Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Анализ поставленной измерительной задачи

1.1 Установление перечня измеряемых размерно-геометрических параметров детали

1.2 Расчет допускаемой погрешности измерения

2. Установление условий проведения измерения

2.1 Нормальные условия проведения измерений

2.2 Установление области допустимых отклонений основных влияющих величин

2.3 Расчет температурного режима измерений

3. Выбор и обоснование метода и схемы измерения

3.1 Выбор и обоснование метода измерения

3.2 Разработка схемы измерительного приспособления

3.3 Разработка измерительного приспособления

3.4 Выбор стандартной измерительной головки

4. Расчет погрешности измерения

4.1 Погрешность метода измерения

4.2 Погрешность измерительного приспособления

4.2.1 Погрешность схемы

4.2.2 Технологическая погрешность

4.2.3 Эксплуатационная погрешность

4.2.4 Погрешность отсчета

4.2.5 Погрешность измерительного преобразователя

4.3 Субъективные погрешности

4.4 Определение результирующей погрешности измерения

1. Анализ поставленной измерительной задачи

размерный измерительный приспособление деталь

Анализ поставленной измерительной задачи создает предпосылки для получения измерений высокого качества, так как позволяет исключить проведение некорректных измерительных операций. При таком анализе, прежде всего, необходимо ответить на два вопроса: какие параметры детали подлежат измерению и какой точности должен быть результат измерения.

1.1 Установление перечня измеряемых размерно-геометрических параметров детали

Конструкция измерительного приспособления определяется рядом факторов. Из них на первое место следует поставить характеристики самих измеряемых величин. Так как в машиностроении сложились определенные правила задания размеров, точности формы и взаимного расположения поверхностей, а так же других параметров, то разработка схемы и конструкции измерительного приспособления должна быть основана, в первую очередь, на решении вопроса: что измеряется? Если при измерении размеров ответ на этот вопрос, как правило, не вызывает затруднений (измеряется расстояние между двумя точками), то при измерении отклонений формы и расположения поверхностей могут возникнуть определенные сложности, связанные со спецификой нормирования допусков формы и расположения поверхностей и необходимостью их взаимного учета или исключения. Поэтому при ответе на первый вопрос следует пользоваться ГОСТ 24642-81 (СТ СЭВ 301-76) и ГОСТ 2.308-79 (СТ СЭВ 368-76), в которых приведены основные понятия, термины, определения и обозначения по видам отклонений формы и расположения поверхностей их нормированию и принципах измерения. Рекомендуется также пользоваться классификатором видов размеров, отклонений формы и расположения поверхностей в машиностроении [3, 13], так как в основу классификатора были положены принципы общности схем и методов измерений, что дает предпосылку правильного выбора схемы и метода измерений.

* В соответствии с заданием необходимо измерить радиальное биение на наружной поверхности детали относительно центрального базового отверстия.

Радиальное биение на наружной поверхности детали относительно центрального базового отверстия будем измерять на наибольшем диаметре детали, т. к. там будет максимальное значение погрешности. В нашем случае контролируемый размер диаметр 85 мм.

1.2 Расчет допускаемой погрешности измерения

При оценке допускаемой погрешности измерений (ответе на второй вопрос) следует пользоваться ГОСТ 8.051-81. В этом стандарте показана связь между относительной погрешностью измерения

А_мет=100%

(где - среднее квадратическое отклонение погрешности измерения; Т- допуск на контролируемый размер), вероятностью m принятия бракованных деталей как годных (брак 2-го рода), вероятностью п неправильно забракованных деталей (брак 1-го рода) и вероятностью с выхода размера за каждую границу поля допуска у неправильно принятых бракованных деталей. Используя эту связь и руководствуясь масштабами производства контролируемых изделий, требованиями к их качеству, количеством контролируемых параметров, следует оценить допустимые значения брака контроля 1-го (п) и 2-го (т) рода. Воспользовавшись таблицами ГОСТ 8.051-81, по допустимым значениям вероятности брака контроля необходимо найти отношение среднего квадратического отклонения погрешности измерений к допуску на контролируемый параметр. Зная допуск, можно оценить среднее квадратическое отклонение погрешности измерения .

В соответствии с ГОСТ 8.051-81 допускаемая погрешность измерения включает случайные и неучтенные систематические погрешности измерения. Случайная погрешность измерения не должна превышать 0,6 допускаемой погрешности измерения и принимается равной 2.

Исходя из этого, предельную допускаемую погрешность измерения _изм следует принять равной:

_изм=.

