TEMAT:

SPRAWDZANIE I POMIARY

GWINTÓW

Materiały pomocnicze do zajęć laboratoryjnych z metrologii

Zeszyt 2

3. Przebieg ćwiczenia

1. Pomiary metodami stykowymi

• sprawdzenie skoku mierzonego gwintu

• pomiar gwintu metodą trójwałeczkową

• pomiar gwintu za pomocą dwóch wałeczków

• pomiar gwintu mikrometrem do gwintów

2. Pomiary metodami optycznymi i optyczno-stykowymi (z użyciem nożyków pomiarowych lub bez)

• wyznaczenie zużycia nożyków pomiarowych w pomiarach optyczno-stykowych

• pomiar skoku gwintu na mikroskopie warsztatowym

• pomiar kąta boku zarysu gwintu na mikroskopie warsztatowym

• pomiar średnicy podziałowej gwintu na mikroskopie warsztatowym

SPRAWDZANIE I POMIARY GWINTÓW

1. Budowa zarysu gwintu

W budowie gwintu, który jest istotnym elementem śruby i nakrętki, wyróżnia się następujące podstawowe pojęcia i oznaczenia.

Linia śrubowa jest to linia będąca torem punktu należącego do ciała, które porusza się ruchem śrubowym. Linia śrubowa w zakresie gwintów może być linią śrubową walcową lub stożkową. Linia śrubowa walcowa jest linią nawiniętą na walec kołowy. Styczne jej tworzą stały kąt z płaszczyzną prostopadłą do osi walca jak na rys. 1a. Linia śrubowa stożkowa jest linią nawiniętą na stożek kołowy. Punkty jej rzutowane prostopadle na powierzchnię walca kołowego współosiowego ze stożkiem tworzą linię śrubową walcową (rys. 1b).

Oś linii śrubowej jest to oś stożka lub walca, do którego należy linia śrubowa. Linia śrubowa stożkowa lub walcowa może być prawa (prawoskrętna) lub lewa (lewoskrętna). Prawoskrętną nazywa się linię śrubową, której rzuty stycznych, leżące w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny rysunku i będące po stronie obserwatora skierowane są w prawo ku górze. Lewoskrętną nazywa się linią śrubową, której podobne rzuty skierowane są w lewo ku górze. Praktycznie oznacza to, że zagłębianie śruby w nakrętce w przypadku linii śrubowej prawej uzyskuje się przy obrocie śruby zgodnym z ruchem wskazówek zegara. W przypadku linii śrubowej lewej przy ruchu obrotowym przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Rys. 1. Linia śrubowa: a) walcowa, b) stożkowa

Skok linii śrubowej (P) (rys. 1) jest to odległość dwóch sąsiednich punktów linii śrubowej leżących w półpłaszczyznach osiowych, mierzona równolegle do osi linii śrubowej.

Powierzchnia gwintowa jest to powierzchnia zamknięta utworzona przez odcinek linii poruszającej się ruchem śrubowym. Powierzchnia gwintowa tworzy śrubowe występy i bruzdy (rys. 2). Przecięcie powierzchni gwintowej półpłaszczyzną osiową tworzy linię, zwaną tworzącą powierzchni gwintowej. Gwint jest to bryła ograniczona powierzchnią gwintową. Przez określenie gwintu śruby rozumie się wszystkie gwinty zewnętrzne, czyli gwinty ograniczone z zewnątrz przez powierzchnię gwintową. Przez określenie gwintu nakrętki rozumie się wszystkie gwinty wewnętrzne, czyli gwinty ograniczone z wewnątrz przez powierzchnię gwintową. Gwint może być walcowy lub stożkowy, a także prawy lub lewy w zależności od linii śrubowych tworzących jego powierzchnię gwintową.

Skok gwintu (P) (rys. 2) jest to skok linii śrubowych tworzących powierzchnię gwintową.

Podziałka gwintu (P_z) (rys. 2) jest to odległość dwóch sąsiednich punktów położonych na tworzącej powierzchni gwintowej, mierzona równolegle do osi gwintu. Gwint może być pojedynczy, jeżeli jego skok równy jest podziałce, lub wielokrotny, jeżeli skok równy jest kilku podziałkom.

Rys. 2. Powierzchnie gwintowe: a) walcowa zewnętrzna, b) stożkowa zewnętrzna, c) walcowa wewnętrzna, d) stożkowa wewnętrzna

Zarys gwintu jest to odcinek tworzącej powierzchni gwintowej, którego rzut na oś gwintu jest równy podziałce. Bok zarysu jest to prosty odcinek zarysu.

Kąt boku zarysu jest to kąt zawarty między bokiem zarysu a płaszczyzną prostopadłą do osi gwintu. Jeżeli kąty sąsiednich boków są równe, to oznacza się je __. Gwint o takim zarysie jest gwintem symetrycznym. Jeżeli kąty sąsiednich boków nie są równe, mniejszy oznacza się _r większy _p. Gwint o takim zarysie jest gwintem niesymetrycznym.

