Размерные цепи

1.Основные термины и определенияРазмеры деталей в узлах взаимосвязаны и взаимозависимы. Изменение размера одной детали сказывается на положении других, входящих в узел или механизм. Взаимосвязь и взаимозависимость размеров деталей условно называются размерными связями, образующими размерные цепи.Размерная цепь — это совокупность размеров, необходимых для решения поставленной задачи и образующих замкнутый контур. К основным признакам размерной цепи относятся: замкнутость размерной цепи; взаимосвязь и взаимозависимость размеров; соблюдение принципа кратчайшей цепи. Принцип заключается в том, что размерная цепь должна быть составлена из возможно меньшего числа размеров.Звено размерной цепи — это один из размеров, образующих размерную цепь. Звенья делятся на составляющие и замыкающие.Замыкающее звено служит исходным при постановке задачи или получается последним в результате ее решения.Составляющее звено — функционально связано с замыкающим звеном.Обозначается прописной буквой русского или строчной буквой греческого алфавита с индексом, соответствующим его порядковому номеру, например А1,А2,А3,А4 или α1, α2., α3 α4. Замыкающему звену присваивается индекс ∆, например А∆ или α∆.Все составляющие звенья цепи в зависимости от их влияния на замыкающее звено рассматриваются как увеличивающие или как уменьшающие.Увеличивающее звено — это составляющее звено размерной цепи, с увеличением которого замыкающее звено увеличивается.Уменьшающее звено — составляющее звено размерной цепи, с увеличением которого замыкающее звено уменьшается. Различают следующие виды размерных цепей: основная, производная, линейная, плоская, пространственная.Основная — это размерная цепь, замыкающим звеном которой служит размер, найденный при решении основной задачи.Производная — это размерная цепь, замыкающее звено которой представляет собой одно из составляющих звеньев основной размерной цепи.Линейная — размерная цепь, звеньями которой служат линейные размеры.Плоская — это размерная цепь, звенья которой расположены в одной или нескольких параллельных плоскостях.Пространственная — это размерная цепь, звенья которой расположены в непараллельных плоскостях. 2.Выявление размерных цепейПри использовании теории размерных цепей следует четко и правильно сформулировать задачу расчета размерной цепи, а также выявить и построить размерную цепь. 1. Прежде всего, следует определить замыкающее звено и его исполнительные поверхности. При этом устанавливают требования к точности, которым должен удовлетворять узел или механизм. Точность взаимного расположения деталей выбирают такую, чтобы обеспечивались надлежащая работа и собираемость узла. 2. Выявленные технические требования и характеризующие их численные значения проставляют на конструктивной схеме узла. 3. Затем находят составляющие звенья размерной цепи. Используя принцип наикратчайшего пути, в размерную цепь включают лишь те звенья, которые непосредственно участвуют в образовании замыкающего звена. 1. Последовательно выявляют все сопряженные звенья деталей, узла. Для этого, начиная с одной из исполнительных поверхностей, ограничивающих замыкающее звено, находят все расположенные по замкнутому контуру составляющие звенья, вплоть до второй исполнительной поверхности. Замыкающее звено одной размерной цепи может быть составляющим звеном для другой. Один и тот же размер может быть звеном нескольких размерных цепей.2. После выявления размерной цепи составляют расчетную схему, т. е. графически изображают размерную цепь (без соблюдения масштаба). В одном ряду откладывают отрезки, выражающие увеличивающие звенья, а в параллельном ряду в обратном направлении — отрезки, выражающие уменьшающие и замыкающие звенья. 3. После этого проводят ее расчет, который служит необходимым этапом конструирования, производства и эксплуатации машин, механизмов, приборов и т. п.Благодаря расчету размерных цепей можно установить геометрические и кинематические связи между размерами деталей, их номинальные значения, отклонения и допуски: рассчитать нормы точности и разработать технические условия на машины и их составные части;

36 Метрология и технические измерения
Метрология — наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Основные задачи метрологии, (ГОСТ 16263—70) — установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений, разработка теории, методов и средств измерений и контроля, обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений, разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля, а также передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.
Измерение физической величины выполняют опытным путем с помощью технических средств. В результате измерения получают значение физической величины
Q = q*U,
где q — числовое значение физической величины в принятых единицах; U — единица физической величины.
Значение физической величины Q, найденное при измерении, называют действительным. В ряде случаев нет необходимости определять действительное значение физической величины, например при оценке соответствия физической величины установленному допуску. При этом достаточно определить принадлежность физической величины некоторой области Т:
Технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства, называют средствами измерения.
Эталоны — средства измерений, официально утвержденные и обеспечивающие воспроизведение и (или) хранение единицы физической величины с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений.
Меры — средства измерений, предназначенные для воспроизведения заданного размера физическом величины, В технике часто используют наборы мер, например, гирь, плоскопараллельных концевых мер длины (плиток), конденсаторов и т. п.
Образцовые средства измерений — меры, измерительные приборы или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых для поверки по ним других средств измерений. Рабочие средства применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц.
Порядок передачи размера единиц физической величины от эталона или исходного образцового средства к средствам более низких разрядов (вплоть до рабочих) устанавливают в соответствии с поверочной схемой. Так, по одной из поверочных схем передача единицы длины путем последовательного лабораторного сличения и поверок производится от рабочего эталона к образцовым мерам высшего разряда, от них образцовым мерам низших разрядов, а от последних к рабочим средствам измерения (оптиметрам, измерительным машинам, контрольным автоматам и т. п.).
3.Методы измерений.
При измерениях используют разнообразные методы (ГОСТ 16263—70), представляющие собой совокупность приемов использования различных физических принципов и средств. При прямых измерениях значения физической величины находят из опытных данных, при косвенных — на основании известной зависимости от величин, подвергаемых прямым измерениям. Так, диаметр детали можно непосредственно измерить как расстояние между диаметрально противоположными точками (прямое измерение) либо определить из зависимости, связывающей этот диаметр, длину дуги и стягивающую ее хорду, измерив непосредственно последние величины (косвенное измерение),
Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях основных величин и использовании значений физических констант (например, измерение длины штангенциркулем). При относительных измерениях величину сравнивают g одноименной, играющей роль единицы или принятой за исходную. Примером относительного измерения является измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика.
При методе непосредственной опенки значение физической величины определяют непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия (например, измерение давления пружинным манометром), при методе сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с мерой. Например, с помощью гирь уравновешивают на рычажных весах измеряемую массу детали. Разновидностью метода сравнения с мерой является метод противопоставления, при котором измеряемая величина и велич

37 Штриховые, концевые и угловые меры, штангенинструменты, микрометры, рычажно-механические, пневматические, гидравлические инструменты для технических измерений.
Измерительные инструменты
Для измерения линейных размеров заготовок с малой точностью применяются штриховые нераздвижные инструменты: измерительные линейки, складные метры и рулетки. Эти инструменты имеют шкалу с делением через 1, редко 0,5 мм и позволяют производить замеры с точ­ностью до 0,6 мм. Пределы измерений для линеек — от 100 до 1000 мм, а для рулеток — от 1 до 20 м. В сочетании с кронциркулями и нутромерами эти инструменты позволяют измерять диаметральные размеры.
Большей точностью обладают инструменты с линейным нониусом. Их отличительной особенностью является наличие двух шкал: основной и вспомогательной. Основная шкала нанесена на штанге и подобна шкале линейки. Вспомогательная (нониус) нанесена на подвижной части инструмента и служит для отсчета дробных долей основной шкалы.
Принцип устройства нониуса поясним на примере нониуса с отсчетом десятых долей миллиметра. Шкала нониуса имеет длину 9 мм и разделена на десять равных интервалов; следовательно, каждый интервал деления равен 0,9 мм, т. е. один интервал деления нониуса короче интервала деления основной шкалы на 0,1 мм. Таким образом, когда нулевые штрихи шкалы нониуса и основной шкалы совпадают, первое деление нониуса не доходит до первого деления основной шкалы на 0,1 мм, второе —на 0,2 мм, третье — на 0,3 мм и т. д. Десятое же деление нониуса совпадает с девятым делением основной шкалы.
При измерении детали целые числа миллиметров читают на основной шкале по положению нулевого штриха нониуса, а десятые доли миллиметра определяют по тому штриху нониуса, который совпадает со штрихом основной шкалы.
Штангенинструменты выпускаются с величиной отсчета 0,1, 0,05 мм и 0,02 мм.
Наиболее характерным инструментом этой группы является штангенциркуль, который состоит из штанги 2 с губками 1 к 9, рамки 6 с губками 3 и 9, нониуса 7, зажима рамки 4 и микрометрического винта 5.
Аналогичную конструкцию имеют штангенглубиномеры, предназначенные для измерения глубины отверстий и пазов; штангенрейсмусы, измеряющие размеры от плиты, и штангензубомеры, применяемые при контроле зубчатых колес.
