных выступов профиля; -- отклонение пяти наибольших максимумов профиля; -- отклонение пяти наибольших минимумов профиля; -- расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов до линии параллельной средней и не пересекающей профиль; -- расстояние от низших точек пяти наибольших минимумов до линии параллельной средней и не пересекающей профиль; -- наибольшая высота профиля; -- отклонения профиля от линии ; -- уровень сечения профиля; -- длина отрезков, отсекаемых на уровне [1].

Геометрическая форма любой детали машины представляет собой обычно комбинацию плоских, цилиндрических, конических, сферических и других поверхностей. Действительная (реальная) форма, полученная при изготовлении детали, несколько отличается от номинальной геометрической формы (заданной чертежом).

Различают следующие виды отклонения от правильной геометрической формы:

1. Отклонение от круглости. Наиболее распространенные среди них -- овальность и огранка.

2. Отклонение от цилиндричности. Среди них выделяют седлообразность, бочкообразность, конусность и отклонение от прямолинейности оси, или изогнутость.

3. Отклонение формы плоских поверхностей. Здесь наиболее часто встречаются вогнутость, выпуклость, седловитость.

4 Отклонение расположения поверхностей. К ним относятся отклонения от параллельности осей, перекос осей, отклонения от соосности относительно общей оси [4].

4. Контроль поверочными инструментами

К поверочным инструментам относятся поверочные линейки и плиты, угольники, шаблоны, щупы, различные калибры. В отличие от измерительных поверочные инструменты указывают только на отклонения в размерах и форме деталей, но не показывают значение этих отклонений.

Для контроля прямолинейности, плоскостности и взаимного расположения поверхностей применяют поверочные линейки и плиты.

Поверочные линейки выполняются двух основных типов: лекальные и линейки с широкими рабочими поверхностями.

Проверка прямолинейности поверхности деталей лекальными линейками производится, как правило, по способу «световой щели» («на просвет»). При этом лекальную линейку накладывают острой кромкой на Проверяемую поверхность, а источник света помещают за деталью. Линейку держат строго вертикально на уровне глаз. Наблюдая за просветом между линейкой и поверхностью детали в разных местах по длине линейки, определяют степень прямолинейности поверхности: чем больше просвет, тем больше отклонение от прямолинейности.

Проверка прямолинейности и плоскостности линейками с широкими рабочими поверхностями выполняется обычно способом «пятен» -- «на краску». При проверке «на краску» рабочую поверхность линейки покрывают тонким слоем краски (суриком, сажей), затем осторожно накладывают линейку на проверяемую поверхность и плавно, без нажима перемещают ее. После этого линейку также осторожно снимают и по расположению и количеству пятен краски на проверяемой поверхности судят о ее плоскостности. При хорошей плоскостности пятна краски располагаются равномерно по всей поверхности. Чем больше пятен на поверхности квадрата 25X25 мм, тем лучше плоскостность.

Поверочные плиты применяют главным образом для проверки больших поверхностей деталей способом «на краску», а также используют в качестве вспомогательных приспособлений при контроле деталей. Проверка плоскостности поверхностей деталей «на краску» при помощи поверочных плит производится так же, как и линейками с широкими рабочими поверхностями.

Для контроля наружных и внутренних прямых углов деталей при их изготовлении широко применяются поверочные угольники. Они выпускаются трех классов точности: 0, 1, 2. Наиболее точные -- угольники класса 0.

При проверке наружных прямых углов угольник накладывают на проверяемую деталь внутренней частью, а при проверке внутренних углов -- наружной частью. Приложив угольник к одной стороне проверяемого угла, совмещают его вторую сторону с другой стороной угольника. По просвету между сторонами угольника и проверяемого угла судят о точности этого угла.

Для проверки сложных профилей поверхностей обрабатываемых деталей используют шаблоны. Они могут иметь самую разнообразную форму, которая зависит от формы контролируемой поверхности детали. Проверка производится уже известными способами: «на просвет» или «на краску». Более широкое применение получил первый способ. Проверка «на краску» обычно производится в том случае, если нельзя проверить «на просвет», например при контроле выемок, глухих мест и т.д.

Радиусы выпуклых и вогнутых поверхностей от 1 до 25 мм проверяют радиусными шаблонами, которые комплектуются в наборы. Например, набор № 1 имеет девять выпуклых и девять вогнутых шаблонов с радиусами 1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Размер радиуса закруглений контролируют «на просвет», совмещая профиль шаблона с проверяемым профилем. С помощью резьбовых шаблонов проверяют профили резьб. Эти шаблоны комплектуются в два набора: для метрической резьбы с углом профиля 60° и для дюймовой резьбы с углом профиля 55°. На каждом шаблоне, входящем в тот или другой набор, указывается шаг резьбы.

Для проверки размеров зазоров между сопряженными поверхностями деталей используют щупы. Они представляют собой набор заключенных в обойму мерных стальных, точно обработанных пластинок, которые имеют толщину от 0,03 до 1 мм и длину 50, 100 или 200 мм.

Размер зазора проверяют, вводя в него поочередно пластинки различной толщины (одну или несколько штук одновременно). Размер зазора считается равным толщине пластинки или набора пластинок, плотно входящих в него.

Размеры сопрягаемых поверхностей при массовом производстве изделий проверяют, как правило, методом сравнения с помощью предельных калибров (скоб или пробок). На калибрах обозначены их размеры. Калибры-пробки применяют для проверки внутренних размеров, а калибры-скобы -- для проверки внешних.

Контроль за точностью показаний самих измерительных инструментов (штангенциркулей, микрометров и т. д.) может осуществляться с помощью плоскопараллельных концевых мер длины.

Плоскопараллельные концевые меры длины изготовляются из легированной инструментальной стали в виде плиток прямоугольного сечения.

Противоположные стороны плиток служат измерительными плоскостями, а расстояние между ними -- измерительным размером.

Все рассмотренные поверочные инструменты имеют очень точно обработанные рабочие поверхности и поэтому требуют осторожного и бережного обращения. Необходимо предохранять рабочие поверхности инструментов от коррозии и механических повреждений. Во время работы надо класть инструменты только на деревянные или другие нежесткие подставки. По окончании работы следует протирать их чистой ветошью или ватой и смазывать бескислотным вазелином. Хранят эти инструменты обычно в специальных футлярах[4].

Заключение

Измерение геометрических величин осуществляется путём линейных и угловых измерений размеров.

Основная единица длины в современной Международной системе единиц - метр.

Линейные размеры могут быть выражены в кратных и дольных единицах.

1 метр (м) = 100 сантиметрам (см) = 1000 миллиметрам (мм) = 1 000 000 микрометрам (мкм).

Предельные отклонения размеров, а также предельные отклонения формы и расположения поверхностей являются основанием для определения требуемой точности изделия при изготовлении и контроле.

Линейные размеры и их предельные отклонения на чертежах и в спецификациях указывают в миллиметрах, без обозначения единицы измерения.

За единицу измерения плоского угла в Международной системе единиц «СИ» принят радиан - угол между радиусами (сторонами угла), вырезающий на окружности дугу, длина которой равна радиусу.

Так как шероховатость поверхности в процессе сборки и эксплуатации изделия может привести к дополнительным отклонениям размера и формы за счёт износа микронеровностей при трении или в результате их смятия и сглаживания при запрессовке под действием нагрузок, необходимо указывать в конструкторской документации наиболее грубый предел допускаемых значений шероховатости.

Требования к шероховатости поверхности не включают требований к дефектам поверхности, поэтому при контроле шероховатости поверхности влияние дефектов поверхности должно быть исключено.

При измерении геометрических величин следует учитывать влияние на результаты измерений внешних условий: температуры окружающей среды, атмосферного давления, относительной влажности и других нормальных условий выполнения измерений линейных и угловых величин.

угловой инструмент геометрический поверхность

Список источников

1. http://geodesiya.ru/category/sposoby_izmereniya/

2. http://www.buildkom.org/?page_id=66

3. http://www.kipinfo.ru/info/stati/?id=45

4. http://bibliotekar.ru/slesar/index.htm

Размещено на Allbest.ru