При определении параметров т и n рекомендуется принимать (ГОСТ 8.051-81) следующие значения А_мет():

- 16% для квалитетов 2 - 7;

- 12% для квалитетов 8 и 9;

- 10% - для квалитетов 10 и грубее.

Для ориентировочного определения допустимой погрешности измерения можно воспользоваться таблицами ГОСТ 8.051-81, в которых _изм приведена в зависимости от квалитета (допуска) контролируемого параметра и величины номинального размера.

* Для рассматриваемого примера за допускаемую погрешность измерения принимаем величину

_изм===21 мкм,

Где - среднее квадратическое отклонение погрешности измерения, которое определяется в зависимости от погрешности изготовления детали, закона распределения измеряемой величины и закона распределения погрешности измерения.

Предполагаем, что погрешность изготовления детали укладывается в поле допуска. Закон распределения измеряемой величины - закон Релея. Закон распределения погрешности измерения - нормальный.

В соответствии с ГОСТ 8.051-81 относительная погрешность измерения

А_мет=100% ; ==6,4 мкм

Принято: при измерении размера с точностью 7 квалитет величина А_мет=16%, а так как допуск на размер равен 0,04 мм, то можно предположить, что данный размер выполнен по 7 квалитету [ГОСТ24642-81].

2. Установление условий проведения измерения

2.1 Нормальные условия проведения измерений

Каждое измерение выполняется в определенных условиях, которое характеризуются одной или несколькими внешними влияющими величинами. Эти величины часто оказывают заметное влияние на измеряемую величину и используемое средство измерений.

С целью обеспечения единства измерений к условиям их проведения предъявляются жесткие требования. Для конкретных областей измерений устанавливают единые условия, называемые нормальными. Значение влияющей величины, соответствующее нормальным условиям называют номинальным значением влияющей величины. Номинальные значения влияющих величин при выполнении линейных и угловых измерений регламентирует ГОСТ 8.050-73.

Согласно ГОСТ 8.050-73 ГСИ. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений:

- температура окружающей среды 20°С;

- атмосферное давление 101324,72 Па (760 мм рт. ст.);

- относительная влажность окружающего воздуха 58 % (нормальное парциальное давление водяных паров 1333,22 Па);

- ускорение свободного падения (ускорение силы тяжести) 9,8 м/с²;

- направление линии измерения линейных размеров до 160 мм у наружных поверхностей - вертикальное, в остальных случаях - горизонтальное;

- относительная скорость движения внешней среды равна нулю;

- значения внешних сил равны нулю.

2.2 Установление области допустимых отклонений основных влияющих величин

В реальных условиях при выполнении измерительных операций трудно обеспечить определенные номинальные значения влияющих величин. Поэтому задача сводится к установлению пределов возможных изменений влияющих величин.

Наиболее простыми и доступными с точки зрения пользования являются рекомендации по условиям измерения, выдаваемые в виде таблиц и номограмм. Такие рекомендации, как правило, содержат ряды допускаемых отклонений или отклонений и колебаний влияющих величин, данные в зависимости от размеров или массы контролируемых изделий и точности контролируемого параметра. Таблицы, построенные по этим принципам, включены в ГОСТ 8.050-73.

Ряд указанных условий и представленных ниже допускаемых отклонений относится к рабочему пространству, окружающего средство измерений и объект контроля, влиянием величин вне которого на результат измерения можно пренебречь.

Стандарт определяет нормальную область значений влияющих величин при линейных и угловых измерениях, при обеспечении которой погрешность средства измерений может превышать допускаемую основную погрешность средства измерения примерно на 0,1 допуска на изготовление. Эта область определяется следующими пределами значений влияющих величин.

1. Пределы допустимых отклонений от нормального направления линии измерения и нормированных параметров ориентации средств и объектов измерений при линейных измерениях составляют: ±1° при контроле деталей с нормированной точностью по квалитетам 2-4; ±2° - по квалитетам 5-9; ±5° - по квалитетам 10 -17, а при измерениях углов: ± 0,5° - по 1,2-й степеням точности; ±1,5° по З - 5-й степеням точности.

2. Отклонение температуры объекта измерения и рабочего пространства от нормального значения в процессе измерения должны соответствовать указанным в табл. 1. При измерениях углов пределы допускаемого отклонения температуры от нормального значения составляют ± 3,5°С.