Последний инструмент имеет две взаимно перпендикулярные линейки 1, два нониуса 3 и 7, две рамки 2 и 6, что позволяет измерять губками 4 толщину зуба на высоте, установленной планкой 5. Микрометрические инструменты позволяют измерить линейные размеры с точностью до 0,01 мм. Основной частью этих инструментов является, микрометрический винт и нониус.
Обычный микрометр состоит из микрометрического винта 3, шаг которого 0,5 мм, скобы, являющейся корпусом инструмента, пяты 2, стебля 5, барабана 6, трещотки 7 и стопора 4. На стебле инструмента нанесена продольная шкала с двумя рядами штрихов, а на барабане — круговая с 50 равными делениями. Каждый ряд продольной шкалы имеет деление 1 мм, но так как штрихи этих рядов смещены относительно друг друга на 0,5 мм, то цена деления всей шкалы равна 0,5 мм. Шаг микрометрического винта равен 0,5 мм и, следовательно, при повороте барабана на 1/50 часть, т. е. на одно деление, микрометрический винт перемещается на 0,01 мм.
Отечественная промышленность выпускает микрометры с интервалами измерения 0—25, 25—50, 50—75 и т. д. через 25 мм.
Микрометры периодически проверяются и настраиваются по набору концевых мер или специальному эталону.
Помимо обычных микрометров, существуют специальные микрометры для внутренних измерений — микрометрические нутромеры штихмассы, микрометры со вставками для измерения среднего диаметра резьбы и некоторые другие. Рычажно-механические приборы в зависимости от конструкции механизма, передающего перемещения измерительного наконечника на стрелку, имеют цену деления от 0,01 до 0,001 мм.
Конструкции этих приборов весьма разнообразны и могут быть подразделены на 5 групп: а) рычажного типа (рычажные индикаторы, миниметры); б) с зубчатой передачей (индикаторы часового типа); в) рычажно-зубчатые (рычажные скобы); г) пружинные (микрокаторы); д) комбинированные, построенные на

38 Оптико-механические, емкостные и др. приборы и приспособления для технических измерений.
Оптические устройства — частные виды оптических систем точной механики и оптики, включающие совокупность оптических элементов и технологий (линз, групп линз, объективы, окуляры, конденсоры, зеркала, диафрагмы, призмы, световоды, нанопорошковые оптические материалы и др.), созданные для реализации технических задач, или аналогов систем, реализованных природой — например, бионический глаз и др.
Оптикомеханические системы — прикладная область фундаментальной и прикладной науки и техники, материальная база (в сферах теоретического, экспериментального методов исследования, анализа и синтеза, а также новых производств получения новых материалов с заданными нужными свойствами.
В настоящее время это достигается применением веществ на атомарном и молекулярном уровне, а также микроустройств, полученных благодаря применению новых технологий их получения, веществ с новыми свойствами. Для этого применяются новые оптико-механические систем (например, сканирующий атомно-силовой микроскоп), способные манипулировать единичными атомами или молекулами (перемещать, создавая новые сочетания элементов в нанопродуктах).
Файл:Snisu-vverch +.jpg
Рис.2 Принцип получения биологических наноструктур: сверху-вниз и снизу-вверх
Для развития нового направления, создания научно-технической и материальной базы в нанопризводсве, обеспечивающее возможность управлять элементами величиной порядка до 100нанометров(1нанометр = (10−9 метра) призвана нанотехнология — наука, определяющая специфические функциональные характеристики, новые связи между соответствующими элементами на атомно-молекулярном уровне.
Принцип сверху-вниз и снизу-вверх:
В сфере нанотехнологии (см. рис. 2) известна схема осуществления деятельности по вектору "сверху-вниз и снизу-вверх". Создаются, например, меньшие системы при использовании аналогичных больших, которые в свою очередь содают свои меньшие аналоги и т.д. Возможен выбор направления "снизу-вверх", когда начинается синтез вещества от микроструктур, через макро-элементы, до получения объекта требуемых объёмов (например, лекарственной таблетки) с новыми лечебными свойствами.

Рис.2,Применение планарных линз на примере прохождения Х-лучей в кристаллах
Совершенствуются многие обычные методы, например, обработка кремния как твёрдого тела, (применяется при изготовлении микропроцессоров, специальных линз преломления рентгеновских лучей и др. элементов). На основе внедрения нанопорошковой технологии решён ряд задач получения оптических материалов, которые ранее были недоступны. Применяя порошки кремния с размерами менее 100 нм (см. также прозрачные керамические линзы) получили прозрачные оптические стёкла с новыми уникальными свойствами. Гигантские накопители на жёстких дисках на основе магнитосопротивления уже заменяются малогабаритными устройствами, при изготовлении и в работе которых используются нанотехнологии (по принципу "от большего к меньшему", с использованием метода смещения атомного слоя (ALD). Питер Грзаджк 0кснберг и Альберт Ферт получили Нобелевскую премию по физике за открытия гигантского магнитосопротивления и вклад в область спинтроники в 2007 году.
