2.2.11 Лабораторная работа № 18

«Прямой и косвенный методы измерения углов и конусов»

2.2.11.1 Цель работы

Закрепление и углубление знаний и приобретение навыков в области проведения измерений с помощью прямых и координатных методов.

2.2.11.2 Содержание работы

Измерения: а) внутреннего угла плоской детали; б) угла наружного конуса; в) прямолинейности направляющих станка.

2.2.11.3 Экспериментальное оборудование

а) Использование метода, обеспечивающего определение величины углов и конусов в дуговой мере, – измерения проводятся с помощью угломера со штриховым нониусом, оптическим угломером, оптическим квадрантом.

1) Измерение наружного угла плоской детали.

Объект измерения – плоская деталь с наружным углом.

Средства измерения – угломер механический с нониусом и оптический угломер.

2) Измерение внутреннего угла плоской детали.

Объект измерения – плоская деталь с внутренним углом.

Средства измерения – угломеры механический и оптический.

Схема измерения – приложение С.

б) Применение метода, обеспечивающего определение линейных размеров, связанных с величиной определяемого угла, – измерения с помощью синусных линеек.

Измерение угла наружного конуса.

Объект измерения – конусный калибр-пробка или конусный хвос­товик сверла, развертки, оправки в т.п.

Средства измерения – синусная линейка, головка измерительная с ценой деления 0,001 или 0,002 мм, стойка, концевые меры длины – набор № 1, плита поверочная, не грубее 1-го класса точности.

Схема измерения – приложение С.

в) Измерение прямолинейности направляющих станка.

Средства измерения – квадрант, две опорные трехгранные призмы, длина которых равна ширине квадранта.

Объект измерения – направляющие станка.

2.2.11.4 Подготовка к работе

Самостоятельная подготовка студентов к выполнению лабораторной работы осуществляется по следующим разделам:

– единицы измерения углов, нормальные ряды и размеры углов [7];

– система допусков углов [7, 20, 21];

– виды конических соединений [7, 20];

– допуски и поля допусков конусов [7, 20];

– методы и схемы контроля конусов [7, 20];

– приборы для измерения углов и конусов [20, 26].

2.2.11.5 Теоретическая часть

а) Описание средств измерения

К приборам для измерения углов относят угломеры с нониусом, оптические угломеры, оптические делительные головки, синусные линейки и т.д. Для измерения малых углов используют уровни и автоколлиматоры. Углы могут быть измерены также на измерительном проекторе и инструментальном микроскопе.

Механический угломер. Угломером называется накладной прибор для измерения углов, в котором отсчет угла по шкале производят с помощью нониуса. Механический угломер представляет две измерительные поверхности, из которых одна 1 связана со шкалой 2, а другая 3 – с нониycoм 4 (рисунок 64).

Прикладывая поверхности 1 и 3 к сторонам измеряемого угла без просвета по шкале и нониусу, отсчитывают значение измеряемого угла.

1, 3 – измерительные поверхности; 2 – шкала; 4 – нониус;

5 – линейки; 6 – угольники; 7 – державки;

а – угломер с ценой деления ;

б – универсальный угломер с ценой деления .

Рисунок 64 – Угломеры с нониусом

Конструкции угломеров бывают различные: в зависимости от пределов измерения – до 180° (см. рисунок 64, а) или 360 (см. рисунок 64, б); от возможности измерения наружных и внутренних углов. В универсальных угломерах имеются съемные линейки 5 (см. рису- нок 64, б) и угольники 6, которые с помощью державки 7 закрепляются на угломере для обеспечения измерения углов на всем пределе измерения, как наружных, так и внутренних (рисунок 65).

Рисунок 65 – Примеры измерения угломером

Угломеры имеют отсчет по нониусу , или . Погрешность угломеров не превышает величины отсчета, а поверку осуществляют по угловым мерам.

Оптический угломер. Линейка 1 со сквозной прорезью вдоль оси жестко соединена с корпусом 8 угломера, внутри которого неподвижно укреплен лимб 10, имеющий полную угловую шкалу с ценой деле- ния (в прежних конструкциях – 10') (рисунок 66).

