Zagadnienia do opracowania

Ad1

Zgodnie z ISO 1101 na tolerancje geometryczne składają się następujące tole­rancje :

-kształtu ,kierunku, położenia, bicia.

Tolerancje kształtu ograniczają tylko odchyłki kształtu elementu rzeczywistego od jego nominalnego odpowiednika. Dlatego są one zaliczane do grupy tolerancji geometrycznych prostych.

Tolerancje kierunku, położenia i bicia ograniczają zarówno odchyłki kształtu przedmiotu rzeczywistego, jak również odchyłki kierunku lub/i położe­nia. W większości przypadków tolerancje kierunku, położenia i bicia wymagają określenia bazy, dlatego w normie ISO 1101 są one zakwalifikowane jako tolerancje geometryczne względem bazy.

Do definiowania tolerancji geometrycznych wykorzystuje się geometry­cznie idealne odpowiedniki powierzchni czy linii rzeczywistych. Takimi odpo­wiednikami są element przylegający, element minimalnej strefy lub element średni. Przykładami elementów przylega­jących są: prosta i płaszczyzna przylegająca, okrąg przylegający do wałka, okrąg przylegający do otworu, walec przylegający do wałka i walec przylegający do otworu.

Prosta (płaszczyzna) przylegająca to prosta (płaszczyzna) stykająca się z zarysem rzeczywistym (powierzchnią rzeczywistą) na zewnątrz materiału w ten sposób, ze odległość między nią a najbardziej oddalonym punktem zarysu (powierzchni) ma wartość najmniejszą (rys. 1).

Prosta przylegająca a) w przypadku zarysu wklęsłego, b) w przypadku zarysu wypukłego;

1-prosta przylegająca. 2 — zarys rzeczywisty

Okrąg (walec) przylegający to okrąg (walec) o najmniejszej średnicy opisa­ny na zarysie rzeczywistym (powierzchni rzeczywistej) powierzchni obrotowej zewnętrznej (rys. 2a) lub okrąg (walec) o największej średnicy wpisany w za­rys (powierzchnię) powierzchni obrotowej wewnętrznej (rys. 2b).

Rys. 2.

Okrąg przylegający, a) dla wałka, b) dla otworu,

1— okrąg przylegający, 2 — zarys rzeczywisty

Element średni to powierzchnia (łub linia) o kształcie nominalnym, poło­żona względem powierzchni (linii) rzeczywistej w ten sposób, że suma kwadratów odległości punktów powierzchni (linii) rzeczywistej od powierzchni (linii) średniej jest najmniejsza (rys.3).

Rys. 3.

Elementy średnie: a) prosta średnia, b) okrąg średni,
1 - element średni, 2-zarys rzeczywisty

Z konstrukcyjnego punktu widzenia element przylegający jest odpowied­nikiem części współpracującej stąd w normie ISO jest on wykorzystywany do definiowania baz. W pomiarach element przylegający jest często odwzorowy­wany w sposób materialny: prostą przylegającą zastępuje liniał krawędziowy, płaszczyznę przylegającą— płyta pomiarowa, a walec przylegający- trzpień kontrolny lub sprawdzian. W przypadku pomiarów wspomaganych komputero­wo wygodniej jest posługiwać się łatwiejszym do wyznaczenia metodami numerycznymi elementem średnim

W normie ISO 1101 1985 tolerancja geometryczna jest zdefiniowana jako obszar (pole tolerancji), w którym powinna zawierać się powierzchnia lub linia elementu rzeczywistego Obszar ten najczęściej ma postać walca lub okręgu.* przestrzeni między dwiema równoległymi płaszczyznami lub liniami prostymi, przestrzeni między dwoma współosiowymi walcami lub okręgami itp Wartość tolerancji kształtu określa odpowiednio średnicę walca lub okręgu, odległość między płaszczyznami lub prostymi albo różnicę promieni walców lub okręgów ograniczających obszar tolerancji. Dla tolerancji kształtu nie wprowadza się żadnych ograniczeń co do usytuowania pola tolerancji w przestrzeni Dla tolerancji kierunku, położenia i bicia usytuowanie pola tolerancji w przestrzeni określa się względem bazy lub zespołu baz.

Ad 2

Termin odchyłka (geometryczna) nie został zdefiniowany w ISO 1101. Domyślna, a zarazem dokładna definicja odchyłki, to wartość definiująca najmniejszy obszar o takiej samej postaci jak pole tolerancji, który zawiera element tolerowany.

W definicjach tolerancji geometrycznych często spotyka się pojęcie obszaru cząstkowego — obszaru, do którego odnosi się tolerancja (i odchyłka) geometryczna. Niektóre tolerancje są bowiem definiowane na obszarze mniejszym niż cała długość czy powierzchnia wyrobu.

Rozróżnia się trzy przypadki tolerancji prostoliniowości. Gdy linia rzeczywista jest krzywą płaską (np. tworzącą walca lub stożka albo linią płaszczyzny) mówi się o tolerancji prostoliniowości w płaszczyźnie. W takim przypadku pole tole­rancji stanowi obszar między dwiema prostymi równoległymi odległymi o war­tość tolerancji. Orientacja tych prostych nie jest określona. Jeżeli li­nia rzeczywista jest krzywą przestrzenną, co wynika z umieszczenia odnośnika ramki tolerancji na przedłużeniu linii wymiarowej, a w ramce tolerancji wartość tolerancji jest poprzedzona symbolem „o” to pole tolerancji ma postać walca o średnicy równej wartości tolerancji. Orientacja osi walca nie jest określona. Jeżeli linia rzeczywista jest krzywą przestrzenną, a w ramce tolerancji wartość tolerancji nie jest poprzedzona symbolem „o” to pole tolerancji ma postać obszaru między dwiema równoległymi płaszczyznami odległymi o wartość tole­rancji. Orientację płaszczyzn w jednym kierunku określa kierunek wskazany przez grot linii odnośnika, orientacja w drugim kierunku nie jest okre­ślona.

Pole tolerancji płaskości jest zdefiniowane jako obszar między dwiema równoległymi płaszczyznami odległymi o wartość tolerancji

Pole tolerancji okrągłości (walcowości) ograniczają dwa okręgi współśrodkowe (walce współosiowe) o różnicy promieni równej wartości tolerancji.

Pole tolerancji kształtu wyznaczonego zarysu wyznaczają obwiednie okręgów o średnicy równej wartości tolerancji których środki znajdują się na zarysie teoretycznym.

Pole tolerancji kształtu wyznaczone] powierzchni wyznaczają obwiednie kul o średnicy równej wartości tolerancji, których środki znajdują się na powierzchni teoretycznej.

Tolerancja równoległości może dotyczyć dwóch płaszczyzn, prostej i płaszczyzny, dwóch prostych (osi) na płaszczyźnie i dwóch prostych (osi) w przestrzeni W ostatnim przypadku rozróżnia się dodatkowo tolerancję równo­ległości w płaszczyźnie wspólnej i tolerancję równoległości w płaszczyźnie nor­malnej do wspólnej.

Tolerancja prostopadłości może dotyczyć dwóch płaszczyzn, płaszczyzny lub prostej (osi) względem prostej (osi), prostej (osi) względem płaszczyzny w wyznaczonym kierunku oraz prostej (osi) względem płaszczyzny.

Grapa tolerancji	Nazwa tolerancji	Znak. tolerancji
Tolerancje kształtu	Tolerancja prostoliniowości
	Tolerancja płaskości
	Tolerancja okrągłości
	Tolerancja walcowości
	Tolerancja kształtu wyznaczonego zarysu
	Tolerancja kształtu wyznaczonej powierzchni
tolerancje kierunku	Tolerancja równoległości
	Tolerancja prostopadłości
	Tolerancja nachylenia
	Tolerancja kształtu wyznaczonego zarysu
	Tolerancja kształtu wyznaczonej powierzchni
Tolerancje położenia	Tolerancja współosiowości (współśrodkowości)
	Tolerancja symetrii
	Tolerancja pozycji
	Tolerancja kształtu wyznaczonego zarysu
	Tolerancja kształtu wyznaczonej powierzchni
Tolerancje bicia	Tolerancja bicia promieniowego i osiowego lub w wyznaczonym kierunku
	Tolerancja bicia całkowitego

Ad3

W definicjach tolerancji kierunku, położenia i bicia występują dwa elementy — element tolerowany i baza, tzn. element, względem którego definiuje się kierunek (orientację), położenie lub bicie elementu tolerowanego. Bazą może być'

• powierzchnia lub tworząca powierzchni,

• oś lub płaszczyzna symetrii,

• os wspólna lub płaszczyzna symetrii wspólna (baza wspólna),

• część elementu lub określone miejsce przedmiotu

Niekiedy tolerancje kierunku, położenia lub bicia definiuje się względem zespołu baz, tzn. dwóch lub więcej elementów przedmiotu

Jeżeli powierzchnia przedmiotu wyznaczona jako baza może w znacznym stopniu różnić się od powierzchni nominalnej, to w celu uniknięcia niejedno­znaczności przy pomiarach, na rysunku przedstawiającym tę powierzchnię wskazuje się tzw. bazy cząstkowe. Bazą cząstkową może być:

• punkt,

• odcinek linii,

• fragment powierzchni (koło, kwadrat)

Ad4

Przez pojęcie czujnik w metrologii wielkości geometrycznych rozumie się przy­rząd pomiarowy służący do wykonywania pomiarów metodą różnicową. Czujniki mają na ogół mały zakres pomiarowy i cechują się dużą dokładnością wskazań. Czujnika nie stosuje się w pomiarach samodzielnie. Dopiero zamocowanie czujnika w podstawie lub innym urządzeniu daje możliwość wykonywania pomiarów, a powstały w ten sposób przyrząd pomiarowy nazywa się przyrządem czujnikowym. Stąd znormalizowane średnice tulei chwytowych czujników to: -028h7 lub 08h6.

Istotą pomiarów różnicowych jest mierzenie małej różnicy między wzor­cem i mierzonym wymiarem, dlatego posługiwanie się czujnikiem wymaga jednoczesnego użycia wzorca końcowego. W pomiarach odchyłek kształtu położenia, np. bicia promieniowego, różnice wskazań na ogół mieszczą się w granicach zakresu pomiarowego czujnika i wówczas użycie wzorca nie jest konieczne. W nowych konstrukcjach czujników wykorzystano wzorce inkre­mentalne, dzięki czemu nastąpiło znaczne zwiększenie zakresu pomiarowego (do 20, a nawet 100 mm). Czujniki te stanowią pomost między klasycznymi czujnikami o małym zakresie pomiarowym a długościomierzami.

Czujnik pomiarowy składa się z czterech zespołów: urządzenia stykowo przesuwnego, urządzenia wytwarzającego nacisk pomiarowy, przetwornika i urządzenia wskazującego.

Urządzenie stykowo-przesuwne przekazuje do przetwornika (przez prze­mieszczenie) informację o położeniu końcówki pomiarowej dotykającej mierzo­nego przedmiotu. Powinno zapewniać dokładne osiowe przemieszczenia trzpie­nia pomiarowego. W tym celu wykorzystuje się najczęściej łożyskowanie śli­zgowe lub toczne, ale również zawieszanie trzpienia w płaskich sprężynach membranowych. Trzpienie pomiarowe mają wymienne końcówki pomiarowe, najczęściej o płaskiej, kulistej lub pryzmatycznej powierzchni pomiarowej.

Urządzenie wytwarzające nacisk pomiarowy powinno zapewniać możliwie stały nacisk pomiarowy, niezależnie od położenia i kierunku przemieszczania trzpienia pomiarowego.

Przetwornik służy do przetworzenia przemieszczenia trzpienia pomiarowe­go na odpowiednie wskazanie. W budowie czujników wykorzystuje się najczę­ściej przetworniki mechaniczne, optyczno-mechaniczne, elektryczne i pneuma­tyczne.

Urządzenie wskazujące podaje wartości wielkości mierzonej w postaci analogowej lub cyfrowej.

Właściwości metrologiczne czujników w zakresie charakte­rystyki statycznej obejmują:

• wartość W_e działki elementarnej w przypadku analogowego urządzenia wskazującego lub rozdzielczość dla cyfrowego urządzenia wskazującego,

• długość L_e działki elementarnej w analogowych urządzeniach wskazu­jących

• zakres podziałki — przedział wartości między skrajnymi wskazami po­działki, wyrażony w jednostkach miary oznaczonych na podziałce,

• czułość — stosunek przyrostu sygnału wyjściowego czujnika do przyrostu odpowiedniego sygnału wejściowego,

• błąd poprawności (składowa systematyczna błędu czujnika),

• błąd powtarzalności (wierności) wskazań — składowa przypadkowa błędu czujnika; zwykle za błąd powtarzalności przyjmuje się odchylenie średnie eksperymentalne s z odpowiednim współczynnikiem lub zakres rozrzutu wskazań.

• błąd histerezy — różnica wskazań czujnika, gdy tę samą stałą długość mierzoną osiąga się raz przy zwiększaniu długości mierzonej, drugi raz przy jej zmniejszaniu,

• błąd pobudliwości — zmiana wartości sygnału wejściowego nie powodu­jąca zmiany sygnału wyjściowego czujnika,

• próg pobudliwości — najmniejsza zmiana sygnału wejściowego powo­dująca dostrzegalną zmianę sygnału wyjściowego czujnika,

• błąd odczytania — w czujnikach z analogowym urządzeniem wskazującym jest to łączny błąd interpolacji i paralaktyczny,

• nacisk pomiarowy i jego zmiany.

Klasyfikacja przyrządów czujnikowych :

Czujniki mechaniczne działają na zasadzie mechanicznego przenoszenia przesu­nięcia końcówki pomiarowej na analogowy układ wskazujący (wskazówkę).

