Как снять размеры с детали: штангенциркуль, микрометр, резьбомер

Общий порядок «образец, чертёж, цех» разобран в статье как изготовить деталь по образцу: там же таблица инструментов по точности. Здесь про руки и приёмы: как именно снять каждый размер, чтобы цифры оказались правдой.

Подготовка: база, чистота, температура

Перед первым замером деталь отмывают от масла и нагара. Слой грязи в сотую на посадочной шейке прибавляет сотку к диаметру, а на отверстии отнимает её.

Затем выбирают базу. У вала это ось, у корпуса самая большая обработанная плоскость и два отверстия на ней. Размеры на эскизе проставляют от базы, а не цепочкой мелких отрезков: сумма десяти замеров по 0,05 мм накопит ошибку в полмиллиметра, а один замер от базы даст те же 0,05.

Температура влияет сильнее, чем кажется. Измерения по стандарту относят к 20 °C. Алюминиевая деталь длиной 100 мм, которую вы согрели в руке на 10 °C, станет длиннее на 0,02 мм, стальная на 0,01 мм. Для посадки по H7 это уже заметная доля допуска. Дайте детали и инструменту полежать рядом десять минут и не грейте шейку ладонью.

Штангенциркуль: как пользоваться правильно

Штангенциркуль ШЦ-I по ГОСТ 166-89 с нониусом 0,05 или 0,1 мм мерит наружные размеры нижними губками, внутренние верхними острыми и глубину выдвижной линейкой. Цифровой с шагом 0,01 мм удобнее читать, но его паспортная погрешность выше цены деления, поэтому сотые на экране не значат ничего.

При внутренних замерах уточните, учтена ли толщина губок. У части приборов шкала уже включает её, у других на губках выбито число, которое надо прибавить. Проверьте на отверстии известного диаметра, например в кольце подшипника.

Микрометр, нутромер и щупы

Всё, что стоит под посадку, мерят микрометром. Гладкий микрометр читается до 0,01 мм, а у класса 1 допустимая погрешность около двух микрон, поэтому им определяют квалитет шейки. О микрометре и его допустимой погрешности говорит ГОСТ 6507-90. Работайте с трещоткой: она ограничивает усилие, и два замера подряд дают одно значение.

Перед ответственным замером ноль и верхний предел микрометра проверяют по концевым мерам, а не по памяти. На цифровом штангенциркуле последней цифре верить нельзя, поэтому решающие размеры подтверждают микрометром.

Отверстие мерят индикаторным нутромером. Его настраивают по микрометру, установочному кольцу или блоку концевых мер и качают в отверстии, пока стрелка не найдёт минимум по диаметру. Для глубины слепого отверстия подходит глубиномер штангенциркуля, для паза шириной 4–10 мм набор щупов: щуп должен входить с лёгким сопротивлением.

Ступени вала мерят от торца: сначала общую длину, затем расстояние до каждого уступа. Так проще избежать накопления погрешности. Фаски и канавки не пропускайте, они идут в отдельные размеры: фаска 1×45°, канавка 3 мм шириной и 0,5 мм глубиной.

Конусы, радиусы и сложные профили

Для конуса измеряют два диаметра и расстояние между ними. Например, D = 30,00 мм, d = 24,00 мм при расстоянии 60 мм: конусность (D − d) / L = 0,1, то есть 1, полуугол около 2,9°, полный угол около 5,7°. Дальше сверяйте с ближайшим стандартным конусом: метрические 1, конусы Морзе близки к 1, но у каждого номера своя конусность. Угломер даёт грубую проверку, а расчёт по диаметрам точнее.

Радиус снимают шаблонами: подбирают лист, который ложится в скругление без просвета. Наборы радиусомеров покрывают примерно от 1 до 25 мм. Если шаблон не нашёлся, считают по хорде: измеряют длину хорды c и стрелку h глубиномером, радиус равен c² / (8h) + h/2. Для c = 40 мм и h = 5 мм получится R = 42,5 мм. Профили сложной формы переносят на бумагу: деталь кладут на лист и обводят остро заточенным карандашом либо прижимают к бумаге, закрашенной графитом. Контур потом сканируют или фотографируют вместе с линейкой и оцифровывают.

Межосевые расстояния через штифты

Расстояние между центрами двух отверстий штангенциркулем напрямую не измерить. В отверстия вставляют калиброванные штифты (подойдут хвостовики свёрл или контрольные пальцы), замеряют расстояние между их наружными краями A и вычитают полусумму диаметров.

Если мерить зазор между штифтами B, то L = B + (d₁ + d₂)/2. Для двух штифтов одного диаметра формула проще: L = A − d.

Шестерни

Модуль и число зубьев прямозубой шестерни находят счётом и одним замером. При z = 20 и диаметре вершин 44,0 мм модуль равен 44 / (20 + 2) = 2 мм. Для косозубых колёс нужен ещё угол наклона. Остальное, от длины общей нормали до профиля, разобрано в статье как изготавливают шестерни.