Kąt γ wzniosu linii śrubowej jest to kąt, jaki tworzy styczna do linii śrubowej z płaszczyzną prostopadłą do osi linii śrubowej (rys. 1). Kąt ten można obliczyć ze wzoru

Linia podziałowa gwintu jest to linia, na której tworząca powierzchni gwintowej odcina równe odcinki. Charakterystyczne wymiary połączenia gwintowego walcowego przedstawia tab. 1. Jest to przykład najszerzej stosowanego gwintu metrycznego. Są one następujące:

d - średnica gwintu śruby,

D - średnica gwintu nakrętki,

d₁ - średnica rdzenia śruby w przypadku gwintu ściętego,

D₁ - średnica otworu nakrętki,

d₂ - średnica podziałowa śruby,

D₂ - średnica podziałowa nakrętki,

d₃ - średnica rdzenia śruby w przypadku gwintu zaokrąglonego,

Tabela 1. Gwinty metryczne ISO (wg PN-70/M-02013)

d_s - średnia średnica robocza, odpowiadająca środkowi pracującej części zarysów gwintu śruby i gwintu nakrętki

d_s = 0,5 (d+D₁),

d_n -średnica nominalna gwintów rurowych równa najczęściej wewnętrznej średnicy rury,

 - kąt zarysu gwintu symetrycznego (dla gwintu metrycznego  = 60^o),

 _r+ _p - kąt zarysu gwintu niesymetrycznego,

H - teoretyczna głębokość gwintu,

H₁ - głębokość nośna gwintu,

P - skok gwintu

Normy określają kształt zarysu oraz wartości wymiarów nominalnych gwintu. Wymiarami nominalnymi są średnice gwintu. Stosuje się różne rodzaje gwintów. Oznaczenia gwintów o zarysach znormalizowanych podane są w tab. 2.

Tabela 2. Oznaczenia skrótowe najważniejszych rodzajów gwintów

Do łączników gwintowych stosowane są zwykle gwinty metryczne o zarysie trójkątnym (kąt rozwarcia 60°) (tab. 1). Gwinty calowe (Whitwortha) o zarysie trójkątnym (kąt rozwarcia 55°) są stosowane tylko w specjalnych przypadkach. Gwinty Whitwortha rurowe są stosowane zwykle do połączeń rurowych. Gwinty trapezowe symetryczne (tab. 3) i niesymetryczne stosuje się w śrubach napędowych. Gwinty okrągłe stosowane są w łącznikach narażonych na zmienne obciążenia o charakterze udarowym (łączniki wagonów). Gwinty stożkowe, stosowane w rurociągach wiertniczych, zapewniają wysoką szczelność i usunięcie luzów. Gwinty prostokątne stosuje się do śrub roboczych (napędowych) przenoszących duże obciążenia.

Zasadniczo do każdej średnicy gwintu przewidziany jest normalny skok i odpowiadające mu wymiary zarysu. W ten sposób powstaje zasadniczy rodzaj gwintu, zwany gwintem zwykłym. Jeżeli skok gwintu jest mniejszy od skoku gwintu zwykłego o tej samej średnicy, to gwint taki nazywa się gwintem drobnozwojnym (drobnozwojowym). Gwinty drobnozwojne stosuje się szczególnie przy dużych średnicach, gdy głębokość gwintu oraz wysokość nakrętki wskutek dużego skoku byłaby zbyt duża, np. gwinty rurowe są zawsze drobnozwojne.

Gwinty grubozwojne, w których skok jest większy od zwykłego, stosuje się rzadko. Podane w tab. 2. oznaczenia gwintów określają gwinty prawe pojedyncze. W przypadku gwintu lewego dopisuje się przed oznaczeniami gwintu wyraz „lewy”. Podobnie dopisuje się wyraz „n-krotny” przed gwintami wielokrotnymi. Takie gwinty stosuje się w celu zwiększenia skoku i sprawności gwintu.

2. Tolerancje i sprawdzanie gwintów

Podstawowymi parametrami metrologicznymi gwintu walcowego (rys.3) są:

P - skok gwintu,

a - kąt gwintu,

d - średnica zewnętrzna gwintu zewnętrznego (śruby),

d₂ - średnica podziałowa gwintu zewnętrznego (śruby),

D₂ - średnica podziałowa gwintu wewnętrznego (nakrętki),

D₁ - średnica wewnętrzna gwintu wewnętrznego (nakrętki).

Rys.3. Podstawowe wymiary gwintu

Polska Norma PN-70/M-02113 ustala następujące symbole tolerancji parametrów gwintu (rys.4):

T_{D1 -} tolerancja średnicy wewnętrznej gwintu wewnętrznego,

T_d - tolerancja średnicy zewnętrznej gwintu zewnętrznego,

T_D2 - tolerancja średnicy podziałowej gwintu wewnętrznego,

EI - dolna odchyłka średnic gwintu wewnętrznego,

ei - dolna odchyłka średnic gwintu zewnętrznego,

ES - górna odchyłka średnic gwintu wewnętrznego,

es - górna odchyłka średnic gwintu zewnętrznego.

