2.5 Нутромеры

Измерение внутренних размеров отверстий – процедура более сложная, чем измерение наружных параметров деталей.  Наибольшие трудности возникают при измерении точных отверстий малого диаметра, длинных отверстий и отклонений формы отверстий. Поэтому средства и методы измерений внутренних размеров имеют опре­деленные особенности.

При измерении наружных размеров при­бор находится  вне детали,  при измерении  внутренних размеров или целиком прибор, или его измерительные наконечники должны быть внутри измеряемой детали. Это в большинстве случаев при­водит к более сложной конструкции приборов для внутренних измерений, тем более, что требуется дополнительный механизм или преобразователь для превращения  перемещения измерительных наконечников в показания отсчетного устрой­ства, располагаемого в удобном для наблюдения месте.

При измерении отверстий измеряемая поверхность имеет вогну­тую форму. Это предопределяет форму и радиус измерительных наконечников (обычно сферическую с радиусом, существенно меньшим радиуса отверстия). При измерении внутренних разме­ров обычно требуются более сложные действия для совмещения линии измерения с диаметром отверстия как в плоскости, прохо­дящей через ось отверстия, так и в перпендикулярной плоскости. Из-за этого при внутренних измерениях возникают дополнитель­ные   погрешности, снижающие точность измерения.

Приборы для измерения внутренних размеров могут быть как ручными, так и стационарными. Среди ручных универсальных приборов для  внутренних измерений наибольшее распространение имеют механические и электронные  нутромеры со шкальным или  цифровым отсчетом. Для цеховых и лабораторных измерений применяют:

– двухконтатные микрометрические нутромеры (штихмасы);

– двухконтатные индикаторные нутромеры со шкальным или  цифровым отсчетом;

– трехконтатные микрометрические нутромеры;

– трехконтатные электронные нутромеры с  цифровым отсчетом;

– нутромеры калибры-пробки (механические, пневматические, индуктивные).

Нутромеры выпускают многие зарубежные и отечественные фирмы – Tesa (Швейцария), Mitutoyo (Япония), Carl Mahr (Германия), Bowers  (Великобритания)  и отечественные фирмы – Челябинский инструментальный завод (ЧИЗ) и Кировский инструментальный завод (КРИН).

Индикаторные нутромеры     выпускают  по ГОСТ 868 – 82  “Нутромеры индикаторные” и  международному стандарту  DIN 863-4.        Микрометрические нутромеры выпускают по ГОСТ 10-88 “Нутромеры микрометрические”. 

     Двухконтатные микрометрические нутромеры (штихмасы)

Для измерения внутренних размеров от 50 до 5 000 мм выпускают простейшие микрометрические нутромеры (рис. 2.5.1) с ценой деления 0,01 мм. Однако на практике применяют такие нутромеры. главным образом. в тяжелом машиностроении для измерения отверстий диаметром более 500 мм, так как в этом диапазоне нет удобных  универсальных  приборов для измерения отверстий.

Рис. 2.5.1  Микрометрический нутромер

Микрометрическая головка  нутромера (рис. 2.5.2, а) состоит из корпуса 3, в который запрессован измерительный твердосплавный наконечник 4. В корпус ввинчивается микрометрический винт 7 с шагом 0,5 мм, соединенный с барабаном 8 конической гайкой 2 и контргайкой 1.  Цена деления головки 0,01 мм. Сквозь гайку 2

 Рис. 2.5.2  Микрометрический  нутромер

наружу выступает сферический измерительный наконечник мик­рометрического винта с вставкой из твердого сплава. Для фиксации установленного размера служит стопор 6. В резьбу муфты 5 ввинчиваются сменные  удлинители (рис. 2.5.2. б), служащие для увеличения предела измерения.

Удлинитель состоит из стального стержня со сфери­ческими измерительными поверхностями, не выступающими за торцы муфты, что исключает возможность их повреждения. Наружная трубка увеличивает жесткость удлинителя и препятствует нагре­ву стержня руками контролера. При свинчивании удлинителя с микрометрической головкой их измерительные наконечники со­прикасаются своими сферическими поверхностями под постоянным усилием, создаваемым пружиной удлинителя. На свободный конец удлинителя может быть навинчен другой удлинитель и т.д. до получения требуемого предела измерения. Удлинители следует соединять в порядке убывания размеров, располагая на конце защитный наконечник, а микрометрическую головку присоединять к сво­бодному концу самого большого удлинителя. При расположении малых удлинителей в середине набора увеличивается искривле­ние оси набора удлинителей, что приводит к увеличению погреш­ностей измерений. Обычно выпускают удлинители размером 50, 100, 200 и 300 мм.