Как определить резьбу на детали

Резьба описывается тремя числами. Наружный диаметр у болта мерят штангенциркулем в нескольких местах, у гайки измеряют диаметр отверстия по вершинам витков (это внутренний диаметр, наружный будет больше на высоту профиля). Шаг проще мерить не одним витком, а длиной десяти: 15,0 мм на десять шагов означают шаг 1,5 мм. Профиль проверяют резьбомером, шаблон ложится во впадины без просвета.

Резьбомер М60 рассчитан на метрический профиль 60° и шаги примерно от 0,4 до 6 мм. Д55 с углом 55° собран под дюймовую резьбу Витворта и трубные цилиндрическую и коническую, число ниток на дюйм у него идёт от 28 до 4. Для американских дюймовых UNC и UNF угол тоже 60°, поэтому Д55 к ним не подходит.

Шаг в миллиметрах и число ниток связаны формулой 25,4 / шаг: 1,814 мм дают 14 ниток, 2,309 мм дают 11. Если десять шагов заняли 18,1 мм, это 14 ниток на дюйм. Сверяйте результат со справочниками: метрическая резьба, дюймовая и трубная резьба. Коническую трубную резьбу отличают по уменьшению диаметра витков к торцу.

Как определить материал детали

Без лаборатории материал не назвать точно, но круг можно сузить. Начинают с магнита, потом ищут по искре и плотности, и только затем смотрят на твёрдость.

Плотность проще всего определить гидростатически. Деталь взвешивают в воздухе, затем подвешенной на нити в стакане с водой, не касаясь стенок. Плотность равна массе в воздухе, делённой на разность масс, и умноженной на плотность воды (около 0,998 г/см³ при комнатной температуре). Пример: 157,0 г в воздухе и 137,3 г в воде дают 157,0 / 19,7 × 0,998 ≈ 7,95 г/см³. Это ближе к аустенитной нержавеющей стали (около 7,9), чем к обычной (7,85), и с учётом погрешности весов в 1 % надо проверять магнитом. Алюминиевые сплавы лежат в пределах 2,6–2,85, латунь около 8,4–8,5, медь 8,94, титан около 4,5, серый чугун около 7,1. Значения для сотен материалов собраны в справочнике плотности материалов.

Твёрдость на глаз проверяют напильником: незакалённая сталь и цветные металлы режутся, сталь около 50 HRC и выше напильник уже скользит. Точное число покажет твердомер, а перевод между шкалами есть в справочнике твёрдости и в калькуляторе перевода. Закалка шейки и мягкий торец говорят о поверхностной закалке, и это пойдёт в чертёж отдельной строкой. Различить сталь 45 и 40Х такой разведкой нельзя, поэтому в эскизе пишите «аналог по свойствам» и согласуйте марку с технологом цеха.

Износ: как вернуться к номиналу

Размер изношенной шейки не годится для чертежа: деталь делали под номинал, а износ съел часть. Если вал замеряется 39,93 мм, берите ближайшее значение из ряда нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69, то есть 40 мм. Стандарт построен по рядам предпочтительных чисел Ra5, Ra10, Ra20 и Ra40: в диапазоне 10–20 мм ряд Ra40 содержит 10; 10,5; 11; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20, а в Ra5 только 10 и 16. Стандарт рекомендует отдавать предпочтение более грубым рядам, то есть сначала сверять размер с Ra5, потом с Ra10 и так далее.

Округление работает только для свободных линейных размеров. Резьбы, посадочные места под подшипники, зубья и все дюймовые детали ему не подчиняются: диаметр под подшипник берётся из его каталога, а дюймовая деталь остаётся дюймовой. Если износ больше нескольких десятых, опирайтесь на неизношенные участки (торцевой буртик) и на сопряжённую деталь. Допуски назначайте по справочнику допусков и посадок, а если нужно понять, что значит конкретный квалитет, смотрите таблицу квалитетов.

Типичные ошибки обмера

• Перекос губок и измерение кончиками. На валах даёт ошибку до 0,1 мм.
• Замер изношенной зоны. Мерьте там, где детали работали мало или совсем не касались.
• Одно сечение. Вал с овальностью 0,05 мм не обнаружить одним замером.
• Теплая деталь или инструмент. Деталь с мороза, из ванны с маслом или из рук даёт свой размер, который не повторится.
• Размер по сопряжённой детали, которая тоже износилась. Берите стандартные изделия: подшипник, шпонку, манжету, а не вторую изношенную деталь.
• Цифра без допуска на эскизе. Цех не отличит «20» с точностью до десятки от «20» с точностью до микрона.

Эскиз и что отдать в цех

Эскиз делают от руки, без масштаба, но с соблюдением пропорций, по правилам ГОСТ 2.125-2008, а требования к чертежу в целом изложены в ЕСКД, в частности в ГОСТ 2.109. Оформление подробно описано в статье как сделать чертёж детали по ЕСКД. Для разовой детали эскиза достаточно, для повторяющихся заказов делают чертёж и модель, а формат для цеха выбирают по статье о форматах STEP, STL, IGES, DXF и DWG.

Как цех проверяет готовое, описано в материале про контроль качества деталей, а как посадки на валу задают допуски, в статье про валы и оси. Если деталь сломана и вопрос стоит между ремонтом и новой, смотрите восстановление сломанной детали.