Tolerancje średnic gwintów są uporządkowane wg siedmiu szeregów tolerancji (tab. 3) oraz wg położenia pól tolerancji określonych względem nominalnych wymiarów średnic odchyłkami podstawowymi:

- dolną EI dla gwintów wewnętrznych,

- górną es dla gwintów zewnętrznych.

Rys.4. Tolerancje gwintu: a) gwinty wewnętrzne, b) gwinty zewnętrzne

Tabela 3. Szeregi tolerancji

Tolerancje	Szeregi tolerancji
TD1		4	5	6	7	8
Td1		4		6		8
TD2		4	5	6	7	8
Td2	3	4	5	6	7	8	9

W zależności od wartości odchyłki podstawowej (EI, es) ustala się następujące symbole pól tolerancji (rys.5):

G, H - dla gwintów wewnętrznych,

d, e, g, h - dla gwintów zewnętrznych. Zaleca się pasowanie H/g, H/h oraz G/h.

Wprowadza się też trzy podziały długości odpowiadające długościom skręcenia:

S - małej,

N - średniej,

L - dużej.

Rys.5. Położenie pól tolerancji gwintu

W zależności od przeznaczenia gwintu wprowadza się trzy klasy dokładności gwintów:

- klasa dokładna - gwinty o zwiększonej dokładności,

- klasa średniodokładna - gwinty ogólnego przeznaczenia,

- klasa zgrubna - gwinty o obniżonej dokładności (gwinty w głębokich nieprzelotowych otworach, gwinty walcowane na gorąco itp.).

Ocenę granicznych wymiarów gwintów dokonuje się za pomocą dwugranicznych sprawdzianów gwintowych i gładkich.

Do tego celu stosuje się następujące rodzaje gwintowych sprawdzianów i przeciwsprawdzianów (wg PN-70/M-02129):

SGmin - sprawdzian gwintowy minimalny trzpieniowy (przechodni), pierścieniowy stały i nastawny (nieprzechodni), szczękowy (nieprzechodni).

SGmax - sprawdzian gwintowy maksymalny trzpieniowy (nieprzechodni), pierścieniowy stały i nastawny (przechodni), szczękowy (przechodni).

PGmin - przeciwsprawdzian gwintowy kontrolny minimalny (przechodni) do sprawdzianu SGmax pierścieniowego stałego.

PGmax - przeciwsprawdzian gwintowy kontrolny maksymalny (nieprzechodni) do sprawdzianu SGmin pierścieniowego stałego.

PGz - przeciwsprawdzian gwintowy zużycia do sprawdzania zużycia sprawdzianów SGmax pierścieniowych stałych i nastawnych.

PGn - przeciwsprawdzian gwintowy nastawczy do sprawdzianu SGmax pierścieniowego i szczękowych nastawnych.

Ponadto stosuje się sprawdziany gładkie:

Smin - sprawdzian przechodni tłoczkowy; nieprzechodni szczękowy i pierścieniowy.

Smax - sprawdzian nieprzechodni tłoczkowy; przechodni szczękowy i pierścieniowy.

W celu sprawdzenia granicznych wymiarów gwintu konieczne jest użycie spomiędzy ww. sprawdzianów jednego sprawdzianu gwintowego przechodniego oraz jednego sprawdzianu gwintowego nieprzechodniego, jak również jednego sprawdzianu gładkiego przechodniego oraz jednego sprawdzianu gładkiego nieprzechodniego.

Sprawdziany szczękowe nie mogą być używane do sprawdzania gwintu na przedmiotach podatnych na odkształcenia sprężyste, np. cienkościennych, należy je wtedy zastępować odpowiednimi sprawdzianami pierścieniowymi.

Poszczególne sprawdziany sprawdzają następujące parametry gwintu:

- Sprawdzian SGmin trzpieniowy (przechodni) sprawdza dolny wymiar średnicy podziałowej D₂ z uwzględnieniem odchyłek skoku, linii śrubowej i kąta boku oraz odchyłek kształtu (kołowość, walcowość). Sprawdzian ten sprawdza ponadto dolny wymiar średnicy zewnętrznej D i prawidłowość zarysu w bezpośrednim pobliżu dna wrębu.

Sprawdzian ten powinien się wkręcać na; całą długość sprawdzanego gwintu.

- Sprawdzian SGmax trzpieniowy (nieprzechodni) sprawdza wyłącznie górny wymiar średnicy podziałowej D₂. Sprawdzian ten może wkręcić się w sprawdzany gwint najwyżej w dwa zwoje (z każdej strony). Jeżeli na długości sprawdzanego gwintu znajdują się tylko trzy zwoje lub mniej - nie może on przejść przez sprawdzany gwint.