Таблица 1. Пределы допускаемого отклонения температуры объекта измерения и рабочего пространства от нормальной, °С

Размеры, мм	Квалитеты
	3	4	5-9	10-11	12-17
Св. 1 до 18	±0,8	±1,0	±1,5	±3	±4
» 18» 50	±0,3	±0,5	±1,0	±2	±3
» 50 » 500	±0,2	±0.3	±0,5	±1	±2

Если в рабочее пространство помещается деталь с отклонением от нормальной температуры большим, чем указано в табл. 1, то деталь должна выдерживаться в рабочем пространстве (табл. 2). Средства измерений должны находиться в условиях, указанных в табл. 2, не менее 24 ч до начала измерений.

Таблица 2. Время выдержки объектов контроля до начала измерения

Масса объекта контроля, кг	Квалитеты точности объекта контроля
	2-4	5-9	10-11	12- 17
	Начальное отклонение температуры, °С
	1,5	2,5	3,5	5
До 10	6	4	3	2
Св. 10 до 50	14	8	6	4
» 50 » 200	24	14	10	7
» 200 » 500	36	20	16	12

Пределы допускаемой в процессе измерения нестационарной составляющей разности температур в любых двух точках и изменения температуры в любой точке рабочего пространства, а также находящихся в нем поверхностей измеряемого объекта и средств измерений должны соответствовать указанным в табл. 3.

Таблица 3. Допускаемые изменения температуры в одной и двух точках рабочего пространства, поверхностей средства и объекта

Допускаемые отклонения температуры от нормальной, °С	Допустимые изменения температуры, °С	Допускаемая разность температур в двух точках
	в течение 0,5ч.	в течение 12ч.
±0,1	0,02	0,1	0,02
±0,2	0,05	0,2	0,05
±0,3	0,1	0,2	0,1
±0,5	0,1	0,5	0,2
±0,8	0,1	0,5	0,2
±1,0	0,1	0,5	0,2
±1,5	0,2	1,0	0,2
±2,0	0,2	2,0	0,2
±3,0	0,5	3,0	0,5
±4,0	0,5	3,0	0,5

3. В рабочем пространстве допускаются только плавные изменения температуры со скоростью не более 0,1°С/мин.

4. Давление воздуха в рабочем пространстве не должно быть менее атмосферного. Допускается превышение атмосферного давления не более чем на 3 кПа.

5. Допускаемое отклонение влажности ±20%.

6. Уровень шума в рабочем пространстве не должен превышать 80 дБ при измерениях величин с нормированной точностью с 6-го по 10-й квалитет.

Однако такие рекомендации, ввиду того, что они даются безотносительно к размерам, конфигурации и материалу измеряемых деталей, а также к используемым средствам измерений, могут носить только сугубо ориентировочный характер. Поэтому при выполнении курсовой работы следует, где это возможно, определять допустимые области изменения влияющих величин расчетным путем. Наиболее просто такая задача решается для установления температурного режима измерений.

2.3 Расчет температурного режима измерений

Температурный режим - это условная разность температур объекта измерения (детали) и измерительного средства (измерительного приспособления), при которой в определенных «идеальных» условиях возникает та же температурная погрешность, что и в реальных условиях. «Идеальные» условия предусматривают, что объект и средство измерения имеют постоянную по их объемам температуру и одинаковые коэффициенты линейного расширения, равные для стали 11,6-10^-6 1/град [9]. Предельное значение температурного режима может быть определено по формуле:

,

где - отклонение температуры воздуха от 20°С; - кратковременные колебания температуры рабочего пространства за время измерения; _д - коэффициент линейного расширения материала детали, 1/град; _п - коэффициент линейного расширения материала приспособления, 1/град; (_п-_д) - максимально возможная разность значений коэффициентов линейного расширения материала приспособления и детали; _max- максимальное значение коэффициента линейного расширения материала приспособления или измеряемой детали..

Значения и оцениваются приближенно, исходя из вероятных предельных отклонений и колебаний температуры среды для цеховых условий, помещений ОТК. Коэффициенты линейного расширения материала детали и прибора (элементов приспособления) необходимо выбрать по справочнику, например [9].

* Определим предельное значение температурного режима для рассматриваемого примера.

=0,2°С

3. Выбор и обоснование метода и схемы измерения

3.1 Выбор и обоснование метода измерения

Выбор того или иного метода измерений зависит от измерительной задачи, которую следует решить (точность результата измерений, быстрота его получения, и др.), а так же от особенностей измеряемых параметров и от видов используемых средств измерений. Метод измерения представляет собой способ решения измерительной задачи, характеризуемый его теоретическим обоснованием и разработкой основных приемов применения средства измерений.

В зависимости от приемов получения измерительной информации и характера оценки измеряемой величины различают прямой и косвенный метод измерения.

Для линейных измерений наибольшее распространение получили прямые методы измерений: метод непосредственной оценки (погрешность метода отсутствует) и метод сравнения с мерой (погрешность этого метода определяется погрешностью используемой меры, а погрешности, связанные с температурными и силовыми деформациями компенсируются настройкой измерительного приспособления).

Если рассмотренные методы не позволяют решить измерительную задачу, прибегают к косвенным методам, при которых искомое значение величины Y находят на основании известной зависимости между Y и величинами x₁,x_2…x_n подвергаемыми прямым измерениям Y=f(x₁,x_2…x_n).

Погрешность косвенных измерений параметров x_i

где - погрешность прямого измерения i-го параметра.

Выбор и обоснование метода измерения должен заканчиваться оценкой методической погрешности. Ее величина не должна превышать (0,25...0,5)*_изм

3.2 Разработка схемы измерительного приспособления

Схема измерительного приспособления должна разрабатываться на основе принципиальных схем измерения размерно-геометрических параметров деталей: размеров, отклонений формы поверхностей, отклонений расположения поверхностей, суммарных отклонений формы и расположения поверхностей, шероховатости и др. Такие схемы разработаны на основе соответствующих стандартов и приведены в учебной и справочной литературе (см., например, [2, 3,4, 5, 9, 13]).

При разработке схемы измерительного приспособления необходимо стремиться к тому, чтобы конструкция приспособления была по возможности проще, а погрешность показаний, обусловленная схемой, была бы как можно меньше. Этого можно достичь, если при разработке схемы приспособления руководствоваться следующими положениями:

1) линия действия измерительного приспособления должна располагаться вдоль контролируемого геометрического параметра (принцип Аббе);

2) число звеньев схемы приспособления, выполняющих передаточную функцию должно быть минимальным (принцип наикратчайшей размерной цепи);

3) протяженность отдельных звеньев схемы в направлении измерения должна быть наименьшей;

4) число передаточных механизмов, выполняющих масштабную функцию, должно быть минимальным, а их характеристики (передаточные функции) линейными;

5) измеряемая деталь относительно приспособления должна быть лишена 6-и степеней свободы. Исключение может составлять лишь свобода поворота детали вокруг оси, совпадающей с направлением

6) при использовании в схеме измерительного приспособления рычажных передач необходимо стремиться к тому, чтобы рычаги были одноименными (синусными или тангенсными). Центры сфер должны быть расположены на теоретическом рычаге в его начальном положении, а обе плоскости должны быть параллельны плечам теоретического рычага в этом положении, и составлять с ними одинаковый угол одного знака [14];

8) вместо опор качения и скольжения для поступательно и вращательно перемещающихся пар следует применять звенья, подвешенные на плоских пружинах;

9) контакт чувствительного элемента измерительного приспособления с поверхностью детали должен быть точечным.

Разработанную схему измерительного приспособления необходимо проверить на соблюдение принципа инверсии [14, с. 140]:

- условия измерения должны соответствовать условиям эксплуатации и формообразования детали;

- траектория движения при контроле (измерении) соответствует траектории движения при эксплуатации и формообразовании;

- линия измерения совпадает с направлением рабочего усилия при эксплуатации;

- измерительные, конструкторские и технологические базы совпадают;

- форма измерительного наконечника, силовая нагрузка на деталь и другие параметры соответствуют параметрам сопрягаемой с ней контрдетали;

- физические (в частности геометрические) свойства образцовой детали, используемой при настройке измерительного приспособления, подобны свойствам контролируемой детали.

3.3 Разработка измерительного приспособления

Деталь в оправке устанавливается на две призмы таким образом, чтобы ось детали была параллельна опорным плоскостям призм. Измерительную головку, укрепленную на штативе, устанавливаем так, чтобы ее ось была перпендикулярна оси детали. Поворачивая деталь вокруг своей оси, снимаем показания с индикатора. На основании выбранной схемы измерения разрабатываем сборочный чертеж измерительного приспособления.

3.4 Выбор стандартной измерительной головки

Выбор стандартной измерительной головки проводится в соответствии с РДМУ 98-77. Исходными данными для выбора измерительной головки являются номинальный размер измеряемого параметра, длина нормируемого участка, допуск измеряемого параметра, допускаемая погрешность измерения.

* Для рассматриваемого примера по данным таблиц РДМУ 98-77 выбираем многооборотную измерительную головку 2МИГ.

Метрологические характеристики измерительной головки 2МИГ:

Цена деления - 2 мкм; Пределы измерения -- 0...2 мм; Допускаемая погрешность показаний:

- в пределах 1 оборота - 3 мкм;

- в пределах 1 мм - 4 мкм;

- в пределах 2 мм - 6 мкм;

Измерительное усилие - 2 Н;

Колебания измерительного усилия - 0,7 Н;

Посадочное место -8h9.

