Часть 1. Анализ методики выполнения измерений (1)

Часть 1. Анализ методики выполнения измерений

Необходимо определить отклонение наружной цилиндрической поверхности от круглости. Выберем одну методику выполнения измерений (МВИ) заданной физической величины.

Рис. 1.1. Эскиз контролируемой детали

 

1.1. Описание МВИ

 

В данной работе объектом измерения является гладкий цилиндр (вал), нам известен его номинальный диаметр d. При отклонении наружной поверхности цилиндра от круглости могут возникнуть следующие погрешности формы: овальность и огранка.

 

овальность (а), трехгранная огранка (б), четырехгранная огранка (в).

1. Метод измерений.

  • Используем метод непосредственной оценки, так как значение физической величины определяем непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия.

2. Схемы контроля и измерения отклонения наружной цилиндрической поверхности от круглости.

Проведем контроль некруглости наружной цилиндрической поверхности. Для определения овальности используем микрометр гладкий, а огранку выявляем с помощью стойки, в которой закреплен измерительный наконечник отсчетной головки, направленный по биссектрисе призмы. Измерение прямое, абсолютное, многократное.

3. Средства измерений (СИ) и вспомогательные устройства.

Отклонение от круглости наружных цилиндрических поверхностей деталей измеряется при помощи приборов, называемых кругломерами.

Для определения овальности используем накладной прибор (микрометр гладкий (МК)), а огранку выявляем с помощью станкового СИ (стойки с индикатором часового типа ГОСТ 577-68).

 

4. Метрологические характеристики СИ.

Микрометр гладкий (МК) с величиной отсчета 0,01 мм при настройке на нуль по установочной мере.  – температурный режим для диапазона размеров 0 – 50 мм:  5°С;

– предельная погрешность измерения 25-50 мм: 10 мкм;

– класс точности – 1;

– основная погрешность ± 0,0025 мм

По РД 50-98-86 выбираем индикатором часового типа ГОСТ 577-68.

                  –  предел измерения 1 мм;

–  цена деления 0,01 мм;

–  основная погрешность на 0,1 мм = 0,004 мм, на 1 мм = 0,008 мм;

–  класс точности 1.

 

1.2. Анализ источников погрешностей измерений.

 

Погрешность измерения включает в себя погрешность средств измерения, методическую погрешность, погрешность  из-за  отличия условий измерения от нормальных и погрешность оператора.

Погрешность измерения Δ образуется в результате объединения составляющих погрешностей:

Δ = Δси * Δм * Δу * Δоп   ,

 

где * – знак объединения (не сложения), поскольку погрешности разного характера объединяют с использованием разных математических операций.

  1. Инструментальные погрешности (Δси).

При измерении отклонения наружной цилиндрической поверхности от круглости индикатором часового типа на стойке, инструментальные погрешности складываются из погрешностей самой измерительной головки, погрешностей стойки и погрешности плиты.

По РД 50-98-86 предельная погрешность измерения  для диапазона размеров до 160 мм пружинной измерительной головки Δси1 = 4 мкм – погрешность является случайной.

Погрешности составляющих элементов стойки приводят к неправильному ориентированию прибора и детали.

Отклонение от плоскостности рабочей поверхности стола не должно превышать 0,0010 мм. Значит Δси2= 1мкм. Отклонение от перпендикулярности оси отверстия под измерительную головку к рабочей поверхности стола стойки: максимальное перемещение индикатора hmax=120 мкм, угол α – малый угол, значит tg

;         a=h;    ,

  =.

Если =1, то Δси3 мкм

 

Доминирует случайная составляющая.

Неровности плиты – отклонение от плоскостности, но ими можно пренебречь. Эти погрешности имеют случайный характер.

  1. Методические погрешности (Δм).

        Методические погрешности могут возникать из-за несоответствий реальной методики выполнения измерений идеальным теоретическим положениям, на которых основаны измерения. Чтобы измерить отклонение наружной цилиндрической поверхности от круглости, измерения необходимо проводить многократно в разных сечениях детали.

Эти погрешности делятся на две группы:

  а) погрешности из-за допущений и упрощений – принятые при измерении или обработке результатов, а также используемые в ходе измерительного преобразования приближений и упрощений (погрешности из-за несоответствия процесса измерительного преобразования его идеальной модели).

Данные погрешности из-за принятых допущений пренебрежимо малы, и поэтому мы их не учитываем.

б) некорректная идеализация  объекта измерений – погрешности из-за несоответствия объекта измерения идеализированной модели, положенной в основу процесса измерения.

В данном случае допускаем, что базовая поверхность является идеально круглой, но может быть погрешность формы, например, огранка или овальность, что приведет к погрешности при измерении отклонения наружной цилиндрической поверхности от круглости.

Оценим количественно эту погрешность: овальность определяется максимальной разностью диаметров в двух перпендикулярных сечениях. А для того, чтобы быть уверенным, что при измерении действительно была выявлена максимальная разность двух диаметров, необходимо вал измерять не менее, чем в 6-ти сечениях.

,

где Δh = max – min – перемещение индикатора,

         k – число сечений;

Огранку выявляем при вращении детали в призме. Измерительный наконечник отсчетной головки направлен по биссектрисе призмы. Показания измерительной головки пересчитывают с учетом угла призмы и числа граней. Если угол призмы =900 и обнаружена огранка с 5 гранями, то за величину огранки ≈ берем ½ разности между max и min показаниями головки:  ΔМ = Δh/2

Данная погрешность очень мала, поэтому её также не учитываем.

 

  1. Погрешности из-за отличия условий измерения от идеальных или от нормальных (Δу).

Влияющими величинами могут быть: температура, влажность, давление и т.д. Но они не оказывают никакого влияния на измерение, если измерения будут проводиться в нормальных условиях, т.е. эти погрешности будут примерно  равны нулю Δу ≈ 0.

 

  1. Субъективные погрешности (Δоп).

Включают в себя: погрешности отсчитывания и погрешности манипулирования средствами измерений и измеряемым объектом.

При измерении, погрешности отсчитывания возникают в результате использования индикатора – аналоговое средство измерения с устройством выдачи измерительной информации типа "шкала-указатель". При положении указателя между отметками шкалы отсчитывание осуществляется либо с округлением до ближайшего деления, либо с интерполированием доли деления на глаз.

Погрешность округления результата до целого деления составляет не более половины цены деления отсчетного устройства, а при интерполировании доли деления погрешность отсчитывания еще меньше и составляет не более 1/10 части цены интерполируемого деления.

Допустим, отсчитывание осуществляется с интерполированием доли деления на глаз.  Погрешность отсчитывания составляет не более 1/10 части цены интерполируемого деления:    Δотсчит. = 0,2 ЦД = 0,2·10 = 2 мкм                1= 2?!

              Это случайная погрешность.

Погрешностью манипулирования пренебрегаем (предполагаем, что никаких грубых манипуляций над СИ и объектом не происходило).

        

         Учитывая все рассчитанные значения, вычислим значение погрешности, возникающей при данном измерении.