- Sprawdzian SGmax pierścieniowy stały lub nastawny (przechodni) sprawdza górny wymiar średnicy podziałowej d₂ z uwzględnieniem odchyłek skoku, linii śrubowej i kąta boku oraz odchyłek kształtu (kołowość, walcowość). Sprawdza on ponadto prawidłowość zarysu w bezpośrednim pobliżu dna wrębu.

Sprawdzian ten powinien nakręcić się na całą długość sprawdzanego gwintu.

- Przeciwsprawdziany PGmin i PGmax do sprawdzianu SGmax pierścieniowego stałego (przechodni i nieprzechodni) sprawdzają graniczne wymiary średnicy podziałowej gwintu sprawdzianu SGmax pierścieniowego stałego nowego.

Przeciwsprawdzian PGmin powinien wkręcać się na całą długość sprawdzianu, a przeciwsprawdzian PGmax najwyżej na jeden zwój (z każdej strony).

- Przeciwsprawdzian PGz do sprawdzianu- SGmax pierścieniowego stałego i nastawnego sprawdza granicę zużycia średnicy podziałowej gwintu sprawdzianu. Może on się wkręcać w sprawdzany sprawdzian nie więcej niż na jeden zwój. Jeżeli wkręca się więcej, sprawdzian uznaje się jako zużyty.

- Przeciwsprawdzian PGn do sprawdzianu SGmax pierścieniowego nastawnego ma dwie części pomiarowe: jedną z zarysem gwintu pełnym i drugą z zarysem skróconym. Część z zarysem pełnym powinna się wkręcać na całą długość nastawionego sprawdzianu. Po wkręceniu w nastawiony sprawdzian części z zarysem skróconym, między sprawdzianem a przeciwsprawdzianem nie może występować wyczuwalny luz. W przypadku wyczucia luzu sprawdzian powinien być dotarty i ponownie nastawiony.

- Sprawdzian SGmax szczękowy (przechodni) sprawdza górny wymiar średnicy podziałowej d₂ przy uwzględnieniu odchyłek skoku i kąta boku. Sprawdza on ponadto prawidłowość zarysu w bezpośrednim pobliżu dna.

Sprawdzanie tym sprawdzianem powinno być dokonywane w co najmniej trzech równomiernie rozmieszczonych płaszczyznach. Sprawdzian powinien przechodzić przez sprawdzany gwint pod własnym ciężarem lub pod obciążeniem wynikającym z przyjętej metody nastawienia sprawdzianu.

- Przeciwsprawdzian PGn do sprawdzianu SGmax szczękowego jest przeznaczony do nastawiania sprawdzianów SGmax szczękowych.

Sprawdzian SGmax szczękowy powinien przechodzić bez luzu przez przeciwsprawdzian PGn pod własnym ciężarem lub pod określonym obciążeniem.

- Sprawdzian SGmin szczękowy (nieprzechodni) sprawdza wyłącznie dolny wymiar średnicy podziałowej d₂. Sprawdzanie powinno być dokonywane co najmniej w trzech równomiernie rozmieszczonych płaszczyznach na całej długości sprawdzanego gwintu.

Sprawdzian ten nie powinien przechodzić przez sprawdzany gwint z wyjątkiem dwóch skrajnych zwojów tego gwintu. Jeżeli na długości sprawdzanego gwintu znajdują się trzy (lub mniej) zwoje, sprawdzian nie może przejść przez sprawdzany gwint.

- Przeciwsprawdzian PGn do sprawdzianu SGmin szczękowego jest przeznaczony do nastawiania sprawdzianów SGmin szczękowych. Sprawdzian SGmin szczękowy powinien przechodzić bez luzu przez przeciwspawdzian PGn pad własnym ciężarem lub pod określonym obciążeniem.

- Sprawdzian SGmin pierścieniowy stały lub nastawny (nieprzechodni) sprawdza wyłącznie dolny wymiar graniczny średnicy podziałowej d₂.

Sprawdzian ten może się nakręcić na sprawdzany gwint lecz nie więcej niż na dwa zwoje. Jeżeli na długości sprawdzanego gwintu znajdują się tylko trzy zwoje (lub mniej), sprawdzian nie może przejść przez sprawdzany gwint.

Sprawdzian ten może być stosowany tylko w przypadku sprawdzania przedmiotów podatnych na odkształcenia sprężyste.

- Przeciwsprawdziany PGmin i PGmax do sprawdzianu SGmin pierścieniowego stałego (przechodni i nieprzechodni) sprawdzają graniczne wymiary średnicy podziałowej gwintu sprawdzianu SGmin pierścieniowego stałego nowego.

Sprawdza on ponadto dolny wymiar średnicy pogłębionego dna wrębów sprawdzianu.

Przeciwsprawdzian PGmin powinien wkręcać się na całą długość sprawdzianu nowego.

Przeciwsprawdzian PGmax może się wkręcać w sprawdzian, lecz nie więcej niż na jeden zwój (z każdej strony).

