Тема 2.1 Основы технических измерений

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (ГОСТ 16263 -70).

Рассмотрим некоторые свойства измерений и средств измерений, характеризующие их основные качества.

По ГОСТ 16263-70 точность измерений – качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Примечания: 1. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям всех видов, как систематических, так и случайных.

2. Количественно точность может быть выражена обратной величиной модуля относительной погрешности. Например, при значении относительной погрешности 0,1 % точность измерений будет равна

Т = 0,1/100 = 1000.

Поскольку любой результат измерений получают с некоторой погрешностью, возникает необходимость оценки ее характера и значения. Обобщенные характеристики погрешности используют для оценки точности измерения. Точность многократных измерений можно характеризовать такими их свойствами, как правильность, сходимость и воспроизводимость измерений (ГОСТ 16263-70).

Правильность измерений – качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах.

Сходимость измерений – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях.

Здесь под условиями понимается весь комплекс обстоятельств, определяющий проведение измерений. Одинаковыми должны быть не только условия в узком смысле слова (влияющие величины, оказывающие нежелательное воздействие на измеряемый объект и средства измерений), но и средства измерений, и операторы, должно также соблюдаться единообразие измерительной процедуры.

Воспроизводимость измерений – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в разных местах, разными методами и средствами).

Для обеспечения сопоставимости результатов измерений в рамках страны или в международном масштабе необходимо обеспечить единство измерений. Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью.

Одним из необходимых условий обеспечения единства измерений является единообразие средств измерений – состояние средств измерений, характеризующееся тем, что они проградуированы в узаконенных единицах и их метрологические свойства соответствуют нормам.

Высокий уровень сходимости измерений соответствует малым значениям случайных погрешностей многократных измерений одной и той же физической величины с использованием одной методики выполнения измерений. В качестве упрощенной оценки сходимости может быть использован такой параметр, как размах результатов измерений

R = Xmax – Xmin.

Геометрическое представление о размахе R результатов измерений можно получить на точечной диаграмме результатов многократных измерений одной и той же физической величины, которая строится в координатной системе измеренные значения X – номер измерения N. Точечная диаграмма в определенных случаях позволяет высказать некоторые суждения и о правильности измерений. Например, устойчивая тенденция изменения результатов измерений свидетельствует о наличии в серии переменных систематических погрешностей. Выполнение нескольких серий многократных измерений одной и той же физической величины с использованием разных методик выполнения измерений позволяет оценить воспроизводимость измерений и получить предварительную оценку систематических постоянных погрешностей, присущих заведомо менее точным МВИ.

Для систематизации подхода к измерению, для выявления и оценки погрешностей необходимо классифицировать сами измерения.

В соответствии со стандартным определением, метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Излишняя широта этого определения приводит к описаниям методов измерений с классификацией по разным признакам. В результате научно-техническая и учебная литература содержит множество наименований методов, не включенных в стандартную терминологию (например, абсолютный метод, косвенный метод, бесконтактный метод, интерференционный метод и ряд других).

Стандарт определяет значительное число методов измерений, но всех разновидностей измерений эти методы не покрывают. Для того, чтобы избавиться от путаницы предлагается укрупненное деление измерений на виды (с различными основаниями классификации), а также классификация методов измерений в зависимости от приемов использования мер в явном или опосредованном виде.

К видам измерений (если не разделять их по видам измеряемых физических величин на линейные, оптические, электрические и др.) можно отнести измерения:

- прямые и косвенные,

- совокупные и совместные,

- абсолютные и относительные,

- однократные и многократные,

- технические и метрологические,

- равноточные и неравноточные,

- равнорассеянные и неравнорассеянные,

- статические и динамические.

Прямые и косвенныеизмерения различают в зависимости от способа получения результата измерений.

Тема 2.2 Допуски и посадки

Взаимозаменяемость

Свойство независимо изготовленных деталей (или узлов) занимать свое место в узле (или машине) без дополнительной обработки их при сборке и выполнять свои функции в соответствии с техническими требованиями к работе данного узла (или машины)
Неполная или ограниченная взаимозаменяемость определяется подбором или дополнительной обработкой деталей при сборке

Система отверстия

Совокупность посадок, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных валов с основным отверстием (отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю)

Система вала

Совокупность посадок, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным валом (вал, верхнее отклонение которого равно нулю)

В целях повышения уровня взаимозаменяемости изделий, сокращения номенклатуры нормального инструмента установлены поля допусков валов и отверстий предпочтительного применения.
Характер соединения (посадки) определяется разностью размеров отверстия и вала

Термины и определения по ГОСТ 25346

Размер — числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т.п.) в выбранных единицах измерения

Действительный размер — размер элемента, установленный измерением

Предельные размеры — два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер

Наибольший (наименьший) предельный размер — наибольший (наименьший) допустимый размер элемента

Номинальный размер — размер, относительно которого определяются отклонения

Отклонение — алгебраическая разность между размером (действительным или предельным размером) и соответствующим номинальным размером

Действительное отклонение — алгебраическая разность между действительным и соответствующим номинальным размерами

Предельное отклонение — алгебраическая разность между предельным и соответствующим номинальным размерами. Различают верхнее и нижнее предельные отклонения

Верхнее отклонение ES, es — алгебраическая разность между наибольшим предельным и соответствующим номинальным размерами
ES — верхнее отклонение отверстия; es — верхнее отклонение вала

Нижнее отклонение EI, ei — алгебраическая разность между наименьшим предельным и соответствующим номинальным размерами
EI — нижнее отклонение отверстия; ei — нижнее отклонение вала

Основное отклонение — одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. В данной системе допусков и посадок основным является отклонение, ближайшее к нулевой линии

Нулевая линия — линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении полей допусков и посадок. Если нулевая линия расположена горизонтально, то положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные — вниз

Допуск Т — разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижними отклонениями
Допуск — это абсолютная величина без знака

Стандартный допуск IT — любой из допусков, устанавливаемых данной системой допусков и посадок. (В дальнейшем под термином «допуск» понимается «стандартный допуск»)

Поле допуска — поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяемое величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии

Квалитет (степень точности) — совокупность допусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точности для всех номинальных размеров

Единица допуска i, I — множитель в формулах допусков, являющийся функцией номинального размера и служащий для определения числового значения допуска
i — единица допуска для номинальных размеров до 500 мм, I — единица допуска для номинальных размеров св. 500 мм

Вал — термин, условно применяемый для обозначения наружных элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы

Отверстие — термин, условно применяемый для обозначения внутренних элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы

Основной вал — вал, верхнее отклонение которого равно нулю

Основное отверстие — отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю

Предел максимума (минимума) материала — термин, относящийся к тому из предельных размеров, которому соответствует наибольший (наименьший) объем материала, т.е. наибольшему (наименьшему) предельному размеру вала или наименьшему (наибольшему) предельному размеру отверстия

Посадка — характер соединения двух деталей, определяемый разностью их размеров до сборки

Номинальный размер посадки — номинальный размер, общий для отверстия и вала, составляющих соединение

Допуск посадки — сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение

Зазор — разность между размерами отверстия и вала до сборки, если размер отверстия больше размера вала

Натяг — разность между размерами вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия
Натяг можно определять как отрицательную разность между размерами отверстия и вала

Посадка с зазором — посадка, при которой всегда образуется зазор в соединении, т.е. наименьший предельный размер отверстия больше наибольшего предельного размера вала или равен ему. При графическом изображении поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала

Посадка с натягом — посадка, при которой всегда образуется натяг в соединении, т.е. наибольший предельный размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала или равен ему. При графическом изображении поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала

Переходная посадка — посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга в соединении, в зависимости от действительных размеров отверстия и вала. При графическом изображении поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или частично

Посадки в системе отверстия

— посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков валов с полем допуска основного отверстия

Посадки в системе вала

— посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных полей допусков отверстий с полем допуска основного вала

Нормальная температура — допуски и предельные отклонения, установленные в настоящем стандарте, относятся к размерам деталей при температуре 20 град С