D o u ż y t k u w e w ę t r z e g o Katedra Iżyierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego POMIARY WARSZTATOWE Ćwiczeia laboratoryje Opracowaie: Urszula Goik, Maciej Kabziński Kraków, 2015 1
SUWMIARKI Suwmiarka jest podstawowym arzędziem pomiarowym mechaika. Służy do pomiarów zgrubych i precyzyjych, w zależości od klasy dokładości mierzoego przedmiotu tak zewętrzych, jak i wewętrzych oraz mieszaych. Najbardziej rozpowszechioą, w praktyce warsztatowej, jest suwmiarka oiuszowa, dwustroa z głębokościomierzem, często azywaa suwmiarką uiwersalą, o zakresie pomiarowym do 150 mm/6" (cali) i dokładości wskazań 0,05 mm/0,002" (iektóre suwmiarki specjalistycze posiadają większą dokładość pomiarów). Budowę suwmiarki oiuszowej uiwersalej przedstawioo a rys. 1. Poadto coraz częściej spotyka się suwmiarki z odczytem elektroiczym (cyfrowe), często wykoae z włókie węglowych, iych kompozytów lub stopów metali lekkich. Główą ich zaletą jest możliwość atychmiastowego i pewego odczytu wartości zmierzoej bez zdejmowaia suwmiarki z przedmiotu. Wadą ich, jest mała odporość a wilgoć oraz działaie pól magetyczych i elektromagetyczych. Produkowae są we wszystkich odmiaach i zakresach pomiarowych. Kolejym typem suwmiarek są suwmiarki czujikowe z odczytem a tarczy cyfrowej. Przeoszeie ruchu suwaka a mechaizm zegarowy czujika astępuje ajczęściej za pomocą listwy zębatej. Odczyt wartości zmierzoej ma charakter kombioway. Wskazaia pełych milimetrów odczytywae są a podziałce liiowej, a wskazaia dokłade - z tarczy cyfrowej. W praktyce warsztatowej te typ suwmiarek jest rzadko stosoway. Rys. 1. Suwmiarka uiwersala: 1 - prowadica, 2 suwak z oiuszem, 3 - szczęki do pomiaru wymiarów zewętrzych, 4 - szczęki do pomiaru wymiarów wewętrzych, 5 - wysuwka głębokościomierza. Elemety pomiarowe suwmiarki Suwmiarki, w zależości od kostrukcji, mogą posiadać kilka elemetów pomiarowych, których kształt jest związaych z ich przezaczeiem metrologiczym (rys. 1): szczęki płaskokrawędziowe, służące do pomiarów zewętrzych, p.: wałków, płyt itp., które mają dwie charakterystycze powierzchie pomiarowe: płaską i krawędziową. szczęki krawędziowe, służące do pomiarów wewętrzych, p. otworów. Kształtem ie różią się od szczęk płaskokrawędziowych oprócz tego, że są odwrotie usytuowae, tego wymaga techika pomiaru otworów. Kąt ich zaostrzeia wyosi ajczęściej, 45 o co pozwala mierzyć, bardzo małe otwory. szczęki płaskowalcowae, służące do pomiaru otworów o średicy powyżej 10 mm. Wyika to stąd, że łącza grubość obu szczęk wyosi właśie ajczęściej 10 mm. Z powodu 2
kostrukcyjego przezaczeia do mierzeia dużych otworów, szczęki płaskowalcowae ie mają krawędzi pomiarowych ostrzowych, lecz zaokrągloe promieiem, wyoszącym ajczęściej 5 mm. głębokościomierz jest ajczęściej płaskim prętem o długości skalibrowaej z powierzchią oporową prowadicy. Z jedej stroy zakończoy jest zaczepem do zamocowaia w otworze suwaka oiuszowego. Drugi, pomiarowy koiec ma charakterystycze wybraie. Służy o do omijaia w czasie pomiaru promiei, zatoczeń itp. elemetów utrudiających wykoaie właściwego pomiaru. Klasyczym zastosowaiem głębokościomierza jest pomiar głębokości otworów. Odczyt wielkości mierzoej Do odczytu mierzoej wielkości, wykorzystuje się podziałkę prowadicy oraz podziałkę suwaka (oiusz). Noiusz jest elemetem, zwiększającym dokładość pomiaru, ajczęściej dziesięciokrotie (w iektórych modelach suwmiarek dwudziestokrotie). W prawidłowo wykoaym przyrządzie, pierwsza kreska skali oiusza ( 0 ) pokrywa się z pierwszą kreską a skali prowadicy (wskazaie arzędzia musi odpowiadać rozstawowi szczęk). W celu odczytaia wymiaru przedmiotu ależy, w pierwszej kolejości, odczytać całkowitą liczbę milimetrów, korzystając ze skali umieszczoej a prowadicy. Wymiar przedmiotu wyzacza położeie pierwszej kreski ( 0 ) oiusza (rys. 2-a). Następie, zajduje się dziesięte milimetra (bądź sete, w przypadku suwmiarek o większej dokładości), poprzez zalezieie kreski oiusza, pokrywającej się a skali główej (a prowadicy) (rys. 2-b). Rys. 2. Przykładowy odczyt pomiaru a suwmiarce z suwakiem. MIKROMETRY Przyrządy mikrometrycze to przyrządy pomiarowe, w których fukcję wzorca pełi dokładie wykoaa śruba. Skok tej śruby, zwaej mikrometryczą, odtwarza zaą wartość długości wyoszącą ajczęściej 0,5 mm lub 1 mm. Przyrządy mikrometrycze służą do bezpośredich pomiarów wymiarów liiowych: zewętrzych, wewętrzych i mieszaych. Moża je podzielić a przyrządy mikrometrycze ogólego przezaczeia oraz przyrządy mikrometrycze specjale. Mikrometr (rys. 3.) składa się z kabłąka, w którym zamocowaa jest stała lub wymiea ieruchoma końcówka pomiarowa zwaa kowadełkiem. Z drugiej stroy kabłąka zamocowaa jest tuleja, wewątrz której zajduje się akrętka mikrometrycza. Z akrętką tą współpracuje śruba mikrometrycza, zakończoa ruchomą końcówką pomiarową zwaą wrzecioem. Do śruby mikrometryczej przymocoway jest bębe. Do obrotu bęba i związaej z im śruby mikrometryczej służy sprzęgło, którego zadaiem jest zapewieie stabilizacji acisku pomiarowego. Zacisk służy do uieruchomieia wrzecioa względem kabłąka i utrwaleia w te sposób wyiku. 3
Rys. 3. Podstawowe elemety mikrometru: 1 kabłąk, 2 kowadełko, 3 wrzecioo, 4 tuleja, 5 bębe z podziałką, 6 część chwytowa bęba, 7 zacisk, 8 śruba mikrometrycza (we wętrzu tulei), 9 - sprzęgiełko. Zasada działaia mikrometru i sposób odczytu wielkości mierzoej Działaie mikrometru polega a przesuwie wzdłużym obracaej śruby osadzoej w ieruchomej akrętce. Śruba mikrometrycza współpracująca z akrętką staowi wzorzec odiesieia. Śruba zakończoa jest powierzchią pomiarową wrzecioem. Skok śruby jest ściśle określoy i wyosi ajczęściej 0,5 mm, ale może mieć rówież 1 mm. Ozacza to, że jede jej obrót powoduje przesuw wrzecioa o 0,5 mm, a 1/50 obrotu daje przesuw (pomiar) tylko 0,01 mm. Na śrubie osadzoy jest bębe pomiarowy. Pomiar mikrometrem polega a umieszczeiu przedmiotu w kowadełku, doprowadzeiu wrzecioa do przedmiotu (poprzez dokręceie bęba) i zaciśięciu zacisku. Następie, a podziałce wzdłużej (umieszczoej a tulei), odczytuje się wartość w pełych milimetrach, atomiast wartość dziesiętych i setych części milimetra a podziałce poprzeczej (a bębie). Obydwie