Оси стержней не совпадают с осью корпуса, оси контактирующих между собой стержней имеют отклонения от соосности 0,5…0,8 мм. Стержни внутри нутромера могут устанавливаться произвольным образом в трехмерном пространстве. Однако можно свести этот случай к плоскому, так как любые две оси контактирующих стержней можно с известными допущениями  (так как межосевое расстояние мало) рассмотреть в одной плоскости. Поскольку стержни обязательно находятся в контакте друг с другом, то можно принять такую сборку в нутромере как многозвенный механизм. Обычно функция положения на плоскости идеального звена  механизма записываются в виде                      ψ0 = ψ0(L, φ),

где   L, φ – линейная и угловая координаты, характеризующие положение каждого из звеньев. В реальных условиях всегда имеются отклонения размеров стержней и угловой координаты (первичные ошибки), которые определяют накопленную погрешность. Разницу ∆ψ положения реальных и идеальных стержней можно называть погрешностью от несовпадения осей стержней удлинителей нутромера.

При внутренних измерениях при смещении наконечников с диаметральной плоскости отверстия или их наклоне (рис. 2.5.3) возникают дополнительные погрешности.

а)                                              б)   

Рис. 2.5.3  Смещение (а) и перекос (б) контактных сферических наконечников

При смещении одного наконечника (рис. 2.5.3, а) возникает погрешность

            δd = e2 / 2 (R – r) .

При смещении обоих наконечников возникает погрешность

         δd = e2 / (R – r) .

При наклоне плоскости наконечников относительно вертикальной плоскости (рис. 2.5.3, б) возникает погрешность

               δd = e2 / 2 (D – d) .

При измерении с поверхностью отверстия соприкасаются только измерительные наконечники микрометрической головки и защитного наконечника, оснащенные твердым сплавом. Износ этих наконечников компенсируется при установке (калибровке)  микрометриче­ской головки вместе с защитным наконечником по установочной мере (рис. 2.5.2, г).          Микрометрические нутромеры выпускаются с пределами из­мерения от 50 до 5 000 мм. Диапазон измерения каждого нутромера 25 мм. На практике микрометрические нутромеры применяют в основном для измерения диаметров более 300 мм. Измерение  отверстий меньшего диаметра производят  с помощью двухконтактных и трехконтактных индикаторных нутромеров.

Выпускают также штихмасы с электронной микрометрической головкой и цифровым отсчетом. Такие нутромеры значительно удобнее при измерениях. Измерение диаметра отверстий  нутромерами производят методом сравнения с мерой. В большинстве случаев в качестве меры служит специально изготовленное и аттестованное кольцо, размер которого расположен в диапазоне измерения нутромера.

При использовании микрометрических нутромеров его микрометрическую головку устанавливают на нулевое деление по установочной мере — скобе (рис. 2.5.2, г), а затем подбирают и свинчивают удлинители до получе­ния требуемого размера.

При измерениях повышенной точности действительный размер собранного микрометрического нутро­мера определяют на координатно-измерительной машине. В результате ис­ключают погрешности удлинителей, погрешности, возникающие при их свинчивании и погрешности установоч­ной меры.

Образцовые кольца для настройки нутромеров изготавливают из закаленной стали или керамики с точностью ±0,01 мм и аттестуют с высокой точностью в одном сечении, которое отмечают риской.

Таким образом, на точность  измерения микрометрическим нутромером влияют следующие составляющие погрешности:

– погрешность от смещения наконечников нутромера с оси измерения (рис. 2.5.3, а);

– погрешность от смещения (перекоса) наконечников  нутромера с линии измерения  (рис.  2.5.3, б);

– погрешность  от изгиба нутромера под действием собственного веса;

– погрешность  от несовпадения осей стержней удлинителей;

–  погрешности установочных мер и настройки по ним;

– существенной составляющей погрешности измерения микро­метрическим нутромером (особенно больших размеров) является температурная погрешность, вызываемая как разностью темпера­тур измеряемой детали и нутромера, так и нагревом нутромера теплом рук контролера (для уменьшения последней погреш­ности в нутромерах пре­дусмотрены теплозащитные накладки или втулки).

Предельная допускаемая погрешность микрометрического нутромера приблизительно определяется по эмпирической формуле

         G = (3 + V + L/50),

где  L – длина нутромера в мм, V – количество удлинителей.

Однако реальная погрешность измерения отверстий микрометрическим нутромером существенно больше (рис. 2.5.4), так как измерение размеров более 500 мм проводить крайне не удобно.

