Штангенциркуль

Штангенциркуль — это универсальный измерительный инструмент, предназначенный для определения линейных размеров объектов с высокой точностью, как правило, от 0,1 до 0,01 мм. Относится к классу нониусных инструментов, то есть использует дополнительную шкалу (нониус) для повышения точности отсчёта. Основные измерения, выполняемые штангенциркулем: наружные и внутренние диаметры, толщина, ширина, глубина отверстий и пазов.

Конструкция и принцип действия

Основными элементами штангенциркуля являются:

• Штанга (линейка): жёсткая металлическая планка с основной шкалой, на которой нанесены деления (обычно через 1 мм или 0,5 мм). Штанга является базой для всех перемещений.
• Нониус (верньер): дополнительная подвижная шкала, расположенная на рамке. Количество делений на нониусе определяет точность измерения. Например, нониус с 10 делениями, охватывающими 9 мм основной шкалы, позволяет измерять с точностью до 0,1 мм (цена деления 1 мм / 10 = 0,1 мм). Нониус с 50 делениями на 49 мм даёт точность 0,02 мм, а с 20 делениями на 39 мм — 0,05 мм.
• Рамка: подвижная часть, скользящая по штанге. На ней закреплены нониус, губки для наружных и внутренних измерений, а также глубиномер (в некоторых моделях).
• Губки: две пары (верхняя и нижняя). Нижние губки предназначены для измерения наружных размеров (охват детали), верхние — для внутренних (внутрь отверстия или паза). Губки имеют острые кромки для разметки.
• Глубиномер: тонкая штанга, выдвигающаяся из задней части рамки. Используется для измерения глубины отверстий, пазов, уступов.
• Зажимной винт (стопор): служит для фиксации рамки на штанге после установки размера.

Принцип измерения: деталь зажимается между губками (или губки вводятся во внутреннюю полость). Затем считывается показание: целое число миллиметров отсчитывается по основной шкале до нулевого штриха нониуса, а доли миллиметра — по тому штриху нониуса, который точно совпадает с любым штрихом основной шкалы.

История

Идея использования нониуса для повышения точности измерений восходит к работам португальского математика и картографа Педру Нуниша (1502—1578), который предложил принцип «верньера» (нониуса). Однако практическое воплощение в виде измерительного инструмента с подвижной рамкой и двумя шкалами приписывают французскому математику и изобретателю Пьеру Вернье (1580—1637). В 1631 году Вернье опубликовал описание прибора, который он назвал «микрометром» (Micromètre), но впоследствии за ним закрепилось название «штангенциркуль» (от нем. «Stangenzirkel» — «стержневой циркуль»).

В XIX веке, с развитием машиностроения и стандартизацией, штангенциркуль стал одним из основных инструментов в мастерских и на заводах. В России массовое производство штангенциркулей началось в 1930-х годах на инструментальных заводах, например, на Челябинском инструментальном заводе. В СССР и в современной России штангенциркули выпускаются по государственным стандартам (ГОСТ 166-89).

Классификация

По конструктивному исполнению и типу отсчётного устройства штангенциркули делятся на три основных типа:

• ШЦ-I (штангенциркуль с двусторонним расположением губок и глубиномером): самый распространённый тип. Предназначен для наружных и внутренних измерений, а также для измерения глубин. Точность отсчёта по нониусу — 0,1 мм. Пределы измерений: 0—125 мм, 0—150 мм, 0—200 мм.
• ШЦ-II (штангенциркуль с двусторонним расположением губок и микрометрической подачей): имеет две пары губок (для наружных и внутренних измерений) и дополнительную микрометрическую подачу рамки для точной настройки. Точность — 0,05 мм. Пределы измерений: 0—250 мм, 0—300 мм, 0—500 мм.
• ШЦ-III (штангенциркуль с односторонним расположением губок): предназначен только для наружных измерений. Губки расположены с одной стороны, что позволяет измерять детали большого диаметра. Точность — 0,1 мм или 0,05 мм. Пределы измерений: 0—1000 мм, 0—2000 мм и более.

По типу отсчётного устройства выделяют:

• Нониусные (ШЦ): классические, с механической шкалой и нониусом.
• Циферблатные (ШЦК — штангенциркуль с круговой шкалой): имеют индикатор часового типа, который показывает доли миллиметра. Удобнее для быстрого считывания, но менее точны (обычно 0,1 мм).
• Цифровые (ШЦЦ — штангенциркуль с цифровым отсчётом): оснащены электронным дисплеем, показывающим размер в миллиметрах или дюймах. Имеют функцию обнуления (таррирования) и запоминания последнего значения. Точность — 0,01 мм. Требуют источника питания (батарейка).

Характеристики и точность

Основные характеристики штангенциркуля:

• Предел измерений: максимальный размер, который можно измерить (например, 150 мм, 300 мм, 1000 мм).
• Цена деления (точность): наименьшее значение, которое можно измерить. Для нониусных — 0,1 мм, 0,05 мм, 0,02 мм. Для цифровых — 0,01 мм.
• Погрешность: допустимое отклонение от истинного размера. Для штангенциркулей с точностью 0,1 мм погрешность составляет ±0,1 мм, для 0,05 мм — ±0,05 мм, для 0,02 мм — ±0,02 мм.
• Материал: обычно изготавливается из инструментальной стали (например, 9ХС, У8А) или нержавеющей стали. Рабочие поверхности губок закалены до высокой твёрдости (HRC 58-62).

Применение

Штангенциркуль широко применяется в различных отраслях:

• Машиностроение и металлообработка: контроль размеров деталей при токарных, фрезерных, шлифовальных работах. Проверка соответствия чертежам.
• Строительство и ремонт: измерение толщины листовых материалов, диаметров труб, глубины пазов.
• Деревообработка: измерение заготовок, фрез, свёрл.
• Ювелирное дело: измерение мелких деталей, камней, толщины проволоки.
• Лабораторная практика: измерение размеров образцов, толщины покрытий.
• Быт: измерение деталей мебели, сантехники, электроники.

Правила измерения и уход

Для получения точных результатов необходимо соблюдать несколько правил:

1. Очистка: перед измерением губки и измеряемая поверхность должны быть чистыми и сухими.
2. Правильное положение: губки должны плотно, но без перекоса, прилегать к детали. Измеряемая деталь должна находиться перпендикулярно оси губок.
3. Усилие: не следует прилагать чрезмерное усилие, так как это может деформировать губки или деталь. Для точной настройки используется микрометрическая подача.
4. Считывание: смотреть на шкалу нужно строго перпендикулярно, чтобы избежать параллакса.
5. Хранение: хранить инструмент в сухом месте, в футляре или чехле. Не допускать ударов и падений. Периодически смазывать направляющие.
6. Поверка: штангенциркули, используемые на производстве, подлежат периодической поверке (калибровке) в метрологических службах.

Интересные факты

• Самый длинный штангенциркуль в мире, изготовленный в СССР, имел длину штанги 6 метров и использовался на судостроительных заводах для измерения крупногабаритных деталей.
• В некоторых моделях цифровых штангенциркулей есть функция «Hold» (фиксация показаний) и возможность переключения между миллиметрами и дюймами.
• Штангенциркуль является обязательным инструментом в наборе слесаря-инструментальщика, токаря и фрезеровщика.

Источники

• ГОСТ 166-89 «Штангенциркули. Технические условия».
• Марков Н. Н., Осипов Д. В. «Метрология, стандартизация и сертификация». — М.: Логос, 2004.
• Зайцев С. А., Куранов А. Д. «Допуски и технические измерения». — М.: Академия, 2010.
• Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985.