Передмова

В методичних вказівках представлено лабораторну роботу з курсу «Контроль гладких циліндричних з’єднань”, яка входить до циклу дисциплін напряму підготовки 6.050503 - Машинобудування.

Структура методичних вказівок складена таким чином, що використовуючи їх, студент має можливість вивчити та засвоїти теоретичний матеріал, навчитись користуватися стандартами, вивчити принцип роботи вимірювальних засобів, згідно з метою лабораторної роботи.

Приведені рекомендації по оформленню та обговоренню експериментальних даних отриманих в роботі.

Згідно методичним вказівкам передбачається, що студент набуває уміння по оформленню отриманих результатів та робити висновки з них.

Лабораторна робота

КОНТРОЛЬ ГЛАДКИХ ЦИЛІНДРИЧНИХ З'ЄДНАНЬ

Мета роботи - вивчити основні поняття та визначення про допуски та посадки, конструкції мікрометра та нутроміра; набути практичних навичок вимірювання мікрометром та нутроміром; навчитися користуватися таблицями допусків, основних відхилень гладких циліндричних поверхонь.

Завдання – виміряти вал та втулку, визначити граничні відхилення та граничні розміри заданих полів допусків; визначити, якому полю допуску відповідають дійсні розміри валу та отвору. Накреслити схему полів допусків та схему посадки.

Технічне забезпечення: циліндричний вал, втулка, мікрометр, нутромір, плоскопаралельні кінцеві міри. Струбцина

Техніка безпеки: Вимірювання можна виконувати тільки після пояснення викладача.

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Поверхні, за якими безпосередньо з’єднуються деталі, називаються спряженими, а сукупність цих поверхонь називається спряженням. Одна з поверхонь є охоплюючою, а інша – охоплюваною. Охоплюючу поверхню циліндричних деталей називають отвором, а охоплювану – валом.

Спряжені поверхні характеризуються розмірами.

Номінальний розмір – це розмір, відносно якого визначаються відхилення. Номінальний розмір отворів позначається D, валів – d.

Дійсний розмір ( D_i, d_i) – розмір елемента, встановлений вимірюванням із заданою точністю вимірювання.

Граничні розміри –це два гранично допустимих розміри елемента, між якими повинен знаходитись, (або яким може дорівнювати) дійсний розмір придатної деталі. Більший з них називають найбільшим граничним розміром, а менший – найменшим граничним розміром. Їх позначають: і для отвору, і - для валу (рис.1.1).

Відхилення - це алгебраїчна різниця між розміром (дійсним або граничним) і відповідно номінальним розміром. Відхилення може бути додатним, від’ємним або рівним нулю. Відхилення бувають дійсні та граничні.

Дійсним відхиленням називають алгебраїчну різницю між дійсним і відповідним номінальним розмірами.

Граничних відхилень два: верхнє ES (для отвору), es (для валу) і нижнє EI (для отвору), ei (для валу).

Верхнє відхилення ES, es – алгебраїчна різниця між найбільшим граничним і відповідним номінальним розмірами.

Для отвору для валу

Нижнє відхилення EI, ei – алгебраїчна різниця між найменшим граничним і відповідним номінальним розмірами:

Для отвору для валу

Допуск T - різниця між найбільшим і найменшим граничними розмірами. Або алгебраїчна різниця між верхнім і нижнім відхиленням. Допуск –це абсолютна величина. Стандартний допуск ІТ – будь-який з допусків, що встановлюється цією системою допусків та посадок. Надалі під терміном «допуск» розуміється «стандартний допуск».

Графічно допуски зображуються у вигляді полів допусків.

Поле допуску – це поле, обмежене найбільшим і найменшим граничними розмірами, яке визначається величиною допуску і його положенням відносно номінального розміру (рис.1.1).

Нульова лінія 0-0 – лінія, що відповідає номінальному розміру і від якої відкладаються відхилення розмірів в разі графічного зображення полів допусків та посадок. Якщо нульова лінія розташована горизонтально, то додатні відхилення відкладаються вверх від неї, а від’ємні – вниз.

Посадка – це характер з’єднання двох деталей, визначений різницею їх розмірів до складання.

Рис.1.1 – Основні елементи поля допуску

Зазор S –різниця між розмірами отвору і вала до складання, якщо розмір отвору більший за розмір вала. Зазор забезпечує взаємну рухомість деталей. Найбільший, найменший і середній зазори визначають за формулами:

Натяг N – різниця між розмірами вала і отвору до складання, якщо розмір вала більше розміру твору. Натяг забезпечує взаємну нерухомість деталей після складання. Найбільший, найменший і середній натяг визначають за формулами:

Залежно від відносного розміщення полів допусків отвору і вала посадка може бути: з зазором, з натягом та перехідною, характерною особливістю якої є ймовірність отримати у конкретному спряженні або зазор, або натяг.

За взаємним розміщенням полів допусків отвору і вала легко можна визначити, який саме характер посадки зображений на схемі: в посадках із зазором поле допуску отвору розташоване вище за поле допуску валу (рис.1.2а); в посадках з натягом поле допуску вала обов’язково буде вище за поле допуску отвору (рис.1.2б); в перехідних посадках на схемах полів допусків є перекриття (часткове або повне) полів допусків отвору і валу (рис.1.2в).

Посадка із зазором - посадка, за якою завжди утворюється зазор у з'єднанні, тобто найменший граничний розмір отвору більший за найбільший граничний розмір вала або дорівнює йому. На графічному зображенні посадки поле допуску отвору розміщено над полем допуску вала, тобто D_min d_max.

Посадка з натягом - посадка, за якою завжди утворюється натяг у з'єднанні, тобто найбільший граничний розмір отвору, менший за найменший граничний розмір вала або дорівнює йому. На графічному зображенні посадки поле допуску отвору розміщено під полем допуску вала.

Перехідна посадка - посадка, за якою ймовірне отримання як зазору, так і натягу в з’єднанні, в залежності від дійсних розмірів отвору та валу. На графічному зображенні посадки поля допусків отвору та вала

Рис.1.2 – Схеми посадок з зазором (а), з натягом (б) та перехідних (в).

перекриваються повністю або частково. У перехідних посадках при найбільшому граничному розмірі вала і найменшому граничному розмірі отвору виходить найбільший натяг, а при найбільшому граничному розмірі отвору й найменшому граничному розмірі вала найбільший зазор, тобто N_max при d_max і D_min, a S_max при D_max і d_min.

Система допусків і посадок – сукупність рядів допусків і посадок, розроблених на підставі багаторічних досліджень (теоретичних і експериментальних) та затверджених у вигляді стандартів. Передбачено посадки в системі отвору і системі валу.

Основні принципи побудови єдиної системи допусків і посадок (ЄСДП): дві рівноцінні системи утворення посадок: система отвору і система вала; інтервали номінальних розмірів; одиниця допуску; квалітети; основні відхилення; нормальна температура вимірювання +20°C.

У діапазоні розмірів до 500 мм передбачено 13 основних інтервалів. У діапазоні вище за 10 мм…500 мм кожний основний інтервал розподілено на додаткові інтервали. Для всіх розмірів, які входять у даний інтервал, допуски (для даного квалітету) - величини сталі.

Одиниця допуску для квалітетів з 5 по 18 визначається як:

,

де - середнє геометричне із крайніх значень кожного інтервалу номінальних розмірів, мм.

Квалітет – сукупність допусків, що розглядаються як відповідні одному рівню точності для всіх номінальних розмірів сталої відносної точності, яку визначають коефіцієнтом a для всіх номінальних розмірів даного діапазону. Коефіцієнт a однаковий для отвору і валу одного квалітету. Допуск за квалітетом визначається за формулою, мкм:

Рис. 1.3 – Схема розташування полів допусків в системі отвору (а) та в системі валу (б)

,

де - кількість одиниць допуску, яка встановлена для даного квалітету,

і – одиниця допуску, яка залежить тільки від номінального розміру.

Передбачено 20 квалітетів точності: 01, 0, 1, 2…18. Найбільш точний квалітет 01, найменш точний 18. Кількість одиниць допуску a для кожного квалітету (від 5 до 18) наведено у таблиці 1.1.

Таблиця 1.1. Значення кількості одиниць допусків для встановлених інтервалів в діапазоні розмірів до 500 мм

Величини допусків наведено в табл.1.2

Положення поля допуску відносно нульової лінії визначається основним відхиленням.

Основне відхилення – це одне з двох граничних відхилень (верхнє чи нижнє), що визначає положення поля допуску відносно нульової лінії. Основне відхилення - найближче до нульової лінії. Основні відхилення отворів позначають великими літерами латинського алфавіту, а валів – малими (рис. 1.4).

Установлено такі основні відхилення отворів: A, B, C, CD, D, E, EF, F, FG, G, H, Is, I, K, M, N, P, R, S, T, U, V, X, Y, Z, ZA, ZB, ZC.

Основні відхилення валів: a, b, c, cd, d, e, ef, f, fg, g, h, js, j, k, m, n, p, r, s, t, u, v, x, y, z, za, zb, zc.

Кожна літера визначає ряд основних відхилень, значення яких залежить від номінального розміру (табл.1.3).

Поле допуску утворюється поєднанням одного з основних відхилень та допуску одного з квалітетів. Поле допуску позначають літерою (інколи двома) основного відхилення та номером квалітету, наприклад, для валу: h7, fg9, для отвору: H7, CD10. Схема розташування основних відхилень відносно нульової лінії показана на рис. 1.4.

Посадка в системі отвору – посадка, в якій необхідні зазори і натяги утворюються сполученням різних полів допусків валів з полем допуску основного отвору.

Основним отвором називають отвір, нижнє відхилення якого дорівнює нулю (EI= 0), тобто нижня границя поля допуску збігається з нульовою лінією (рис.1.3а). Основний отвір позначається літерою H.

Посадка в системі вала – – посадка, в якій необхідні зазори і натяги утворюються сполученням різних полів допусків отворів з полем допуску основного вала.

Основним валом називають вал, верхнє відхилення якого дорівнює нулю (es= 0), тобто верхня границя поля допуску збігається з нульовою лінією (рис.1.3б). Основний вал позначається літерою h.

Посадки позначаються у вигляді дробу, в чисельнику якого знаходиться позначення поля допуску отвору, а в знаменнику – поля допуску валу, наприклад . Якщо в чисельнику основне відхилення отвору позначене літерою H, то це посадка в системі отвору; якщо в знаменнику стоїть літера h, то це посадка в системі вала. Способи позначення полів допусків і посадок на кресленнях показано на рис.1.5.

Таблиця 1. 2 – Числові значення допусків (за ГОСТ 25346-89 та ДСТУ 2500-94)

Таблиця 1. 3 - Числові значення основних відхилень валів (за ГОСТ 25346 – 89 та ДСТУ 2500-94), мкм

Рис. 1.5 – Позначення полів допусків в ЄСДП на кресленнях валів, отворів та на складальних кресленнях.

2. ВИМІРЮВАЛЬНИЙ ІНСТРУМЕНТ

2.1. Вимірювання мікрометричним інструментом.

Мікрометричні інструменти застосовують для вимірювань абсолютним контактним методом внутрішніх і зовнішніх розмірів поверхонь, глибин і висот. До них належать мікрометри, мікрометричні нутроміри та глибиноміри.

Найбільш поширеною групою інструментів є мікрометри, які відрізняються за конструкцією і функціональним призначенням. Мікрометри гладкі типа МК (рис. 2.1а) мають ціну поділки 10 мкм, або типа МКПТ (рис. 2.1б), які мають ціну поділки 1 мкм, або цифрові типа МКЦ (рис. 2.1в). Мікрометри гладкі та цифрові призначені для вимірювань зовнішніх розмірів з границею вимірювань приладу від 0 до 2000 мм. Мікрометр гладкий підвищеної точності дозволяє здійснити вимірювання зовнішніх розмірів з мінімальною похибкою. Мікрометр з широкою основою (рис. 2.1г) з плоскою прямокутною вимірювальною поверхнею служить для вимірювань малогабаритний деталей. Мікрометри важільні (рис. 2.1д) мають рухливий вимірювальний накінечник і вбудований індикатор з ціною поділки 0, 001 мм. Ці мікрометри ідеальні для серійних порівняльних вимірювань деталей. Номінальний розмір виставляється на мікрометрі, а відхилення прочитуються на індикаторі. Циферблат, що обертається, для точного налаштування з регульованими маркерами допуску. Мікрометри універсальні (рис. 2.1е) - це гладкі мікрометри з сімома парами змінних вставок, які застосовуються залежно від конфігурації вимірюваної деталі. Граничні (двошкальні) мікрометри (рис. 2.1ж) призначені для вимірювання зовнішніх граничних розмірів. Граничні мікрометри мають 2 мікрогвинти, один з яких встановлюють в положення, відповідне максимальному граничному значенню вимірюваної деталі, а інший - мінімальному граничному значенню. Вимірювану деталь вводять послідовно між вимірювальними поверхнями граничного мікрометра і визначають придатність деталі. Мікрометри гладкі збільшеного діапазону (рис. 2.1з) - легкі, але жорсткі гладкі мікрометри з границею вимірювань понад 400 мм мають змінні наконечники з приростом розміру на 25 мм.