4. Расчет погрешности измерения

Составляющими погрешности измерения являются:

_изм=_м+_ип+_у+_с

где _м - погрешность метода, _ип - погрешность измерительного приспособления, _у - погрешность условий измерения (погрешность из-за отличия условий измерения от нормальных, связанных с понятием влияющих физических величин, которые обусловлены температурными - см. п.2.1. и учитываются при расчете погрешность измерительного приспособления) и субъективная погрешность _с, зависящая от оператора.

4.1 Погрешность метода измерения

Основной отличительной особенностью методических погрешностей является то обстоятельство, что они не могут быть указаны в паспорте измерительного приспособления, а должны оцениваться при организации выбранной методики измерений. Такая оценка достаточно сложна. Она требует обстоятельного экспериментального метрологического исследования принятого метода измерений. При использовании наиболее распространенных методов измерения (прямых, косвенных, абсолютных, относительных) линейных и угловых величин оценку погрешности метода можно осуществить по правилам, приведенным в п. 3.1.

* В соответствии с РДМУ 98-77 методическая погрешность для выбранной схемы измерения (рис.2) будет определяться по формуле:

==1мкм

где f- коэффициент, учитывающий перекос в оправке,

- допуск конусообразности поверхности отверстия;

;

;

;

4.2 Погрешность измерительного приспособления

Погрешность измерительного приспособления возникает из-за:

- несовершенства схемы измерительного приспособления,

- неточности изготовления и сборки,

- неточности элементов базирования и крепления детали,

- непропорциональности перемещения звеньев из-за наличия зазоров в опорах,

- температурных и силовых деформаций элементов приспособления и измеряемой детали,

- неточности отсчета, связанной, в частности, с параллаксом,

- неточности используемого измерительного преобразователя и др. В общем виде результирующую погрешность измерительного приспособления можно представить следующим образом

где_сх,- погрешность схемы передаточного механизма измерительного приспособления; _m - технологическая погрешность; _э - эксплуатационная погрешность; _о - погрешность отсчета; _п - погрешность преобразователя (измерительной головки), если она не учтена при расчете методической составляющей погрешности измерения.

4.2.1 Погрешность схемы

Погрешность схемы измерительного приспособления обусловлена применяемым в приспособлении передаточным механизмом. В качестве первичного преобразователя (для преобразования прямолинейного перемещения во вращательное) могут быть использованы элементы синусного или тангенсного механизма, а также их комбинации. Синусный механизм получается при плоской поверхности контакта поступательно движущего элемента, а тангенсный при сферической его поверхности. Т. к. в нашем механизме нет передаточных механизмов, то и погрешность равна нулю.

4.2.2 Технологическая погрешность

При определении технологической погрешности приспособления следует принимать во внимание лишь те первичные погрешности изготовления элементов приспособления, которые влияют на выходную величину - перемещение подвижного элемента отсчетного устройства.

В нашем случае эта погрешность равна нулю.

4.2.3 Эксплуатационная погрешность

Группа эксплуатационных погрешностей, возникающих в результате эксплуатации измерительного прибора, является наиболее многочисленной. Источниками появления поэлементных эксплуатационных погрешностей могут быть:

- отличие условий эксплуатации от нормальных: непостоянство температурного режима (температуры помещений, приспособления, деталей), влажности, атмосферного давления, наличие загрязнений, недостаточное время прогрева электросхемы, наличие посторонних источников вибрации и других помех;

- силовые деформации, вызывающие упругие перемещения и перемещения в пределах зазоров, непостоянство измерительного усилия во времени вследствие гистерезиса пружин, упругого последствия, непостоянства сил трения, несбалансированности отдельных деталей приспособления, динамических нагрузок и т.д.;

- контактные деформации, зависящие от измерительного усилия,

шероховатости контролируемой поверхности, формы чувствительного элемента приспособления и формы детали;

- изнашивание наконечников, подвижных частей деталей передаточных и масштабных механизмов, штоков, рычагов, подвижных частей преобразователей, электрических контактов, элементов подвесок, базирующих элементов, подвижных частей и т.п.;

- непостоянство характеристик источников питания (напряжения, частоты, давления и т.п.). Кроме того, возможно появление грубых отклонений в виде: попадания под наконечники крупных частиц абразива, металла, загрязнений, появление заеданий, поломок и т.п.