- Przeciwsprawdzian PGz do sprawdzianu SGmin pierścieniowego stałego i nastawnego sprawdza granicę zużycia średnicy podziałowej sprawdzianu.

Może on się wkręcać w sprawdzany sprawdzian, lecz nie więcej niż na jeden zwój (z każdej strony). Jeżeli wkręca się więcej, sprawdzian uznaje się za zużyty.

- Przeciwsprawdzian PGn do sprawdzianu SGmin pierścieniowego nastawnego ma dwie części pomiarowe: jedną z zarysem gwintu pełnym i drugą z zarysem skróconym.

Część z zarysem pełnym powinna się wkręcić na całą długość nastawionego sprawdzianu. Po wkręceniu w nastawiony sprawdzian części z zarysem skróconym, między sprawdzianem i przeciwsprawdzianem nie może występować wyczuwalny luz. W przypadku wyczucia luzu sprawdzian powinien być dotarty i ponownie nastawiony.

3. Pomiary gwintów zewnętrznych

Pomiar skoku gwintu. Pomiary lub sprawdzanie skoku gwintu można dokonać w następujący sposób:

- Przez porównanie go z wzorcem zarysu gwintu (rys.6) MWGa lub. MWGb. Wzorce MWGa są przeznaczone do sprawdzania gwintów metrycznych o skokach od 0,4 do 6 mm, wzorce MWGb do gwintów calowych o liczbie skoków na długości cala od 28 do 4,

Rys.6. Wzorce zarysu gwintów

- Przez pomiar za pomocą płytek wzorcowych i wkładek ostrzowych. Pomiar ten polega na określaniu odległości zwojów gwintu za pomocą wkładek ostrzowych i płytek wzorcowych zamocowanych w uchwycie MLUb (rys.7), a następnie podzieleniu tej odległości przez liczbę zwojów. W przypadku gwintów calowych ustawia się w uchwycie wkładki ostrzowe na odległość 25,4 mm i liczy się liczbę zwojów przypadających na tę odległość.

- Przez pomiar przyrządami czujnikowymi. Do pomiaru skoku gwintu stosuje się różne przyrządy czujnikowe o wymiennych, kulistych końcówkach pomiarowych. Przyrząd ustawia się na wymiar nominalny za pomocą stosu płytek wzorcowych i wkładek o zakończeniach pryzmatycznych lub stożkowych o kącie mierzonego gwintu, mocowanych w uchwycie (rys.8). Po ustawieniu czujnika na zero przyrząd przenosi się z uchwytu na sprawdzany gwint i odczytuje wskazanie czujnika. Skok gwintu P jest równy sumie wymiaru nominalnego N, na który ustawiono przyrząd w uchwycie i wskazania czujnika W, podzielonej przez liczbę zwojów n, dla której przeprowadzono pomiar

Niedokładność pomiaru skoku przyrządami tego typu nie przekracza 0,015 mm,

Rys.7. Pomiar skoku gwintu za pomocą płytek wzorcowych i wkładek ostrzowych

Rys.8. Ustawianie na wymiar nominalny przyrządu czujnikowego do pomiaru skoku gwintu; uchwyt, 2 - stos płytek wzorcowych, 3 - wkładki specjalne, 4 - końcówki pomiarowe, 5 - bazujące podstawki pryzmowe

- Przez pomiar skoku gwintu na mikroskopie. Przy pomiarach gwintów na mikroskopach kolumnę mikroskopu z tubusem pochyla się o kąt ρ, odpowiadający kątowi pochylenia linii śrubowej zwojów gwintu, w wyniku czego polepsza się ostrość obrazu obu boków zarysu gwintu. kąt ρ oblicza się z zależności

gdzie: P - skok gwintu, d₂ - średnica podziałowa gwintu.

Pomiar skoku gwintu na mikroskopie warsztatowym przeprowadza się w ten sposób, że doprowadza się do pokrycia przerywanej kresy okularu głowicy goniometrycznej z zarysem gwintu (rys. 9).

Punkt przecięcia kreski siatki okularu powinien leżeć w przybliżeniu w połowie długości boku zarysu gwintu. Odczytu dla położenia 1 dokonuje się na bębnie mikrometrycznym przesuwu wzdłużnego. Następnie przesuwa się gwint o jeden zwój - do pokrycia się sąsiedniego, jednoimiennego zarysu z przerywaną kresą okularu (położenie 2) i ponownie dokonuje się odczytania na bębnie. Różnica odczytań odpowiada skokowi gwintu. W celu wyeliminowania wpływu asymetrii kąta rozwarcia zarysu oraz wpływu błędów ustawienia

Rys. 9. Pomiar skoku gwintu na mikroskopie warsztatowym: a) ustawienie kres głowicy goniometrycznej, b) schemat pomiaru

gwintu względem osi wzdłużnego przesuwu mikroskopu na dokładność wyniku pomiaru, należy dokonać pomiarów dla prawej i lewej strony zarysu (położenia 1 i 2 oraz 3 i 4). Skok gwintu określa się średnią arytmetyczną z takich dwóch pomiarów. Chcąc zwiększyć dokładność pomiaru można mierzyć odległości kilku zwojów, a otrzymany wynik dzielić przez ich liczbę. Graniczny błąd pomiaru skoku na dużym mikroskopie warsztatowym wynosi

(1).

gdzie L - mierzona długość w mm.