а	б
в	г
д	е
ж	з

Рис. 2.1 – Деякі конструкції мікрометрів.

2.1.1 Конструкція мікрометричного інструменту. В основу конструкції мікрометричного інструменту покладено застосування гвинтової мікрометричної пари з кроком р=0, 5 мм. Мікрометр для зовнішніх вимірювань має такі основні деталі (рис.2.2): скобу 1, в яку з одного боку запресовано п’ятку 2 з вимірювальною поверхнею, а з другого - гільзу (стебло) 4 з основною шкалою; барабанчик 5 з круговим ноніусом; шпиндель 3 з торцевою вимірювальною поверхнею та мікрометричним гвинтом; тріскачку 7; стопорний пристрій шпинделя 8; стопорну гайку 6, яка є корпусом тріскачки.

На гільзі 4 нанесено повздовжню риску, з двох боків якої розміщено групи штрихів, відстань між якими дорівнює 1мм. Але верхня шкала зміщена відносно нижньої праворуч на 0, 5мм. Уздовж нижньої шкали проставлено цифри; за нею при вимірюванні ведуть відлік цілих міліметрів, а за верхньою – половин міліметрів.

На скосі барабанчика 5 розміщено кругову допоміжну шкалу з числом штрихів n =50. Беручи до уваги, що крок різьби мікрогвинта p =0, 5

мм, повороту барабанчика на одну поділку відповідає переміщення вимірювальної поверхні шпинделя 3 на 0, 01мм, тобто ціна поділки кругової шкали =0, 5: 50=0, 01 мм.

2.1.2 Вимірювання мікрометром. Перед початком вимірювання треба обов’язково перевірити точність нульового положення.

Для цього у мікрометрів з діапазоном вимірювання 0…25 мм, обертаючи тріскачку 7, переміщують шпиндель 3 доти, доки він досягне вимірювальної поверхні п’ятки 2. Тріскачка почне проскакувати і зробить три-чотири потріскування. При цьому треба, щоб відліковий торець M барабанчика відкрив перший штрих повздовжньої шкали (рис.2.3а), а нульовий штрих кругової шкали барабанчика збігся з повздовжньою рискою.

Рис. 2.2 - Мікрометр для зовнішніх вимірювань

Рис. 2.3 – Відліковий пристрій мікрометра.

Під час перевірки мікрометрів з діапазонами вимірювання 25…50 мм та 50…75 мм між вимірювальними поверхнями встановлюють кінцеві міри довжини, розмір яких відповідає найменшому вимірювальному розміру (25 та 50 мм відповідно). Можна також користуватися циліндричною установочною мірою, яка є у комплекті мікрометра. Далі перевіряють так само, як і мікрометр з діапазоном вимірювання 0…25 мм.

Якщо потрібного положення штрихів не досягнено, треба мікрометр відрегулювати, а саме шпиндель з мікрогвинтом 3 стопорять (гайкою або стопором), потім, обертаючи гайку 6, звільняють барабанчик 5 і встановлюють його так, щоб нуль кругової шкали збігався з повздовжньою рискою. Це положення фіксують стопором 8, звільняють шпиндель гайкою (або стопором) і знову перевіряють точність нульової установки мікрометра.

Щоб виміряти деталь, її встановлюють між вимірювальними поверхнями мікрометра, потім обертають мікрогвинт обов’язково за тріскачку 7 до потріскування. При цьому вимірювана деталь затискається між вимірювальними поверхнями мікрометра. Це положення шпинделя фіксують гайкою (або стопором) 8 і після цього ведуть відлік.

Відлік розміру починають з цілих міліметрів на нижній частині основної шкали. Якщо барабанчик відкриває штрих на верхній частині основної шкали, то до числа цілих міліметрів додають 0, 5 мм. Число сотих долей міліметра відраховують за круговою шкалою барабанчика; воно відповідає тій поділці шкали, яка збігається з повздовжньою рискою основної шкали.

Вимірювальний розмір визначається, як:

де l – кількість поділок на нижній повздовжній шкалі гільзи, мм; k – кількість поділок кругової шкали на скосі барабанчика; с – ціна поділки, с =0, 01мм.