Погрешность нутромера

 

Рис. 2.5.4  Погрешность от смещения концов нутромера разной длины

При измерении отверстий более 1 м проводить измерения приходится  двум контролерам, так как одному не удержать инструмент по линии измерения. Предел допускаемой погрешности микрометрических нутромеров согласно ГОСТ 10-88 приведен в табл. 2.5.1

Таблица  2.5.1

Предел измерения, мм Предел допус-каемой погрешности, мкм Предел измерения, мм Предел допус-каемой погрешности, мкм
325 – 500         ±10 2000 – 2500         ±40
500 – 800         ±15 2500 – 3150         ±50
 800 – 1250         ±20 3150 – 4000          ±60
1250 – 1600         ±25 4000 – 5000           ±75
1600 – 2000         ±30 5000 – 6000           ±90

Как следует из описания,  микрометрический нутромер  не точный прибор, которому органически присущи конструктивные и метрологические недостатки. Этим инструментом чрезвычайно трудно и неудобно измерять отверстия большого диаметра. Но им приходится пользоваться, потому что других цеховых инструментов для измерения больших отверстий в настоящее время нет.

Двухконтатный индикаторный нутромер

У двухконтатных индикаторных нутромеров измерительные наконечники расположены диаметрально. Это позволяет, повора­чивая нутромер, измерять диаметр отверстия в нескольких сече­ниях, определяя тем самым отклонение формы отверстия. Но при такой схеме измерения нельзя (как и при наружных измерениях) определить отклонения формы при огранке с нечетным числом граней. На рис. 2.5.4 показана конструкция индикаторного нутромера для измерения отверстий диаметром свыше 18 мм. В корпусе 12 нутромера закреплена втулка 9, в которую ввер­нут регулируемый неподвижный измерительный стержень (пятка) 11, закрепляемый после установки на размер гайкой 10. В направляющей другого конца втулки помещен измерительный наконечник 14, перемещение которого через рычаг 8, установленный

Рис. 2.5.4  Конструкция двухконтактного индикаторного нутромера

на оси, и передается  вертикальному стержню 7, в торец которого упирается шток  индикатора 1. Измеритель­ные контакты рычага образуются запрессованными в него шари­ками 13. Измерительное усилие создается совместным действием индикатора и пружины 2. Стержень 7 заключен в трубку 6, на которую надевается теплоизоляционная втулка 3. Для центрирования нутромера в измеряемом отверстии в его конструкции предусмотрен центрирующий мостик 5, опорные по­верхности которого расположены симметрично относительно оси измерительных наконечников.   Центрирующий мостик 4, прикреплен к корпусу в плоскости расположения измерительных наконечников. Под действием пружин 5 мостик в свободном состоянии выдвигается вперед до упора в винт-ограничитель. При измерении центри­рующий мостик нутромера, прижимаемый пружинами к поверхности отвер­стия, устанавливает измеритель­ные наконечники в диаметральной плоскости отверстия. Кроме того, требуется совместить линию измерения с диаметром отвер­стия в осевой плоскости; при наклонном положении нутромера определяют длину большей оси эллипса сечения, а не диаметр окружности. Установку правильного положения нутромера произ­водят его покачиванием в осевой плоскости и определением  мини­мальных показаний индикатора (рис. 2.5.5). Наимень­шее показание индикатора будет соответствовать диаметру отверстия.

Рис. 2.5.5     Измерение диаметра отверстия двухконтактным индикаторным нутромером методом покачивания

При настройке нутромера и установке на размер измерительная пятка вывин­чивается  настолько, чтобы кольцевая риска на измерительном стержне расположилась приблизительно в плоскости торца втулки. При этом условии плечи рычага располагаются перпен­дикулярно осям стержней 14 и 7, что обеспечивает минимальные погрешности передаточного отношения рычага. Чем больше плечи  рычага, тем меньше изменение передаточного отношения в диапазоне измерения. В разных кон­струкциях нутромеров длина  плеч  колеблется от 2,5 до 15 мм. Увеличение плеч рычага уменьшает его погрешности от неравных плеч и позволяет увеличить перемещение измери­тельного стержня. В результате этого значительно увеличивается диапазон измерения нутромерами без перенастройки. Измерительное усилие нутромера (до 9 Н для нутромеров свыше 100 мм) нормируется для подвижного измерительного наконеч­ника 4. Кроме того, у нутромеров с мостиками на деталь действует также усилие центрирующего мостика 5 (до 16 Н). Измерительное усилие и усилие мостика устанавливают так, чтобы обеспечить устойчивое центрирование и стабильные показания нутромера. Однако при этом неподвижный измери­тельный наконечник 1 воздействует на деталь с усилием, равным сумме усилия на подвижном наконечнике и усилия мостика. Это усилие приводит к деформациям измеряемой поверхности и изме­рительного наконечника.

