Средства измерений и контроля с механическим преобразованием

Средства измерений и контроля с механическим преобразованием основаны на преобразовании малых перемещений измерительного стержня в большие перемещения указателя (стрелки, шкалы, светового луча и т.д.). В зависимости от типа механизма они подразделяются на рычажно-механические (рычажные), зубчатые, рычажно-зубчатые, пружинные и пружинно-оптические.

Рычажно-механические приборы.

Эти приборы применяют главным образом для относительных измерений, проверки радиального и торцового биения, а также для контроля отклонений формы деталей (отклонение от круглости — овальность, огранка; отклонение от цилиндричности — конусность, бочкообразность, седлообразность; отклонение от плоскостности — вогнутость, выпуклость и др.).

К рычажно-механическим приборам относятся индикаторные нутромеры (рис. 2.20), предназначенные для относительных измерений отверстий от 3 до 1 000 мм. Они состоят из корпуса 11, отсчетного устройства 5 (индикатора), подвижного (измерительного) 13 и неподвижного (регулируемого) 9 стержней, равноплечего (Г-образного) рычага 8, центрирующего мостика 15 и подвижного штока 2. При измерении отверстия стержень 13, перемещаясь в направлении, перпендикулярном оси отверстия, поворачивает Г-образный рычаг 8 вокруг оси и перемещает на ту же величину шток 2 и измерительный наконечник индикатора 5. Перемещение стрелки индикатора указывает на отклонение действительного размера проверяемого отверстия от размера настройки нутромера. Установка индикатора на нуль осуществляется либо по установочному кольцу, либо по блоку концевых мер с боковиками, которые зажимаются в державке.

Рис. 2.20. Конструкция индикаторного нутромера:

1 — ось вращения рычага; 2 — шток; 3 — трубка; 4 v 14 — пружины; 5 — отсчетное устройство (индикатор); 6 — предохранительный кожух; 7 — теплоизоляционная рукоятка; 8 — Г-образный рычаг; 9— неподвижный (регулируемый) стержень; 10 — контргайка; 11— корпус; 12 — шарик; 13 — подвижный [измерительный) стержень; 74 — риска; 75 — центрирующий мостик

Выпускают индикаторные нутромеры с ценой деления 0,01 (ГОСТ 868 — 82) и нутромеры с ценой деления 0,001 и 0,002 мм (ГОСТ 9244—75). Основные метрологические характеристики индикаторных нутромеров представлены в табл. 2.4.

Индикаторы и индикаторные измерительные головки с зубчатой передачей.

В производственных условиях и измерительных лабораториях для абсолютных измерений нашли широкое применение индикаторы или индикаторные измерительные головки с зубчатой передачей.

Индикаторы часового типа (ГОСТ 577 — 68) (рис. 2.21), являющиеся типовыми представителями приборов с зубчатой передачей, содержат стержень 4 с нарезанной зубчатой рейкой 6, зубчатые колеса 2, 3, 5 и 7, спиральную пружину 1, стрелку 8. Возвратно-поступательное перемещение измерительного стержня 4 преобразуется в круговое движение стрелки 8.

Один оборот стрелки соответствует перемещению измерительного стержня на 1 мм. Целые миллиметры отсчитываются по шкале при помощи стрелки 9. Шкала прибора имеет 100 делений, цена деления индикатора равна 0,01 мм.

Рис. 2.21. Индикатор часового типа (а) и его схема (б):

1 — спиральная пружина; 2, 3, 5 и 7 — зубчатые колеса; 4 — стержень; 6 — зубчатая рейка; 8 и 9 — стрелки

Индикаторы часового типа выпускают двух классов точности (0 и 1) в двух модификациях: индикаторы типа ИЧ с перемещением измерительного стержня параллельно шкале и индикаторы типа ИТ с перемещением измерительного стержня перпендикулярно шкале. Выпускают также индикаторы часового типа с цифровым (электронным) отсчетом.

Основные метрологические характеристики индикаторов часового типа представлены в табл. 2.5.

Приборы с рычажно-зубчатой передачей.

К этим приборам относятся рычажно-зубчатые измерительные головки, рычажные скобы, рычажные микрометры и т.д. Эти приборы предназначены для относительных измерений наружных поверхностей.

Рычажно-зубчатые измерительные головки (рис. 2.22) отличаются от индикаторов часового типа наличием наряду с зубчатой передачей рычажной системы, позволяющей увеличить передаточное число механизма и тем самым повысить точность измерений.

При перемещении измерительного стержня 4 в двух точных направляющих втулках 3 поворачивается рычаг 6, который воздействует на рычаг 8, имеющий на большем плече зубчатый сектор, входящий в зацепление с зубчатым колесом (трибом) 7. На оси триба установлена стрелка с втулкой, связанная со спиральной пружиной 1, выбирающей зазор. Измерительное усилие создается пружиной 2. Для арретирования измерительного стержня служит арретир 5.

Выпускают рычажно-зубчатые однооборотные и многооборотные измерительные головки с ценой деления 0,001 и 0,002 мм (ГОСТ 9696 — 82). Многооборотные головки применяют в тех случаях, когда требуется высокая точность и большой диапазон измерения.

