Микрометрический механизм

Микрометрический механизм — это устройство, преобразующее малое вращательное движение микрометрического винта в поступательное перемещение его измерительного стержня, обеспечивающее высокоточное линейное перемещение или измерение с дискретностью отсчёта до 0,01 мм (а в некоторых конструкциях — до 0,001 мм и 0,0001 мм). Является основным узлом микрометров, микрометрических головок, окулярных микрометров и ряда прецизионных станков, приборов и лабораторного оборудования.

Устройство и принцип действия

Основой микрометрического механизма служит пара «винт — гайка» с особо точной резьбой. Винт (микрометрический винт) имеет резьбу с малым шагом — обычно 0,5 мм или 1 мм. При повороте винта на один оборот его торец (или соединённый с ним стержень) перемещается вдоль оси на величину, равную шагу резьбы.

Основные элементы

Микрометрический винт — стержень с точной резьбой (чаще всего метрической или дюймовой), закалённый и отшлифованный. Его резьба имеет минимальные допуски для обеспечения точности.
Неподвижная гайка — втулка с внутренней резьбой, в которую ввинчивается винт. В современных конструкциях гайка часто изготавливается из бронзы или латуни для уменьшения трения и износа.
Стебель — неподвижная часть корпуса, на которую нанесена основная шкала (обычно с ценой деления 0,5 мм или 1 мм).
Барабан — вращающаяся часть, соединённая с винтом. На его скошенном крае нанесена круговая шкала (нониус), разделённая на 50 или 100 равных частей.
Трещотка (фрикционная муфта) — устройство, ограничивающее усилие зажима для обеспечения постоянства измерительного усилия и предотвращения деформации детали или винта.
Стопор — винт или рычажок для фиксации положения винта после настройки.

Принцип отсчёта

При вращении барабана на один полный оборот винт перемещается на шаг резьбы. Если шаг резьбы равен 0,5 мм, а круговая шкала барабана разделена на 50 делений, то одному делению шкалы соответствует перемещение на 0,01 мм (0,5 мм / 50 = 0,01 мм). Таким образом, механизм позволяет считывать размер с точностью до сотых долей миллиметра. Для повышения точности до тысячных долей миллиметра (микрометров) применяются дополнительные нониусы или электронные датчики.

История

Идея использования винта для точных измерений восходит к XVI веку. Первые описания винтовых измерительных приборов встречаются в трудах Леонардо да Винчи. Однако практическое применение микрометрического механизма началось в XVIII веке.

1772 год: Английский механик Джеймс Уатт создал первый микрометр для измерения расстояний в телескопе, но его конструкция была громоздкой.
1848 год: Французский инженер Жан-Луи Пальмер (Jean-Louis Palmer) запатентовал компактный ручной микрометр, который стал прообразом современных инструментов. Его прибор получил название «Пальмер» (Palmer).
Конец XIX века: Американская компания Brown & Sharpe начала массовое производство микрометров, основанных на конструкции Пальмера, что сделало их доступными для промышленности. В России первые микрометры начали выпускаться в начале XX века на инструментальных заводах.
XX век: Развитие технологии привело к появлению микрометров с цифровым отсчётом (электронные микрометры), которые используют ёмкостные или индуктивные датчики для измерения перемещения винта, выводя результат на жидкокристаллический дисплей.

Классификация

Микрометрические механизмы классифицируются по нескольким признакам.

По типу прибора

Гладкие микрометры — для измерения наружных размеров (диаметров, толщин, длин). Имеют скобу с двумя измерительными поверхностями (пятка и стержень).
Микрометры для внутренних измерений (нутромеры) — для измерения диаметров отверстий, пазов. Имеют сменные удлинители и измерительные наконечники.
Микрометры для измерения глубины (глубиномеры) — для измерения глубины пазов, отверстий, уступов. Имеют основание и выдвижной стержень.
Микрометрические головки — отдельные узлы, используемые в станках, приборах и лабораторных установках для точной подачи или настройки.
Окулярные микрометры — устанавливаются в окуляр микроскопа или телескопа для измерения размеров объектов в поле зрения.

По способу отсчёта

Механические (аналоговые) — считывание показаний по шкалам на стебле и барабане. Наиболее распространённый тип.
Цифровые (электронные) — с жидкокристаллическим дисплеем, отображающим размер в цифровом виде. Обеспечивают более высокую скорость и удобство снятия показаний, часто имеют функцию запоминания и передачи данных.
С нониусом — дополнительная шкала на стебле позволяет повысить точность отсчёта до 0,001 мм (микрометры с нониусом).

По назначению

Стандартные — для измерения гладких поверхностей.
Специализированные — для измерения зубчатых колёс (зубомерные), резьбы (резьбомерные), листовых материалов (листовые), проволоки (проволочные) и т.д.

Характеристики и точность

Основные характеристики микрометрического механизма:

Диапазон измерений: Обычно 0–25 мм, 25–50 мм, 50–75 мм и т.д. до 1000 мм и более. Для каждого диапазона используется своя скоба или набор сменных пяток.
Цена деления: Шаг отсчёта. Для механических микрометров — 0,01 мм, для электронных — 0,001 мм (1 мкм).
Погрешность: Допустимая ошибка измерения. Для микрометров класса точности 1 (ГОСТ 6507-90) погрешность составляет от ±2 мкм (для диапазона 0–25 мм) до ±10 мкм (для диапазона 500–600 мм). Для более точных приборов (класс 0) погрешность ниже.
Измерительное усилие: Сила, с которой измерительные поверхности прижимаются к детали. Обычно составляет 5–10 Н (регулируется трещоткой).

Применение

Микрометрические механизмы широко используются в различных областях, где требуется высокая точность измерений:

Машиностроение и металлообработка: Контроль размеров деталей при изготовлении, ремонте и сборке узлов. Измерение валов, отверстий, толщины стенок, глубины пазов.
Приборостроение: Изготовление и контроль точных механизмов, часов, оптических приборов.
Лабораторная практика: Измерение толщины образцов, плёнок, проволоки, волокон в материаловедении, физике и химии.
Метрология: Поверка и калибровка других измерительных инструментов (как эталонные средства измерения).
Станкостроение: В качестве узлов точной подачи в шлифовальных, токарных и фрезерных станках.

Интересные факты

Микрометрический винт является одним из самых точных механических преобразователей движения. При шаге резьбы 0,5 мм и длине окружности барабана около 50 мм, поворот барабана на 1 мм по окружности соответствует перемещению винта всего на 0,01 мм.
Для уменьшения влияния люфта и износа в прецизионных микрометрах применяются разрезные гайки с регулировкой зазора, а также винты с компенсационными вставками.
Электронные микрометры могут быть оснащены интерфейсами для передачи данных на компьютер (RS-232, USB, Bluetooth), что позволяет автоматизировать процесс измерения и контроля качества.
В СССР и России производство микрометров регламентируется ГОСТ 6507-90 («Микрометры. Технические условия»), который устанавливает требования к точности, конструкции и маркировке.

Источники

ГОСТ 6507-90 «Микрометры. Технические условия». — М.: Издательство стандартов, 1990.
Марков Н. Н., Ганевский Г. М. Конструкция, расчёт и эксплуатация измерительных инструментов и приборов. — М.: Машиностроение, 1981.
Бурдун Г. Д., Марков Б. Н. Основы метрологии. — М.: Издательство стандартов, 1985.
Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. — М.: Машиностроение, 2001.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →