Приборы для относительных измерений

Выделение приборов для относительных измерений в особую группу носит условный характер. Если эти приборы используют для относительных измерений, то они обеспечивают более высокую точность, чем другие приборы при абсолютных измерениях.

К наиболее распространенным приборам для относительных измерений относятся индикаторные нутромеры и скобы, рычажные скобы, миниметры, рычажные микрометры и др. Отсчетные устройства всех этих приборов обычно оформлены в виде универсальных рычажно-зубчатых или оптических измерительных головок.

Измерительные головки применяют только совместно с различными стойками или приспособлениями. Это дает возможность использовать их для самых разнообразных контрольно-проверочных работ на производстве. Во всех типах головок небольшое перемещение измерительного стержня преобразуется в увеличенное отклонение указателя (стрелки) головки. Передаточные отношения в пределах от 100 до 2000 осуществляются посредством рычажных, зубчатых, пружинных и оптических передач или их сочетаний. Поэтому по конструктивным признакам измерительные головки подразделяют на собственно рычажные (миниметры и рычажные индикаторы), зубчатые (индикаторы), пружинные (микрокаторы), рычажно-зубчатые (рычажные скобы) и др.

В практике могут встречаться и комбинированные приборы, у которых в передаточном механизме имеются микровинт с рычагом и т. д.

Миниметр – измерительная головка с рычажной передачей. Широкошкальные миниметры изготовляются четырех типов, с 60 делениями на шкале.

Измерительные головки (отсчитывающие устройства)

Они отличаются один от другого ценой деления и пределами измерения. Основными деталями головки миниметра являются корпус, стрелка, передвижные указатели отклонений, шкала, присоединительная трубка, измерительный стержень, отводной рычаг, который служит для поднятия измерительного стержня вверх перед тем, как ввести под него или вывести из-под него измеряемый объект.

Принципиальная схема устройства наиболее распространенного миниметра конструкции Ленинградского инструментального завода.

Передаточное отношение миниметра осуществляется за счет неравноплечего рычага, у которого длинным плечом является стрелка, а коротким – расстояние между лезвием ножа стержня и лезвием самоустанавливающегося ножа. Этот размер обозначен. Передаточное отношение головки миниметра равно L : I. С целью ограничения размеров головки длина стрелки для всех типов миниметров принята =100 мм. Следовательно, для получения передаточного отношения 1 : 1000 (у IV типа миниметров) необходимо, чтобы плечо было равно 0,1 мм. Столь малый размер плеча вынуждает применять в рычажном устройстве ножевые опоры 10 и 12. Повреждение лезвий этих опор – основная причина выхода из строя головок миниметра. Малое плечо образуется при помощи составной призмы, позволяющей регулировать его размер в соответствии с передаточным отношением миниметра путем сдвига одной призмы относительно другой. Такое устройство призмы позволяет собирать миниметры с различными передаточными отношениями из одних и тех же деталей.

Размер плеча

Выше указывалось, что миниметры изготовляют с числом делений на шкале не более 60. Дальнейшее увеличение числа делений не дает желаемых результатов, так как ошибки измерения начинают резко возрастать. Ошибки возникают от непропорциональности линейных перемещений измерительного стержня и угловых перемещений стрелки. Эта непропорциональность растет с увеличением угла поворота стрелки от среднего деления шкалы.

Детали миниметра взаимодействуют следующим образом. При перемещении измерительного стержня вверх, рамка со стрелкой будет поворачиваться вокруг неподвижного лезвия ножа по часовой стрелке. О величине перемещения измерительного стержня судят по показаниям стрелки, скользящей вдоль шкалы.

В исходное положение рамка и стрелка возвращаются под действием пружины, а измерительный стержень – под действием другой пружины, которая размещена в трубке.

Процесс измерения может быть значительно ускорен и облегчен, если воспользоваться указателями отклонений. Потребность в использовании подвижных указателей неизбежно возникает при массовом контроле. Чтобы установить указатели отклонений на соответствующие деления шкалы, необходимо с обратной стороны головки отодвинуть задвижку и отверткой ослабить винты. Эти винты, связанные с указателями отклонений, перемещают в нужном направлении вдоль паза и снова закрепляют отверткой.

Детали миниметра

Головку миниметра соединяют с соответствующим измерительным или контрольным приспособлением путем закрепления трубки в зажимном отверстии приспособления. Как присоединительный диаметр трубки, так и диаметры отверстий приспособлений стандартизированы. К измерительному стержню миниметра придаются три наконечника: плоский, ножевой и сферический.

Индикатор с зубчатой передачей – один из наиболее распространенных приборов в ремонтном производстве. Принцип действия его основан на преобразовании возвратно-поступательного движения измерительного стержня во вращательное движение стрелки при помощи зубчатого передаточного механизма. Отечественная промышленность выпускает индикаторы трех типов: нормальные, малогабаритные часового типа и торцовые. Индикаторы изготовляют с ценой деления 0,01 и 0,002 мм, а по пределам измерения: 0-0,2; 0-2; 0-3; 0-5 и 0- 10 мм. Индикаторные головки можно закреплять или за гильзу, или за ушко.

