Как пользоваться угломером самого простого вида, мы знаем еще со школы, но видов, областей назначения и конструкций этого инструмента намного больше, иногда принцип его действия даже не совсем понятен, хотя задача все та же – замерить угол наклона в плоскости или пространстве. Постараемся устранить пробелы в ходе прочтения данной статьи.

Угломер – устройство и назначение

Данный инструмент, как не сложно догадаться, существует для измерения углов, причем это могут быть не только плоскостные изображения, как в школьных тетрадках или производственных чертежах, но и наклон деталей по отношению друг к другу в каких-либо конструкциях. Имеется возможность измерять показатели даже в удаленных предметах, для чего успешно применяется оптический вариант прибора.

Мы привыкли, что для надежности лучше осязать то, что измеряем, то есть предназначенный для операции прибор прикладывается к исследуемой поверхности, но контактный способ хоть и превалирует, но является не единственным. Оптический метод позволяет вычислять углы, находясь относительно далеко от исследуемых объектов . Результат измерений всегда представлен в хорошо знакомых нам градусах, которые приходится считать самостоятельно или наблюдать на дисплеях, которыми обладает, например, угломер цифровой. Отличаются инструменты и шкалой, с которой следует снимать показания.

Она может быть линейчатой, а также включать в себя еще дополнительную круговую составляющую, ориентирование по которой облегчается с помощью стрелки. Шкала бывает представлена нониусом, этот отдельный вид приборов мы рассмотрим подробнее чуть ниже, а самой передовой можно считать электронную.

Устройство самого простого измерителя углов довольно примитивное: две линейки со шкалами, которые выставляются по углу и дают искомое значение. Другие же более замысловатые. Перед работой замерщик фиксирует некоторые углы прибора с известным значением, своего рода настройка инструмента. А вот, например, столярный угломер уже продается с намертво зафиксированным и измеренным углом, что удобно для быстрой оценки наклона поверхности, с которой работает мастер.

Виды инструмента для измерения углов

Самый актуальный для нас с вами – угломер строительный. Без него и его верных спутников (отвес и ) не обошлась бы ни одна площадка. Все оборудование устанавливается с четкой оценкой местности в трех измерениях, все монтажные работы, любая разметка – все это требует правильного ориентирования в пространстве, а человеческий глаз далеко не совершенен, поэтому даже горизонтальность плоскости взвесить тяжело, а что уже говорить об углах.

Угломер слесарный и столярный все время сопровождают специалистов, потому что их изделия служат потом в различных областях деятельности человека, и малейшие отклонения в осях или углах иногда могут стоить жизни. Для составления достоверных топографических схем также нельзя пользоваться нашим природным оптическим прибором, собственно, как невозможно им оценить и тонкие медицинские показатели. Поэтому топографу и ортопеду без такого инструмента работать нельзя.

Романтическая профессия астронома также не обходится без такого прибора. Школьники осваивают первые азы геометрии с таким приспособлением в руках, чаще это обычные угольники с уже фиксированными углами известной величины. Инженер, горняк, мореход – профессии, которые используют почти всю линейку возможных приборов для измерения углов. В каждой области нужны такие данные с различной степенью точности и достоверности. Все чаще применение находит высокотехнологичный лазерный угломер, особенно актуально это в военной промышленности (прицелы).

Если сферы применения почти безграничны, то классификация инструмента по устройству несколько скромнее: оптика, механика, лазер и электроника. Уже внутри этой классификации можно найти множество других параметров, которые влияют на выбор заказчика, например, допустимые погрешности. Также влияют на цену товара мобильность, функциональность, размеры самого прибора, его комплектация.

Механический измеритель углов – что это?

Привычным и доступным пока что считается механический прибор. Такой угломер универсальный, потому что позволяет приладить его практически к любой поверхности и снять показания внешнего и внутреннего угла. Бывает оптического типа и нониусного. Второй более распространен и удобен для контактного измерения. Нониус – это вспомогательная уточняющая шкала, которая комбинируется с основной и повышает точность значения на порядки. Ее роль может быть вам знакома из обращения со штангенциркулем, и другими механическими измерительными приборами.