Результирующая величина эксплуатационной погрешности может быть определена установлением математических зависимостей составляющих погрешностей от факторов их определяющих и использованием метода суммирования. При этом целесообразно ограничить вычисление результирующей погрешности определением основных составляющих. Многие из этих погрешностей при рассмотрении конкретного измерительного прибора оказывают незначительное влияние на результирующую погрешность, кроме того, в каждом конкретном случае может быть свой комплекс доминирующих эксплуатационных погрешностей.

Поскольку в рамках рассматриваемых указаний нет возможности привести исчерпывающие сведения о методах оценок всех составляющих эксплуатационной погрешности, то при необходимости следует обратиться к нормативной, справочной или учебной литературе. Например, методы расчета температурных погрешностей подробно изложены в [7]; расчеты погрешностей, возникающих из-за наличия зазоров в опорах, направляющих вращательного и поступательного перемещений, подробно изложены в работах [1, 8]; погрешности, связанные с упругими перемещениями элементов измерительного приспособления, а так же с контактными деформациями можно оценить, воспользовавшись расчетными схемами и формулами технических справочников.

Ниже рассмотрены наиболее часто имеющие место эксплуатационные погрешности.

- Температурная погрешность

Данная погрешность присутствует практически при всех измерениях размеров, и влияние ее обычно растет при увеличении требований к точности и уменьшении измеряемого размера. Поскольку размеры детали и измерительного приспособления изменяются под влиянием температуры, то при нормировании требований к точности размеров принято измерять значение размеров при температуре 20°С (нормальная температура). Если измерения производятся при другой температуре, то размер надо «привести» к этой температуре.

Привести размер к 20°С не всегда возможно, следовательно появится погрешность из-за температурных деформаций. Для установления причин появления погрешности от температурных деформаций представим схему измерения линейного размера в виде размерной измерительной цепи. Причинами возникновения температурных деформаций отдельных звеньев размерной измерительной цепи являются:

- отклонения температуры звеньев от 20°С;

- разность температуры измерительного приспособления и детали;

- непостоянство температуры звеньев в процессе измерений;

- нагрев средства измерения руками оператора.

Погрешность из-за отклонений температуры окружающей среды от 20°С можно исключить, если в условиях постоянной температуры, отличающейся от 20 С при настройке средства измерения использовать установочную меру из такого же материала, что и измеряемая деталь.

Разность температуры средств измерений и объектов измерений вносит погрешность в результаты измерений, если деталь не приняла температуру окружающей среды в месте измерения после ее обработки или перемещения из помещения с другой температурой. При известном температурном режиме, (см. п. 2.3.) погрешность от температурных деформаций, определяется по формуле:

где l - измеряемый параметр.

Нагрев прибора руками оператора характерен для накладных средств измерений. Особенностью этих средств измерений в отношении температурных деформаций заключается в том, что при их использовании они периодически находятся в контакте с источником тепла - руками оператора. При этом происходит нагрев отдельных элементов за счет теплопроводности. Установлено, что такие средства измерений как штангенинструменты практически не чувствительны к нагреву руками оператора. Погрешность средств измерений, корпус которых сделан в виде скобы (микрометры, скобы рычажные и индикаторные), а также накладных нутромеров значительна. Для уменьшения данной погрешности накладные приборы оснащаются теплоизоляционными накладками.

Данные [7] показывают, что если при пользовании накладными приборами руки оператора располагаются на накладках, то погрешность прибора от температурных деформаций, от тепла рук, сокращается в 3...4 раза. Поэтому при пользовании накладными приборами необходимо держать их за накладки, а если они отсутствуют - принимать меры для теплоизоляции скоб от тепла рук оператора.

- Погрешность от силовых деформаций

Схема измерения линейных размеров представляет собой измерительную размерную цепь, замыкающим звеном которой является измеряемый размер, а отсчетное устройство - компенсационным звеном. Для надежного замыкания размерной цепи необходимо вводить устройство, создающее усилие в цепи. Это усилие называется измерительным усилием. Измерительное усилие и его непостоянство на всем диапазоне измерений приводит к возникновению следующих погрешностей:

- погрешность от упругих деформаций элементов измерительного прибора и элементов поверхностей измеряемых деталей;

- погрешность от контактных деформаций;

- погрешность от перемещений в пределах зазоров.

Под воздействием измерительного усилия, веса средства измерений и измеряемой детали возникают упругие перемещения элементов измерительного приспособления или детали, которые приводят к погрешности измерения. Измерительное усилие, приложенное к измеряемой детали, расположенной консольно или на двух опорах, а также к детали из мягкого материала и тонкостенной, может вызвать прогиб детали. Величина погрешности измерений при этом равна значению деформации элемента прибора или детали под действием нагрузки и определяется по формулам сопротивления материала.