Czujniki dźwigniowo-śrubowe charakteryzują się małym wy­chyleniem dźwigni przenoszącej przesunięcie końcówki pomiarowej na wska­zówkę czujnika.

Czujniki sprężynowe , występujące pod nazwami mikrokator lub metrotest, mają stosunkowo dużą czułość i dokładność (błędy graniczne osiągają ±1% wartości wskazania), pracują bez tarcia i bez różnic wskazań przy zmianie kierunku przesuwu trzpienia pomiarowego.

Czujniki optyczno-mechaniczne. W czujnikach optyczno-mechanicznych przeniesienie ruchu końcówki pomia­rowej na urządzenie wskazujące odbywa się przy współdziałaniu elementów przekładni mechanicznych (np. dźwigni lub śrubowo skręconej taśmy) i optycz­nych (np, układów soczewek, pryzmatów, lusterek, źródeł światła).

Czujniki elektryczne - Ogólna zasada działania czujników elektrycznych polega na wywołaniu zmiany określonej wielkości elektrycznej (np. oporu, indukcyjności, pojemności, zjawi­ska fotoelektrycznego) wskutek przesunięcia liniowego trzpienia pomiarowego. Przyjmując rodzaj zmienianej przez czujnik wielkości elektrycznej za podstawę klasyfikacji, rozróżnia się czujniki: elektro stykowe, indukcyjne, pojemnościowe.

Czujniki pneumatyczne - W czujnikach pneumatycznych zmiana wymiaru mierzonego powoduje zmianę parametrów (ciśnienia, prędkości i ilości) wypływającego przez szczelinę po­wietrza. W zależności od tego, który z wymienionych parametrów wykorzystuje się w pomiarze, rozróżnia się czujniki ciśnieniowe, natęzemowe i przepływowe.

Czujniki inkrementalne - W czujnikach inkrementalnych stosuje się wzorce inkrementalne, i tym samym uniezależnia się od wzorców w postaci płytek wzorcowych. Ważniejsze zalety czujników inkrementalnych to:

• duży zakres pomiarowy do 100 mm,

• bezpośrednie podawanie wartości bezwzględnej mierzonego wymiaru,

• wysoka dokładność pomiaru,

• możliwość zerowania urządzenia wskazującego w dowolnym położeniu trzpienia pomiarowego,

• możliwość zmiany kierunku mierzenia,

• możliwość przyłączenia do mikrokomputera.

Czujnik dźwigniowy — zasada działania. Czujniki zębate [PN-68/M-53260] to najbardziej rozpowszechnione czujniki mechaniczne. Mają wyjątkowo duży — jak na czujniki mechaniczne — zakres pomiarowy, wynoszący 3 lub 10 mm.

Rys. 4.

Czujnik zębaty o zakresie pomiarowym 10 mm; a) zasada działania, b) wygląd zewnętrzny, c) budowa;
1—tuleja chwytowa, 2 — trzpień pomiarowy, 3 — końcówka pomiarowa, 4 — tarcza obrotowa z podziałką główną,

5— wskazówka duża (wskazuje setne części milimetra),

6— wskazówka mała (wskazuje milimetry), 7 — wskaźnik tolerancji, 8 — koło zębate i sprężyna do kasowania luzów

w przekładni zębatej czujnika, 9 — urządzenie krzywkowe do zapewnienia stałego nacisku pomiarowego

Wyniki :

X=X_max-X_min

X_max –maksymalne wskazanie przyrządu

X_min – minimalne wskazanie przyrządu

Δ=0,03-0=0,03

1. 0^o =0

2. 10^o=+0,01

3. 20^o=+0,01

4. 30^o=+0,01

5. 40^o=+0,01

6. 50^o=+0,01

7. 60^o=+0,01

8. 70^o=+0,01

9. 80^o=+0,02

10. 90^o=+0,02

11. 100^o=+0,03

12. 110^o=+0,03

13. 120^o=+0,03

14. 130^o=+0,03

15. 140^o=+0,03

16. 150^o=+0,03

17. 160^o=+0,03

18. 170^o=+0,03

19. 180^o=+0,03

20. 190^o=+0,03

21. 200^o=+0,03

22. 210^o=+0,02

23. 220^o=+0,02

24. 230^o=+0,02

25. 240^o=+0,01

26. 250^o=+0,01

27. 260^o=+0,01

28. 270^o=+0,01

29. 280^o=+0,01

30. 290^o=0

31. 300^o=0

32. 310^o=0

33. 320^o=0

34. 330^o=0

35. 340^o=0

36. 350^o=0

37. 360^o=0