Największą dokładność pomiaru uzyskuje się mierząc skok gwintu na mikroskopie uniwersalnym metodą optyczno-dotykową stosując nożyki pomiarowe (rys. 10). Nożyki pomiarowe mogą być wykonane jako proste lub skośne.

Rys. 10. Ustawienie nożyka pomiarowego przy pomiarze skoku gwintu metodą optyczno-stykową; 1 - zarys gwintu, 2 - nożyk pomiarowy

Rys. 11. Schemat pomiaru skoku gwintu na mikroskopie uniwersalnym z użyciem nożyków

Na powierzchni pomiarowej mają naciętą rysę równoległą do krawędzi pomiarowej i oddaloną od niej o 0,3 lub 0,9 mm. Nożyk przysuwa się do mierzonej krawędzi tak, aby przylegał do niej bez prześwitu. Następnie odpowiednią boczną linię przerywaną okularu pokrywa się z kresą na nożyku. Przy takim ustawieniu środkowa przerywana linia okularu pokryje się dokładnie z mierzonym zarysem.

Dokonując w mikroskopie odczytowym przesuwu wzdłużnego odczytów dla położeń 1 i 2 oraz 3 i 4 (rys. 11) przyjmuje się jako wymiar mierzonego skoku średnicę arytmetyczną z tych dwóch pomiarów.

Graniczny błąd pomiaru skoku gwintu na mikroskopie uniwersalnym przy użyciu nożyków wynosi

[µm] (2)

Pomiar średnicy podziałowej. Średnicę podziałową gwintu można mierzyć mikrometrem do gwintów, za pomocą wałeczków pomiarowych lub na mikroskopach.

- Mikrometry do pomiaru gwintów MMGe są wyposażone w komplet wymiennych końcówek pomiarowych (MMGg dla gwintów metrycznych i MMGh dla gwintów calowych) o określonym kształcie. Końcówkę stożkową osadza się we wrzecionie, a końcówkę pryzma tyczną - w kowadełku mikrometru. Parę końcówek dobiera się dla mierzonego gwintu w zależności od jego skoku i kąta 2. Każda para końcówek jest przeznaczona dla pewnego zakresu skoków (tab. 4). Mikrometry do pomiaru gwintów są przeznaczone do mierzenia średnic podziałowych od 2 do 100 mm gwintów metrycznych o skokach od 0,4 do 6 mm oraz gwintów calowych o liczbie skoków na długości 25,4 mm od 28 do 3.

Pomiar przeprowadza się tak samo, jak przy użyciu mikrometru ogólnego przeznaczenia (rys. 12). Dokładność pomiaru waha się w granicach 0,04=0,15 mm. Pomiar średnicy podziałowej gwintu za pomocą mikrometru do gwintów jest stosowany do gwintów mniej dokładnych.

Tabela 4. Końcówki pomiarowe wymienne do średnic podziałowych gwintów wg PN-73/M-53216

Numer pary	MMGg	MMGh
końcówek pomiarowych	Skok gwintu metrycznego P mm	Liczba zwojów gwintu calowego na długości 25,4 mm
1	0,4; 0,45; 0,5	28
2	0,5; 0,6	19
3	0,6; 0,7; 0,75; 0,8	14
4	0,8; 1,0	11
5	1,0; 1,25
6	1,25; 1,5
7	1,5; 1,75; 2,0
8	2,0; 2,5
9	2,5; 3,0
10	3,0; 3,5; 4,0
11	4,0; 4,5; 4,0
12	5,0; 5,5; 6,0

Rys. 12. Pomiar średnicy podziałowej d2 mikrometrem do gwintów; 1 i 2 - końcówki pomiarowe

Rys. 13. Pomiar średnicy podziałowej d2 metodą trójwałeczkową

- Trójwałeczkowa metoda pomiaru średnicy podziałowej gwintu polega na pomiarze rozstawienia M trzech wałeczków pomiarowych o jednakowej średnicy, umieszczonych w odpowiednich bruzdach gwintu (rys. 13). Średnicę wałeczków dobiera się w zależności od skoku P i kąta 2 (tab. 5). Stosuje się wałeczki pomiarowe z zaczepami MLDa lub w oprawkach MLDf. Rozstawienie wałeczków M mierzy się uniwersalnymi przyrządami pomiarowymi, jak mikrometr, transametr, optimetr i inne. Mikrometry mocuje się w podstawie (rys. 14), a wałeczki z zaczepami zawiesza się na wieszakach. Jeżeli w miejsce takich wałeczków stosuje się wałeczki w oprawkach, to osadza się je bezpośrednio na wrzecionie i na kowadełku mikrometru. Średnicę podziałową d2 mierzonego gwintu oblicza się z zależności

(3)

gdzie: M - zmierzone rozstawienie wałeczków, d_w - średnica wałeczków,  - kąt boku zarysu, P - skok gwintu, A₁ - poprawka na skręcenie wałeczków, A₂ - poprawka na sprężyste odkształcenie powierzchniowe pod wpływem nacisku pomiarowego.