Индикатор нормального типа имеет пределы измерения от 0 до 5 мм или от 0 до 10 мм и цену деления 0,01 мм.

Принципиальная схема индикаторной головки Челябинского инструментального завода. Зубчатая рейка, нарезанная на измерительном стержне, находится в зацеплении с зубчатым колесом, на оси которого жестко закреплено колесо. В свою очередь, с зубчатым колесом находится в зацеплении колесо. На оси этого колеса неподвижно закреплена стрелка б. Линейное перемещение измерительного стержня вызывает поворот зубчатых колес.

Головка миниметра

Зубчатое колесо вращает колесо, а стало быть, и стрелку индикатора. У нормальных индикаторных головок поступательному перемещению измерительного стержня на 0,01 мм соответствует перемещение стрелки на одно деление шкалы; полный оборот стрелки соответствует перемещению измерительного стержня на 1 мм, так как шкала индикатора разбита на 100 делений.

С зубчатым колесом находится в зацеплении еще и колесо, к оси которого присоединена спиральная пружина. Другой конец спиральной пружины прикреплен к корпусу головки. Пружина и зубчатое колесо введены в конструкцию для того, чтобы обеспечивать работу передачи на одной стороне профиля зуба, благодаря чему выбираются боковые зазоры между зубьями колес, и, следовательно, уничтожается погрешность мертвого хода.

Пружина удерживает измерительный стержень в крайнем нижнем положении. Измерительное усилие, создаваемое этой пружиной, находится в пределах 1,2- 2,2 н и в сильной степени влияет на точность показаний прибора.

Для стабилизации измерительного усилия в таких головках или применяют длинные пружины, или вводят специальные приспособления. Если пружину удлинить настолько, насколько позволит конструкция головки, то можно значительно уменьшить колебание измерительного усилия.

Зубчатое колесо

У индикатора завода Красный инструментальщик измерительное усилие передается стержню не непосредственно, а через криволинейный рычаг. Соотношение плеч рычага изменяется обратно пропорционально усилию пружины, в результате чего усилие, действующее вдоль измерительного стержня, остается почти постоянным. Усилие лишь несколько изменяется из-за неточности изготовления рычага и из-за трения, возникающего между рычагом и штифтом, по которому скользит его профиль.

По такой схеме изготовляют многие типы индикаторных головок.

Индикатор нормального типа состоит из следующих деталей. С корпусом подвижно соединен ободок, который в свою очередь, связан со шкалой. Шкала вместе с рифленым ободком может поворачиваться относительно корпуса головки, и, таким образом, любое деление шкалы может быть совмещено с концом стрелки. В необходимом положении шкалу закрепляют винтом. Для определения целых оборотов основной стрелки имеется маленькая стрелка со своим циферблатом. Измерительный стержень перемещается в направляющей гильзе. Гильза служит для крепления головки к измерительным и контрольным приборам. Диаметр гильзы равен 8 мм. В торец измерительного стержня может быть ввернут наконечник. Наконечники имеют различное конструктивное оформление и назначение. В процессе измерения, когда деталь должна быть подведена под наконечник, измерительный стержень поднимают вверх за головку. Пределы измерения индикаторной головки определяются осевым ходом измерительного стержня.

Малогабаритный индикатор завода Красный инструментальщик незначительно отличается от нормальных. Малые размеры корпуса индикатора (42 мм против 60) не позволяют разместить целые зубчатые колеса, поэтому они заменены в этой головке секторами. По этой же причине пределы измерения головки снижены до 2-3 мм. Взаимодействие деталей и передаточное отношение у этого индикатора такие же, как и у нормальной головки.

Малогабаритный индикатор торцового типа. Торцовые индикаторы отличаются от рассмотренных тем, что имеют два измерительных стержня, один из которых перемещается перпендикулярно к плоскости шкалы, а другой – параллельно. Такая конструктивная особенность расширяет возможность их применения. Пределы измерения индикатора – от 0 до 2 мм и от 0 до 3 мм.

По предельной погрешности индикаторы делятся на три класса: 0, 1 и 2. Первые два класса (0 и 1) устанавливают по фактической погрешности измерения при выпуске индикаторов с завода, а 2 класс – после переаттестации в процессе эксплуатации. Предельные же погрешности измерения индикаторных головок зависят от того, работает ли стрелка в пределах нормированного участка или в пределах одного оборота. Нормированным или аттестованным участком шкалы называется участок в 0,1 мм (10 делений) в пределах второго оборота стрелки. На этом участке предельные погрешности измерения имеют наименьшую величину. На нормированном участке проверяются и погрешности прибора. Для того чтобы погрешности были наименьшими, рекомендуется производить измерения в средней части диапазона шкалы. Таким образом, у индикаторов с сокращенным пределом измерения (0-2 мм и др.) погрешности измерения будут меньше.