Предел измерений нутромеров от 6 до 400 мм   обеспечи­вается благодаря комплектации их сменными измерительными стержнями  различной длины. Диапазон измерения нутромера   ограничен  диапазоном измерений  шкалы или дисплея   индикатора.

На погрешность измерения нутромерами влияют:

–  погрешность самого нутромера,

– погрешности из-за смещения (рис. 2.5.3, а) и перекос (рис. 2.5.3, б) контактных сферических наконечников при контроле отверстия и  не совпадении линии измерения с диаметром отверстия;

– погрешности от колебаний изме­рительного усилия и усилия прижима центрирующего мостика;

– температурные погрешности от нагревания контролируемой детали и нутромера от рук оператора,

– погрешности аттестации установочных колец (мер);

– погрешность настройки нутромера по образцовому кольцу (мере);

– погрешность отсчета минимальных показаний индикатора при покачивании нутромера в процессе измерения.

Погрешность совмещения линии измерения с диаметром зависит как от погрешности центрирования нутро­мера, так и от динамики процесса: от амплитуды покачивания нутромера и возможности уверенного определения минимума показаний. Характер динамики процесса зависит от цены деления отсчетного устройства нутромера, плавности изменения показаний, что связано с вариацией показаний нутромера и шероховатостью измеряемой поверхности, а также от опыта контролера. Влияние шероховатости поверхности сказывается меньше при большем радиусе измерительного стержня. Следует отметить, что непосред­ственно на результат измерения нутромером вариация показаний не оказывает влияния, так как измерение производится при пере­мещении измерительного стержня нутромера всегда в одном на­правлении — находится минимум показаний (размах показаний нутромера, разумеется, проявляется). Температурные погрешности проявляются, главным образом, вследствие изменения от тепла рук контролера длины трубки нутромера по отношению к длине штока, проходящего внутри трубки.

Предел допускаемой погрешности составляет    2-5 мкм в зависи­мости от размера  измеряемого отверстия, повторяемость – 0,5-2 мкм.

     Для измерения отверстий малых размеров применяют так называемые цанговые (рис. 2.5.6) и шариковые нутромеры  (рис. 2.5.4, б)

Рис. 2.5.6  Наконечники цангового нутромера

У цанговых нутромеров  (рис. 2.5.6) радиус измерительных поверхностей близок к радиусу измеряе­мого отверстия и, заполняя все отверстие,  они хорошо центрируются в нем.  Цанговые нутромеры предназначены для из­мерения отверстий малых  диаметров от 0,95 до 18 мм. Глубина измеряемого отверстия от 12 до 62 мм. Конструктивно нутромеры выполнены с различными типами пере­дач от измерительных наконечников к отсчетному устройству, применяемых в зависимости от размеров измеряемых отверстий.  Цанговые наконечники подвешены на интегральном пружинном шарнире. Интегральным называют шарнир, выполненный из целого куска металла путем уменьшения его толщины в одном месте. Между наконечниками расположен тонкий шток (игла) с конусом на конце. При перемещении наконечников игла выдавливается,  перемещается и воздействует на шток индикатора.  Цена деления индикаторов  цанговых  нутромеров составляет  0,001 или 0,01 мм. У шариковых нутромеров (рис. 2.5.4, б) оба измерительных наконечника  по­движные; они представляют собой шарики малого диаметра – два неподвижных 11 и два подвижных 10. Измерительные шарики 10 давят на конус штока 12 и вызывают его перемещение, которое передается упирающемуся в торец штока наконечнику индикатора 9.

Погрешность измерения цанговых нутромеров составляет 4-6 мкм. Повторяемость – 2 мкм.

В качестве индикатора в двухконтактных нутромерах применяют стрелочные индикаторы часового типа и электронные  индикаторы с цифровым отсчетом Цена деления индикаторов 0,01 и 0,001 мм. Следить за изменением показаний при покачивании нутромера удобнее по стрелочной шкале, но индикаторы с цифровым отсчетом  снабжают  дополнительной функцией запоминания минимального значения при покачивании нутромера (рис. 2.5.5).

При измерении диаметра отверстий обычно измеряют его по всей длине, по крайней мере в трех сечениях, чтобы установить отклонения от цилиндричности и конусности (рис. 2.5.7)

измерение отверстий  Рис. 2.5.7   Измерение отклонений диаметра в продольном направлении

Как видно из изложенного, двухконтактным нутромерам присущ серьезный эксплуатационные недостаток – необходимость вручную выравнивать или покачивать нутромер для определения правильного показания. По этой причине кроме двухконтактных нутромеров в настоящее время широко применяются  трехконтактные самоцентрирующиеся нутромеры, которые выпускаются многими иностранными фирмами и которые стали основным инструментом для измерения отверстий.

Трехконтактный индикаторный нутромер

В кон­струкции  нутромера применена трехточечная схема измерения, включа­ющая три измерительных обычно  линейных или сферических  наконечника,

3хконтактный схемаРис. 2.5.8  Схеме измерения трехконтактным нутромером

расположенных под углом 120° (рис. 2.5.,8 и кони­ческий шток, установленный между ни­ми. Наконечники одним концом сопри­касаются с поверхностью измеряемого отверстия, а другим опираются на кони­ческую поверхность штока, соединенного с микрометрической  или индикаторной измерительной головкой. Перемещения наконечников и   штока отсчитывают с помощью микрометрической  или  индикаторной головки. Достоинство такого метода изме­рения состоит в том, что наконенчики самоцентрируются и выравниваются по поверхности изме­ряемого отверстия. Это исключает необходимость покачивания нутромера для поиска минимального диаметра и  появ­ление субъективных погрешностей, зави­сящих от квалификации контролера. Другим достоинством трехконтактного нутромера является соблюдение принципа Аббе. Фирмы выпускают разнообразные  конструкции трехконтактных нутромеров, которые можно условно разделить на:

– микрометрические с отсчетом по шриховой шкале  (рис. 2.5.9, а и б);

–  микрометрические с цифровым  отсчетом (рис. 2.5.9, в) и

– индикаторные с   цифровым отсчетом (рис. 2.5.9, г).

                       а)                                            б)                     в)                   г)

Рис. 2.5.9     Трехконтактные нутромеры

Нутромеры различных фирм и конструкций имеют примерно одинаковую по устройству измерительную головку. Рис. 2.5.10  Измерительная головка трехконтактного нутромера

В корпусе 3 (рис. 2.5.10) в длинной бронзовой  втулке 4 перемещается без зазора стержень 5 с конусом на конце. Со сферической  пяткой 7 стержня 5 контактирует шток 6 микрометрической головки или наконечник индикатора. К конической час­ти стержня 5 пружинами 8 прижима­ются три наконечника 2 прямоугольной формы (иногда в нутромерах для контроля больших диаметров  делают цилиндрические наконечники со шпонкой от поворота). Наконечники 2 изготавливают из закаленной стали и оснащают твер­досплавными цилиндрическими вставка­ми 1, контактирующими с поверхностью измеряемого отверстия. Наконечники 2 установлены в прямоугольных пазах  и выдвигаются под действием конуса стержня 5, на который действует сильная пружина нутромера, создающая контактное усилие  или шток микрометрической головки. Угол конуса – 53°7’30”  выбран таким, что перемещение торца стержня 5 точно соот­ветствует изменению диаметра измеряе­мого отверстия, т. е. передаточное отно­шение механизма головки нутромера равно 1:1. Контактные вставки 1 наконечников 2 имеют длину от 4 до 20 мм, обеспечивают линейный контакт с измеряемой поверхностью и надежное центрирование и выравнивание измерительной головки в контролируемом отверстии.           Диапазон измерения нутромера определяется длиной конуса, а длина конуса, в свою очередь, определяется размером головки и диаметром стержня 5. Нутромеры для контроля малых отверстий диаметром 3,5–14 мм имеют диапазон измерений 0,5-2,0 мм, нутромеры для контроля  отверстий диаметром 200-300 мм, имеют диапазон измерений 25 мм (табл. 5.2.2).

Нутромер может снабжаться несколькими сменными измерительными головками, охватывающими необходимый предел измерения.

Кроме измерительной головки нутромер  снабжен обычной микрометрической головкой  (рис. 5.2.8, а и б) с отсчетом по шкале и нониусу барабана, микрометрической головкой с емкостным инкрементным преобразователем и цифровым отсчетом (рис. 5.2.8, в), электронным индикатором с цифровым отсчетом (рис. 5.2.8, г) или собственной встроенной измерительной системой с цифровым отсчетом.

Измерительное усилие создается либо при вращении  микровинта, либо отдельной пружиной. В обоих случаях измерительное усилие достаточно большое, что  необходимо для самоцентрирования нутромера и преодоления его веса. Измерительное усилие составляет  до 25 Н.

Преимущество трехконтактных нутромеров в том, что их не надо покачивать. Это позволяет контролировать длинные отверстия малого диаметра.    Для измерения длинных отверстий  предусмотрены уд­линители. Удлинитель представляет со­бой трубчатый корпус с резьбой на обо­их концах.

     Рис. 2.5.11   Трехконтактный нутромер с удлинителем и центрирующим механизмом

Одним концом удлинитель (рис. 2.5.11) соединяется с основанием, другим со сменной измерительной го­ловкой. Внутри корпуса удлинителя в бронзовых втулках установлен шток, располагающийся между конусным стержнем 5 сменной головки  и штоком 6.  Для контроля длинных отверстий нутромеры снабжают удлинителями длиной до 1000 мм. У нутромеров с цифровым отсчетом дискретность отсчета составляет 1,0; 5,0 и 10,0 мкм.

Для ввода нутромера в контролируемое отверстие измерительные наконечники должны быть сведены. У нутромера с микрометрической головкой наконечники сводятся при отворачивании головки микровинта. У нутромеров с индикатором  имеется рукоятка для арретирования наконечников (рис. 2.5.7, г). При арретировании рукояткой отводится  шток 6 индикатора  и стержень 5 отводятся пружиной, а наконечники 2 втягиваются в головку под действи­ем пружин 8.

В отличие от двухконтактного нутромера, которым можно измерить наибольший и наименьший диаметр отверстия (определить овал), трехконтактный нутромер определяет  как-бы средний диаметр (рис. 2.5.12)

    измерение отверстий-3Рис.  2.5.12   Измерение овального отверстия двухконтактным нутромером

     Однако, трехконтактным нутромером удобно измерять отверстия с нечетной огранкой (рис.  2.5.13)

измерение отверстий-2

Рис. 2.5.13  Измерение диаметра отверстий с нечетной огранкой

. Трехконтактный нутромер предназначен для  относи­тельных измерений и настраивается по аттестованному кольцу, диаметр которого находится в диапазоне измерения нутромера. Соответственно каждый нутромер  снабжен установочным кольцом с аттестованным  диаметром отверстия. При использовании нутромера с цифровым отсчетом можно ввести в память прибора аттестованный диаметр кольца и тогда при измерениях на дисплее будет показан абсолютный (точнее псевдоабсолютный) размер контролируемого отверстия.

Работа с нутромером осуществляется в следующей последовательности. Установочное кольцо располагают на столе. Нажимая на рукоятку или отворачивая головку микровинта сводят наконечники, вводят головку нутромера в установочное кольцо и отпускают ру­коятку.  Наконечники расходятся и ну­тромер самоцентируется   по отверстию кольца. Пользуясь кнопками на панели цифрового устройства, вводят в регистр памяти размер кольца по его аттестату. С это­го момента полученные при измерениях отверстий результаты будут прибавлять­ся к введенному значению или вычи­таться из него и на дисплее будет пока­зано абсолютная величина размера изме­ряемого отверстия.

Можно не вводить размер настроечного кольца, а обнулить цифровой дисплей. Тогда при измерении на дисплее будут показаны отклонения контролируемого диаметра от размера настроечного кольца.

В табл. 2.5.2  показаны метрологические характеристики  нутромеров.

Таблица 2.5.2

Предел измерения нутромера со сменными головками, мм Диапазон измерения одной головки,           мм Предел допускаемой погрешности,     мкм
       3,5 – 4,5          0,5            4,0
        4,5 – 6,5          1,0            4,0
          6,0 – 12,0          2,0            4,0
          11,0 – 20,0           3,0            4,0
           20,0 – 40,0           5,0             4,0
            40,0 – 100,0          10,0             5,0
         199,0 – 300,0          25,0         6,0 – 8,0

Следует учитывать, что при измерении трехконтактными нутромерами отверс­тий с отклонениями формы возникают дополнительные  составля­ющие погрешности, вследствие того, что прибор не измеряет непосредственно диаметральный размер. Если отверстие имеет отклонение формы, то возникают специфи­ческие погрешности измерения, которые необходи­мо учитывать при эксплуатации прибора. Приведенные расчеты, позволяют прибли­зительно оценить погрешность измерения некруглого отверстия.

Для удобства расчета отверстие с отклонением формы (кроме овального) рассматриваем как пра­вильный многогранник с разным числом п граней. При использовании двух- и трехконтактных при­боров отклонение формы

          Δ = 0,5 (DmaxDmin),

где Dmax и Dmin  наибольшее и наименьшее показа­ния измерительного прибора.

При измерении овального отверстия (n = 2) трехконтактным нутромером (рис. 2.5.11) нельзя точно определить размеры Dmax  и  Dmin, а также соотно­шение между полученными и действительными значениями этих размеров. Для определения указанного соотношения в данном случае приняты некоторые допущения и упрощения. Рис. 2.5.14  Схема для расчета погрешности измерения овального отверстия трехконтактным нутромером

Если принять, что центр нутромера совпадает с центром 01 отверстия (рис. 2.5.14), то измеренный диаметр

       D = R1 + R = 0,5 Dmin + R2.                           

Для простоты расчета полагаем, что изменение  Δ радиуса R2 от минимального до максимального значения пропорционально синусу угла a его поворота от точки А до точки В. В этом случае

    R2 = R1 + Δsina  и  D’ = 2R1 + Δsina.

При измерении овального отверстия нутромер автоматически центрируется по отверстию и центр нутромера смещается в точку О1 при этом расстоя­ния от нее (точки О1) до точек контакта равны, т. е.
      R1 = R2 = R3.
     Однако диаметр D’, рассчитанный .по формуле  D’ = 2R1 + Δsina,  при этом не изменяется. Таким образом, при измерении овального от­верстия трехконтактным нутромером (a = 60°) в соответствии с приведенным выражением  минимальный изме­ренный диаметр
      D’min = Dmin – 0,5Δ√3.
   Аналогич­но       максимальный       измеренный       диаметр
     D’max = Dmax – 0,5Δ.
В этом случае  a = 30°. Отсюда следует, что при измерении овального отверстия трехконтактным нутромером минимальный диа­метр имеет положительную погрешность (завыша­ется)
      δmin = 0,5Δ√3 = 0,87Δ,
   а максимальный диа­метр — отрицательную погрешность (занижается)

               δmin = 0,5Δ.

      Аналогичные погрешности возникают при измерении многогранных отверстий с n = 4; 8 и т.д.

        При измерении отверстий с  n = 3; 6 и т.д. (кратное 3) рассмотренная выше дополнительная погрешность δ    вообще не возникает. Это относится как к отвер­стиям, в которых огранка является нежелательным отклонением от цилиндричности, так и к специ­альным отверстиям, называемым полигонами.При n = 5 и 7 двух- и трехконтактные приборы не позволяют точно определить максимальный и минимальный диаметры отверстия.      Однако, как следует из рис. 2.5.15  и рас-

Рис. 2.5.15  Схема для расчета погрешности измерения пятигранного отверстия трехконтактным нутромером

 суждений,  аналогичных приведенным выше, при измерении пятигранных  отверстий трехконтактным нутромером минимальный        диаметр

D’min = R1 + R2 = 0,5D’min+ (0,5 D’min +  δ.

Погрешность

δ < Δ (24°/36°) = 2Δ/3.

Тогда измеренный диаметр

      D’ = Dmin + 2Δ/3.

Таким образом, при измерении отверстий не­правильной формы трехконтактным нутромером возможно появление дополнительной погрешности, величину и характер которой определяют по приведенным выше формулам.

          Нутромер-пробка (калибр-пробка)

   Как видно из вышеизложенного, все описанные универсальные нутромеры (двухконтактные, техконтактные)  не обеспечивают высокой точности измерения, не лучше 2-5 мкм. Однако в автомобильном производстве, при изготовлении топливной и гидроаппаратуры и подшипников качения часто требуется более высокая точность причем при измерении в цеховых условиях.

Поэтому с развитием автоматического серийного производства и появлением новых методов измерений начали выпускать приборы с нутромерами-пробками. Первыми такими приборами были пневматические приборы (раздел 3.4) с пробками, снабженными измерительными соплами. Это произошло потому, что первыми измерительными системами и преобразователями, которые в массовом порядке применялись в машиностроении и в автоматизированном производстве были пневматические измерительные системы высокого и низкого давления.

Среди этих систем большое месть занимали пневматические приборы с калибрами-пробками для измерения отверстий (рис. 2.5.16.

пневмопробкаРис. 2.5.16  Пневматический калибр-пробка

Пневматические калибры-пробки были досконально изучены, рассчитаны и широко применялись в производстве. Был разработан  ГОСТ 14864-78 «Пробки пневматические для отверстий ….».

Этот ГОСТ распространяется на пневматические ка­либры-пробки для манометрических  пневматиче­ских систем, контролирующих отверстия диаметром  до 100 мм.     ГОСТом  регламентируются исполнительные размеры пробок по всем элементам: диаметральные размеры по соплам и направляю­щим, форма и размеры канавок для выхода воздуха, габариты, диаметры и форма измерительных сопел для сильфонных приборов высокого давления. Пробки для контроля отверстий диаметром  до 27 мм имеют измерительные сопла, выполненные за одно целое с корпусом пробки. Пробки большего размера имеют вставные опла.

Позднее появились индуктивные приборы с индуктивными каибр-пробками (раздел 3.3), которые почти полностью вытеснили пневматические приборы, благодаря своим несомненным преимуществам.

Потом разработали более конструктивный  вариант прибора для контроля отверстий малого диаметра.  Этот прибор состоит из пневматического калибра-пробки,  пневмоиндуктивного или пневмоэлектронного преобразователя, микропроцессорного блока и блока полготовки воздуха   (раздел 3.4).

И, наконец, сравнительно недавно начали выпускать механические нутромеры-пробки.

Принципиальная особенность нутромеров-пробок любой конструкции и принципа действия состоит в том, что пробка снабжена направляющим стаканом, диаметр которого очень близок к размеру контролируемого отверстия. Таким образом, нутромер-пробка не универсальный прибор, а прибор , предназначенный для контроля диамтра отверстия только одного размера. Причем направляющий стакан изготовлен из закаленной стали, хромирован и имеет точные размер и форму. Диаметр стакана занжен всего на 0,01- 0,02 мм относительно наименьшего диаметра контролируемого отверстия.

Точность измерения калибров-пробок достигается за счет того, что благодаря малому зазору между стаканом и контролируемым отверстием почти полностью исключаются погрешности от перекосов и смещений наконечников (рис. 2.5.3) нутромера.  Т.е. наконечники прибора всегда находятся точно на контролируемом диаметре.

Диапазон измерения прибора с калибром-пробкой небольшой 70-100 мкм, потому что именно в этом диапазоне сохраняется высокая точность измерения.

Механический нутромер-пробка

Механический нутромер-пробка     имеет очень простую конструкцию и состоит из собственно сменной пробки, удлинителя для контроля глубоких отверстий и рычажно-зубчатого индикатора.  индикатора часового типа или электронного индикатора с цифровым отсчетом (Рис. 2.5.17).

мех. пробка Рис. 2.5.17    Механический нутромер-пробка

Калибр-пробкаа (рис. 2.5.17 и 2.5.18)    имеет два (или один) подвижных  твердосплавных измерительных наконечника, расположенных диаметрально и механизм передачи перемещения от  наконечников штоку   индикатора. Обычно это шток с твердосплавным конусом на одном конце и плоской пяткой на другом.Пробка снабжена сменным направляющим стаканом. Стакан выполняется одного размера в соответствии с размером контролируемого отверстия. Наконечники регулируются в пределах нескольких мм для увеличения предела измерения. Это позволяет использовать нутромер для контроля разных  диаметров, меняя только стакан. мехпробка

 Рис. 2.5.18    Сменная пробка механического нутромера

Удлинители приворачивают к пробке и в них устанавливается индикатор. Удлинители разной длины применяют, если нужно увеличить глубину измерений.

Механические нутромеры-пробки изготавливаются с:

   – пределами измерений       4-8, 8-16, 16-32, 32-70, 70-200 мм;

  – диапазоном измерения до                                0.2 мм;

   – вариация показаний менее                              0,4 мкм;

  – повторяемость менее                                        1,0 мкм.

    В нутромера-пробках применяют рычажно-зубчатые индикаторы или индикаторы часового типа (раздел 2.6) с ценой деления 1,0 мкм.

Возможно применение электронных индикаторов с цифровым отсчетом.

   Настройка нутромера производится по аттестованному кольцу, диаметр которого близок номинальному контролируемому диаметру отверстия.

     Следует иметь в в иду, что механические нутромеры-проби уступают по точности индуктивным пробкам со встроенным индуктивным преобразователем, потому что в них имеются механические передачи с трением, которых нет в индуктивных пробках (раздел  3.3).

 

1   Княжицкий А.И., Хитрин Э.Л., Этингоф М.И.  Широкодиапазонный нутромер с цифровым отсчетом. Измерительная техника №… ,1992

Этингоф М.И.  Погрешность измерения диаметров отверстий трехконтактным нутромером с автоматическим центрированием. Измерительная техника №3 ,1993