Tabela 5. Średnice wałeczków pomiarowych d_w dla gwintów metrycznych i calowych

Poprawkę A₁ oblicza się z zależności: .

- dla gwintu metrycznego ( = 30°)

(4).

- dla gwintu calowego ( = 27°30')

(5)

Rys. 14. Zamocowanie mikrometru i wałeczków przy pomiarze średnicy podziałowej gwintu metodą trójwałeczkową

- dla gwintu trapezowego symetrycznego (a =15°)

(6)

Poprawkę A₂ dla gwintów metrycznych ( = 30°) i calowych ( = 27°30') oblicza się ze wzoru

[mm] (7)

gdzie: S - nacisk pomiarowy w kG, d - średnica zewnętrzna gwintu w mm.

Poprawkę A₂ dla gwintów trapezowych symetrycznych ( =15°) można wyznaczyć przez porównanie wyników pomiaru wałeczkami i na mikroskopie z użyciem nożyków pomiarowych.

W przypadku pomiaru gwintów dokładnych (np. sprawdzianów lub przeciwsprawdzianów gwintowych) do wyniku pomiaru obliczonego z zależności (3) należy wprowadzić dodatkowe poprawki: A₃ kompensującą błędy P skoku, A₄ - kompensującą błędy 2 kąta zarysu gwintu oraz A₅ - kompensującą błędy d_w średnic wałeczków pomiarowych. Szczegółowe dane można znaleźć w literaturze [3].

Średnicę podziałową gwintu o małej liczbie zwojów mierzy się za ,pomocą dwóch wałeczków (rys. 15).

Rys. 15. Pomiar średnicy podziałowej gwintu za pomocą jednego wałeczków

Rys. 16. Pomiar średnicy podziałowej gwintu za pomocą dwóch wałeczka

W tym przypadku średnicę podziałową oblicza się z zależności: - dla gwintu metrycznego ( = 30°)

[mm] (8)

- dla gwintu calowego ( = 27°30')

[mm] (9)

- dla gwintu trapezowego symetrycznego ( =15°)

[mm] (10)

Przy gwintach wielozwojnych używa się do pomiaru średnicy podziałowej jednego wałeczka (rys. 16).

W tym przypadku średnicę podziałową wylicza się z zależności:

- dla gwintu metrycznego ( = 30°)

d₂ = 2M - d - 3d_w + 0,866P mm (11)

- dla gwintu calowego ( = 27°30')

d₂ = 2M - d - 3,1657d_w + 0,9605P mm (12)

- dla gwintu trapezowego symetrycznego ( =15°)

d₂ = 2M - d - 4,8639d_w + 1,866P mm (13)

gdzie: M - średnia arytmetyczna dwóch pomiarów (w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych) odległości wałeczka, d - średnica zewnętrzna gwintu zmierzona z ta samą dokładnością co odległość M.

Zależność (13) jest słuszna dla gwintów, których kąt pochylenia linii śrubowej zwojów nie jest większy od 3°.

- Przy pomiarze na mikroskopie warsztatowym, w celu osiągnięcia ostrości obrazu obu boków zarysu mierzonego gwintu, kolumnę z tubusem pochyla się pod kątem ρ pochylenia linii śrubowej zwojów gwintu

(14)

gdzie: P - skok gwintu, d₂ - średnica podziałowa gwintu.

Pomiar średnicy podziałowej gwintu (rys. 17) przeprowadza się w ten sposób, że po pokryciu środkowej kresy okularu z bokiem zarysu gwintu tak, aby punkt przecięcia się kres okularu leżał w przybliżeniu w połowie długości zarysu - odczytuje się wskazania głowicy mikrometrycznej przesuwu poprzecznego dla położenia 1, a następnie dla położenia 2. Różnica wskazań jest wymiarem średnicy podziałowej.

Rys. 17. Pomiar średnicy podziałowej gwintu na mikroskopie warsztatowym a) ustawienie kres głowicy goniometrycznej, b) schemat pomiaru

Dla wyeliminowania wpływu błędów ustawienia gwintu na dokładność wyniku pomiaru należy ponadto zmierzyć średnicę podziałową w położeniach 3 i 4 jako prawidłowy wymiar d₂ przyjąć średnią arytmetyczną obu wyników pomiaru.

Graniczny błąd pomiaru średnicy podziałowej na dużym mikroskopie warsztatowym wynosi

[µm.] (15)

gdzie:  - kąt boku zarysu, L - mierzona średnica podziałowa w mm.