При измерении детали, помещаемой под измерительный наконечник без его арретирования, т. е. когда деталь проталкивается под наконечником, чтобы выявить экстремальную точку у цилиндрического элемента, также появляется погрешность измерения. При таких измерениях возникает радиальная составляющая усилия на измерительный стержень и происходит деформация установочных узлов. В месте контакта измерительного наконечника с поверхностью измеряемого элемента детали под действием измерительного усилия происходит сжатие контактируемых поверхностей. Значение этой деформации зависит от вида контакта, от значения действующего усилия, от материала измеряемой поверхности и неровностей поверхности. При измерениях могут применяться три вида контакта измерительного наконечника и детали в точке их контакта: в точке, по линии и по плоскости. Наиболее распространенный вид контакта - в точке. Значение возникающей деформации может быть рассчитано по известным в сопротивлении материала формулам Герца, по полуэмпирическим формулам [1], по номограммам. Например, для наиболее распространенного случая контакта (сферический наконечник и плоская деталь) рекомендуется формула [2]:

где _t-контактная деформация, мкм; r- радиус измерительного наконечника, мм; F- измерительное усилие, Н; k- коэффициент, зависящий от материала измерительного наконечника; для наконечника из стали k=1; из корунда k=0.86, из твердого сплава k=0,81.

Для уменьшения погрешностей от перемещений в пределах зазоров при разработке схемы измерительного прибора необходимо соблюдать принцип Аббе, в соответствии с которым минимальные погрешности измерения возникают, если контролируемый геометрический элемент и элемент сравнения находятся на одной линии - линии измерения.

* Произведем расчёт эксплуатационной погрешности для рассматриваемого примера.

Эксплуатационная погрешность включает температурную погрешность измерения и составляющие погрешности от силовых деформаций:

где _t- температурная погрешность; _упр- погрешность от упругих деформаций; _к - погрешность от контактных деформаций; _s- погрешность от перемещения в пределах зазора..

- Температурная погрешность

В нашем примере, при известном температурном режиме t=0,2°С (см. п.2.3. пример) и длине нормируемого участка / = 22 мм (рис.1) погрешность температурных деформаций равна:

- Погрешность от упругих деформаций

В нашем случае этой погрешностью можно пренебречь.

- Погрешность от контактных деформаций

Погрешность от контактных деформаций необходимо учитывать в передаточном механизме, начиная от чувствительного элемента и заканчивая измерительной головкой.

Рассчитаем погрешность от контактных деформаций _к (мкм) в месте контакта шарика синусно-тангенсного рычага с деталью:

где r = 2 мм - радиус шарика; F = 2 Н - измерительное усилие; k - 1 -для наконечника из стали.

- Погрешность от перемещения в пределах зазора

В нашем случае не использованы рычаги.

4.2.4 Погрешность отсчета

Погрешность отсчета складывается из погрешностей шкального механизма (погрешностей изготовления шкалы и ее установки в корпусе прибора, погрешности смещения оси вращения циферблата вследствие наличия зазоров в опорах) и ошибок оператора, которые обусловлены явлением параллакса и неточностью совмещения указателя со штрихами шкалы [1]. Перечисленные погрешности, сумма которых составляет полную абсолютную погрешность отсчета, дают представление о возможных погрешностях шкальных устройств.

Наиболее значимой составляющей погрешности отсчета является погрешность параллакса (рис.6). Погрешность параллакса - это погрешность, возникающая вследствие визирования стрелки, расположенной на некотором расстоянии от поверхности шкалы, в направлении, неперпендикулярном поверхности шкалы:

_пар=(y*z)/l

где _пар - погрешность параллакса, мм, у - расстояние между плоскостями шкалы и стрелки; z - смещение глаза наблюдателя в плоскости, параллельной шкале; / - расстояние от глаза наблюдателя до стрелки (/ = 250-300 мм).

При / = 250мм (для человека с нормальным зрением) погрешность

_пар = 2*30/250=0,24мм шкалы.

По опытным данным z достигает примерно 30 мм.

Полученное значение _пар (мм шкалы) необходимо пересчитать в мкм в зависимости от интервала деления и цены деления шкалы.

В нашем примере погрешность от параллакса _пар равна:

_пар=(y*z)/l=(2*30)/250=0,24 мм шкалы,

где y = 2 мм - расстояние между плоскостями шкалы и указателя (стрелки);

z =30 мм - смещение глаза наблюдателя в плоскости, параллельной шкале;

l = 250 мм - расстояние от глаза наблюдателя до указателя.

