Метрология, стандартизация, сертификация

1.2. Средства измерения

Любое измерение  по шкале отношений предполагает сравнение неизвестного размера  с известным и выражение первого  через второй в кратнодольном  отношении. При измерении физических величин в качестве известного размера  естественно выбрать единицу  СИ.

Средствами  измерения величин являются измерительные  приборы и инструменты.

Для измерения  линейных величин в различных  отраслях производства в зависимости от необходимой точности используют:

• измерительные металлические линейки (рис. 1);
• штангенинструменты (рис 2);
• микрометрические инструменты.

Линейка металлическая 30 см ГОСТ 427-75.

Рис.1

Штангенциркуль механический ГОСТ 166-89.

Рис. 2

Микрометр рычажный МР 25-50-0,001.

Рис.3

Наиболее  существенным признаком для классификации  электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая  физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:

• амперметры — для измерения силы электрического тока;
• вольтметры — для измерения электрического напряжения;
• омметры — для измерения электрического сопротивления;
• мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы
• частотомеры — для измерения частоты колебаний электрического тока;
• ваттметры и варметры — для измерения мощности электрического тока;
• электрические счётчики — для измерения потреблённой электроэнергии
• и множество других видов.

Пневматические измерительные приборы в машиностроении —средство измерения линейных размеров деталей машин и механизмов по расходу воздуха, выходящего под давлением из сопла. Деталь, линейный размер которой надо измерить, располагают перед торцом сопла на определённом расстоянии. В зависимости от размера детали изменяется зазор (расстояние между деталью и торцом сопла), благодаря чему изменяется расход воздуха (объём воздуха, проходящего в единицу времени через калиброванное отверстие — сопло). Обычно прибор настраивают по размеру образцовой детали или концевым мерам длины.

Пневматический измерительный  прибор ротаметрического типа: 1 — трубка, в которую поступает сжатый воздух под постоянным давлением р; 2 —  поплавок, устанавливаемый в трубке на определённом расстоянии l от нулевой  отметки; 3 — измерительное сопло; S — зазор между измерительным  соплом и измеряемой деталью; L —  измеряемый размер.

Рис. 4

1.3. Погрешности измерений

Количество  факторов, влияющих на точность измерения, достаточно велико, и любая классификация  погрешностей измерения (рис. 5) условна. Для практических целей достаточно рассмотреть случайные и систематические  составляющие общей погрешности, выраженные в абсолютных и относительных  единицах при прямых, косвенных, совокупных и равноточных измерениях.

Погрешность измерения Δх_изм — это отклонение результата измерения х от истинного (действительного) х_и  (х_д) значения измеряемой величины:

Δх_изм = х – х_д.

Классификация погрешностей измерений

Рис. 5

В зависимости  от формы выражения различают  абсолютную, относительную и приведённую  погрешности измерения.

Абсолютная  погрешность определяется как разность Δ = х – х_и или Δ = х – х_д, а относительная – как отношение

δ = ±

Приведённая погрешность γ = ±, где х_N – нормированное значение величины. Например х_N = х_max – максимальное значение измеряемой величины.

В качестве истинного значения при многократных измерениях параметра выступает  среднее арифметическое значение .

 

Величина  х, полученная в одной серии измерений, является случайным приближением к  х_и. Для оценки её возможных отклонений от х_и определяют опытное среднее квадратическое отклонение (СКО)

 

Для оценки рассеяния отдельных результатов  измерения относительно среднего определяют СКО:

 

 

Систематическая Δ_с составляющая остаётся постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одного и того же параметра.

Случайная составляющая изменяется при повторных измерениях одного и того же параметра случайным образом.

Грубые  погрешности (промахи) возникают из-за ошибочных действий оператора, неисправности  системы измерения или резких изменений условий измерений.

Если  Р означает вероятность α того, что  результата измерения отличается от истинного на величину не более чем , т.е.

Р = α{

то в этом случае Р — доверительная вероятность, а интервал от до — доверительный интервал.

Если  распределение случайной погрешности  подчиняется нормальному закону (а это как правило), то вместо значения указывается . Одновременно это уже определяет и доверительную вероятность Р. Например: при значение Р = 0,68; при значение Р = 0,95; при Значение Р = 0,99.

2. Стандартизация

Стандартизация  — это деятельность по установлению правил и характеристик в целях  их добровольного многократного  использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение  конкурентоспособности продукции, работ или услуг. Эта деятельность проявляется в разработке, опубликовании и применении стандартов.

В технике  стандартизация ведет к снижению себестоимости продукции, поскольку:

• позволяет экономить время и средства за счет применения уже разработанных типовых ситуаций и объектов;
• повышает надежность изделия или результатов расчетов, поскольку применяемые технические решения уже неоднократно проверены на практике;
• упрощает ремонт и обслуживание изделий, так как стандартные узлы и детали — взаимозаменяемые (при условии, что сборка осуществлялась без пригоночных операций).

Стандартизацию  проводят органы стандартизации, наделенные законным правом руководить разработкой  и утверждать нормативные документы  и другие правила, придавая им статус стандартов. В России компетентными  органами в области стандартизации являются ГОССТАНДАРТ России и ГосСтрой. Основополагающим нормативным документом по стандартизации ГОССТАНДАРТа России установлена «Государственная система  стандартизации» (ГСС). Комплекс стандартов ГСС РФ (ГОСТ Р1.0, ГОСТ Р1.1, ГОСТ Р1.2 и др.) представляет собой систему взаимоувязанных правил и положений, определяющих цели и задачи стандартизации, организацию и методику проведения работ по стандартизации во всех производственных отраслях России. ГСС устанавливает порядок разработки, оформления, согласования, утверждения, издания, обращения стандартов разных уровней стандартизации и других нормативных документов, а также контроля за их внедрением и соблюдением.