Методы твердого тела могут также использоваться при создании устройств, известные как наноэлектромеханические системы (nanoelectromechanical - NEMS), которые связаны с микроэлектромеханическими системами (MEMS).

Субмикронная литография
‎Разрешение современных атомных силовых микроскопов позволяют ввести реагент на поверхность образца.
Эта техника позволяет осуществить копирование поверхности с размерами до 100 нм). Технология сочетается с развитием метода субмикронной литографии. Например, направленные потоки ионов могут непосредственно удалить материал ("ионное травление"), или нанести вещество на поверхность. Таким образом, прорыв в области микромира на атомно-молекулярном уровне, разработка нанотехнологий невозможен без новых систем и устройств оптико-механических приборов, приборов точной механики и оптики, сочетающих возможность проведения контрольно-силовых операций на поверх

39 Отсчетные устройства и их классификация:
Отсчетные приспособления
Измерить какую-либо величину – значит сравнить ее с другой однородной величиной, принятой за единицу измерения. Приспособление, несущее единицу измерения, называется рабочей мерой. Обыкновенная линейка с делениями сантиметров и миллиметров, транспортир с делениями градусов – это примеры рабочих мер.
Шкала рабочей меры как правило равномерна; она может располагаться по прямой линии, по дуге окружности или по какой-либо другой кривой.
Отсчитывание по шкале рабочей меры производят по отсчетному индексу (начало и конец отрезка линии, сторона угла, штрих логарифмической линейки, стрелка весов и т.п.). В общем случае отсчетный индекс (на рис.3.1. – О.И.) устанавливается между двумя штрихами шкалы; один из них называют младшим штрихом (мл.), другой – старшим (ст.).
Рис.3.1
Отсчет N по шкале равен сумме двух величин:
N = Nмл + x, (3.1)
где Nмл – значение младшего штриха шкалы, Nмл = 55,
x – доля цены деления шкалы от младшего штриха до отсчетного индекса, x = 0,6.
Величину x можно получать разными способами, простейший из них – оценивание на глаз. Другой способ предполагает наличие специального отсчетного приспособления, назначение которого – измерять величину x с той или иной точностью. Известны следующие отсчетные приспособления: в машиностроении – нониус (верньер), микрометр, микроскоп-микрометр, в оптическом приборостроении, штриховой и шкаловой микроскопы, оптический микрометр и т.д.
Верньер – одно из простейших отсчетных приспособлений. Его строят следующим образом: отрезок в n делений шкалы рабочей меры (основной шкалы) переносят на прилегающую поверхность и делят его там на (n + 1) равных частей, получая шкалу верньера (рис.3.2). Обозначим через λ цену деления основной шкалы и через μ – цену деления верньера; точностью верньера t называют разность
t = λ – μ. (3.2)
По построению λ * n = μ * (n + 1), поэтому
Подставив это выражение в формулу (3.2), получим
(3.3)
то-есть, точность верньера равна цене деления основной шкалы, деленной на число делений верньера.
Рис.3.2 Рис.3.3
В практике очень часто встречается верньер на одну десятую, когда n = 9; точность такого верньера равна одной десятой деления основной шкалы.
Роль отсчетного индекса в верньере выполняет его нулевой штрих. Если он совмещен с каким-либо штрихом основной шкалы, то отсчет по основной шкале равен значению этого штриха. Все остальные штрихи верньера не совпадают со штрихами основной шкалы; первый штрих верньера отстоит от ближайшего штриха основной шкалы на величину λ – μ = t, второй штрих верньера отстоит от ближайшего штриха основной шкалы на 2*t, третий – на 3*t и т.д. Если сейчас сместить верньер относительно основной шкалы на величину t, то со штрихом основной шкалы совпадет 1-й штрих верньера; если сместить верньер на 2*t, то со штрихом основной шкалы совпадет 2-й штрих верньера и т.д. Если сместить верньер на величину k*t, то со штрихом основной шкалы совпадет k-й штрих верньера, поэтому формула отсчета N по верньеру имеет вид (рис.3.3)
N = Nмл + k*t, (3.4)
где: Nмл – отсчет по младшему штриху основной шкалы,
k – номер штриха верньера, совпавшего со штрихом основной шкалы,
t – точность верньера.