1, 2 – линейки; 3 – диск; 4 – рычаг; 5 – кольцо; 6 – подставка;

7 – лупа; 8 – корпус; 9 – стекло; 10 – шкала;

а – общий вид; б – разрез; в, г – шкалы

Рисунок 66 – Оптический угломер

Шкала разделена на четыре квадранта, каждый из которых оцифрован от 0 да через (в прежних конструкциях – через ). Линейку 2 можно перемещать в направлении ее оси и поворачивать вокруг центра корпуса 8 на определенный угол по отношению к линейке 1. В продольном положении линейку 2 фиксируют поворотом рычага 4.

В продольный паз линейки 2 входит шпонка, связанная с верхним диском 3, на котором установлены лупа 7 с увеличением около и стекло 9 со шкалами, имеющими цену деления .

В поле зрения лупы 7 (см. рисунок 66, в) видны две шкалы с ценой деления и изображение части круговой шкалы 10 (см. рису- нок 66, г), освещаемой через стекла 9. В данном случае отсчет, определяющий угол между линейками 1 и 2, равен .

Угол между линейками 1 и 2 устанавливают поворотом по часовой стрелке накатанного кольца 5 (см. рисунок 66, а) и фиксируют стопором 4.

Подставка 6 с плоской поверхностью и призматическим углублением служит для установки угломера на плоскую или цилиндрическую поверхность при специальных измерениях.

Основными источниками погрешностей угломеров являются погрешности шкал, эксцентриситет шкал и отклонения от плоскостности и прямолинейности измерительных поверхностей угломера.

Синусная линейка. Измерение углов с помощью синусной линейки относится к тригонометрическому методу, заключающемуся в измерении линейных величин, позволяющих вычислить тригонометрические функции искомых углов, а следовательно, и сами углы.

Синусной линейкой называют специальную линейку в виде прямоугольного параллелепипеда 1 (рисунок 67) с двумя цилиндрическими роликами 2 (шариками) на концах. С помощью такой линейки «воспроизводят» углы обычно не более как при измерении, так и при изготовлении деталей с угловыми размерами. Синусную линейку располагают на плите, под один из роликов линейки устанавливают блок концевых мер длины размером h, который подсчитывают по формуле , где – угол, на который требуется установить синусную линейку; l – расстояние между осями роликов.

1 – синусная линейка; 2 – ролики; 3 – отверстия;

а – при установке детали на плоской поверхности;

б – измерение наружного и внутреннего конусов.

Рисунок 67 – Синусные линейки

Верхняя поверхность линейки оказывается в этом случае наклоненной к поверхности плиты на требуемый угол Линейку называют синусной, потому что в формуле подсчета размера блока концевых мер длины используют тригонометрическую функцию синус.

Конструкции синусных линеек универсального применения имеют ролики, расположенные на расстоянии 100 – 500 мм (это расстояние часто называют базовой длиной синусной линейки). Верхняя поверхность линейки плоская (см. рисунок 67, а) с несколькими резьбовыми отверстиями 3 для закрепления прижимами измеряемой детали. Имеются варианты линеек, в которых на верхней поверхности располагаются центры для установки измеряемой детали. Значительно реже встречаются синусные линейки с так называемым двойным наклоном, когда угол может быть установлен в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Некоторые линейки изготовляют с опорной плитой, с тем чтобы избежать влияния местных неровностей плиты, на которую устанавливают линейку при работе, на погрешность настройки.

Измерение на синусной линейке осуществляют от плиты. Наиболее часто на синусных линейках измеряют углы конусов (см. рису- нок 67, в). Деталь укладывают на поверхность линейки вершиной измеряемого угла в направлении к ролику, под который устанавливают блок концевых мер. В этом положении измеряемый угол детали оказывается внутренним, накрест лежащим по отношению к углу наклона линейки. При этих условиях, если угол детали не имеет погрешности, верхняя образующая угла детали должна расположиться параллельно плите, на которой установлена линейка. С помощью измерительной головки, установленной на штативе или стойке, определяют разность высот положения образующей угла детали от плиты и по этим данным находят, насколько измеряемый угол отличается от настроенного синусной линейкой.