2.1. Ряды предпочтительных чисел.

Ряды  предпочтительных чисел (в технике) — это упорядоченная последовательность чисел, предназначенная для унификации значений технических параметров.

Ряды  предпочтительных чисел создаются  на основе числовых последовательностей.

Наиболее  распространены геометрические прогрессии со знаменателем q=, где степень корня n= 5, 10, 20, 40, 80. Это — стандартные  ряды предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-84), соответственно обозначаемые R5, R10, R20, R40, R80. Они связаны с именем француза Ренара, который первый предложил использовать для этих целей геометрическую прогрессию со знаменателем n=5.

Каждый  ряд содержит в каждом десятичном интервале соответственно 5, 10, 20 и 40 различных чисел. Более редкий ряд  всегда является предпочтительным по отношению к более частому. Значения часто используемых первых трех рядов  в порядке их предпочтения:

R5: 1 — 1,6 —  2,5 — 4 — 6,3;

R10: 1 — 1,25 — 1,6 — 2 — 2,5 — 3,15 — 4 —  5 — 6,3 — 8;

R20: 1 — 1,12 — 1,25 — 1,4 — 1,6 — 1,8 — 2 —  2,24 — 2,5 — 2,8 — 3,15 — 3,55 —  4 — 4,5 — 5 — 5,6 — 6,3 — 7,1 — 8 — 9.

Члены этих рядов по сравнению с точными  значениями округлены в пределах 1,3%. Предпочтительные числа других десятичных порядков получают умножением или делением на 10, 100 и т. д.

Ряды  предпочтительных чисел широко применяются  в технике. Так, на основе рядов предпочтительных чисел разработаны ряды нормальных линейных размеров (ГОСТ 6636-69). Они обозначаются как Ra5, Ra10, Ra20, Ra40, Ra80 и имеют большую степень округления (порядка 5%). Для угловых размеров в ГОСТ 8908-81приведены три ряда нормальных углов.

2.2. Параметры изделий.

Сейчас  номенклатура изделий машиностроения включает свыше 200 тыс. наименований. Возникает  задача - упорядочить номенклатуру изготавливаемых изделий. Необходимость  решения такой задачи делает стандартизацию важнейшим рычагом ускорения  темпов научно-технического прогресса.

Сейчас  номенклатура изделий машиностроения включает свыше 200 тыс. наименований. Возникает  задача - упорядочить номенклатуру изготавливаемых изделий. Необходимость  решения такой задачи делает стандартизацию важнейшим рычагом ускорения  темпов научно-технического прогресса.

В такой  системе изделий должны быть взаимно  согласованы, например грузоподъемность кранов, мощность электроагрегатов, давление насосов и др. Для обеспечения  наилучшего использования транспортных средств в народном хозяйстве  должны быть согласованы грузоподъемность этих средств и масса грузов.

Если  грузоподъемность железнодорожных  вагонов будет составлять 25; 40; 63; 100 т, то грузоподъемность грузовых автомилей должна быть 2,5; 4,0; 6,3 и 10 т, масса контейнеров – 250; 400; 630 и 1 000 кг, а масса ящиков - 25; 40; 63 и 100 кг.

Показатели  функционального назначения, например, для автомобилей – грузоподъемность, мощность двигателя, габаритные размеры, вес и др., одновременно являются и параметрами автомобилей.

В качестве главных параметров для металлорежущих станков принимают, как правило, габаритные размеры устанавливаемых  на них заготовок. Так, для токарных станков - это высота линии центров, для фрезерных и продольно-строгальных - размеры стола для установки  обрабатываемых деталей, для карусельных  станков - диаметр планшайбы станка и т.д.

Для кузнечно-прессового оборудования главными параметрами  служат усилие, развиваемое рабочими органами, или вес падающих частей.

Для колесных и гусеничных тракторов главными параметрами являются мощность или  тяговое усилие на крюке.

Стандартизации  подвержены изделия металлопроката – рельсы, швеллеры, двутавры, тавры, уголки и проч. Например главным  стандартизируемым параметром различных  труб является наружный диаметр.

3. Взаимозаменяемость

Взаимозаменяемость  — свойство независимо изготовленных  деталей и сборочных единиц обеспечивать сборку изделий при изготовлении или замену одноименных деталей  и сборочных единиц при ремонте  без применения подбора, пригонки или  регулировки; при этом должно быть обеспечено соответствие готового изделия предъявляемым  к нему требованиям по всем показателям  качества. Взаимозаменяемость, соответствующую  этому определению, называют полной. Полная взаимозаменяемость возможна при  условии, когда размеры, форма, механические, электрические и другие характеристики деталей и сборочных единиц удовлетворяют  заданным техническим требованиям.

3.1. Допуски и посадки

Допуском  размера называется разность между  наибольшим и наименьшим предельными  размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями. Допуск обозначается IT (International Tolerance) или TD - допуск отверстия и Td - допуск вала.

Посадкой  называется характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Посадка характеризует свободу  относительного перемещения соединяемых  деталей или степень сопротивления их взаимному смещению.

Различают три типа посадок: с зазором, с  натягом и переходные посадки (рис.6).

Посадки с зазором. Посадкой с зазором  называется посадка, при которой  обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала).

Зазор S - положительная разность размеров отверстия и вала. Зазор обеспечивает возможность относительного перемещения сопряженных деталей.

Посадки с натягом. Посадкой с натягом  называется посадка, при которой  обеспечивается натяг в соединении (поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала).