Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра «Технология обработки материалов»
658.516(07)
А953
В.В. Ахлюстина, э.Р. Логунова
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ
И СЕРТИФИКАЦИЯ
Часть 1
РАСЧЕТ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Учебное пособие
Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизированные технологии и производства»
Челябинск
Издательство ЮУрГУ
2005
УДК 658.516 (075.8)
Ахлюстина В.В., Логунова Э.Р. Метрология, стандартизация и сертификация. Часть 1. Расчет средств измерений: Учебное пособие. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. – 167 с.
В учебном пособии изложен порядок выполнения курсового проекта с указанием методики расчета и выбора посадок, расчета калибров, размерных цепей, методов контроля рабочих размеров деталей и отклонений взаимного расположения поверхностей.
Учебное пособие предназначено для студентов при выполнении курсовых и дипломных проектов по машиностроительным и немашиностроительным специальностям очной и заочной форм обучения.
Ил. 65, табл. 83, список лит. – 7 назв.
Одобрено учебно-методическим советом
филиала ЮУрГУ в г. Кыштыме.
Рецензенты: Н.А. Дружинин, А.А. Комаров.
©Издательство ЮУрГУ, 2005.
Введение
Учебное пособие содержит теоретический материал основных понятий метрологии стандартизации и сертификации.
Учебное пособие содержит необходимые примеры расчетов посадок, калибров гладких цилиндрических поверхностей, шлицевых и резьбовых соединений. Технический материал учебного пособия имеет целью обеспечить единство расчетов, сократить время для выполнения расчетов и выбора калибров для различных видов соединений.
Таблицы, приведенные в учебном пособии, содержат обширный справочный материал по допускам и отклонениям для всех видов соединений. Приведены схемы контроля отклонений формы и взаимного расположения поверхностей.
Цель учебного пособия – научить пользоваться стандартами, уметь выбрать оптимальные расчетные посадки, а также оптимальную точность размеров при расчете размерных цепей, уметь выбрать методы и средства контроля заданных соединений.
1. Метрология
Метрология – учение о мерах, или точнее, метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Метрология зародилась в глубокой древности, и называли метрологию – учением об измерениях, приводимых к эталонам. Метрология проникает во все науки и дисциплины, имеющие дело с измерениями и является для них единой наукой.
Законодательная метрология– раздел метрологии включающий комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразие средств измерений.
Основные понятия, которыми оперирует метрология: физическая величина, единица физической величины, средства измерений физической величины, эталон, образцовые средства измерений, рабочие средства измерений, метод измерений, погрешность измерений, метрологическая служба и метрологической обеспечение.
Физическая величина(ФВ) – характеристика одного из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса) общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.
Единица физической величины – физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение равное единице. Единица физической величины – это такое ее значение, которое принимают за основание масштаба для сравнения с ним физических величин того же ряда для их количественной оценки.
Самые древние из единиц относятся к антропометрическим, то есть те, которые отождествлялись с названиями частей человеческого тела. Человек – мера всех вещей (вершок, локть).
Развитие науки и техники, рост международных связей настоятельно требовали единообразия систем единиц в международном масштабе. В России с 1 января 1982 года была введена система измерений (СИ), в которой введено семь основных физических единиц (табл. 1), ГОСТ 8.417-81.
Таблица 1
Основные физические единицы
|
Наименование величина |
Размерность |
Обозначение | |
|
русское |
международное | ||
|
Основные физические единицы | |||
|
Длина |
Метр |
м |
m |
|
Масса |
Килограмм |
кг |
kg |
|
Время |
Секунда |
c |
s |
|
Термодинамическая температура |
Кельвин |
K |
K |
|
Сила электрического тока |
Ампер |
A |
A |
|
Сила света |
Кандела |
кд |
сd |
|
Количество вещества |
Моль |
моль |
mol |
|
Дополнительные физические единицы | |||
|
Плоский угол |
Радиан |
рад |
rad |
|
Телесный угол |
Стерадиан |
ср |
sr |
Остальные 27 физических единиц производные. Например, скорость V =S/t, м/с или силаF=mg, Н (ньютон).
