МИКРОМЕТР БАНДАЕВСКОГО

1. Область техники
Предлагаемая полезная модель относится к средствам измерения механических величин, в частности, микрометрическим инструментам, широко используемым для контроля качества продукции в современном машиностроении.
2. Уровень техники
В результате поиска в информационных ресурсах РФ ФИПС, а так же анализа научно-технической и учебной литературы по направлению «Микрометрические инструменты» за последние пять лет новых устройств, отличающихся новизной и полезностью, не обнаружено.
Современные микрометрические инструменты, помимо классов точности, по назначению подразделяются на универсальные и специализированные. По способу отсчета показаний микрометры могут быть штриховыми механическими, нониусными и электронными с цифровым отсчетом (Межгосударственный стандарт. Микрометры. Технические условия. ГОСТ 6507-90 [1]).
Наиболее широко в практике машиностроения используются достаточно точные механические микрометры гладкие типа МК ценной деления 0,01 мм с различными диапазонами измерений (Бандаевский Г.И. Основы стандартизации и управление качеством продукции, Томск, ТГПУ 2009,104 с. [2]). В целом, их высокое метрологическое качество обеспечивается малыми погрешностями размеров, форм и взаимного расположения поверхностей деталей. Предельно допустимая погрешность микрометра гладкого МК-25 кл. 1, как устройства, равна 0,002 мм, а цена деления его круговой шкалы 0,01 мм [1]). Несмотря на наличие фактически трех штриховых шкал погрешность отсчета результата измерений превышает гарантируемую изготовителем основную предельно допустимую погрешность в пять раз. Отсюда следует, что точность измерений данным микрометром технически целесообразно увеличивать за счет повышения точности отсчета.
Штриховой нониусный микрометр серийно изготавливался и был аттестован по ГОСТ 6507-90, но он не нашел широкого применения в машиностроении из-за неудобства отсчета результатов измерений по нониусу с круглой поверхностью и в каталоге «Интертехника» в настоящее время отсутствует (http://intertechnics.ru/product/54-mikrometr-glaclkij.html [3]).
Техническая проблема повышения точности отсчета успешно решена в электронных микрометрах с цифровым отсчетом [1]). Конструктивно электронный микрометр мало отличается от механического микрометра. Вместо штриховых шкал он снабжен, преобразователем, как правило, емкостным, электронным микропроцессорным блоком и цифровым дисплеем с дискретностью показаний 0,01 или 0,001 мм. Эти дополнительные устройства увеличивают суммарную погрешность электронного микрометра незначительно, а за счет малой дискретности показаний по второму варианту дисплея в сравнении с межштриховым диапазоном шкалы барабана механического микрометра точность измерений кратно повышена. Основными факторами, сдерживающими широкое внедрение этих микрометров, являются усложнение конструкции, снижение надежности и кратное увеличение стоимости в сравнении с механическими микрометрами.
На ряду с использованием электронных устройств проблема повышения точности отсчета результата измерений гладким микрометром может быть решена изменением конструкций механических отсчетных устройств, которые более просты и надежны.
По количеству общих признаков, достигаемому результату и возможностям модернизации конструкции микрометр гладкий МК-25 с ценой деления шкалы барабана 0,01 мм является наиболее близким техническим решением и выбран в качестве прототипа.
3. Сущность полезной модели
Технической задачей является разработка конструкции гладкого микрометра повышенной точности с ценой деления шкалы барабана 0,005 мм, что обеспечит уменьшение основной предельно допустимой погрешности средства измерений в два раза.
Для решения этой задачи в прототипе изменены конструктивные формы барабана и скобы. В нем указатель шкалы барабана нанесен на образующей поверхности стебля, которая примыкает к внутренней полости барабана, что ограничивает диаметр и соответственно длину окружности шкалы, что при заданном минимальном значениями межштрихового интервала не позволяет нанести на ней большее количество штрихов. В предлагаемой полезной модели указатель шкалы барабана сопрягается с его наружной цилиндрической поверхностью, диаметр которой без увеличения погрешностей элементов конструкции и сохранения удобства пользования может быть увеличен как минимум в два раза.
В предлагаемой полезной модели барабан выполнен в виде трубки с осесимметричным торцевым кольцом, диаметр которого как минимум в два раза превышает наружный диаметр барабана. Это позволило нанести на внешней образующей поверхности кольца круговую штриховую шкалу с расстоянием между штрихами не менее 1 мм, диапазоном измерений 0…0,5 мм и ценой деления 0,005 мм.
Для отсчета показаний по круговой шкале кольца используется скоба микрометра измененной формы. На ней в сторону барабана выполнен плоскопараллельный выступ с продольной вогнутой канавкой, имеющей радиус кривизны равный радиусу кольца барабана. Кромка канавки служит штрихом-указателем круговой шкалы кольца барабана. Небольшой зазор между наружной поверхностью кольца барабана и продольной вогнутой канавкой нормируется по всей длине шкалы стебля микрометра.
По аналогии с требованиями стандарта ГОСТ 6507-90 для минимизации суммарной инструментальной погрешности отклонение от параллельности оси симметрии стебля и верхней плоскости выступа по всей длине шкалы стебля не должно превышать 0,5 мкм, а зазор между образующей поверхностью кольца барабана и вогнутой продольной канавкой выступа скобы не более 0,45 мм, [1].
В зависимости от конструктивного исполнения отсчет показаний по шкале кольца барабана производится одним из следующих способов:
- по круговой шкале кольца барабана при повороте микрометра по часовой стрелке на угол 90° относительно оси стебля;
- по отражению круговой шкалы кольца барабана в зеркале, закрепленном параллельно кромке продольной вогнутой канавки под углом к плоскости выступа скобы микрометра;
- по радиальной шкале, нанесенной на боковой поверхности кольца барабана.
Для обеспечения отсчета по второму способу на выступе скобы микрометра с возможностью поворота установлено зеркало с выпуклой продольной отражающей поверхностью, что позволяет производить отсчет результатов измерений по шкале кольца барабана без изменения положения микрометра при увеличенном масштабе изображения за счет выпуклости отражающей поверхности зеркала.
Для обеспечения отсчета по третьему способу на боковой поверхности кольца барабана со стороны трещотки наносится радиальная шкала.
Таким образом, предлагаемое устройство микрометра гладкого позволяет измерять наружные размеры деталей с повышенной точностью простыми и надежными средствами с малыми затратами.
Совокупность признаков предлагаемой полезной модели необходима и достаточна для решения поставленной задачи и ранее нигде не использовалась для решения других эквивалентных задач. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критериям существенной новизны и полезности.
Схема и основные элементы конструкции микрометра гладкого иллюстрируются чертежами на фиг. 1, 2.
Фиг. 1 - микрометр гладкий;
Фиг. 2 - микрометр гладкий с радиальной шкалой барабана.
4. Примеры конкретного выполнения
Пример 1 конкретного выполнения
В соответствии с чертежом фиг. 1 в конструкцию типового микрометра гладкого внесены изменения. Барабан 1 выполнен в виде трубки с осесимметричным торцевым кольцом 2,
диаметр которого в два раза превышает наружный диаметр барабана. На внешней образующей поверхности кольца нанесена круговая штриховая шкала с диапазоном измерений 0…0,5 мм и ценой деления 0,005 мм. На скобе 4 микрометра в сторону барабана выполнен плоскопараллельный выступ 5 с продольной вогнутой канавкой, имеющей радиус кривизны равный радиусу кольца барабана. Небольшой зазор между наружной поверхностью кольца барабана и продольной вогнутой канавкой нормируется по всей длине шкалы стебля 3 микрометра.
Отсчет результата измерений в предлагаемом устройстве осуществляется по круговой шкале кольца образующей барабана при повороте микрометра по часовой стрелке относительно продольной оси на угол 90°. Указателем шкалы служит передняя кромка продольной вогнутой канавки выступа 5 скобы микрометра.
Пример 2 конкретного выполнения
Устройство по примеру 1 отличающееся тем, что на передней боковой поверхности выступа 5 параллельно продольной канавке установлено узкое зеркало 7 прямоугольной формы с возможностью поворота относительно продольной оси (фиг. 2). Зеркало имеет выпуклую отражающую поверхность. Отсчет результатов измерений осуществляется по отражению в зеркале увеличенного участка соприкосновения шкалы барабана и указателя.
Пример 3 конкретного выполнения
Устройство по примеру 1 отличающееся тем, что на боковую поверхность кольца барабана со стороны трещотки 6 нанесена радиальная шкала с тем же диапазоном измерений (фиг. 2).
5. Промышленная применимость
Предлагаемое устройство микрометра гладкого позволяет простыми средствами с малыми затратами и с повышенной точностью измерять наружные размеры деталей, что определяет возможность его широкого использования в машиностроении. Для серийного выпуска предлагаемого микрометра на основе производственной базы микрометров гладких типа МК особого метрологического обеспечения не требуется.
Источники информации
4. Межгосударственный стандарт. Микрометры. Технические условия. Micrometers. Specifications ГОСТ 6507-90
2. Бандаевский Г.И. Основы стандартизации и управление качеством продукции. Томск, ТГПУ 2009, 104 с.
3. http://intertechnics.ru/product/54-mikrometr-gladkij.html