Мікрометри і вимірювальні головки

Мікрометри (ГОСТ 6507-90; рис. 4.8) служать для вимірю­вання лінійних розмірів зовнішніх і внутрішніх поверхонь, гли­бин отворів, пазів, висоти уступів тощо. Відмінною конструктив­ною ознакою мікрометрів є наявність у них точного мікрометрич­ного різьбового з'єднання з малим кроком (0,5 мм), яке служить для перетворення малих переміщень гвинта у більші лінійні пере­міщення на зовнішній циліндричній поверхні барабана (гайки). Тому ціна поділки додаткової шкали з 50 поділками складає 0,01 мм.

Результат вимірювання отримують як суму показів основної шкали 15 (рис. 4.8, є), що нанесена вздовж циліндричної по­верхні нерухомої гайки 5 (рис. 4.8, а) та торцевої поверхні бара­бана 6, який жорстко закріплений на гвинті 3 та разом з ним може рухатися вздовж своєї осі відносно вимірювальної п'ятки 2 скоби 1. Конструкція мікрометричної скоби зображена на рис. 4.8, а, а пристрій відліку — на рис. 4.8, є.

Гладкі мікрометричні скоби(рис. 4.8, а, б) служать для ви­мірювання розмірів зовнішніх поверхонь, глибиноміри(рис. 4.8, в) — для вимірювання глибини западин, а мікрометричні нутро­міри(рис. 4.8, г) — для вимірювання внутрішніх поверхонь. П'ятка 2 гладкого мікрометра (рис. 4.8, а, б), яку часто роблять регульованою, служить для точного виставляння шкали на нульо­ву позначку.

Рис. 4.8. Види мікрометрів

Рекомендують такий порядок налагодження мікрометра на ну­льовий розмір. Спочатку мікрометричний гвинт закріплюють за допомогою ексцентрикового затискача. Після цього, відпустивши конічну гайку та роз'єднавши барабан 6 з мікрометричною гай­кою 5, виставляють положення барабана відповідно до нульового значення розміру на коловій шкалі 16 (рис. 4.8, є) і закручують конічну гайку, з'єднуючи тим самим барабан 6 і мікрометричну

гайку 5.

Ручка храпового механізму 7 зі штифтом 8 і пружиною 9 утво­рюють муфту, що запобігає перевантаженню мікрометричної гвинтової пари. Повертаючи мікрометричний гвинт за допомогою руч­ки 7, забезпечують величину вимірювальної сили, що тисне на п'ятку, від 5 до 9Н.

Діапазон показів шкали мікрометрів для скоб і глибиномірів (ГОСТ 7470-92) від 0 до 25 мм, а для нутромірів (ГОСТ 10-88) — від 0 до 13 мм. Такий малий діапазон показів зумовлений склад­ністю виготовлення точних мікрометричних гвинтових пар знач­них повздовжніх розмірів. Збільшення вимірюваних за допомогою мікрометрів розмірів досягають відповідними змінами їх констру­кцій, залишаючи сталою вимірювальну мікрометричну головку зі стандартним діапазоном показів. Збільшення діапазонів вимірю­вання для скоб вимагає відповідного збільшення розмірів їх конс­трукцій, а для глибиномірів і нутромірів — застосування відпові­дних подовжувачів 3 для мікрометричних гвинтів (рис. 4.8, в) та стержнів нутромірів (рис. 4.8, д), що мають спеціальні пове­рхні для з'єднання їх з мікрометричними головками.

Для настроювання мікрометричних засобів вимірювання з біль­шими від 25 мм діапазонами вимірювання на початкову позначку шкали їх комплектують спеціальними кінцевими мірами. Для гла­дких мікрометрів кінцевими мірами є спеціальні стержні, для гли­биномірів — спеціальні трубки, а для нутромірів — гладкі мікро­метричні скоби. За допомогою спеціальної кінцевої міри налаго­джують пікали засобів як на умовну нульову, так і на умовну кінцеву позначки. Це дає змогу за допомогою одної кінцевої міри перекривати розміри 2 х 25 мм = 50 мм. Тому відповідно до стан­дартів визначений такий ряд діапазонів вимірювання для глад­ких мікрометричних скоб і глибиномірів: 0...25 мм; 25...50 мм; 50...75 мм; 75...100 мм; 100...200 мм (з двома кінцевими мірами довжиною 125 мм і 175 мм); 300...2000 мм.

Для нутромірів найменші вимірювані розміри отворів зумов­лені конструктивними розмірами мікрометричної головки. Тому діапазони вимірювання для них такі: 50...63 мм; 60-73 мм; до 500...600 мм.

Крім гладких мікрометричних скоб, виготовляють також ва­жільні, зубомірні та інші мікрометри спеціального призначення (для вимірювання товщини листових матеріалів, стінок труб тощо), а деякі зарубіжні фірми виробляють також мікрометри з цифро­вим відліком або вимірювальними головками. Мікрометри з циф­ровими шкалами дають змогу зменшити втомлюваність працівни­ків під час багатьох вимірювань, підвищити продуктивність їх праці та точність вимірювання, що пояснюється меншою кількіс­тю помилок у результатах вимірювання.

Допускні похибки мікрометрів встановлені у відповідних стан­дартах для кожного типу та залежно від класу їх точності. Наприклад, допускна похибка гладких мікрометрів становить від ±0,002 мм для 1 класу точності та діапазону вимірювання до 100 мм, до ±0,01 мм для 2 класу точності та діапазону вимірю­вання 500...600 мм.

Вимірювальною головкою називають ЗВТ з порівняно малим діапазоном показів шкали та значною чутливістю. Вимірювальні головки широко застосовуються для побудови ЗВТ та контрольно-вимірювальних пристроїв, у яких використовують відносний спо­сіб вимірювання. Такі пристрої здебільшого складаються зі стоя­ка (корпуса, основи тощо), предметного столика та вимірювальної головки [21].

Прикладом такого ЗВТ може бути вертикальний пристрій, зо­бражений на рис. 4.9. Пристрій складається з основи 1, предме­тного столика 2, напрямної колони 12 з гвинтовою різьбою, підпо­ри 11, у якій закріплена вимірювальна головка, встановлюють вимірювальну головку на заданій висоті над предметним столи­ком шляхом переміщення підпори 11 та закріплюючи її у задано­му положенні затискачем 10.

Рис. 4.9. Пристрій для вимірювальної головки

Вимірювальна головка служить для визначення відхилень Δх вимірюваного розміру від заданого за допомогою блока кінцевих мір розміру А. Встановивши спочатку на предметний столик блок 5 кінцевих мір чи еталонний виріб з відомим розміром, нала­годжують вимірювальну головку на нульову позначку її шкали 9. Для цього переміщують підпору 11 до зіткнення щупа 6 вимірю­вальної головки 7 з верхньою поверхнею блока кінцевих мір, а після цього плавним переміщенням предметного столика 2 за допо­могою ручки 3 гвинтового механізму досягають точного встановлен­ня покажчика 8 шкали вимірювальної головки навпроти нульової позначки шкали 9. Потім, замінивши блок 5 вимірюваним виро­бом 4, за показами стрілки на шкалі 9 знаходять відхилення роз­міру виробу від заданого розміру блока кінцевих мір. Для отриман­ня самого розміру виробу х залежно від знаку відхилення (перемі­щення покажчика вправо чи вліво від нульової позначки шкали) додають чи віднімають отримане відхилення від розміру А, тобто

х = А ± Δх,

де х — вимірюваний розмір виробу, мм;

А — заданий розмір бло­ка кінцевих мір, мм;

Δх — відхилення покажчика вимірювальної головки від нульової позначки шкали, мм..

Деякі конструкції вимірювальних головок мають гвинтові ме­ханізми для точного налагодження їх показів на нульову познач­ку шкали. У цьому разі зникає необхідність такого механізму у конструкції предметного столика.

За допомогою вимірювальних головок будують конструкції кон­трольно-вимірювальних технологічних пристроїв для досліджен­ня відхилень форми поверхонь, їх взаємного розміщення, биття робочих (базових) поверхонь відповідальних деталей (шпинделів і карусельних столів оброблювальних верстатів, роторів турбін та електродвигунів, колінчастих валів двигунів внутрішнього згоран­ня, компресорів і прокатних станів, осей коліс транспортних засо­бів тощо).