При покупке прибора важно поинтересоваться, по какому нормативному документу (стандарту) изготавливался товар, потому что критическим параметром будет точность, а если нет никакого регламентирующего документа для ее проверки и настройки, то ваши измерения могут быть далеки от истины. Поэтому лучше всего избегать китайских производителей, которые редко настолько серьезно подходят к калибровке, но зато дешевле любых российских или европейских аналогов.

Механические виды приборов обладают самым замысловатым строением. Нониусный тип включает в себя следующие узлы: корпус, к которому прикреплен диск с помощью гайки, основание с основной шкалой и нониусом, а также имеется линейка и хвостовик, передвигающийся по ней в процессе фиксирования значения углов. Оптический вид состоит из корпуса, в котором находится диск со шкалой, к нему прикреплена неподвижная линейка, а на диске установлена лупа, подвижная линейка и ее рычаг. Под диском есть пластинка с указателем, который видим через окуляр. Вся эта система приводится в движение, потом фиксируется в выбранном месте, а через лупу снимается показание.

Как пользоваться угломером – примерный принцип действий

Чем более автоматизированный прибор, тем меньше нам нужно совершать работы. Например, угломер электронный требует лишь зафиксировать линейки в нужном положении и выдает результат на дисплей. Оптика уже потребует установки инструмента на ровную поверхность, чтобы избежать колебаний относительно горизонта. А механика потребует еще и минимального понимания самого устройства, чтобы найти способ правильно снять показания. Поэтому разберем самые капризные случаи, которые нас могут ожидать.

Нониусный прибор

На искомый угол на плоскости прикладывается прибор, его линейка и корпус должны совпасть со сторонами угла. Теперь считаем градусы по основной шкале, пока не достигнем уровня нуля на нониусе, так находят градусы. Теперь двигаемся по шкале нониуса, пока не найдем деление, которое совпадает с делением основной шкалы, как бы продлевая его в одну прямую. Так определяются минуты. В зависимости от точности прибора значения шкал могут отличаться, изучайте паспорт своего инструмента.

Оптический прибор

Подвижную линейку следует перемещать так, чтобы она и ее неподвижная партнерша образовали искомый угол. Затем фиксируется зажимное кольцо. Теперь следует вспомнить, что диск и лупа данного механизма зависимы в своем положении от подвижной линейки, значит, они и составляют своеобразный индикатор искомого значения. Через лупу можно наблюдать разметку на диске, которую соотносят с отметкой на пластине, и вычисляют показания прибора.

Для контроля углов применяют различные средства: угольники, угловые меры, конические калибры, угломеры, механические и оптические делительные головки, гониометры, синусные линейки и др. Угольники, калибры и угловые меры являются жесткими контрольными инструментами, они имеют определенные значения углов. Угольники подразделяются на цельные (рис. 28, а) и составные (рис. 28, б). Угловые меры – плитки (рис. 28, в) выпускаются наборами с таким расчетом, чтобы из трех – пяти мер можно было составлять блоки в пределах от 10 до 90 0 ; их изготовляют в виде плиток толщиной 5 мм с точностью угла (1-й класс) и (2-й класс). Они имеют или один рабочий угол или четыре рабочих угла: .

Угловые меры в основном применяют для поверки и градуировки различных средств измерения углов , но они могут применяться и непосредственно для измерения углов у деталей машин.

Для измерения углов у деталей чаще всего пользуются универсальными угломерами: нониусными с величиной отсчета , оптическими с величиной отсчета , индикаторными с величиной отсчета .

Рис. 28. Виды жестких измерительтельных средств:

а – цельный угольник, б – составной, в – угловая мера.

Угломер с нониусом (рис. 29) состоит из трех основных частей: жестко скрепленных линейки 1 и лимба 2 , который имеет полукруглую форму; жестко скрепленных линейки 5 с сектором 3 и дополнительного угольника 6 , которым пользуются при измерении острых

углов (менее 90 0). Линейка 5 вращается на оси 4 , связанной с лимбом. На дуге лимба 2 нанесена шкала с ценой деления 1 0 , а на дуге сектора 3 – нониус, который дает возможность отсчитывать дробные части шкалы.

