Штангенциркуль
VERNIER CALIPER

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к штангенциркулям, предназначенным для измерения наружных и внутренних размеров деталей типа «вал» или «отверстие», а также наружных и внутренних размеров деталей другой формы.
Известны штангенциркули [1, фиг. 1, 2 и 4], состоящие из штанги со шкалой, рамки, перемещающейся вдоль штанги и губок с плоскими измерительными поверхностями для измерения наружных размеров. Благодаря простоте и удобству пользования штангенциркули данных типов получили широкое распространение, как в мелкосерийном, так и массовом производстве. Штангенциркули данных типов также в огромном количестве используются в бытовых условиях. В то же время, штангенциркулям данных типов присуще серьезный конструктивный недостаток, который заключается в следующем. В процессе измерения рамка вдоль штанги перемещается с помощью (как правило) большого пальца правой руки оператора. При этом, от измерения к измерению измерительное усилие получается разным, даже при выполнении измерений одним оператором. Естественно, у разных операторов при измерении одного и того же размера одной и той же детали, измерительные усилия могут различаться значительно. То есть, результаты измерений от измерения к измерению получаются с большой погрешностью в зависимости от субъективных факторов оператора, выполняющего измерение. На важность этого положения указывается и в источнике [2, стр. 13, первый абзац снизу]. Таким образом, в процессе измерения с целью уменьшения погрешности измерения необходимо стабилизировать измерительное усилие в определенных пределах, например, как это осуществлено в гладких микрометрах [3, пункт 2.1.1.2] с помощью трещотки (фрикциона) в пределах 5-10 Н, а колебание измерительного усилия для микрометров всех типов не должно превышать 2 Н.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является двусторонний штангенциркуль типа II [1, черт. 3]. Данный штангенциркуль дополнительно снабжен устройством тонкой установки рамки. Механизм тонкой установки рамки [4, стр. 86, рис. 57] состоит из хомута соединенного с рамкой с помощью микрометрического винта и гайки. При помощи этого устройства осуществляется малая подача рамки. Такая конструкция также не решает проблему уменьшения погрешности измерения путем стабилизации измерительного усилия, так как рамка перемещается вдоль штанги путем ручного вращения микровинта. У серийно выпускаемых штангенциркулей микровинт имеет малые размеры (диаметром всего 10 мм), что очень затруднительно перемещение рамки вдоль штанги опять не позволяет стабилизировать измерительное усилие, снижает производительность процесса измерения.
Таким образом, известные серийно выпускаемые штангенциркули обладают существенным недостатком, который заключается в нестабильности измерительного усилия от измерения к измерению, что является источником увеличения случайной погрешности и задача заключается в уменьшении погрешности результатов измерения за счет стабилизации измерительного усилия путем дополнительного усовершенствования конструкции штангенциркуля.
Целью изобретения является повышение точности результатов измерений штангенциркулем как наружных, так и внутренних размеров путем стабилизации измерительного усилия с помощью гибкого элемента, расположенного на обратной стороне штангенциркуля или же гибкого элемента, расположенного между губками для измерения наружных и внутренних размеров, а также повышение производительности процесса измерения.
На фиг. 1 (вид главный спереди) показан серийно выпускаемый штангенциркуль, где приняты следующие обозначения: 1 - штанга с основной шкалой; 2 - рамка с нониусной шкалой; 3 - зажимающий элемент; 4 - винт фиксации рамки; 5 - рамка; 6 - винтовой механизм для тонкой установки рамки с нониусной шкалой; 7 - губки с плоскими и цилиндрическими поверхностями для измерения наружных и внутренних размеров соответственно; 8 - губки с кромочными измерительными поверхностями для измерения наружных размеров; О-О - линия симметрии штанги.
На фиг. 2 (вид общий спереди) показан предлагаемый штангенциркуль, с установленным упругим элементом, расположенным между губками для измерения наружных и внутренних размеров и используемый при измерении внутренних и наружных размеров, где приняты следующие обозначения: 9 - упругий элемент, создающий усилие, разводящее или сближающее губки 7 (8), остальные обозначения те же самые, что и на фиг. 1.
На фиг. 3 (вид сзади) показан предлагаемый штангенциркуль, где приняты следующие обозначения: 10 - упругий элемент, создающий усилие, разводящее губки 7 (8) в разные стороны при измерении внутренних размеров и сближающее, при измерении наружных размеров; 11 - стержни крепления упругого элемента на штанге и рамке с нониусной шкалой; остальные обозначения те же самые, что и на фиг. 1 и 2.
На фиг. 4 (вид сверху) показан предлагаемый штангенциркуль, обозначения те же, что на фиг. 1, 2 и 3.
Для упрощения шкала штанги и шкала нониуса рамки штангенциркуля не показаны.
Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе измерения измерительное усилие должно обеспечиваться в определенных пределах, например, для гладких микрометров [5, пункт 2.1.1.2.] это усилие должно быть строго не менее 5 и не более 10 Н. Отсюда видно, что на точность результатов измерения оказывает большое влияние стабильность измерительного усилия. У гладких микрометров типа МК для стабилизации измерительного усилия конструктивно предусмотрена трещотка (фрикцион), которая в любом диапазоне измеряемых размеров должна обеспечивать измерительное усилие в пределах 5-10 Н. У штангенциркуля типа ШЦ, например ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166-89 и других типов, устройство, стабилизирующее измерительное усилие конструктивно не предусмотрено. По этой причине при измерении размеров как наружных, так и внутренних, штангенциркулями измерительное усилие в процессе измерения не контролируется и не стабилизируется, что является причиной большого разброса результатов измерения, даже при выполнении измерения одного и того же размера и одним и тем же оператором. То есть, при измерении размеров с помощью штангенциркуля одним из источников составляющих случайных погрешностей, притом, превалирующей, являются субъективные особенности оператора, выполняющего измерения. Тогда как у микрометра типа МК наличие трещотки исключает влияние субъективных особенностей оператора на измерительное усилие, сколько бы оператор не крутил за трещотку в процессе измерения, трещотка все равно обеспечивает измерительное усилие в пределах 5-10 Н. Поэтому, задача заключается в том, чтобы штангенциркуль типа ШЦ конструктивно дополнить устройством, позволяющим стабилизировать измерительное усилие при выполнении измерений как наружных, так и внутренних размеров. Поставленная задача решается следующим образом.
Серийно выпускаемый штангенциркуль типа ШЦ (фиг. 1) состоит из элементов, перечисленных на фиг. 1, и при такой конструкции штангенциркуль не может обеспечивать стабильное измерительное усилие и результаты измерения получаются с большой погрешностью.
Для стабилизации измерительного усилия в конструкцию предлагаемого штангенциркуля добавлен (установлен) упругий элемент 9, например, пружина (фиг. 2). Упругий элемент установлен между губками 7 по оси А-А, которая параллельна оси симметрии О-О штанги. При измерении наружных размеров, например, диаметров валов, устанавливают упругий элемент, который создает усилие, направленное на сближение губок 7 (8). При измерении внутренних размеров, например, диаметров отверстий, устанавливают упругий элемент, создающий усилие, направленное на разъединение губок 7 (8).
Кроме упругого элемента 9 с задней стороны штангенциркуля соосно с осью симметрии О-О штанги 1 установлен второй упругий элемент 10 (фиг. 3). Аналогично упругому элементу 9 при измерении наружных размеров, например, диаметров валов, устанавливают упругий элемент 10, который создает усилие, направленное на сближение губок 7 (8). При измерении внутренних размеров, например, диаметров отверстий, устанавливают упругий элемент 10, создающий усилие, направленное на разъединение губок 7 (8). Упругий элемент 10 создает постоянное силовое замыкание между штангой 1 и рамкой 2 с нониусной шкалой. Упругий элемент 10 установлен на стержнях 11.
Упругие элементы 9 и 10 можно использовать по отдельности и совместно. При использовании совместно они создают измерительные усилия, направленные в одну сторону, то есть, на разъединение губок 7 (8), или на сближение. То есть, при этом их измерительные усилия складываются. Такая конструкция исключает перекос рамки 2 в процессе измерения размеров и стабилизирует измерительное усилие.
Приведенная фигура 4 дает наглядное представление о конструкции предложенного штангенциркуля и относительного расположения упругих элементов 9 и 10.
При предложенной конструкции штангенциркуля с применением упругих элементов сложно обеспечивать постоянное измерительное усилие для широкого диапазона измеряемых размеров с помощью упругого элемента одной длины и характеристики, например, штангенциркуль ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166-89 позволяет измерять размеры в пределах 0-250 мм. Поэтому, штангенциркуль комплектуют с набором упругих элементов соответствующих длин и характеристик, позволяющих обеспечивать постоянное измерительное усилие в установленных пределах для широкого диапазона измеряемых размеров.
Измерение как наружных, так и внутренних размеров осуществляют по известной методике в следующей последовательности. Сначала подбирают и устанавливают на штангенциркуль из имеющегося набора соответствующие упругие элементы 9 и 10 с учетом измеряемого размера и с учетом того, какой размер измеряется, наружный или внутренний. Затем с помощью большого пальца руки оператора раздвигают губки и располагают измеряемый размер между губками 7 или 8 (фиг. 2) при измерении наружных размеров. Затем плавно вводят в контакт рабочие поверхности губок и убирают большой палец, при этом упругие элементы 9 и 10 (фиг. 3) плотно контактируют рабочие поверхности губок с поверхностью детали, например, вала с определенным измерительным усилием. Затем отсчитают показание штангенциркуля.
При измерении внутренних размеров, например диаметров отверстий, подбирают упругие элементы 9 и 10, которые создают разводящие усилия, кубок 7 и 8 (фиг. 2). Затем располагают цилиндрические измерительные поверхности для измерения внутренних размеров губок 7 (фиг. 2) и с помощью большого пальца руки оператора плавно вводят в контакт цилиндрические измерительные поверхности для измерения внутренних размеров с поверхностью измеряемого отверстия и убирают большой палец. При этом упругие элементы 9 и 10 (фиг. 3) плотно контактируют рабочие поверхности губок 7 к поверхности измеряемого отверстия, создавая необходимое измерительное усилие. Затем отсчитают показание штангенциркуля.
Технический эффект заключается в повышении точности измерения как наружных, например, диаметров валов, так и внутренних размеров, например, диаметров отверстий, за счет стабилизации измерительного усилия, а также в повышении производительности процесса измерения.
Источники информации
1. ГОСТ 166-89 Штангенциркули. Технические условия.
2. Основы метрологии и теории точности измерительных устройств. Коротков В.П., Тайц Б.А., М.: Издательство стандартов, 1978, 352 с.
3. ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия.
4. Иванов А.А., Технические измерения (с лабораторным практикумом). М., Изд-во «Колос», 1964. 488 с. (учебники и учеб. пособия для высших с.-х. учеб. заведений).
5. ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия.