Laborki 104c tematy :
Sprawdzanie prostych narzędzi pomiarowych na przykładzie mikrometru.
Sprawdzanie sprawdzianu dwugranicznego tłoczkowego do otworów.
Pomiary wymiarów zewnętrznych, wewnętrznych, mieszanych i pośrednich.
Pomiary kątów i stożków.
Pomiary chropowatości powierzchni
Pomiary zarysów o złożonych kształtach.
Metrologia – we współczesnym ujęciu metrologie można określić jako naukę o zapewnieniu środkami technicznymi i organizacyjnymi poprawności pomiarów we wszystkich dziedzinach nauki, techniki i gospodarki.
Metrologia techniczna obejmuje pomiary :
Wielkości geometrycznych elementów maszyn
Elektrycznych
Geodezyjnych
Cieplnych
Ranga i znaczenie metrologii wielkości geometrycznych wynika z faktu, że właściwa postać geometryczna produktu jest bardzo często jednym z najważniejszych warunków zapewnienia ich odpowiedniej wartości użytkowej. Wymaga to coraz dokładniejszych pomiarów wielkości geometrycznych.
Metrologia wielkości geometrycznych zwana jest również metrologią długości i kąta. Jest dziedziną obejmującą pomiary : wymiarów opisujących postać geometryczną mierzonego elementu , pomiary ilościowe struktury geometryczne powierzchni (chropowatość i falistość powierzchni). Metrologia ta zajmuje się również zagadnieniami : budowy i racjonalnego stosowania oraz sprawdzania i oceny dokładności przyrządów pomiarowych.
Przedmiotem techniki pomiarowej metrologii wielkości geometrycznych są zagadnienia tolerancji wykonania w budowie maszyn, błędy pomiarów, charakterystyki metrologiczne stosowanych przyrządów pomiarowych oraz ich sprawdzanie i legalizacja.
Metrologia odbywa ważną rolę w gospodarce i nauce . Bez pomiarów byłby niemożliwy rozwój a także użyteczność takich dziedzin jak nauki przyrodnicze, przemysł, służba zdrowia itd.
Pomiary (postępowanie pomiarowe)
Z istoty pomiaru wynika, że poznanie rzeczywistej wielkości mierzonej jest niemożliwe. Każdy wynik pomiaru jest obarczony błędem. Postępowanie pomiarowe mające na celu wyznaczenie wartości oznaczonej wielkości można podzielić na trzy etapy:
Wybór przyrządu pomiarowego.
Pomiar
Opracowanie wyniku pomiaru
Wybór przyrządu pomiarowego - w pomiarach wielkości geometrycznych ważną rolę odgrywa właściwy dobór przyrządów pomiarowych. Kryteriami racjonalnego wyboru przyrządu pomiarowego są np. :
Rodzaj mierzonego wymiaru (zewnętrzne, wewnętrznie, pośrednie, mieszane)
Sposób ustalenia i zamocowania mierzonego przedmiotu (w zależności od masy przedmiotu i masy przyrządu)
Sposób odbierania informacji o mierzonym wymiarze
Wartość mierzonego wymiaru i optymalna niepewność wymiaru
Istnieje kilka technik odbierania informacji o mierzonym wymiarze .
Technika stykowa (styk punktowy, liniowy lub powierzchniowy)
Technika bezstykowa (np. pomiar optyczny mikroskopem)
Technika stykowo optyczna ( mikroskopem z zastosowaniem nożyków)
Wybór przyrządu pomiarowego do określonego zadania pomiarowego zależy od tolerancji mierzonego wymiaru . Można przyjąć, że dopuszczalna niepewność wymiaru powinna wynosić około 0.1 wartości tolerancji. (a przy małych tolerancjach nawet 1/5 wartości tolerancji)
Niepewność pomiaru jest to przedział wartości rozłożony symetrycznie względem wyniku pomiaru, w którym to przedziale z określonym prawdopodobieństwem jest zawarty błąd pomiaru. W pomiarach przemysłowych za niepewność pomiaru przyjmuje się podawaną przez firmę produkującą przyrządy pomiarowe błędy graniczne dopuszczalne MP. W większości przypadków błędy graniczne dopuszczalne podaje się w postaci liniowej funkcji mierzonej długości L .
MPE= +-(A+B*L) gdzie A i B są to stałe tak dobrane, że L [mm] a wynik MPE w um.
Pomiar jest szeregiem czynności doświadczalnych, których jest rezultatem wynik pomiaru surowy. W postępowaniu pomiarowym można wyróżnić metodę pomiarową, która dzieli się na : bezpośrednie i pośrednie. Metoda pomiarowa bezpośrednia dzięki której wartość wielkości mierzonej otrzymuje się bezpośrednio bez potrzeby wykonywania dodatkowych obliczeń opartych na zależności funkcyjnej wielkości mierzonej od innych wielkości.
Do metod pomiarowych bezpośrednich możemy zaliczyć :
Bezpośredniego porównania (tj. porównania całkowitej wartości wielkości mierzonej z wartością znaną tej samej wielkości, która w postaci wzorca wchodzi bezpośrednio do pomiaru)np. porównanie mierzonej wielkości z przymiarem kreskowym
Metoda wychyleniowa polegająca na określeniu wartości wielkości mierzonej przez wychylenie urządzenia wskazującego
Metoda różnicowa oparta na porównaniu wielkości mierzonej z niewiele różniącą się od niej znaną wartością tej samej wielkości i pomiarze różnicy tych wartości.
Różne przyczyny np. niepowtarzalność wskazań przyrządów, ograniczona rozdzielczość wzroku obserwatorów, czy przypadkowe zakłócenia zewnętrzne sprawiają, że pomiar nie pozwala na jednoznaczne ustalenie która z wartości jest rzeczywista.
Podzbiór wartości pomiaru charakteryzujący się odpowiednio dużym prawdopodobieństwem, że zawarta jest w nim rzeczywista wartość wielkości mierzonej nosi nazwę wynik pomiaru.
Wartość środkowa podzbioru Xz nazywana jest wartością zaobserwowaną, a połowa różnicy wartości granicznych podzbioru Δx niepewnością pomiaru. W= Xz+-Δx
Budowa układów tolerancji i pasowań
PN-78/M-02041 – wymiary gwintów
PN-83/M-02113 – wymiary gwintów ogólnego przeznaczenia
Jednoznaczne określenie postaci nominalnej gwintu walcowego wymaga podania wartości pięciu podstawowych parametrów
Średnicy zewnętrznej gwintu zewnętrznego d , wewnętrznego D
Średnicy podziałowej d2, wewnętrznego D2
Średnicy wewnętrznej rdzenia śruby d1, wewnętrznego D1
Kąta gwintu α – kąt między różnoimiennymi bokami zarysu .
Rozróżnia się także kąt pochylenia boku gwintu – jest to kąt ½ między bokiem zarysu i prostopadłą do osi gwintu.
W gwintach o zarysie symetrycznym kąt boku jest równy ½α.
P- Podziałka – odległość osiowa między dwoma odpowiadającymi sobie punktami najbliższych jednoimiennych boków gwintów.
Ph- skok linii śrubowej P*n gdzie n to jest krotność gwintu (ilość występów w płaszczyźnie prostopadłej do osi walca na którym utworzono gwint)
W celu znormalizowania (postaci nominalnej gwintów metrycznych wprowadzono następujące zasady :
Przyjęto symetryczny zarys nominalny o kącie gwintu α=60 stopni
Znormalizowano wielkości podziałek (skoków)
Do oznaczenia gwintów przyjęto średnicę zewnętrzną nominalną gwintu zewnętrznego nazywając ją znamionową
Przyporządkowanym średnicom znamionowym wartości podziałek i na tej podstawie określono wartości nominalne pozostałych średnic
Rozróżniono gwinty zwykłe i drobnozwojne o podziałce mniejszej od podziałki przyjętej dla gwintu zwykłego
Pasowanie gwintów : a) suwliwe b) luźne
G- pod powłoki gwintów o dużych średnicach
H- dla gwintów ogólnego przeznaczenia oraz pod powłoki ochronne
d- dla gwintów złączy pracujących w wysokich temperaturach
g- dla gwintów ogólnego przeznaczenia
h- dla gwintów złączy z małym luzem oraz gwintów ogólnego przeznaczenia
Układ tolerancji pasowań gwintów ogólnego przeznaczenia według polskiej normy obejmuje
Tolerancję średnic gwintów
Położenie pól tolerancji średnic gwintów
Pola tolerancji gwintów w zależności od znormalizowanych długości skręcenia
W gwintach zewnętrznych śrubach tolerowana jest średnica podziałowa d2 i średnica zewnętrzna d, a w gwintach wewnętrznych nakrętkach średnica podziałowa D2 i średnica otworu D.