Погрешность установки угла с помощью синусной линейки в общем виде зависит от погрешности используемого блока концевых мер длины и от погрешности аттестации расстояния между осями роликов :

.

Погрешности установки угла синусными линейками находятся в пределах при установке угла до и при установке угла от 30 до .

Поверку синусных линеек осуществляют с помощью специальных образцовых угловых мер (измерением этих мер). Принцип синусной линейки широко используется в различных механизмах.

Оптический квадрант (рисунок 68) предназначен для измерения угла наклона плоских и цилиндрических поверхностей, а также для их установки под заданным углом к горизонтальной плоскости.

Квадрант состоит из плоского основания 9 с призматической выемкой, корпуса 4, внутри которого укреплен стеклянный лимб с ценой деления , рассматриваемый в отсчетный микроскоп 1. Лимб и отсчетный микроскоп 1 по конструкции аналогичны лимбу и отсчетному микроскопу окулярной угломерной головки с ценой деления . Наружный диск 5 (рисунок 68, а) со шкалой 6 и указателем 10 служат для грубого отсчета угла поворота отсчетного микроскопа 1 относительно лимба. Этот поворот осуществляют винтом 8 и фиксируют винтом 2. На наружном диске 5 укреплены продольный уровень 7 с ценой деления и установочный поперечный уровень 11 с ценой деления . Для облегчения отсчета по шкале продольного уровня введено зеркало 3.

1 – отсчетный микроскоп; 3 – зеркало; 4 – корпус; 5 – диск;

6 – шкала; 7, 11 – уровни; 2, 8 – винты; 9 – основание; 10 – указатель;

а – внешний вид; б – шкала прибора.

Рисунок 68 – Оптический квадрант

При установке квадранта на горизонтальную плоскость оба уровня и отсчетный микроскоп должны давать нулевое показание. Измерение угла наклона поверхности с помощью квадранта производят следующим образом: квадрант устанавливают основанием на исследуемую поверхность, затем ослабляют стопорный винт 2 и вращают диск 5 до тех пор, пока пузырек продольного уровня 7 не станет в примерно среднее положение. Затем закрепляют стопорный винт 2 и винтом 8 поворачивают диск 5 до тех пор, пока пузырек уровня 7 не станет в положение нуль-пункт. После этого производят отсчет угла наклона исследуемой поверхности по отсчетному микроскопу 1. На рисунке 68, б отсчет равен 21°30'.

Если по квадранту необходимо установить поверхность под определенным углом к горизонтали, то вначале описанным выше способом устанавливают квадрант на заданный угол , а затем ставят квадрант основанием на устанавливаемую поверхность и поворачивают ее до тех пор, пока пузырек продольного уровня 7 не станет в положение нуль-пункт. Проверяют точность показаний квадранта в точках ; ; ; 120º. Отклонение показаний от номинального значения не должно превышать .

2.2.11.6 Контрольные вопросы

1. Что принято за единицу измерения угла?

2. Какие существуют методы и средства измерения углов?

3. Конусные калибры и способы их использования.

4. Что такое синусная линейка? Виды синусных линеек, погрешность установки угла.

5. Оптическая делительная головка, ее принципиаль­ная схема, цена деления и область применения.

6. Угломеры, принцип действия, цена деления.

7. В чем заключаются прямой и косвенный методы измерения углов, их принципиальное различие?

8. Расположение полей допусков на угловые размеры.

9. Обозначение допусков углов на чертежах.

10. Допуски конических деталей.

2.2.11.7 Порядок выполнения работы

Используя таблицы С.1 и С.2, определить метрологические характеристики применяемых средств измерения углов и заполнить таблицы 37 и 38.

Таблица 37 – Метрологические характеристики угломеров

Угломер	Тип и модель	Цена деления, угл. мин.	Диапазон измерений, град.	Длина измерительной поверхности, мм
Механический
Оптический

Таблица 38 – Метрологические характеристики синусной линейки

Тип синусной линейки	Модель	Расстояние между осями роликов, мм	Ширина линейки, мм	Допускаемая погрешность при установке на углы до , угл. сек.

а) Измерение углов детали угломером с нониусом

1. Подготовить объект измерения и записать номинальные размеры измеряемых углов и их предельные отклонения.

2. По номинальному углу детали подобрать дополнительные части к угломеру с нониусом, требуемые для измерения данного угла.

3. Собрать угломер и дополнительные части в требуемый комплект.

4. Установить угломер по углу детали и, наблюдая «на просвет» взаимное положение поверхностей, образующих угол детали, и по­верхностей линеек угломера, повернуть линейки угломера до совпадения с поверхностями детали.

5. Определить действительный размер угла детали.

б) Измерение углов детали угломером оптическим

Аналогичные измерения провести с помощью оптического угломера.

в) Измерение угла детали с помощью синусной линейки

1. Ознакомиться с объектом измерения (калибром-пробкой или конусом Морзе).

2. Записать номинальные размеры конуса.

3. Определить синус угла измеряемого конуса.

4. Рассчитать номинальный размер блока из концевых мер по формуле h = l sin, где l – размер между осями роликов синусной линейки (l = 100 мм).

5. Установить стойку и синусную линейку на поверочную плиту, а измерительную головку – в стойку.

6. Собрать блок из концевых мер h по формуле h = lsin .

7. Положить измеряемую деталь вершиной конуса в сторону блока концевых мер.

8. Установить измерительную головку над деталью.

9. Определить измерительной головкой величину отклонения от параллельности верхней образующей конуса и поверхности поверочной плиты как разность показаний головки h в точках h₁ и h₂ на расстоянии l_П, отступая от краев детали на l_Т  5мм (см. рисунок 67).

10. Установить знак и величину отклонения  угла конуса детали:

, угл. сек.

11. Рассчитать действительный угол _д конуса измеряемой детали, суммируя (алгебраически) номинальный угол и его отклонения.

12. Определить соответствие угла конуса детали предельным допускаемым значениям.

13. Результаты измерений и расчетов, а также исходные данные занести в таблицу 39.

Таблица 39 – Результаты измерения углов

Номинальное значение угла	Предельные отклонения	Предельные значения угла	Результат измерения угломером с нониусом (УН)	Результат измерения угломером оптическим (УО)

14. Определить конусность и уклон конусной части детали.

г) Определение прямолинейности поверхности детали

1. Закрепить на квадранте две трехгранные призмы таким образом, чтобы между ними было постоянное расстояние l.

2. Разметить проверяемую деталь отметками, где будет находиться грань призмы.

3. Установить квадрант в исходное положение: одна призма должна стоять под одной стороной квадранта, а другая – под другой.

4. Перемещать квадрант по контролируемой поверхности в заданном направлении так, чтобы задняя опора каждый раз устанавливалась на месте передней.

5. Перемещая квадрант и определяя смещения опор (отклонение пузырька), можно получить полное представление о профиле поверхности.

6. Смещение опоры (в мм) определить по формуле .

7. Заполнить таблицу: номер точки – отсчет по шкале с учетом знака – смещение относительно нулевой точки, мм.

8. Построить на миллиметровой бумаге график, характеризующий прямолинейность поверхности измеряемой детали (рисунок 69).

Рисунок 69 – График, характеризующий

прямолинейность детали

В графике по горизонтальной оси откладывают номера точек, расстояние между которыми должно соответствовать расстоянию между опорами квадранта, взятому в масштабе. По вертикальной оси (в любом масштабе) откладывают данные по смещению относительно нулевой точки. За линию отсчета принимают линию абсцисс. Полученные ординаты соединяют ломаной линией. Крайние точки ломаной линии соединяют прямой. Ординаты, заключенные между ломаной линией и прямой, представляют собой отклонения от прямолинейности в различных точках.

2.2.11.8 Оформление отчета по работе

Отчет оформляется в соответствии с п. 1.4. Отчет по экспериментальной части должен содержать таблицы 37 – 39 и выводы о годности детали.