wielkości sumuje się, uzyskują wymiar daego przedmiotu. Przykład odczytu pomiaru podao a rys. 4. Rys. 4. Przykładowe wskazaia mikrometru. CZUJNIKI ZEGAROWE Narzędziami pomiarowymi, stosowaymi przede wszystkim do pomiarów porówawczych, są przyrządy czujikowe. Umożliwiają oe określaie odchyłki wymiaru badaego względem wcześiej ustaloej wartości wzorcowej ich porówaie. Wzorcem ajczęściej jest płytka wzorcowa długości. Bez udziału wzorców moża mierzyć różicę wymiarów jedego przedmiotu. 4
Czujik składa się: orga przetwarzający (przetworik) i powiększający, urządzeie wskazujące (mierik), urządzeie dotykowo-przesuwe i aciskowe (trzpień pomiarowy). Ze względu a kostrukcję, rozróżia się astępujące rodzaje czujików: mechaicze, optyczo-mechaicze, iterferecyje, elektrycze, izotopowe, peumatycze. Podstawowe cechy metrologicze i kostrukcyje to: wartość działki elemetarej, zakres pomiarowy podziałki (zakres wskazań), przełożeie pomiarowe (czułość), długość działki elemetarej, acisk pomiarowy, iedokładość wskazań, iepowtarzalość wskazań (rozrzut wskazań), średica trzpieia. Czujiki mechaicze Najczęściej zastosowaie mają czujiki mechaicze z odczytem zegarowym lub cyfrowym. Służą do pomiarów małych wielkości geometryczych poprzez ruch trzpieia i powiększeie wychyleia awet do 10 000 razy. Występują z reguły razem z urządzeiem mocującym, czyli podstawką. Składają się zwykle z: a) mierika, b) orgau przekładiowego, c) zespołu dotykowo-aciskowego. Ze względu a rodzaj kostrukcji przekładi dzielą się a: zębate, dźwigiowe, dźwigiowo-zębate, dźwigiowo-śrubowe, sprężyowe. Typowymi pracami pomiarowymi wykoywaymi za pomocą czujików są: przesuwaie powierzchi płaskiej, pochyłej, walca lub otworu w dowolych kierukach, w płaszczyźie prostopadłej do osi trzpieia pomiarowego w celu pomiaru odchyłek ich kształtu, obrót walca lub otworu okrągłego celem pomiaru ich bicia, pomiar luzów w częściach maszy, p. łożysk, kół zębatych itp. Spośród czujików mechaiczych, czujiki zębate zegarowe są ajczęściej stosowae. Ich zaletą jest odporość a kurz, drgaia i przeciążeia, często są wodoodpore i iemagetycze. Najczęściej budowae są a zakres pomiarowy 10 mm i dokładość wskazań 0,01 mm. W zakresach pomiarowych większych iż 1 mm wyposażoe są w dodatkową, miejszą skalę milimetrową (zegar). Tarcza wskaźikowa powia być wyposażoa w astawe wskaźiki toleracji, przydate zwłaszcza przy większej ilości pomiarów tej samej wartości. Końcówka pomiarowa jest wymiea, wkręcaa w trzpień a gwit. Pozwala to a jej dobór właściwy do zmieiających się waruków pomiarowych, ajczęściej jedak ma kształt kulisty, ajbardziej uiwersaly. Czujiki do pracy mocowae są w specjalych uchwytach ajczęściej z podstawą magetyczą. Budowę czujików zębatych przedstawioo a rys. 5. 5