Чтобы не умножать на t, верньер подписывают в единицах основной шкалы. Например, для угловой шкалы при t = 30″ подпись первого штриха 30″, подпись второго штриха 1′ и т.д. Наблюдатель считывает с основной шкалы значение младшего штриха Nмл, находит на шкале верньера штрих, совпавший со штрихом лимба, и считывает его значение k*t; складываются эти два отсчета в уме.
Оптические отсчетные приспобления рассмотрим на примере угловой шкалы, расположенной на окружности; такая шкала называется угломерным кругом или лимбом. Ценой деления лимба λ называют центральный угол, стягиваемый дугой в одно деление; в практике встречаются лимбы с ценой деления 1o, 20′, 10′, 5′. Диаметр лимбов бывает от 72 мм до 270 мм. Роль отсчетного индекса при отсчете по лимбу могут выполнять одиночный штрих, двойной штрих (биссектор), нулевой штрих шкалы отсчетного приспособления, штрих основной шкалы (шкалы лимба

40. Метрологические параметры средств измерения. Выбор методов и средств измерений.
Выбор средств измерений
Выбор средств измерений связан со множеством факторов, характеризующих метрологические параметры средства измерения, конструктивно-технологические особенности измеряемых величин, задачами на измерение этих величин, разнообразных организационных, технических и экономических факторов и т.д.
Комплексность задачи выбора средств измерения определила необходимость разработки различных способов выбора средств измерения. Прежде всего, выбранное средство измерения должно соответствовать по своей конструкции и габаритам для установки измеряемой детали и подходов измерительных устройств к измеряемой величине.
В массовом производстве основными средствами измерения являются высокопроизводительные механизированные и автоматизированные средства измерения и контроля.
В серийном производстве основными средствами измерения и контроля служат предельные калибры, шаблоны, специальные контрольные приспособления и при необходимости универсальные средства измерения.
В мелкосерийном и индивидуальном производстве основными являются универсальные средства измерения.
По метрологическим характеристикам выбираемыми параметрами средств измерений являются предельная погрешность измерения (ее часто называют пределом допускаемой погрешности) +ЛНт, а также цена деления шкалы измерительного средства. В соответствии с требованиями ГОСТ 8.051-81 установлены соотношения между заданными допусками (7) на измеряемые (контролируемые) размеры, определенного номинального размера и квалитета, и допускаемыми погрешностями измерения (8), определяющими действительный размер измеряемой величины.
Допускаемая погрешность измерения (8) включает в себя случайные и неучтенные систематические погрешности измерения. Случайная погрешность измерения, принимаемая с доверительной вероятностью 0,954 и составляющая ±2а, где о - среднее квадратическое отклонение погрешности измерения, не должна превышать 0,6 от допускаемой погрешности измерения.
Цена деления шкалы выбирается с учетом заданной точности измерения. Например, если размер задан с точностью до 0,01 мм, то прибор выбирается с ценой деления шкалы 0,01 мм. Принятие более грубой шкалы вносит дополнительные субъективные погрешности, а более точной - удорожает средство измерения. При контроле технологических процессов используют средства измерения с ценой деления не более 1/6 допуска на изготовление.
При решении комплексной задачи выбора средств измерения, помимо технических параметров, решается задача по обеспечению минимальных затрат, связанных с риском 1-го и 2-го рода.
Главным фактором при выборе средства измерения является допускаемая погрешность измерения 8.
Допускаемая погрешность измерения должна быть небольшой по сравнению с допуском контролируемого параметра изделия Т и не превышать значений.
Чем ближе значение предельной погрешности измерительного средства к значению допускаемой погрешности измерения, тем Менее трудоемким и более дешевым будет измерение.
Значения размеров, полученных при измерении с погрешностью, не превышающей допускаемую погрешность измерения, принимаются за действительные.
Абсолютной погрешностью средства измерения называется разность показаний измерительного средства Хи истинного (действительного) Хд значения измеряемой величины:
А = Хи -ХД.
Значение Хя определяют образцовым измерительным средством или воспроизводят мерой.
Приведенной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности к параметру нормирования (диапазон измерений, верхний предел измерений и т.д.).
Типовыми видами погрешностей, входящих в основные погрешности средств измерений, являются аддитивные, мультипликативные, погрешности линейности и гистерезиса.
Аддитивными погрешностями (получаемыми путем сложения различного вида погрешностей), или погрешностями нуля, называют постоянные погрешности при всех значениях измеряемой величины: Если аддитивная погрешность является систематической, то она устраняется корректированием нулевого значения выходного сигнала. Аддитивная погрешность вызывается трением в опо