Измерение физической величины. Измерения делятся на прямые, косвенные, совокупные, равноточные и неравноточные, статистические, динамические, технические и метрологические.
Прямые измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных по показаниям средств измерений (например, измерение длины с помощью линейки).
Косвенные измерения – когда искомое значение находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными прямимы измерениями (например, объем телаV=abc,a – ширина тела,b– длина тела,c– высота тела).
Совокупные измерения – те, которые получают при одновременном измерении нескольких одноименных величин, при которых искомое значение определенной величины находят решением систем уравнений получаемых при прямых измерениях.
Статические измерения – измерения неизменной величины на протяжении времени (например, измерение участка земли).
Динамические измерения – измерения изменяющейся по параметрам физической величины во времени (например, измерение на влагоустойчивость, виброустойчивость).
Технические измерения – измерения ряда физических величин с помощью рабочих средств измерений. Результат измерения любой физической величины можно представить в виде
,
где Xизм– измеренное значение физической величины;
Xис– истинное значение измеряемой величины;
– абсолютная погрешность измерения.
Метрологические измерения – измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера рабочим средствам измерений.
Качество измерений– совокупность свойств измерений обуславливающих соответствие средств измерений, метода измерений и состояние единства измерений требованиям измерительной задачи. Качество измерений характеризуется такими показателями, как точность, правильность и достоверность.
Качество измерений – это конечный результат деятельности метрологической службы по метрологическому обеспечению производства.
Метрологическая надежность – способность средств измерений сохранять его метрологическую исправность в течение заданного времени при определенных режимах и условиях эксплуатации.
В процессе эксплуатации параметры средства измерений претерпевают изменения. Эти изменения носят случайный монотонный или флуктуирующий характер и приводят к отказам, то есть к невозможности средства измерения выполнять свои функции.
Надежностьсредства измерения (СИ) характеризует его поведение в течение времени и является обобщающим понятием, включающим стабильность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
СтабильностьСИ является качественной характеристикой, отражающей неизменность во времени его метрологических характеристик. Она описывается временными зависимостями параметров закона распределения погрешности.
БезотказностьСИ – непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени.
ДолговечностьСИ – сохранять свое работоспособное состояние до наступления предельного состояния (при котором его применение не допустимо).
РемонтопригодностьСИ заключается в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, восстановлению и поддержанию его работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
СохраняемостьСИ – свойство сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортирования.
Метрологическая экспертиза (МЭ) – анализ и оценивание экспертами метрологами правильности применения требований, правил и норм, связанных с единством и точностью измерений. Она проводится с целью обеспечения эффективности использования контрольно-измерительного оборудования на всех стадиях жизненного цикла продукции и услуг. Различают экспертизу документации (например, технических заданий, конструкторских и технологических документов, документов систем обеспечения качества) и экспертизу различных объектов (например, сложных средств измерений, технологического оборудования).
Метрологическую экспертизу проводят подразделения метрологической службы, разрабатывающие документацию, для установления соответствия показателей точности измерения, правильности выбора контрольно-измерительного оборудования, применение унифицированных и стандартизованных СИ, установление правильности наименований и обозначений физических единиц и их единиц в соответствии с ГОСТ 8.417-81.
Метрологическое обеспечение– комплекс научных и технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.
Предприятие, соответственно роду выпускаемой продукции, должно иметь в обращении целый ряд измерительных мер и приборов. Метрологическое обеспечение на предприятии может функционировать в системе управления качеством продукции самостоятельно или в составе группы стандартизации.
Главными задачами метрологии являются:
разработка и руководство внедрением организационно-технических мероприятий по обеспечению единства и правильности измерений;
внедрение прогрессивных средств, методов измерений и испытаний;
разработка методик проверки мер и измерительных приборов, разработка предложений по увеличению сроков службы мер и приборов и замене морально устаревших средств измерений наиболее современными измерительными средствами;
контроль за соблюдением правил пользования мерами и приборами на рабочих местах, в цехах, лабораториях.