Zarządzanie i inżynieria produkcji "Podstawy metrologii"
1
Ćwiczenie nr 4
Pomiary przyrządami z przekładnią mechaniczną
1. Cel ćwiczenia
Zapoznanie studentów z niektórymi przyrządami mechanicznymi, służącymi
do pomiarów długości oraz z techniką pomiarów za pomocą tych przyrządów.
2.Podstawy teoretyczne
Przyrządy z przekładnią mechaniczną stanowią bardzo liczną grupę
przyrządów służących do pomiarów długości. Przyrządy te można
w uproszczeniu sklasyfikować w pięciu grupach:
- przyrządy mikrometryczne,
- czujniki zębate,
- czujniki dźwigniowe,
- czujniki dźwigniowo-zębate,
- czujniki dźwigniowo-sprężynowe.
Przyrządy mikrometryczne zostały już omówione w poprzednich ćwiczeniach.
Najprostszą konstrukcją wyróżniają się czujniki dźwigniowe, oparte na zasadzie
dźwigni. Typowymi czujnikami dźwigniowymi są minimetry (znane w Polsce
również pod nazwą limimetry). Na trzpieniu pomiarowym 1 umieszczony jest
dwustronny nóż 3. Nóż ten wchodzi w wycięcie w dźwigni 5. Dźwignia z
drugiej strony opiera się na nieruchomym nożu 6. Nóż przesuwając się wraz z
trzpieniem powoduje obrót dźwigni i połączonej z nią wskazówki dookoła
ostrza noża. Sprężyna 2 powoduje docisk dźwigni do noży i jednocześnie
wywołuje odpowiedni nacisk pomiarowy trzpienia na mierzony przedmiot.
Zmiany położenia noża pochylnego wprowadzają w działanie przekładni
określony błąd systematyczny rosnący proporcjonalnie ze wzrostem kąta. Stąd
też minimetry mają mały zakres wskazań nie przekraczający ± 0,2 mm od
środkowego położenia wskazówki, przy wartości działki elementarnej 0,01 mm.
Obecnie nie produkuje się tego rodzaju czujników.
Zarządzanie i inżynieria produkcji "Podstawy metrologii"
2
Rysunek 1. czujnik dźwigniowy budowa 1 - trzpień pomiarowy, 2 - sprężyna, 3
- dwustronny nóż, 4 - wskazówka,
Najczęściej spotykanym przedstawicielem czujników zębatych jest
czujnik zegarowy. Jego schemat przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2. Schemat czujnika zegarowego; 1 - trzpień pomiarowy, 2 - listwa zębata,
3- obudowa czujnika; 4 - koło zębate, 5 - wskazówka obrotów,
Zarządzanie i inżynieria produkcji "Podstawy metrologii"
3
6 i 7 – koła zębate, 8 - wskazówka, 9 – sprężyna spiralna; 10 - sprężynka,
11 - dźwignia, 12 - koło zębate
Trzpień pomiarowy 1 jest związany sztywno z listwą zębatą 2. Przekazuje
on swój ruch na koło zębate 4 ze wskazówką obrotów 5. Koło zębate 4
jest współosiowo połączone z kołem 6, za pośrednictwem którego ruch
obrotowy jest przekazywany na koło zębate 7. Współosiowo z kołem 7
jest zamocowana wskazówka 8, której przemieszczenie jest proporcjonalne do
przemieszczenia
trzpienia
pomiarowego
1.
Koło zębate 12 wraz
ze spiralną sprężyną 9 służy do kasowania luzu międzyzębnego w przekładni
zębatej. Dźwignia 11 ze sprężyną 10 ustala właściwy nacisk pomiarowy.
Czujniki zegarowe są produkowane w rozmaitych wariantach, najczęściej
z działką elementarną 0,01 mm i zakresem pomiarowym 0-10 mm.
Czujniki
dźwigniowo-zębate
umożliwiają
znaczne
zwiększenie
dokładności pomiaru w porównaniu z czujnikami zębatymi. Istnieje wiele
odmian tych czujników. Najdokładniejsze z nich charakteryzują się dużym
zakresem pomiarowym i wysoką dokładnością. Najstarszym przedstawicielem
tej grupy przyrządów jest ortotest. Schemat przyrządu pokazano na rys. 3.
Rys. 3. Schemat czujnika dźwigniowo-zębatego; 1 - trzpień pomiarowy,
2 i 3 - ramiona dźwigni; 4 - segment zębaty, 5 - koło zębate; 6 - wskazówka
Zarządzanie i inżynieria produkcji "Podstawy metrologii"
4
Zakres pomiarowy przyrządu wynosi ±100 µm a działka elementarna l µm.
Obecnie są produkowane bardziej doskonałe przyrządy, np. o zakresie
pomiarowym 0-5 mm i działce elementarnej 0,002 mm, albo o zakresie
0-2 mm i działce elementarnej 0,001 mm.
W czujnikach sprężynowych jest wykorzystane zjawisko rozkręcania się taśmy
z brązu przy rozciąganiu jej końców. Najczęściej spotykanym czujnikiem
sprężynowym
jest
mikrokator.
Przełożenie
mikrokatora
jest określone przez własności materiału taśmy, jej wymiar i kąt skręcenia.
Materiałem na taśmy jest najczęściej brąz berylowy. Wartość działki
elementarnej wynosi najczęściej l µm. Błąd wskazań nie przekracza ±0,6 µm.
Zakres pomiarowy przyrządu ±30 µm. Na końcu trzpienia pomiarowego 2,
w zależności od kształtu powierzchni mierzonej, można zakładać różnego
rodzaju nasadki pomiarowe 1.
Rys. 4. Schemat czujnika sprężynowego: a) mechanizm czujnika, b) widok
sprężyny 3; 1 - nasadka pomiarowa, 2 – trzpień pomiarowy, 3 - sprężyna,
4 - korpus, 5 - sprężyna śrubowa, 6 - obudowa, 7 - sprężyna, 8 - taśma,
Zarządzanie i inżynieria produkcji "Podstawy metrologii"
5
9 – sprężyna płaska, 10 - kolek, 11- wkręty regulacyjne, 12 - wskazówka,
13 - podziałka, 14 - górny ogranicznik przesuwu, 15 – tłumik olejowy,
16 - dolny ogranicznik przesuwu
3.Sprawozdanie
W sprawozdaniu należy zamieścić szkice schematu pomiarowego. Podać
wartości mierzonych elementów. Zamieścić wnioski i uwagi dotyczące
pomiarów.
4. Przykładowe pytania kontrolne
1. Rodzaje czujników.
2. Wymień grupę przyrządów służących do pomiarów długości
3.Budowa czujnika zębatego.
4. Budowa czujnika dźwigniowego.
5. Budowa czujnika dźwigniowo - zębatego.
5. Literatura
Karpiński T., Kacalak W., Łukianowicz Cz., Łukianowicz T.: Ćwiczenia
laboratoryjne z metrologii mechanicznej, Koszalin, Wydawnictwo Uczelniane
Politechniki Koszalińskiej 1997.