Вимірювальними приладами та інструментами називають пристрої, за допомогою яких визначають розміри різних деталей.
Універсальні прилади та інструменти по конструктивним ознаками поділяють на штрихові інструменти з ноніусом - штангенінструмент і кутоміри; мікрометричні інструменти - мікрометри; ричаж-но-механічні прилади - індикатори; оптико-механічні прилади - мікроскопи та ін.
Штангенінструмент знаходять широке застосування в промисловості для вимірювання деталей з точністю 01; 005 і в рідкісних випадках 002 мм. Відносно висока точність штангенінструмент досягається за рахунок спеціального пристрою - лінійного ноніуса.
Основними деталями штангенінструмент є лінійка-штанга, на якій нанесена шкала з міліметровими розподілами, і рамка з вирізом, на похилій грані якого зроблена нониусного (допоміжна) шкала (рис. 1). Залежно від кількості поділів ноніуса справжніх розмірів деталі можна визначати з точністю 01-02 мм. Наприклад, якщо шкала ноніуса (рис. 1 а) довжиною 9 мм розділена на 10 рівних частин, то, отже, кожне ділення ноніуса одно 9:10 = 09 мм, т. Е. Коротше поділу на лінійці на 1-0 , 9 = 01 мм.
При щільно зсунутих губах штангенінструмент нульовий штрих ноніуса збігається з нульовим штрихом штанги, а десятий штрих ноніуса - з дев'ятим штрихом штанги.
Мал. 1. Пристрій ноніуса.
При такій так званій нульовій установці штангенінструмент перший розподіл ноніуса не дійде до першого поділу лінійки-штанги на 01 мм, друге - на 02 мм, третє - на 03 мм і т. Д. Якщо пересунути рамку таким чином, щоб перший штрих ноніуса збігся з першим штрихом штанги, то зазор між губками буде дорівнює 01 мм. При збігу, наприклад, шостого штриха ноніуса з будь-яким штрихом штанги зазор буде дорівнює 06 мм і т. Д..
Для відліку дійсного розміру по штанген-інструменту кількість цілих міліметрів потрібно взяти за шкалою штанги до нульового штриха ноніуса, а кількість десятих часток міліметра - за ноніусом, визначивши, який штрих ноніуса збігається зі штрихом основної шкали.
Розтягнутий ноніус (рис. 1) зручніше простого, так як має довшу шкалу- 19 мм. Вона розділена на 10 рівних частин: 19: 10 = 19 мм, що коротше поділки основної шкали на 01 мм.
Ноніуси з ціною поділки 005 і 002 мм влаштовані аналогічно.
У штангенінструмент з точністю 005 мм шкала ноніуса дорівнює 19 мм і розділена на 20 поділок. Кожне ділення ноніуса одно 19:20 = 095 мм, т. Е. Коротше поділки основної шкали на 1-095 = 005 мм (рис. 1 в).
Штангенциркулі служать для вимірювання зовнішніх і внутрішніх розмірів, прочерчивания дуг кіл і паралельних ліній при розмітці, для поділу кіл і прям-их ліній на частини і інших операцій.
Вітчизняна промисловість випускає наступні типи штангенциркулів: ШЦ-1-з двостороннім розташуванням губок для зовнішніх і внутрішніх вимірювань і з лінійкою для вимірювання глибин з відліком по ноніусом 01 мм та за її межами вимірювання 0 125 мм; ШЦ-П - з двостороннім розташуванням губок для вимірювання і для розмітки з відліком по ноніусом 005 і 01 мм та за її межами вимірювання 0 200 і 0 320 мм; ШЦТП - З односторонніми губками з відліком по ноніусом 005 і 01 мм та за її межами вимірювання 0 500 мм; з відліком по ноніусом 01 мм та за її межами вимірювання 250 710320 1000500 1400 і 800 2000 мм.
Штангенциркуль з точністю вимірювання 01 мм (рис. 2 а) має штангу, яка представляє собою лінійку з основною шкалою, і вимірювальні губки. Рамка з двома вимірювальними губками і стрижнем може переміщатися по штанзі. Для закріплення рамки в потрібному положенні служить гвинт. При переміщенні рамки вправо на одну і ту ж величину розсуваються вимірювальні губки 1 і 9 2 і 3 і висувається стержень.
Довгі губки призначені для вимірювання зовнішніх розмірів, короткі - внутрішніх, а стрижень - для вимірювання глибин. Ноніус штангенциркуля завдано на рамці.
Штангенциркуль з точністю вимірювання 005 мм (рис. 2 б) відрізняється від розглянутого вище тим, що не має стрижня для вимірювання глибин, однак має установче пристосування. Для більш точного налаштування тут додано пристрій, що складається з рамки з затискним гвинтом і мікрометричною гайкою, навернути на гвинт. Останній жорстко закріплений в движку і вільно проходить через отвір в рамці. Якщо гвинтом закріпити рамку і потім обертати гайку, то движок штангенциркуля почне плавно переміщатися уздовж штанги, забезпечуючи більш точну установку ноніуса. Гвинт призначений для закріплення рухомого рамки в потрібному положенні.
Мал. 2. Штангенциркулі.
При визначенні штангенциркулем внутрішніх розмірів до отриманих за шкалою розмірами необхідно додати ширину вимірювальних губок, яка зазвичай на них вказана.
Штангенглибиномір призначений для вимірювання висот і глибин різних деталей. Він побудований за принципом штангенциркуля, однак штанга не має губок. Робочими (обмірними) поверхнями є нижня площину рамки А (рис. 3) і торцева поверхня Б штанги. З протилежного боку штанги є третья.рабочая поверхню В для вимірювання довжин в важкодоступних місцях. Штангенглибиномір складається з штанги, мікрометричного пристрою для точного наведення штанги, гвинти, движка для мікрометричною подачі, гвинта, гайки, ноніуса, гвинта для затиску рамки, основний рамки і підстави.
Штангенглубіномери виготовляють з відліком по ноніусом 005 і 01 мм та за її межами вимірювання 0 200 0 300 0 400 і 0 500 мм.
Штангенрейсмус служить для вимірювання висот, глибин і для розмітки деталей. Виготовляються штангенрейсмуси з межами вимірювання 0 20030 30040 50050 800 і 60 1000 мм і точністю вимірювання 01 і 005 мм.
Конструкція штангенрейсмуса в основному повторює конструкції штангенциркуля і ШТАНГЕНГЛУБИНОМЕР. Він має вимірювальні поверхні, основа, хомутик кронштейна, змінне ніжку, кронштейн, гвинт для затиску хомутика, ноніус, мікрометричний гайку, гвинт подачі, штангу, основну шкалу, рамку мікрометричною подачі, гвинт затиску движка, рамку і гвинт для затиску рамки.
Вимірювальними поверхнями є площину разметочной плити, на якій виробляються розмітки і вимірювання, і дві поверхні змінної ніжки: верхня-для внутрішніх вимірювань і нижня - Для зовнішніх. Змінні ніжки встановлюють в хомутики і затискають гвинтом. Для вимірювання висот і глибин замість змінних ніжок в рамці закріплюють шпильки. Гостро заточену ніжку застосовують при розмітці.
До штангенрейсмусу додається змінних ніжок: одна загострена - для розмітки, одна - з двома вимірювальними поверхнями і три ніжки-шпильки - для вимірювання висот і глибин. При вимірюванні внутрішніх поверхонь до показань шгангенрейсмуса необхідно додати товщину ніжки, яка на ній зазначена.
Кутоміри. Для вимірювання кутів деталей широко використовуються кутоміри з ноніусом двох типів ( ГОСТ 53 /8-66): УМ - транспортірний для вимірювання зовнішніх кутів і УН - універсальний для вимірювання зовнішніх і внутрішніх кутів. Крім механічних кутомірів відповідно до ГОСТ ом 11197-73 промисловість випускає оптичні типу УО з величиною відліку 1 - 5 ".
Угломер типу УМ, призначений для вимірювання зовнішніх кутів від 0 до 180 °, має підставу у вигляді напівдиска з поділами від 0 до 120 ° через кожен градус, з яким жорстко з'єднані лінійки. Остання - рухлива, вона може бути повернута навколо осі разом з сектором і ноніусом щодо заснування і лінійки. Нониусного шкала побудована так само, як у штангенінструмент. Наявність на ній 30 поділок забезпечує точність вимірювання в 2 ". Вузол мікрометричною подачі підвищує точність вимірювання.
Мал. 3. Штангенглибиномір.
Мал. 4. Штангенрейсмус.
Мал. 5. Кутоміри.
На рухомий лінійці може бути закріплений кутник для вимірювання кутів від 0 до 90 °. Кути понад 90 ° вимірюються без кутника, при цьому до отриманого результату додається 90 °. Фіксація сектора щодо заснування кутоміра здійснюється стопором.
Угломер типу УН служить для вимірювання зовнішніх кутів від 0 до 180 ° і внутрішніх - від 40 до 180 °. Угломер має підставу з градусної шкалою, жорстко з'єднаної з ним лінійкою. нониусного шкала нанесена на секторі, який переміщається по підставі і фіксується в необхідному положенні стопором. З сектором хомутика з'єднується кутник, ас косинцем - лінійка. Вузол мікрометричною подачі підвищує точність вимірювання.
Для вимірювання кутів від 0 до 50 ° користуються кутоміром, лінійкою і косинцем; від 50 до 140 ° -вместо кутника в хомутик встановлюють лінійку; від 140 до 230 ° -в хомутик вставляють кутник, а другий хомутик і лінійку знімають; вимірювання кутів від 230 до 320 ° виробляють при знятому хомутики, т. е. без кутника і лінійки.
Підвищення точності відліку по основній шкалі кутоміра забезпечується, як і у штангенінструмент, застосуванням штрихового ноніуса. Принцип побудови ноніуса у кутомірів такий же, як у аггангенінстру-ментів.
Мікрометричні інструменти. Пристрій мікрометричних інструментів засновано на використанні принципу гвинтової пари гайка - гвинт. Обертальний рух, наприклад, гвинти пов'язано одночасно з поступальним переміщенням його щодо гайки. При одному повному обороті гвинта його поздовжнє переміщення буде дорівнює кроку різьблення. У всіх мікрометричних інструментах крок різьби S = 05 мм. При повертиваніі гвинта на один оборот його вимірювальна поверхня переміститься на 05 мм.
Точність мікрометричних інструментів залежить від точності виготовлення різьби гвинтової пари і сталості кроку. Вони забезпечують точність вимірювання до 001 мм.
Мікрометри для зовнішніх вимірювань розмірів від 0 до 600 мм випускаються по ГОСТ у 6507-78. Пристрій мікрометра показано на рис. 6. В скобу запресовані п'ятка і стебло. Мікрометричний гвинт угвинчується в мікрогайку. Гладке отвір стебла забезпечує точний напрям мікровінта. Для виключення зазору в різьбі мікропара різьблення мікрогайкі виконана на її розрізаному кінці, забезпеченому зовнішнім різьбленням і конусом. На цю різьбу нагвинчують регулювальну гайку, якою стягують мікрогайку до тих пір, поки мікрогвинт НЕ буде переміщатися в ній без зазорів. На мікрогвинт надаватися барабан, який закріплюється інсталяційний ковпачком, в якому просвердлені глухе отвір для пружини і зуба, що впирається в зубчасту поверхню тріскачки 10. Остання відрегульована так, що при збільшенні вимірювального зусилля понад 900 гс вона не обертає гвинт, а провертається. Для закріплення мікрометричного гвинта в певному положенні передбачено стопорне пристосування, що складається з втулки і гвинта. Мікрометри з межами вимірювання понад 25 мм забезпечуються установочними заходами для установки їх на нижню межу вимірювання.
Шкали мікрометра розташовані на зовнішній поверхні стебла і на колі скоса барабана. На стеблі знаходиться основна шкала, представляє собою поздовжнє ризику, уздовж якої (нижче і вище) нанесені міліметрові штрихи, причому верхні штрихи ділять нижні навпіл. Кожен п'ятий міліметровий штрих основної шкали подовжений, а біля нього поставлена відповідна цифра: 0510 15 і т. Д..
Мал. 6. Микрометр.
Шкала барабана (або кругова шкала) призначена для відліку сотих часток поділок основної шкали і розділена на 50 рівних частин. При повороті барабана на одну поділку по колу, т. Е. На '/so частина обороту, вимірювальна поверхня мікрометричного гвинта переміщається на' /so кроку різьби гвинта, т. Е. На 05: 50 = 001 мм. Отже, ціна кожного ділення барабана становить 001 мм.
При вимірі мікрометрів деталь поміщають між обмірними поверхнями і, обертаючи тріскачку, притискають її шпинделем до п'яти. Після того як тріскачка почне провертивается, видаючи тріск, шпиндель мікрометра закріплюють затискним кільцем і роблять відлік показань. Ціле число міліметрів відраховують по нижній шкалі стебла, половини міліметрів - по верхній шкалі, а соті долі міліметра - за шкалою барабана. Число сотих часток міліметра відраховують з розподілу шкали барабана, що збігається з поздовжньою лінією на втулці. Наприклад, якщо на шкалах мікрометра видно, що край барабана перейшов сьоме поділ, а сам барабан по відношенню до поздовжньої лінії на стеблі повернувся на 23 ділення, то повне показання шкал мікрометра складе 723 мм.
Мікрометричні нутроміри випускають згідно ГОСТ у 10-75 з межами вимірювання 50 10000 мм. Найбільшого поширення набули нутроміри з межами вимірювання 75 175 і 75 600 мм.
Нутромер складається з мікрометричного гвинта, барабана, стебла зі стопором, настановної гайки і вимірювальних наконечників. Гайка охороняє різьблення на кінці стебла від пошкодження.
Як і у мікрометра для зовнішніх вимірювань, крок різьблення гвинта нутромера дорівнює 05 мм. Максимальний хід мікрометричного гвинта становить 13 мм. Максимальна межа вимірювання основної головкою нутромера 50 63 мм.
Щоб збільшити межу вимірювання, застосовують подовжувачі - Стрижні розмірами від 500 до 3150 мм, укладені в циліндричні трубки. Для з'єднання подовжувача з нутромером на одному кінці подовжувача нарізається зовнішня різьба, а на іншому - внутрішня.
Вимірювання мікрометричним нутромером виробляють кілька разів, злегка повертаючи його по колу отвори і відшукуючи при цьому найбільший розмір, а також навколо осі, перпендикулярній осі отвору, визначаючи при цьому найменший розмір.
Мікрометричні глибиноміри виготовляються по ГОСТ у 7470-78 з межею вимірювань 0 150 мм і з робочим ходом гвинта 25 мм. Вони служать для вимірювання глибини глухих отворів і порожнин.
При використанні змінних подовжувачів межі вимірювання можуть бути розширені.
При вимірюванні глибиномір притискають вимірювальної площиною траверси до поверхні деталі. Для щільного прилягання траверси до деталі зусилля натискання на глибиномір має кілька перевищувати зусилля вимірювання.
Важеля механічні прилади набули широкого поширення інструментальному виробництві, так як вони надійні в pa-боті, їм «ють відносно високу точність вимірювання і універсальні. Принцип їх дії заснований на використанні спеціального пере-Даточний механізму, який незначні переміщення вимірювального стрижня перетворює в збільшені і зручні для відліку переміщення стрілки на шкалі.
До найбільш відомих типів важільно-механічних приладів відносяться індикатори, важелі скоби, важільні мікрометри та миниметро.
Індикатори годинного типу випускаються по ГОСТ у 577-68 з ціною поділки 001 мм і межами вимірювання від 0 до 10 мм в залежності від типорозміру.
Мал. 8. Індикатор годинникового типу.
Вимірювальнийстрижень індикатора виготовлений у вигляді зубчастої рейки, яка знаходиться в зачепленні з зубчастим колесом J2 з числом зубів Z = 16. На одній осі з ним закріплені стрілки і проміжне зубчасте колесо з числом зубів Z- 100. Це колесо знаходиться в зачепленні з зубчастим колесом з числом зубів Z = 10 на осі якого закріплена стрілка-покажчик, показує величину лінійних переміщень вимірювального стрижня, в частках міліметра, по круговій шкалі. Для зручності користування шкала пов'язана з ободом індикатора і разом з ним може бути повернута на будь-який кут. Колесо і спіральна пружина ліквідують похибка мертвого ходу передачі при зворотно-поступальних рухах стрижня. Циліндрична пружина І забезпечує контакт наконечника стержня з контрольованою поверхнею.