Вимірювальні головки з зубчастими передачами(ГОСТ 877-68). За таким принципом будують вимірювальні головки (індикатори) годинникового типу з діапазонами вимірювання: 0...2 мм; 0...3 мм; 0...5 мм і 0...10 мм. Відповідно ціна поділки їх шкали може становити 0,002...0,01 мм. Кінематична схема вимірювальної головки із зубчастою передачею та ці­ною поділки шкали 0,01 мм зобра­жена на рис. 4.10. Малі лінійні пе­реміщення вимірювального щупа 9 разом зі зубчастою рейкою шляхом зубчастої передачі перетворюються у значні кутові переміщення пока­жчика 2. Зубчаста рейка вимірюва­льного щупа 9 зчеплена зі зубчас­тим колесом 7 (z₂ = 16). На цій же осі закріплене і зубчасте колесо 6 (z₃ = 100), з'єднане з малим зубчас­­тим колесом 5 (z₄ = 10) із закріпле­ним на його осі покажчиком 2 довжиною R = 25 мм. Повний оберт зубчастого колеса 5 з покажчиком 2 відповідає переміщенню ви­мірювального щупа 9 на 1 мм, а шкала має 100 поділок. Тому ціна однієї поділки і = 1 мм/100 = 0,01 мм.

Рис. 4.10. Схема індикатора годинникового типу

Для відліку кількості повних обертів стрілки 2 (цілих мілімет­рів) служить додатковий малий покажчик 1, встановлений на осі зубчастого колеса 7, і груба (основна) шкала з ціною поділки 1 мм. Спіральна пружина 4, закріплена на осі додаткового вели­кого зубчастого колеса 3, служить для усунення проміжку, який міг би зумовлювати похибки вимірювання під час зворотного руху вимірювального щупа 9. Вимірювальне зусилля на щупі 9, залеж­но від кута закручування пружини 4, перебуває у межах від 0,8 до 2 Н. Для збільшення початкового зусилля вимірювання до ви­мірювального щупа 9 прикріплюють додаткову пружину 8.

Точність вимірювальної головки обмежена точністю зубчастих передач і визначена відповідно до стандартів залежно від класу їх точності (0 або 1). Допускна похибка вимірювальної головки з ціною поділки точної шкали 0,01 мм та довжиною шкали у 10 обертів згідно зі стандартом становить ±0,01 мм для діапазону вимірювання 0...2 мм та ±0,025 мм для діапазону 0...5 мм.

Вимірювальні головки з пружинною передачею (мікрокатори)для перетворення малих переміщень вимірювального щупа у зна­чні переміщення покажчика шкали мають плоскі прямі чи скру­чені пружинні стрічки. Такі головки широко застосовуються за­вдяки відсутності у них похибок, зумовлених наявністю проміж­ків (вільних ходів), спрацюванням і тертям поверхонь рухомих елементів. Вони відрізняються високою надійністю, тому їх вико­ристовують для вимірювання не тільки лінійних розмірів, але й параметрів шорсткості поверхонь, відхилень форми та взаємного їх розміщення. Ціна поділки шкали таких головок становить від 0,0001 до 0,01 мм.

Рис. 4.11. Схема мікрокатора

Принцип дії вимірювальних головок (рис. 4.11) полягає у за­лежності розтягування тонкої скрученої металевої стрічки та кута повертання її середнього перерізу навколо повздовжньої осі. Тов­щину стрічки з берилієвої бронзи беруть від 0,003 до 0,008 мм, а ширину — від 0,15 до 0,3 мм. Весь механізм головки (рис. 4.11, а) вмонтований у корпусі, складеному із трубки 1, каркаса 3, кри­шок 4 (з прозорим скляним віконцем) і 7. Вимірювальний щуп 2 нижнім кінцем прикріплений до плоскої пружини 11. Вимірюваль­не зусилля 1,8...2,5 Н створюють за допомогою гвинтової пружи­ни 8, закріпленої хомутом 9 і гвинтом 10. Скручена стрічка 5 (рис. 4.11, б) одним кінцем кріпиться до нерухомої пружинної пластини 12, за допомогою якої створюють початковий натяг стрічки 5. Другим кінцем вона з'єднана з пружинним трикутни­ком 21, прикріпленим за допомогою гвинта 20 до вимірювального щупа, а гвинтом 22 — до каркаса 3.

На середині скрученої стрічки 5 закріплений покажчик 17 шка­ли. Переміщення вимірювального щупа 2 зумовлює відповідне роз­тягування стрічки 5 та повертання її разом з покажчиком шкали на кут, що відповідає цьому переміщенню. Демпфер 18 служить для гальмування коливань скрученої стрічки 5 разом з покаж­чиком.

Недоліком таких головок є дуже тонкий покажчик, що втом­лює зір вимірювальників, і порівняно значний паралакс шкали.