Приклад відліку наведено на рис.2.3б, в.

2.2 Вимірювання за допомогою індикаторних інструментів.

2.2.1 Конструкція індикаторного нутроміру. Індикаторні нутроміри досить широко застосовують для контролю точних отворів (5-8 квалітів) при їх виготовленні. Важливою перевагою індикаторних нутромірів є можливість вимірювання довгих отворів. За допомогою індикаторних нутромірів можуть контролюватися також відхилення від правильної геометричної форми (овальність, бочко-, сідло-, конусоподібність).

Індикаторний нутромір може бути віднесений до важільно-зубчастих приладів, тому що в ньому поєднується зубчаста система стандартного індикатора годинникового типу, який є відліковим устроєм нутроміра, з важільною системою трубки нутроміра.

За числом вимірювальних наконечників нутроміри поділяються на двох, трьох та чотирьох контактні. У чотирьох-контактних (ГОСТ 9244-59) є два рухомих і два нерухомих (центруючих) наконечника.

До нутроміра додається набір змінних вставок та упор, який забезпечує правильне встановлення нутроміру, якщо на виробі є площина перпендикулярна отвору.

Найбільш широко застосовуються в промисловості двох-контактні нутроміри (ГОСТ 808-03) з границями вимірів 6-1000 мм.

На рис. 2.4. показаний індикаторний нутромір з границями вимірювання 50-100 мм. Він складається з трубчастого корпусу 2, вимірювальної головки та індикатора часового типу 1 з ціною поділки 0, 01 мм. Точність вимірювання індикаторним нутроміром залежить від точності індикатора. Конструкція вимірювальної головки у приладів з різною границею вимірювання відрізняється.

Рисунок 2.4 – Індикаторний нутромір.

Вимірювальна головка має з одного боку вимірювальний стрижень 3, а з іншого – змінну вимірювальну вставку 4. Вимірювальний стрижень головки передає переміщення стрижню індикатора через рухомий стрижень корпусу.

Центруючий мостик 5 слугує для поєднання лінії вимірювання з діаметральною плоскістю отвору, що вимірюється.

При вимірюванні переміщення вимірювального стрижня 3 передається через важільну систему стрижня індикатора. До нутроміру надаються шість змінних вимірювальних вставок, дві шайби та два подовжувача. Цей набір дозволяє змінювати нульове положення прибору на 1 мм в межах всього діапазону вимірювання. При роботі прибор слід тримати за теплоізоляційну ручку.

2.2.2 Настроювання індикаторного нутроміра та вимірювання циліндричного отвору.

Метод вимірювання індикаторним нутроміром – це метод порівняння з мірою, тому перед вимірюванням нутромір необхідно настроїти.

Настройка індикаторного нутроміру проводиться по блоку кінцевих мір довжини, який встановлюється в струбцину (рис. 2.5 а) або по установчому зразковому кільцю (рис. 2.5 б).

а б

Рисунок 2.5. – Прилади для настройки індикаторного нутроміру:

а – струбцина; б – зразкове кільце.

Для встановлення індикаторного нутроміра на нуль необхідно:

- по завчасно виміряному штангенциркулем отвору підібрати змінну вимірювальну вставку і затиснути її в отворі головки нутроміра так, щоб розмір вимірювальної частини був на 0, 5 – 1, 5 мм більше розміру отвору;

- ввести нутромір в отвір зразкового установчого кільця (або в простір між боковиками струбцини);

- невеликим похитуванням прибору в площині вимірювання знаходимо точку повернення стрілки індикатора (рис.2.4), яка буде відповідати розміру, що встановлюється;

- повернути шкалу індикатора за ободок, сумістити точку повернення з нульовим діленням;

Для вимірювання циліндричного отвору неохідно:

- вивести нутромір з установочного кільця або боковичків і ввести у вимірюваний отвір;

- трохи похитуючи інструмент, визначити, на скільки поділок від нульового положення відхилилася стрілка;

- знаючи ціну поділки індикатора, знайти відхилення розміру деталі від розміру блока і відхилення;

- закінчивши вимірювання, треба перевірити нульове положення стрілки. Якщо її положення змінилося, більше ніж на половину поділки шкали, вимірювання вважають недійсним.

3. ПОРЯДОК І РЕКОМЕНДАЦІЇ, ЩОДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ ТА ОБРОБКИ РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