Gwinty w których odchyłki podziałowe es, EI=0 tzn pola tolerancji przylegają do nominalnych średnic podziałowych dają złącze suwliwe H/h. Gwinty z odchyłkami podstawowymi EI>0 oraz es<0 dają złącza luźne.
Tolerancje wszystkich średnic uporządkowane są w szeregach tolerancji oznaczonych cyframi.
Klasy dokładności złączy gwintowych są określone przez szereg tolerancji i długości skręcenia.
Długość skręcenia jest to długość na której zachodzi współpraca złącza np. w śrubie i nakrętce wyznacza ją wysokość nakrętki.
Rozróżnia się trzy przedziały skręcenia, które oznaczamy
S- długość skręcenia mała
N- długość skręcenia średnia
L- długość skręcenia duża
Rozróżnia się trzy klasy dokładności złączy gwintowych
Klasa dokładna- gwinty o zwiększonych wymaganiach jakościowych
Klasa średnio dokładna – gwinty ogólnego przeznaczenia
Klasa zgrubna – gwinty o obniżonej dokładności
Oznaczenie gwintów
Oznaczenie gwintu składa się
Z symbolu określającego gwint metryczny M
Średnicy znamionowej D, d
Skoku (jeśli gwint jest drobnozwojny)
Symboli określających szeregi tolerancji i położenia poszczególnych pól tolerowanych średnic
Wartości długości skręcenia jeśli jest ona inna niż średnia
W oznaczeniu gwintu zewnętrznego podaje się najpierw szereg tolerancji i symbol położenia pola tolerancji średnicy podziałowej a następnie szereg tolerancji i symbol położenia pola średnicy zewnętrznej. Jeśli te wielkości są takie same podaje się tylko jeden symbol M10-5g6g-15
Tolerancja i Pasowania kół zębatych
Podstawowymi parametrami koła zębatego są :
z- ilość zębów
m- moduł
Pt- podziałka czołowa
Pb- podziałka zasadnicza
d- średnica koła podziałowego
da- średnica koła wierzchołków
dr- średnica koła podstaw
db- średnica koła zasadniczego
ha- wysokość głowy zęba
hf- wysokość stopy zęba
h- wysokość zęba
Dokładność wykonania przekładni zębatych ewolwentowych równoległych utworzonych z kół zębatych walcowych jest przedmiotem normy PN-ISO-1328-1. W celu określenia dokładności wykonania przekładni zębatych rozpatruje się 4 grupy wskaźników należących do parametrów funkcjonalnych
$$Z = \frac{Z1}{Z2} = \frac{d1}{d2} = \frac{m*Z1}{m*Z2}$$
To jest :
Dokładność kinematyczną
Płynność pracy
Przyleganie zębów
Luz boczny
Ad. A -Dokładność kinematyczna – jest dokładnością odtaczania kół przy pełnym obrocie. Jest ona ważna w mechanizmach podziałowych występujących w obrabiarkach , przyrządach pomiarowych itp.
Ad. B - Płynność pracy należy uwzględnić podczas projektowania skrzynek przekładniowych. Charakteryzuje ją 11 wskaźników dokładności wymienionych w normie. (dla przekładni wysokoobrotowych).
Ad. C -Przyleganie zębów należy uwzględnić podczas projektowania elementów zębatych od których wymaga się dużej wytrzymałości. Jest ono określone sumarycznym śladem przylegania zębów. Przyleganie zębów charakteryzuje 5 wskaźników zamieszczonych w normie : odchyłka kierunku zęba, odchyłka podziałki przyporu
Ad. D- Luz boczny występuje na zębach pracujących od strony nieobciążonej. Charakteryzuje go gwarantowany luz boczny czyli założony najmniejszy normalny luz boczny dla danego pasowania. Luz boczny określa rodzaj pasowania kół współpracujących przekładni.