Pomiar średnicy podziałowej gwintu na mikroskopie uniwersalnym przy użyciu nożyków pomiarowych (rys. 18) przeprowadza się podobnie jak pomiar skoku. Jako wymiar mierzonej średnicy przyjmuje się różnicę wskazań mikroskopu przesuwu poprzecznego dla położeń I i 2. W celu wyeliminowania wpływu błędów ustawienia gwintu na wynik pomiaru dokonuje się również odczytów dla położeń 3 i 4 i jako prawidłowy wynik mierzonej średnicy przyjmuje się średnią arytmetyczną obu wyników pomiarów.

Rys. 18. Pomiar średnicy podziałowej gwintu na mikroskopie uniwersalnym z użyciem nożyków: a) ustawienie nożyka, b) schemat pomiaru

Graniczny błąd pomiaru średnicy podziałowej gwintu na mikroskopie uniwersalnym, przy użyciu nożyków, wynosi

[µm.] (16)

gdzie:  - kąt boku zarysu, L - mierzona średnica podziałowa w mm.

Pomiar kąta gwintu. Kąt pochylenia boku zarysu gwintu można mierzyć na mikroskopie warsztatowym lub uniwersalnym (z nożykami lub bez nożyków) przy użyciu głowicy goniometrycznej lub stosując głowicę rewolwerową.

- Przy pomiarze kąta gwintu z zastosowaniem głowicy goniometrycznej ustawia się środkową przerywaną kresę głowicy goniometrycznej tak, aby pokrywała się z bokiem sprawdzanego zarysu (lub odpowiednią boczną kresę głowicy pokrywa się z ryską na nożyku pomiarowym). Wartość kąta a odczytuje się bezpośrednio w okularze głowicy goniometrycznej. W celu wyeliminowania wpływu błędu ustawienia gwintu względem osi przesuwu mikroskopu, pomiary wykonuje się po obu stronach osi gwintu (rys. 19).

Rys. 19. Schemat pomiaru kąta gwintu na mikroskopie z zastosowaniem głowicy goniometrycznej

Rys. 20. Pomiar kąta gwintu na mikroskopie z zastosowaniem głowicy rewolwerowej

Kąty _l i ₂ określa się z sum wartości kątów zarysu zmierzonych po obu stronach osi

, (17)

Graniczny błąd pomiaru kąta  w minutach

(18)

Przy zastosowaniu nożyków graniczny błąd pomiaru kąta  w minutach

(19)

gdzie F - długość boku zarysu w mm.

- Przy pomiarze kąta gwintu z zastosowaniem głowicy rewolwerowej, po dobraniu odpowiedniego profilu gwintu metrycznego lub calowego z widocznych w okularze głowicy rewolwerowej profilów znormalizowanych, doprowadza się do pokrycia tego profilu z zarysem mierzonego gwintu (rys. 20). Na podziałce o wartości działki elementarnej 10' odczytuje się wartości odchyłki kąta w zakresie ±7°.

Graniczny błąd pomiaru kąta  przy użyciu głowicy rewolwerowej w minutach wynosi

(20)

gdzie F - długość boku zarysu w mm.

Pomiar średnicy wewnętrznej gwintu. Średnicę wewnętrzną d₁ można zmierzyć mikrometrem do gwintów MMGe, stosując specjalne wymienne końcówki pomiarowe o zarysie zwężonym (rys. 21).

Rys. 21. Pomiar średnicy wewnętrznej gwintu na mikroskopie

Rys. 22. Pomiar średnicy wewnętrznej gwintu mikrometrem do gwintu

Średnicę wewnętrzną gwintów dokładnych mierzy się na mikroskopie warsztatowym lub uniwersalnym (rys. 22). Po ustawieniu głowicy goniometrycznej w położeniu odpowiadającym położeniu kątowemu 0° lub 180° (względnie 90° lub 270°), doprowadza się do pokrycia przerwanej kresy w okularze głowicy z zarysem dna wrębu gwintu. Następnie dokonuje się odczytań przesuwu poprzecznego dla położeń 1 i 11. Różnica odczytań jest średnicą wewnętrzną gwintu. Błędy wyników pomiaru wynoszą:

- przy zastosowaniu mikroskopu warsztatowego: ±0,006 mm,

- przy zastosowaniu mikroskopu uniwersalnego: ±0,004 mm.

Literatura:

1. Z. Osiński, W. Bajon, T. Szucki, Podstawy Konstrukcji maszyn. PWN, Warszawa1986.

2. A. Sadowski, E. Miernik, J. Sobol, Metrologia długości i kąta. WNT, Warszawa 1978.

3. Poradnik metrologa warsztatowego. Praca zbiorowa, Warszawa 1973.

3

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

Politechnika Poznańska

Pl. Skłodowskiej-Curie 5

61-542 POZNAŃ

tel./fax [phone]

---