Rys. 5. Czujiki zębate zegarowe, A widok zewętrzy: 1) wymiea końcówka, 2) trzpień pomiarowy, 3) tuleja chwyta, 4) tarcza, końcówka do uoszeia trzpieia pomiarowego, 5) wskaźik toleracji, 6) duża wskazówka (dokłada), 7) mała wskazówka; B przekrój przez czujik: 8 trzpień pomiarowy, 9 sprężya aciskowa, 10 koło zębate, 11 sprężya kasująca luz, 12 koło zębate wskazówki zgrubej, 13, 14 koła zębate wskazówki dokładej. ANALIZA STATYSTYCZNA BŁEDÓW POMIAROWYCH Pomiar jest zbiorem operacji, mającym a celu wyzaczeie wartości wielkości mierzoej. Wyik pomiaru jest peły, gdy poday jest wraz z jego iepewością. Ma to związek z tym, że pomiar jest zwykle tylko oszacowaiem wartości wielkości mierzoej. Wyik pomiaru jest ajczęściej określay a podstawie serii obserwacji otrzymaych w warukach powtarzalości. Różorode wielkości, wpływające a wartość pomiaru, są źródłem błędu pomiarowego. Błąd te jest defiioway jako iezgodość wyiku pomiaru z rzeczywistą wartością wielkości mierzoej. Wyróżia się dwa rodzaje błędów: bezwzględy i względy. Błąd bezwzględy jest różicą algebraiczą między wyikiem pomiaru a wartością wielkości mierzoej: x = x x 0 gdzie: x wyik pomiaru, x 0 wartość poprawa wielkości mierzoej Błąd względy, z kolei, to iloraz błędu bezwzględego i wartości wielkości mierzoej, stosowaej do obliczeia błędu bezwzględego: x ε = x 0 Najczęściej jedak poprawa wartość pomiaru jest iezaa, w związku z czym, wyzaczaie iepewości pomiaru przeprowadza się metodami statystyczymi. W pierwszej kolejości oblicza się średią arytmetyczą wykoaej serii pomiarów, zgodie z rówaiem: x i= = 1 x i 6
gdzie: x i wartości kolejych pomiarów w daej serii, liczba pomiarów w daej serii. Następie ależy obliczyć odchyleie stadardowe dla pojedyczego pomiaru, które jest miarą rozrzutu wyików pomiaru wokół wartości średiej wyików wszystkich pomiarów: i= 1 ( x i x) 2 s = 1 Odchyleie to, azywa się błędem średim kwadratowym i moża je traktować jako wartość iepewości stadardowej pojedyczego pomiaru. Na tej podstawie, wyzacza się błąd średi kwadratowy średiej arytmetyczej z daej serii pomiarów: s s r = WYKONANIE ĆWICZENIA Celem ćwiczeia jest wykoaie pomiarów długości i średic wałków i zajdujących się w ich otworów. Szczegółowe zadaia pomiarowe są astępujące: 1. Wykoaie pomiarów długości i średic wałków w trzech miejscach, każdy pomiar w pięciu powtórzeiach. Pomiary wykouje się przyrządami podaymi przez prowadzącego. 2. Wykoaie pomiarów otworów w trzech miejscach, każdy pomiar w pięciu powtórzeiach. Pomiary wykouje się przyrządami wskazaymi przez prowadzącego. 3. Obliczeie wartości średiej pomiarów długości i średic wykorzystywaych elemetów, dla każdego miejsca, dla każdego przyrządu. 4. Obliczeie wartości odchyleia stadardowego dla pojedyczych pomiarów długości i średic wykorzystywaych elemetów, dla każdego miejsca, dla każdego przyrządu. Obliczeie wartości odchyleia stadardowego dla średich arytmetyczych z daej serii pomiarów. LITERATURA 1. Adamczak S., Makieła W. (2014): Metrologia w budowie maszy. Zadaia z rozwiązaiami. Wydawictwo WNT, Warszawa. 2. Norma PN-80/M-53202 Narzędzia pomiarowe. Przyrządy mikrometrycze. 3. Norma PN-79/M-53131 Narzędzia pomiarowe. Przyrządy suwmiarkowe. 4. Pomiary średic otworów i wałków. Istrukcja do ćwiczeń laboratoryjych z przedmiotu: Metrologia i kotrola jakości. Katedra Techik Wytwarzaia i Automatyzacji, Wydział Budowy Maszy i Lotictwa, Politechika Rzeszowska. 7