Dla odchyłek jednoimiennych zębów tzn. odchyłek podziałki, zarysu i linii zęba oraz odchyłek kinematycznych kl. Dokładności 0-12 przy czym klasa 0 jest najdokładniejsza. W normie ustalono 6 rodzajów pasowań współpracujących przekładni A, B, C, D, E, H oraz 6 rodzajów tolerancji luzu bocznego a, b, c, d, x, y, z przy czym symbole są uszeregowane w kolejności zmniejszania się luzu bocznego i jego tolerancji.
Pasowanie H odpowiada gwarantowany luz boczny równy 0.
Zależność gwarantowanych luzów bocznych oraz odpowiadające im odpuszczalne odchyłki odległości osi i rodzaje tolerancji można przedstawić następująco :
Rodzaje pasowań | |
---|---|
H | |
Gwarantowany luz boczny jnmin | 0 |
Dopuszczalne odchyłki odległości | 0.5 IT7 II |
Rodzaj tolerancji |
h |
Dopuszcza się przyjmowanie innej klasy dokładności między rodzajem pasowania, a rodzajem tolerancji luzu bocznego przy czym mogą być wykorzystane również tolerancje xyz.
Dla wykonawcy koła zębatego oprócz opisu postaci nominalnej konieczna jest informacja o położeniu pola tolerancji grubości zęba. Tolerowanie grubości zęba polega na określeniu odchyłek granicznych w stosunku do grubości nominalnej. Z konstrukcyjnego punktu widzenia grubość zęba najchętniej jest definiowana jako długość łuku okręgu podziałowego
IT- układ tolerancji międzynarodowej
Zgodnie z normą PN-EN-ISO 1101 na tolerancję geometryczną składają się następujące tolerancje :
Kształtu
Kierunku
Położenia
Bicia
Powierzchnie i linie części maszyn urządzeń technicznych projektowane są przez konstruktora jako twory geometryczne idealne. Tak idealne kształty geometryczne nazywane są geometrycznie poprawnymi i stanowią bazy będące elementami odniesienia dla określenia tolerancji kształtu i położenia. W skutek niedoskonałości maszyn technologicznych (obrabiarki) za pomocą, których otrzymuje się części maszyn rzeczywiste powierzchnie i linie wykonywane są z pewnymi odchyłkami w stosunku do kształtów geometrycznie poprawnych. Do definiowania tolerancji geometrycznych wykorzystuje się geometrycznie idealne odpowiedniki powierzchni czy linii rzeczywistych. Takimi odpowiednikami są :
Element przylegający
Element średni
Z konstrukcyjnego punktu widzenia element przylegający jest odpowiednikiem części współpracującej stąd w cytowanej normie jest on wykorzystywany do definiowania baz. W pomiarach element przylegający jest często odwzorowany w sposób materialny np. prosta przylegając reprezentuje liniał krawędziowy, walec przylegający stanowi kontrolny trzpień lub sprawdzian.
Tolerancja geometryczna jest zdefiniowana jako obszar (pole tolerancji), w którym powinna zawierać się powierzchnia lub linia elementu rzeczywistego. Wartość tolerancji kształtu określa odpowiednio odległości między płaszczyznami lub prostymi albo różnicę promieni walców lub okręgów ograniczających obszar tolerancji.
Tolerancja kształtu :
Prostoliniowość – pole tolerancji na płaszczyźnie jest ograniczone dwoma płaszczyznami odsuniętymi na odległość.
Płaskość – pole tolerancji ograniczone dwoma płaszczyznami równoległymi oddalonymi od siebie
Okrągłość –Pole tolerancji w rozważanym przekroju ograniczone jest przez dwa okręgi współśrodkowe o różnicy promieni .
Walcowość – Pole tolerancji ograniczone jest dwoma walcami współśrodkowymi o różnicy promieni
Tolerancje kierunku położenia i bicia
Równoległość – pole tolerancji ograniczone jest dwoma płaszczyznami równoległymi oddalonymi od siebie i równoległymi do płaszczyzny bazowej.
Prostopadłość - Pole tolerancji jest ograniczone dwoma równoległymi płaszczyznami oddalonymi od siebie. Płaszczyzny są prostopadłe do bazy A i równoległe do bazy B.
Pozycja – Pole tolerancji jest ograniczone przez walec o średnicy. Oś walca jest ustalona wymiarami a i b.