ГОСТ 5584 — 75 предусматривает выпуск рычажно-зубчатых индикаторов с ценой деления 0,01 мм с изменяемым положением измерительного рычага относительно корпуса.

Основные метрологические характеристики рычажно-зубчатых измерительных головок представлены в табл. 2.6.

В рычажных скобах (ГОСТ 11098 — 75) (рис. 2.23) в процессе измерения подвижная пятка 9, перемещаясь, воздействует на измерительный рычаг 11, зубчатый сектор которого поворачивает зубчатое колесо 4 и стрелку 1, неподвижно закрепленную на его оси. Спиральная пружина 3 постоянно прижимает зубчатое колесо к зубчатому сектору, устраняя таким образом зазор. Микровинт для настройки 8 служит для установки прибора на нуль по блоку концевых мер. Выпускают также рычажные скобы с цифровым отсчетом измеряемой величины в миллиметрах, десятых и сотых долях миллиметра.

Рычажные микрометры (ГОСТ 4381—87) аналогичны рычажным скобам и отличаются от них лишь наличием микрометрической головки для отсчета измеряемой величины в миллиметрах, десятых и сотых долях миллиметра. Для измерения наружных размеров до 100 мм предусмотрены микрометры типа МР с отсчетным устройством, встроенным в корпус. Микрометры типа MP3 предназначены для измерения длины общей нормали зубчатых колес, а микрометры типа МРИ — для измерения наружных размеров свыше 100 и до 2 000 мм.

Рис. 2.22. Рычажно-зубчатая измерительная головка (а) и ее схема (б):

1 — спиральная пружина; 2 — пружина; 3 — направляющие втулки; 4 — измерительный стержень; 5 — арретир; 6 и 8 — рычаги; 7 — зубчатое колесо [триб]

Рис. 2.23. Рычажная скоба—пассаметр (а] и ее схема (б):

1 — стрелка; 2 — зубчатый сектор; 3 — спиральная пружина; 4 — зубчатое колесо; 5 — объект измерения; 6 — корпус; 7 — неподвижная (регулируемая) пятка; 8 — микровинт для настройки; 9 — подвижная пятка — стержень арретира; 10 — пружина; 11— измерительный рычаг; 12 — стержень арретира; 13 — рычаг арретира; 14 — предохранительный чехол; 15 — гайка фиксатора; 16 — кнопка арретира; 17 — шкала; 18 — указатель предела действительных отклонений

Основные метрологические характеристики рычажных скоб и рычажных микрометров представлены в табл. 2.7.

Приборы с пружинной передачей.

К приборам с пружинной передачей (ГОСТ 28798—90) относятся измерительные пружинные головки (микрокаторы), малогабаритные измерительные головки (микаторы) и рычажно-пружинные измерительные головки бокового действия (миникаторы). Эти приборы предназначены для относительных измерений размеров, проверки отклонений деталей от правильной геометрической формы с высокой точностью, а также для проверки и наладки средств активного контроля.

Приборы этого типа построены по принципу использования в передаточных механизмах упругих свойств скрученной фосфористой бронзовой ленты шириной 0,1 ...0,2 и толщиной 0,008... 0,015 мм.

Измерительные пружинные головки (микрокаторы) (рис. 2.24) обладают значительными преимуществами перед другими типами подобных приборов: высокой чувствительностью, малой силой измерения, незначительной погрешностью обратного хода, высокой надежностью механизма. Основные недостатки этих головок: неудобство отсчета показаний по слишком тонкой стрелке и наличие вибраций стрелки, что увеличивает ошибки измерений. В измерительной пружинной головке пружинная бронзовая лента 1 относительно стрелки 8 закручена в разные стороны и правым концом прикреплена к пружинному угольнику 2, а левым концом — к плоской пружине 7.

При перемещении измерительного стержня 4 поворачивается пружинный угольник 2, что приводит к растяжению пружинной бронзовой ленты 1 и повороту прикрепленной к ней в середине стрелки относительно шкалы 9. Стрелка сбалансирована с помощью противовеса 6. Сила измерения создается пружиной 5. Измерительный стержень 4 подвешен к корпусу головки на мембране 3 и пружинном угольнике 2.

Рис. 2.24. Измерительная пружинная головка (а) и ее схема (б):

1 — пружинная бронзовая лента; 2 — пружинный угольник; 3 — мембрана; 4 — измерительный стержень; 5 — пружина; 6 — противовес; 7 — плоская пружина; 8 — стрелка; 9 — шкала

Измерительные пружинные головки изготавливают в следующих исполнениях: ИГП — с нормальным измерительным усилием, ИГПУ — с уменьшенным измерительным усилием, ИГПР — с регулируемым измерительным усилием, ИГПГ — герметизированные, ИГПВ — виброустойчивые.

Микаторы и миникаторы имеют аналогичный пружинный механизм и принцип действия их не отличается от принципа действия микрокатора.

Основные метрологические характеристики приборов с пружинной передачей представлены в табл. 2.8.