Передавальне відношення індикатора підібрано таким чином, щоб при лінійному переміщенні стержня на 1 мм покажчик зробив один повний оборот. Кругова шкала розбита на 100 поділок. Отже, ціна одного поділу її становить 001 мм. кількість повних оборотів покажчика показує стрілка на шкалі.
При виконанні вимірювань індикатори встановлюють в стійках, на штативах або в спеціальних пристроях.
Індикаторна скоба застосовується для вимірювання деталей 6-го і 7-го квалітетів. Всі важелі Скоби мають діапазон вимірювання 0 25 мм, що забезпечується за рахунок переміщення переставной п'яти. Ціна поділки відлікового пристрою у скоб з верхньою межею вимірювання до 100 мм -0002 мм, а 125 і 150 мм - 0005 мм. Межі вимірювання за шкалою відповідно рівні ± 008 і ± 015 мм.
Індикаторна скоба має жорсткий корпус з двома співісними циліндричними отворами, в одному з яких встановлена переставна вимірювальна п'ята, а в іншому-рухлива п'ята, яка перебуває в постійному контакті з вимірювальним наконечником індикатора. Вимірювальне зусилля створюється спільною дією пружини і пружини індикатора. П'ятка може вільно переміщатися в межах 50 мм у скоб малих розмірів і 100 мм - у скоб великих розмірів. Після установки скоби на розмір положення п'яти фіксується стопором і вона закривається запобіжним ковпачком.
Мал. 9. Индикаторная скоба.
Для зручності вимірювання скоба забезпечена упором, який під час налаштування скоби на розмір встановлюється так, щоб лінія вимірювання проходила через вісь перевіряється деталі. Корпус має ручку з теплоізоляційними накладками. Вимірювальнийстрижень відводиться важелем
Важільний мікрометр. Пристрій хвостовій частині важеля мікрометра таке ж, як і звичайного мікрометра, з тією лише різницею, що в ній відсутня ^ тріскачка.
Мал. 10. Важільний мікрометр.
У корпусі мікрометра поміщений вимірювальний контакт, переміщення якого вліво змушує повертатися важіль, зубчастий сектор і зубчасте колесо, на осі якого закріплена стрілка. Пружина служить для усунення зазору в зачепленні сектора з колесом і повернення стрілки і важеля в початкове положення. Для відводу вимірювального контакту вліво є пристрій, що складається з важеля, пружинки і кнопки . Пружина призначена для створення нормального вимірювального зусилля. Стопор фіксує мікрометричний гвинт в необхідному положенні.
Механізм індикатора змонтований в скобі і закривається кришкою, в прорізи якої поміщена шкала з межами вимірювання від 0 до 0020 мм в обидві сторони. Ціна кожного ділення шкали дорівнює 0002 мм.
Перед початком вимірювань необхідно перевірити нуль-пункт інструменту. для цього треба з'єднати контакти так, щоб нульовий штрих барабана совместился з поздовжнім штрихом стебла. Показання стрілки шкали індикатора дасть похибка нуль-пункту, яка повинна бути врахована з протилежним знаком.
При вимірі, встановивши деталь між контактами, обертають барабан до виходу стрілки індикатора за межі шкали в діапазоні від 20 мкм до 0. Після цього додатковим поворотом барабана найближчий штрих кругової шкали барабана поєднують з поздовжньою рискою на стеблі. Показання шкали мікрометра алгебраїчно (з урахуванням знака) підсумовують з показанням шкали індикатора.
Оптико-механічні прилади. Для контролю ріжучих і вимірювальних інструментів складної форми застосовують інструментальні мікроскопи, оптіметри і проектори.
Інструментальні мікроскопи ( ГОСТ 8074-71) призначені для лінійних вимірювань з двом прямокутним координатам, а також для вимірювань кутів, в тому числі елементів різьблення. Вони застосовуються для вимірювання елементів профілю шаблонів, переднього і заднього кутів спіральних свердел і зенкерів, середнього діаметра, кута профілю і кроку мітчиків, кута нахилу гвинтової лінії свердел і розгорток, кута забірного конуса мітчиків і т. П..
Мікроскопи випускаються двох типів: ММІ-палий мікроскоп інструментальний з похилою окулярної головкою і БМІ - Великий мікроскоп інструментальний.
Інструментальний мікроскоп має підставу, на якому розташований рухомий стіл, що складається з трьох частин - нижньої, верхньої та поворотною. Поздовжнє переміщення нижньої частини столу здійснюється мікрометричною головкою, а поперечний хід верхньої частини столу - головкою. Кутове переміщення його поворотної частини на 5-6 ° вправо і вліво проводиться гвинтом. Переміщення за допомогою головок обмежуються в межах 25 мм. Для збільшення ходу столу в поздовжньому напрямку його відводять вправо важелем ще на 50 мм.
На підставі мікроскопа встановлена колона, по якій може переміщатися кронштейн, який закріплюється гвинтом. Тубус мікроскопа розташований на кронштейні. У нижній частині тубуса встановлений об'єктив, а у верхній - головка мікроскопа, що складається з двох окулярів. Під окулярами (рис. 466) за допомогою гвинта обертається скляна пластинка з поздовжніми і поперечними штрихами і кругової градусної шкалою на 360 °. Під окуляром розташована нерухома платівка зі шкалою, на якій нанесено 60 поділок. Кожне ділення відповідає одному повороту рухомої пластинки. В окулярі видно перехрестя двох взаємно перпендикулярних пунктирних і двох суцільних ліній, розташованих під кутом 60 °. Перехрестя є кордоном переміщення деталі при відліку лінійних розмірів і кутів.
Мал. 11. Інструментальний мікроскоп.
Груба настройка на фокус досягається переміщенням кронштейна мікроскопа по колоні, а більш точная- гвинтом. Остаточне налаштування на фокус виробляється обертанням кільця окуляра. Колона мікроскопа може повертатися на невеликий кут гвинтами. Для відліку кутів повороту на гвинтах є ділення. Шкали висвітлюються електричною лампою, встановленої в тубусі.
Оптиметри - вимірювальний прилад з ціною поділки 0001 мм - служить для лінійних вимірювань методом порівняння. Відповідно до ГОСТ ом 5045-75 випускаються оптіметри вертикальні - з вертикальною віссю для зовнішніх вимірювань і горизонтальні - з горизонтальною віссю для зовнішніх і внутрішніх вимірювань.
В основу дії оптіметра покладені закони відбиття і заломлення світла. Оптична схема оптіметра приведена на рис. 12 а. Світло від стороннього джерела, спрямований дзеркалом і відбитий скляною пластинкою, падає на шкалу. Відбитий від шкали промінь прямує через тригранну призму в об'єктив і потім відбивається від дзеркала в зворотному напрямку в окуляр, де виходить зображення відбитої шкали і покажчика у вигляді стрілки. Так як дзеркало пов'язано з вимірювальним штифтом, незначне переміщення останнього при вимірюванні викликає невеликий поворот дзеркала, чому відбувається зсув зображення відбитої шкали щодо нерухомого покажчика. Цей зсув, що спостерігається в окуляр, дає можливість робити відлік.
Шкала оптіметра має по 100 поділок в обидві сторони від нуля. Ціна поділки - 0001 мм. Отже, межа вимірювання за шкалою приладу складає ± 01 мм.
В інструментальному виробництві застосовується вертикальний Оптиметри (рис. 12 б). Він складається з підстави зі стійкою, кронштейна, трубки, відведення, столика і затискного гвинта.
Вимірювання деталей роблять у такий спосіб. Блок кінцевих мір довжини заданого розміру розміщують на столику і встановлюють Оптиметри в нульове положення. Груба установка проводиться переміщенням від руки кронштейна, а точна - підйомом столика за допомогою гвинта.
Мал. 12. Оптична схема оптіметра (а) і вертикальний Оптиметри (б).
Столик у своєму розпорядженні так, щоб вимірювальний штифт упирався в деталь, а покажчик, видимий в окулярі, точно збігався з нульовим діленням шкали. Після цього столик закріплюють гвинтом, блок кінцевих мір прибирають, а на його місце ставлять деталь.
Якщо розміри деталі мають деяке відхилення від величини блоку кінцевих мір, то це викличе переміщення вимірювального штифта, відповідні відхилення в положенні дзеркала і підняття або опускання шкали. Для визначення розміру деталі необхідно до розміру блоку кінцевих мір додати або відняти свідчення оптіметра.
Найбільша висота вимірюваної на вертикальному оптіметре деталі - 180 мм.