Współosiowość – Pole tolerancji jest ograniczone walcem o średnicy t, oś pokrywa się z bazą.
Symetria – Pole tolerancji jest ograniczone dwoma płaszczyznami równoległymi, oddalonymi od siebie
Bicie promieniowe – Pole tolerancji jest ograniczone w każdym przekroju prostopadłym do osi bazowej przez dwa okręgi współśrodkowe o różnicy promieni, które pokrywają się z bazą.
Zbiór wszystkich nierówności powierzchni nazywa się strukturą geometryczną powierzchni którą oznacza się najczęściej w przekroju płaszczyzn chropowatości powierzchni.
Ważnymi elementami do oceny nierówności powierzchni jest linia średnia. Linia średnia profilu dzieli profil tak, że w przedziale umownie określonego odcinka na którym określa się profil suma kwadratów odchyleń profilów od tej linii jest minimalna.
Do ustalenia poszczególnych parametrów struktury geometrycznej powierzchni jest potrzebne określenie odpowiednich długości profilu . W związku z tym przyjmuje się pojęcie odcinka elementarnego oznaczonego na profilu chropowatości . Natomiast odcinek pomiarowy Lm jest to długość określona w kierunku linii średniej przy założeniu, że odcinek ten może zawierać jeden lub kilka odcinków elementarnych.
W ocenie każdego profilu są wyrażone jego elementy uwzględniające wzniesienie i sąsiadujące z nim wgłębienie.
Dokumenty ustalają cztery grupy parametrów profilów powierzchni
Pionowe (dotyczą wysokości wzniesień i wgłębień profilu)
Amplitudowe (odnoszą się do wartości średnich rzędnych profilu)
Poziome (określone wzdłuż linii średniej)
Mieszane
Ad.a Parametry pionowe
Rp- wysokość najwyższego wzniesienia profilu (wyrażonej wysokością najwyższego wzniesienia Zp) wewnątrz odcinka elementarnego
Rv- wysokość najniższego wgłębienia profilu
Rz- największa wysokość profilu wewnątrz odcinka elementarnego
Rc- średnia wysokość elementów profilu
Rt- całkowita wysokość profilu wewnątrz odcinka pomiarowego
Ad.b
Do parametrów amplitudowych zalicza się ;
Ra- średnia arytmetyczna wysokości profilu
Ru- Średnia kwadratowa rzędnych profilu
Podstawą oceny chropowatości powierzchni jest ustalenie wyniku pomiaru odpowiedniego znormalizowanego parametru chropowatości powierzchni, który jest oszacowany przez dane pomiarowe uzyskane tylko z jednego odcinka elementarnego lub odcinka pomiarowego. Przed każdym pomiarem chropowatości powierzchni bardzo ważne jest sprawdzenie wstępne tzw. wizualne stosując unikalne wzorce chropowatości w celu wyznaczenia wstępnych wartości parametrów które mogą być przydatne do ustalenia odcinka elementarnego.
Do oceny chropowatości powierzchni stosowany jest przyrząd zwany profilometrem, którego czujnik pomiarowy jest wyposażony w igłę o odpowiednich wymiarach i przemieszczając się po mierzonej powierzchni rejestruje zmianę jej wysokości.
Podział środków pomiarowych
Środki Pomiarowe
Narzędzia Pomiarowe Pomocnicze narzędzia pomiarowe
Etalony Użytkowe narzędzia pomiarowe Pomocnicze narzędzia pomiarowe
Wzorce Przyrządy pomiarowe Sprawdziany Przetworniki pomiarowe Inne
Zadaniem etalonów jest definiowanie, przechowywanie i odtwarzanie jednostki miary wielkości fizycznej w celu sprawdzenia narzędzi pomiarowych
Przyrządy pomiarowe:
Przyrządy suwmiarkowe
Przyrządy mikrometryczne
Czujniki
Maszyny pomiarowe
Długościomierz
Wysokościomierz
Mikroskopy i projektory
Współrzędnościowe maszyny pomiarowe
Przyrządy do pomiarów kątów
Interferometry
Przyrządy do pomiarów chropowatości i falistości powierzchni
Przyrządy do pomiarów odchyłek kształtu i położenia
Przyrządy do pomiarów kół zębatych
Inne przyrządy pomiarowe
Przyrząd pomiarowy to urządzenie służące do przetwarzania wielkości mierzonej na informację o wartości tej wielkości
Wielkość mierzona Przyrząd Pomiarowy wielkość wyjściowa
x Energia y
Zależność wielkości wyjściowej Y od wielkości mierzonej X nosi nazwę charakterystyki przyrządów
W zależności od metody przetwarzania wielkości mierzonej przyrządy pomiarowe można podzielić na 3 grupy
Przyrządy z bezpośrednim odczytem wartości wielkości mierzonej
Przyrządy pomiarowe różnicowe- umożliwiają pomiar małej różnicy między wartością wielkości mierzonej i znaną wartością tej samej wielkości w związku z czym posiadają z reguły niewielkie zakresy pomiarowe.
Przyrządy pomiarowe porównawcze – wskazują, że wartość wielkości mierzonej jest równa znanej wartości odtwarzającej w procesie pomiaru przez zespół wzorców.
W zależności od sposobu wskazywania wyników przyrządy pomiarowe dzielą się na analogowe i cyfrowe. W celu ujawnienia odczytu w przyrządach analogowych nanoszone są zespoły kres zwane podziałkami. Każdej kresie podziałki odpowiada określona wartość mierzonej wielkości . Przestrzeń między kreskami określamy podziałką elementarną – długość działki elementarnej i wartość działki elementarnej.
Przyrządy charakteryzuje wiele parametrów takich jak np. rozdzielczość przyrządów wskazujących, zakres wskazań, zakres pomiarowy, klasę dokładności, czułość, przełożenie .
Rozdzielczość – to najmniejsza różnica wskazania, która może być zauważona w wyraźny sposób. W przypadku przyrządów cyfrowych jest to różnica odpowiadająca zmianie jednostki najmniej znaczącej cyfry. W przypadku przyrządów analogowych rozdzielczość jest funkcją działki elementarnej i zależy od sposobu dokonywana odczytu.
Czułością przyrządu pomiarowego nazywa się zmiany wielkości wyjściowej do wywołującej ją zmiany wielkości mierzonej.
Wzorzec miary jest to urządzenie przeznaczone do odtwarzania lub dostarczania jednej lub wielu znanych wartości danej wielkości w sposób niezmienny podczas jego stosowania.
W pomiarach wielkości geometrycznych rozróżnia się wzorce miar geometrycznych i wzorce miar kąta.
Wzorce miar długości to
Kreskowe i końcowo kreskowe
Inkrementalne
Kodowe
Falowe
Krańcowe
Wzorce miar kreskowe są na ogół wzorcami wielowymiarowymi (np. działka elementarna 1mm, działka cm na przymiarze). Wzorce kreskowe są wykonywane bezpośrednio na przyrządach pomiarowych (np. suwmiarkach) lub stanowią części składowe przyrządu. Do odczytywania wskazań wzorców kreskowych służą różne urządzenia odczytowe spośród których najbardziej rozpowszechnione są : noniusz i mikroskop odczytowy ze spiralą Archimedesa.
W przemysłowych przyrządach pomiarowych coraz częściej znajdują zastosowanie wzorce inkrementalne stanowiące odmianę wzorców kreskowych. Nazwa ta wynika z faktu, przyrostowego określenia wartości przesunięcia wzorca względem przetwornika (inkrementacja). Są to szklane lub metalowe liniały z polami (strefami)na przemian aktywnymi lub pasywnymi. W przyrządach do pomiarów wielkości geometrycznych najczęściej stosuje się
Szklane wzorce pracujące w świetle przechodzącym
Metalowe wzorce z których informację otrzymuje się na podstawie światła odbitego.
Wzorce pojemnościowe
Wzorzec kodowy– jest liniałem na którym naniesiono pewną liczbę ścieżek kodowych. Wzorzec taki współpracuje z przetwornikiem, określa odległość od punktu zerowego bowiem każdemu kodowi na wzorcu odpowiada jedna wartość długości. Ścieżki kodowe wykonuje się na szklanych liniałach w postaci kwadratów przepuszczających i nieprzepuszczających światło.
Wzorce falowe – są wzorcami długości największej dokładności. Odtwarzają one wartości długości fal promieniowania elektromagnetycznego emitowanego w określonych warunkach przez pewne pierwiastki między innymi kryptom, rtęć, karb, neon.