Рис. 29. Нониусный угломер.

Для измерения острых углов (менее 90 0) к линейке 5 присоединяют дополнительный угольник 6 .

Нулевой штрих нониуса показывает число градусов, а штрих нониуса, совпадающий со штрихом шкалы лимба 2 , - число минут.

При измерении тупых углов (более 90 0) дополнительный угольник 6 не нужен, но в этом случае к показаниям, снятым по шкале, необходимо еще прибавлять 90 0 .

Находят применение также оптические угломеры, имеющие две линейки и корпус, в котором размещен стеклянный диск со шкалой, разделенной на градусы и минуты.

Рис. 30. Схема измерения угла конуса на синусной линейке.

Отчет производится после того, как положение угломера зафиксировано зажимным рычагом.

Косвенные методы контроля конусов . Наиболее точными и широко применяемыми являются косвенные методы измерений, при которых измерят не непосредственно углы конусов, а линейные размеры, геометрически связанные с углами.

После определения значения этих линейных размеров расчетом находят и значения углов.

Измерение с помощью линейки . Синусные линейки, выпускаемые инструментальной промышленностью, делятся на три типа: тип I – без опорной плиты, тип II – с опорной плитой, тип III – с двумя опорными плитами и двойным наклоном.

Предметный столик 1 (рис. 30 ) синусной линейки имеет два ролика 2 и 3 с определенным расстоянием между ними L . Если под одним из роликов подложить блок 4 из плоскопараллельных концевых мер размером h , то предметный столик наклонится на угол и его можно определить по формуле:

.

При измерении угла конуса проверяемое изделие устанавливают на предметный столик, ориентируя его так, чтобы измеряемый угол находился в плоскости, перпендикулярной роликам синусной линейки (для этого используют боковые поверхности предметного столика). Установив изделие 5 на предметный столик 1, под ролик подкалывают блок из плоскопараллельных концевых мер 4. Размер блока определяют по формуле

,

где - номинальное значение измеряемого угла.

При разности показаний измерительной головки 6 в двух положениях на измеряемой длине можно определить отклонения измеряемого угла () от номинального значения по формуле

.

Действительную величину угла можно определить, подобрав такой блок плиток, при котором показания измерительной головки не будет отличаться на всей измеряемой длине.

Измерение наружных конусов с помощью роликов . Этот косвенный метод измерения (рис. 31 ) угла конуса изделия 1 осуществляется при использовании плиты 2, двух роликов 3 одинакового размера (можно использовать ролики от роликовых подшипников), концевых мер 4 и микрометра с ценой деления 0,01 мм или рычажного с ценой деления 0,002 мм .

Рис. 31. Схемы измерения угла конуса с помощью калиброванных

роликов (а, б),колец (в), шариков (г).

Сначала измеряют размер по диаметрам роликов 3 (рис. 31,а ), затем под ролики подкладывают блоки из концевых мер 4 одинакового размера и определяют размер (рис. 31,б ). Зная размеры , , находят конусность по формуле

или ,

По такому же принципу измеряют конусность у вала с помощью двух калиброванных колец (рис. 31,в ) с заранее известными диаметрами D и d и толщиной . После надевания колец на конус вала измеряют размер H и определяют тангенс угла по формуле

.

Измерение внутренних конусов . Угол внутреннего конуса определяют с помощью двух шариков, диаметры которых заранее известны, и глубиномера (рис. 31,г ).

Втулку 1 ставят на плиту 2, закладывают внутрь шарик малого диаметра d и измеряют при помощи глубиномера (микрометрического или индикаторного) размер , затем закладывают шарик большего диаметра D и измеряют размер . При таком методе измерения конусность втулки определяют по формуле:

.

Контроль конусов калибрами

Контроль калибрами (рис. 32) основан на проверке отклонений базорасстояния по методу осевого перемещения калибра относительно проверяемой детали или на проверке по краске.

Рис. 32. Конусные калибры:

а – втулка, б – пробка, в – скоба.

Калибрами для проверки наружных конусов служат втулки (рис. 32, а ) или скоба (рис. 32, в ), а для внутренних конусов – пробки (рис. 32, б ), со стороны большого диаметра которых наносятся риски на расстоянии от торца калибра, равном допуску базорасстояния .

Торец проверяемых конических вала и втулки при сопряжении с калибром не должен выходить за пределы рисок или уступа на калибре. Если это условие нарушено, то угол конуса выходит из установленных пределов (допуска).

Конусные калибры – втулки проверяют по контрольным калибрам – пробкам. Контрольные калибры изготовляют с повышенной точностью конусности и проверяют универсальными средствами.

Вопросы для повторения:

1. Сколько степеней точности установлено для допусков на угловые размеры и почему допуск на угол уменьшается с увеличением длины меньшей стороны угла?

2. Назовите примеры применения конических соединений и их преимущества в сравнении с цилиндрическими соединениями.

3. Начертите конус и покажите основные параметры его.

4. Что называется базорасстоянием и в какой зависимости находится изменение его величины от допусков на диаметры конуса и конусности?

5. Как устроен угломер с нониусом и какие углы им можно измерять?

6. Расскажите о косвенных методах измерения угла наружного и внутреннего конусов.

7. Как осуществляется контроль наружных и внутренних конусов коническими калибрами?

Литература:

Лекция 7 . ДОПУСКИ, ПОСАДКИ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Основные элементы метрической крепежной резьбы

и допуски на них

В машиностроении применяют различные резьбовые соединения: цилиндрические, конические, трапецеидальные и др. Эти резьбы имеют ряд общих признаков, а так как наиболее распространенными являются цилиндрические крепежные резьбовые соединения с треугольным профилем, то применительно к ним и будут рассмотрены допуски, методы и средства контроля.

Профиль метрической цилиндрической резьбы (рис. 33, а) представляет собой равносторонний треугольник с углом при вершине , равным 60 0 . Основными параметрами резьбы, общими для наружной резьбы (болта) и внутренней резьбы (гайки), являются: наружный диаметр и , внутренний диаметр и , средний диаметр и , шаг резьбы , угол профиля , угол между стороной витка и перпендикуляром к оси резьбы , теоретическая высота витка , рабочая высота витка резьбы . При измерении угла профиля и расчетах допусков учитывается угол , так как при нарезании резьбы ее профиль может быть завален на сторону так, что с правой стороны будет больше или меньше, чем с левой стороны, а в целом весь угол профиля может быть равен 60 0 .

Рис. 33. Метрическая цилиндрическая резьба:

а – профиль резьбы, б – схема расположения полей допусков.

Под средним диаметром понимают диаметр воображаемого, соосного с резьбой, цилиндра, который делит профиль резьбы так, что толщина витка, ограниченная на рис. 33, а буквами а – б, равна ширине впадины, ограниченной буквами б – в . Шаг резьбы – это расстояние вдоль оси резьбы между параллельными сторонами двух рядом лежащих витков.

Единой системой допусков и посадок СЭВ для метрической резьбы с размерами от 0,25 до 600 мм предусмотрены три стандарта: СТ СЭВ 180-75 определяет профиль резьбы; СТ СЭВ 181-75 – диаметры и шаги; СТ СЭВ 182-75 – основные размеры. Предельные отклонения и допуски резьбовых соединений с зазорами устанавливает СТ СЭВ 640-77.

Значения диаметров резьбы разбиты на 3 ряда (1, 2 и 3-й). При выборе диаметров резьбы предпочтительным является первый ряд. Второй ряд диаметров резьбы берется, если диаметры 1-го ряда не удовлетворяют требованиям конструктора; в последнюю очередь диаметры берутся из 3-го ряда. По числовой величине шага резьбы для диаметров 1-64 мм делятся на две группы: с крупным шагом и мелкие, а резьбы диаметром свыше 64 мм , (до 600 мм ) имеют только мелкие шаги.

Допуски для цилиндрической крепежной резьбы () установлены на следующие параметры: на средний диаметр болта и гайки в виде величин и , (поле допуска для гайки расположено в плюс, а для болта – в минус от номинального размера); на наружный диаметр болта и на внутренний диаметр гайки .

Допуски на наружный диаметр гайки и внутренний диаметр болта не установлены. Технология нарезания резьбы и размеры резьбообразующих инструментов (метчиков, плашек и др.) гарантируют, что наружный диаметр резьбы гайки не будет меньше теоретического, а внутренний диаметр резьбы болта – больше теоретического.

На шаг резьбы и угол профиля в отдельности допуски не установлены, а возможные отклонения по ним допускаются за счет изменения среднего диаметра резьбы в пределах его допуска. Такая компенсация погрешностей шага и угла за счет допуска , возможна потому, что шаг и угол геометрически связаны со средним диаметром.

В полигонометрическом ходе измеряют примычные углы, углы поворота и засечки боковых пунктов.

Существует два основных способа измерения углов на пунктах полигонометрии: способ круговых приемов; способ отдельного угла.

Способ круговых приемов

Измерение углов в данном способе начинается с подготовки теодолита для измерения углов, состоящего из:

Центрирования, которое выполняется с помощью оптического отвеса с точностью 1 мм;

Приведения основной оси в отвесное положение с помощью уровня при алидаде горизонтального круга и трёх подъемных винтов;

Установки трубы для наблюдений, состоящей из установки трубы по глазу, установки трубы по предмету и устранение параллакса сетки нитей;

Работа на станции выполняется в следующей последовательности:

Наводят визирную ось зрительной трубы при КЛ на визирную марку, которую при измерении принимают за начальное направление;

Устанавливают лимб и оптический микрометр на отсчёт, близкий к нулю (лучше несколько больше нуля); для этого сначала вращением рукоятки микрометра устанавливают отсчёт по шкале последнего, близкий к нулю, затем вращением рукоятки перестановки лимба тщательно совмещают изображение штрихов противоположных краёв лимба, после чего производят отсчёт и записывают в журнал;

Разводят рукояткой микрометра изображение совмещённых штрихов и снова их соединяют (второе совмещение), производят отсчёт и записывают в журнал; разность двух отсчётов не должна превышать 2;

Открепляют алидаду и наводят визирную ось трубы (вращая алидаду по ходу часовой стрелки) на вторую, а затем третью и т.д. марки; при двух совмещениях производят отсчёты, которые записывают в журнал;

Заканчивают наблюдения повторным визированием на точку начального направления и по полученным начальным и конечным отсчетам убеждаются в неподвижном положении лимба.

Описанные действия составляют первый полу приём.

Повторное наведение на первую марку называется замыканием горизонта. Расхождение между результатами наблюдений на начальное направление в начале и конце полу приёма не должно превышать 8.

Переводят трубу через зенит и производят измерения второго полу приёма в следующей последовательности:

Наводят ось зрительной трубы на начальное направление и при двух совмещениях производят отсчёты, которые записывают в журнал в строку соответствующую наблюдению при КП: запись ведётся снизу вверх;

Открепляют алидаду и поворачивая её против хода часовой стрелки визируют ось трубы на третью (в зависимости от числа направлений),вторую и снова на первую марки. Производят отсчёты при двух совмещениях записывают в журнал.

На этом заканчивается второй полуприем. Два полуприема составляют полный прием.

Второй и последующие приёмы измерения направлений производят в той же последовательности, как и первый, но для ослабления влияния систематических погрешностей делений лимба, лимб поворачивают на угол

G = 180\ n +10", где n – число приёмов.

Измерение углов способом отдельного угла

Порядок наблюдений при измерении угла способом отдельного угла между двумя направлениями остается таким же, как и в способе приемов.

Отличие состоит лишь в том, что не производят повторного наведения на начальную точку и вращают алидаду и в первом и во втором полуприёмах или по ходу или только против хода часовой стрелки.

Значения углов в полуприемах, а также и в отдельных приемах не должны различаться на 8”.

Окончательное значение угла вычисляют как среднее арифметическое из углов, измеренных в отдельных приемах.