Полученное значение _пар пересчитаем в мкм.

Учитывая, что для 2МИГ: цена деления c = 0,002 мм; число делений шкалы n=200; диаметр шкалы D=70 мм; найдем длину деления шкалы:

a=мм

Определим приведенную погрешность параллакса (отсчета)

_о=_пар=(_пар*с)/a=(0,24*2)/1,1=0,44 мкм

4.2.5 Погрешность измерительного преобразователя

В конструкциях измерительных приспособлений для измерения линейных и угловых величин чаще всего используются стандартные измерительные преобразователи - головки и индикаторы, например, головки измерительные с пружинным механизмом типа ИГП, ИГПУ, ИГПР, 11509, ИПМ, ИПМУ, ИПМП, 10301, головки измерительные с рычажно-зубчатым механизмом типа ИГ, МИГ, ИРБ, ИРБ-1, ИРЗП или индикаторы часового типа ИЧ-2, ИЧ-5, ИЧ-10, ИЧ-25, ИЧ-50, ИТ и др.

Погрешности этих преобразователей n приводятся в паспортных данных, каталогах или справочниках, например [2, 4].

* Для рассматриваемого примера выбрана многооборотная измерительная головка 2МИГ (см. п.3.4.), погрешность которой равна l=0,003 мм.

4.3 Субъективные погрешности

К субъективным погрешностям, зависящим от оператора, можно отнести следующие виды погрешности:

- субъективные погрешности присутствия - погрешности, проявляющиеся в виде влияния теплоизлучения оператора на температуру окружающей среды; субъективная погрешность учитывается при расчете температурной составляющей погрешности измерения.

- субъективные погрешности действия вносятся оператором при настройке измерительного приспособления, при перемещении приспособления относительно детали или детали относительно приспособления, например, при измерении внутренних размеров;

- профессиональные субъективные погрешности - зависят от квалификации оператора.

Наиболее существенное влияние на погрешность измерения оказывают субъективные погрешности действия и профессиональные. Подробные сведения об учете этих составляющих можно найти в [11].

- Так как полностью учесть все виды субъективных составляющих погрешности измерения не представляется возможным, поскольку их значения существенно зависят от квалификации оператора, опыта его работы и т.п., то принимаем _с⁼ 0.

4.4 Определение результирующей погрешности измерения

Для определения оценки результирующей погрешности измерения должны учитываться взаимные корреляционные связи различных составляющих погрешности. Поэтому исходными данными для более точного расчета должны служить оценки именно всех отдельных составляющих погрешности, а не оценки некоторых суммарных погрешностей (суммарная методическая погрешность, суммарная эксплуатационная погрешность и т.п.).

Оценку результирующей погрешности измерения осуществляют методом суммирования составляющих погрешностей, основанным на алгебраическом или геометрическом сложении. Выбор способа суммирования (складывать алгебраически или геометрически) зависит от того, являются ли суммируемые погрешности коррелированными или независимыми. Коррелированные погрешности складываются алгебраически, а независимые - геометрически. К первому виду относятся те погрешности, которые вызываются одной и той же причиной (например, технологические погрешности, обусловленные неточностью изготовления размеров передаточных звеньев), когда тесные корреляционные связи просматриваются логически. Погрешности же, между которыми такие взаимосвязи не обнаруживаются, относятся к независимым.

Результирующую погрешность измерения _изм следует сравнить с допустимой изм. При выполнении неравенства спроектированное измерительное приспособление обеспечивает получение результата измерения с погрешностью не более допустимой. Если изм>изм, то необходимо уточнить составляющие погрешности. Если уточнение не приводит к желаемому результату, следует усилить ограничения на колебание значений влияющих величин, разработать новый метод или спроектировать новое измерительное приспособление.

Сравнение результирующей погрешности измерения с допускаемой нужно проводить до тех пор, пока не будет

* Определим суммарную погрешность измерения для нашего примера. При расчете суммарной погрешности измерения независимые составляющие погрешности складываются геометрически, а коррелированные складываются алгебраически.

Имеем: _м=1 мкм, _сх=0 мкм, _т=0 мкм, _t=0,051 мкм, _к=0,541 мкм, _о=0,44 мкм, _с=0 мкм, _l=0,003 мм=3мкм.

_сум==3,24мкм

Допускаемая погрешность для данного приспособления равна = 21 мкм (см. п. 1.2.), а суммарная погрешность получилась _изм =3,24мкм, следовательно, приспособление удовлетворяет требованиям точности и может быть использовано для измерений.

Размещено на Allbest.ru

...