При измерении отдельных углов или направлений теодолитами, предусмотренными «Инструкцией по топографической съемке в масштабах 1: 5000, 1: 2000, 1: 1000, 1: 500. Москва, «Недра», 1973 г.», результаты измерений должны находится в пределах установленных допусков.

В полигонометрии 4 класса для теодолитов типов Т2 и Т1 число приемов установлено 4.

Измерение углов рекомендуется производить в утренние и вечерние часы. Время, близкое к восходу и заходу солнца (примерно за час до восхода и час после захода), использовать не следует, так как в эти часы наблюдается наибольшие колебания изображений. Перед началом измерений производят исследования, поверки и юстировку приборов. Измеряют обычно левые по ходу углы, наблюдения записывают в полевые журналы.

В целях устранения ошибок центрирования и редукции при проложении полигонометрических ходов и для некоторого ускорения угловых измерений, рекомендуется применять трехштативную систему измерения углов.

В настоящее время при производстве геодезических работ широко используются приборы различного назначения ведущих зарубежных фирм Leica, Sokia и других фирм геодезического приборостроения Швейцарии, Швеции, Германии, Японии.

И КОНУСОВ

Понятия о нормальных углах и конусностях

и допусках на угловые размеры

Единицы измерения угла . Распространенной единицей измерения угла является градус , который равен одной трехсотшестидесятой части (1/360 ) окружности. Градус обозначается знаком ° и делится на 60 минут , а минута – на 60 секунд . Минута и секунда обозначаются соответственно " и " (например, 60" обозначает 60 секунд ). Эталонами при угловых измерениях служат многогранные призмы, по которым проверяют образцовые меры в виде разных многогранников (с 6, 8 и 12 гранями), углы которых выполнены с высокой точностью.

Международной системой единиц (СИ) в качестве дополнительной единицы измерения углов предусмотрен радиан. Под радианом понимается угол между двумя радиусами круга, длина дуги между которыми равна радиусу. Один градус равен , а один радиан равен 57°17"44,8".

Нормальные углы (СТ СЭВ 513-76). Угловые размеры, выраженные в градусах, минутах и секундах, имеют большое распространение в чертежах деталей. В целях уменьшения количества разных номинальных значений углов на деталях в стандарте предусмотрены для применения три ряда номинальных значений углов , названных «нормальными углами». В первый ряд входят углы: 0°; 5°; 15°; 30°; 45°; 60°; 90°; 120°. Значение этих углов рекомендуется брать в первую очередь.

Второй ряд углов, который предпочтителен в сравнении с 3-м рядом, содержит все углы 1-го ряда и дополнительно следующие: 30"; 1°; 2°; 3°; 4°; 6°; 7°; 8°; 10°; 20°; 40° и 75°.

В третий ряд входят углы первого и второго ряда и дополнительно следующие: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; и .

Нормальные конусности (ГОСТ 8593-81) 2 ряда : 1 ряд – 1:50; 1:20; 1:10; 1:5; 1:3; ; ; ; ; ; 2 ряд – 1:30; 1:15; 1:12; 1:8; 1:7; .

Допуски на угловые размеры. В СТ СЭВ 178 – 75 допуски углов предусмотрены в угловых и линейных величинах в 17 степенях точности , обозначаемых АТ1, АТ2, АТ3 и т.д. до АТ17 в порядке уменьшения точности. Степени точности с АТ1 по АТ5 предназначены для углов калибров, измерительных средств и особо точных изделий, а степени с АТ6 по АТ12 – для сопрягаемых углов. Величины допусков, обозначаемые АТ, установлены как в градусной мере АТ (секунды, минуты, градусы), так и в микрорадианах АТ (мкрад).

Для углов призматических элементов деталей допуски назначаются в зависимости от номинальной длины меньшей стороны угла , а для углов конусов – в зависимости от номинальной длины конуса. В пределах одной степени точности угловые допуски уменьшаются с увеличением длины. Это объясняется тем, что чем больше длина базовой поверхности, тем точнее установка детали на станке, а следовательно, и меньше будет погрешность обработки. На углы призматических деталей допуск угла АТ, может быть назначен со знаком плюс (+АТ) или минус (-АТ) , или симметрично ( АТ) .