background image

 

POMIARY K TÓW STO KÓW ZEWN TRZNYCH 

 

Zakres i cel  wiczenia 

Celem  wiczenia jest: 

• 

przypomnienie zasad wymiarowania i tolerowania sto ków, 

• 

zapoznanie z metodami i sprz tem pomiarowym u ywanym do pomiaru k tów sto ków, 

• 

nabycie umiej tno ci pomiaru k tów sto ków zewn trznych: 

•  k tomierzem uniwersalnym, 
•  na mikroskopie warsztatowym przez pomiar  rednic i odległo ci mi dzy nimi, 
•  liniałem sinusowym, 
•  przy u yciu wałeczków i płytek wzorcowych, 

• 

pogł bienie umiej tno ci analizy bł dów pomiarów po rednich. 

 

Konieczne przyrz dy i materiały 

• 

mikroskop warsztatowy du y MWD, 

• 

liniał sinusowy MKNh 100x25 PN-79/M-53354, 

• 

k tomierz uniwersalny noniuszowy MKMb PN-82/M-53358, 

• 

komplet płytek wzorcowych MLAa klasy 2 PN-83/M-53101, 

• 

komplet wałeczków pomiarowych do gwintów MLDd PN-79/M-53088, 

• 

czujnik z baty zegarowy MDAa 10/II PN-68/M-53260, 

• 

mikrometr zewn trzny MMZb 0-25 PN-80/M-53202, 

• 

mikrometr zewn trzny MMZb 25-50 PN-80/M-53202, 

• 

podstawa pomiarowa MDZg (do czujników z chwytem 

φ8h7), 

• 

podstawa pomiarowa magnetyczna MDZb, 

• 

płyta pomiarowa MLFa 400x400-1 PN-81/M-53099. 

 

 

Rys. 1. Du y mikroskop MWD: 1 – podstawa, 2 – obrotowy stół pomiarowy, 3 – szybka, 4 – b ben odczytowy 

głowicy mikrometrycznej przesuwu poprzecznego, 5 – b ben odczytowy głowicy mikrometrycznej przesuwu 

wzdłu nego, 6 – płytka oporowa, 7,8 – obrót stołu, 9 – ucha do dr ków ułatwiaj cych przenoszenie 

mikroskopu, 10 – kolumna, 11 – r czne kólko do pochylania kolumny, 12 – przesuwne rami , 13 –  ruba 

zaciskowa, 14 – tubus, 15 – otwór do mocowania urz dzenia projekcyjnego, 16 – pier cie  radełkowany, 17 – 

obiektyw, 18 – głowice okularowe, 19 – okular obserwacyjny, 20 – okular odczytowy do pomiaru k tów, 21 – 

o wietlacz. 

background image

 

1. Zasady wymiarowania i tolerowania sto ków 

Powierzchnie sto kowe wymiaruje si  przez podanie: 

• 

rednicy du ej D, 

• 

długo ci L, 

• 

k ta płaskiego sto ka 

α lub zbie no ci C, gdzie: 

 

2

tg

2

α

=

=

L

d

D

C

 

 

Zasady tolerowania powierzchni sto kowych, dla sto ków o zbie no ci od 1 : 3 do 1 : 500 oraz o długo ci 

od 6 do 630 mm, podaje polska norma PN-82/M-02121. 

W ogólnym przypadku tolerowanie sto ków polega na podaniu pola i warto ci tolerancji  rednicy du ej 

sto ka  T

D

,  stałej  wzdłu   całej  długo ci  sto ka  (rys.  2).  Tolerancja  T

D

  okre la  przestrzenny  obszar  tolerancji, 

zawarty  mi dzy  dwoma,  minimalnym  i  maksymalnym,  sto kami  granicznymi  (dwoma  współosiowymi 
powierzchniami sto kowymi o kształcie nominalnym), mi dzy którymi powinny by  zawarte wszystkie punkty 
powierzchni rzeczywistej sto ka. Obszar tolerancji ogranicza równocze nie odchyłki  rednicy T

D

, odchyłki k ta 

i odchyłki kształtu sto ka (odchyłk  prostoliniowo ci tworz cej sto ka i odchyłk  okr gło ci). 

 

 

Rys. 2. Tolerowanie sto ka przez tolerowanie  rednicydu ej sto ka. 

1 – maksymalny sto ek graniczny, 2 – sto ek rzeczywisty, 3 – minimalny sto ek graniczny. 

 
Tolerancje k ta i tolerancje kształtu sto ka podaje si  na rysunku tylko wtedy, gdy maj  one by  mniejsze 

ni  to wynika z tolerancji  rednicy sto ka T

D

W razie braku wymaga  co do warto ci tolerancji kształtu cała tolerancja T

D

 mo e by  wykorzystywana 

jako tolerancja k ta, a gdy nie toleruje si  k ta – jako tolerancja kształtu. 

Zasady  tolerancji  k tów  okre la  norma  PN-77/M-02136.  Zaleca  ona  tolerowanie  k tów  sto ków  w 

zale no ci od: 

• 

długo ci nominalnej sto ka L dla zbie no ci C 

≤ 1 : 3 (α ≤ 19), 

• 

długo ci nominalnej tworz cej sto ka L dla zbie no ci C 

≥ 1 : 3. 

 

 

Rys. 3. Sposoby tolerowania k tów sto ka a) przez podanie tolerancji AT

D

 lub AT

α

; b) przez podanie tolerancji 

AT

h

 lub AT

α

background image

 

Tolerancje k tów mo na okre la  (rys. 3): 

• 

w jednostkach k towych (AT

α

), 

• 

długo ci  odcinka prostopadłego do tworz cego sto ka (AT

h

), 

• 

ró nic   rednic sto ka na jego du ym ko cu, wynikaj c  z k tów granicznych sto ka 

α

max

 i 

α

min

 (AT

D

). 

Tolerancje kształtu i poło enia okre laj  normy PN-78/M-02137 (Tolerancje kształtu i poło enia. Nazwy 

i okre lenia) i PN-80/M-02138 (Tolerancje kształtu i poło enia. Warto ci). 

Sposób ich oznaczania, zgodnie z PN-87/M-01147 (Rysunek techniczny maszynowy. Tolerancje kształtu 

i poło enia. Oznaczanie na rysunkach.) pokazano na rys. 4. 

 

 

Rys. 4. Oznaczanie tolerancji kształtu sto ka na rysunkach technicznych: a) tolerancja prostoliniowo ci 

tworz cej sto ka; b) tolerancja okr gło ci sto ka 

 
W celu sprawdzenia poprawno ci wykonania sto ka nale y wykona  pomiary: 

• 

k ta sto ka, 

• 

rednicy du ej sto ka, 

• 

długo ci sto ka, odchyłki okr gło ci, 

• 

odchyłki prostoliniowo ci tworz cej sto ka. 

 

Pomiar  k ta  sto ka  przy  u yciu  stołu  pomiarowego  i  przez  pomiar  rednic  i 

odległo ci mi dzy nimi na mikroskopie warsztatowym 

Pomiary k ta sto ka przy u yciu stołu pomiarowego i przez pomiar  rednic i odległo ci mi dzy nimi na 

mikroskopie  warsztatowym  maj   charakter  ł czny,  gdy   wyniki  pierwszego  pomiaru  maj   wpływ  na  wyniki 
pomiaru  drugiego,  pozwalaj c  kompensowa   bł d  systematyczny  nie  pokrywania  si   osi  sto ka  z  osi  
pomiarow  mikroskopu. 

Sto ek mocujemy w kłach na przesuwnym prostok tnym stoliku, który z kolei mocujemy za pomoc   rub 

do  rowków  teowych  (w  przypadkowym  poło eniu)  na  stole  pomiarowym.  Sprawdzamy,  czy  przy  takim 
ustawieniu  sto ka, zakres  pomiarowy  rub  mikrometrycznych  jest wystarczaj cy  do  przeprowadzenia  pomiaru 

rednic  D  i  d  oraz  odległo ci  mi dzy  nimi  L  (odległo   L  powinna  by ,  ze  wzgl du  na  dokładno   pomiaru, 

mo liwie jak najwi ksza). W przypadku, gdy jest to niemo liwe, zmieniamy poło enie kłów na stoliku i jeszcze 
raz sprawdzamy mo liwo  przeprowadzenia pomiaru. 

W  celu  przeprowadzenia  pomiaru  przy  u yciu  stołu  pomiarowego  ustawiamy  krzy   okulara 

goniometrycznego na „zero”, a nast pnie przez obrót stołu pomiarowego doprowadzamy do pokrycia tworz cej 
sto ka z lini  poziom  tego krzy a, po czym na skali stołu odczytujemy k t 

α

1

W ten sam sposób przeprowadzamy pomiar k ta 

α

2

 dla drugiej tworz cej sto ka. 

Suma tych k tów daje warto  k ta sto ka 

α, a bł d jej pomiaru jest równy warto ci działki elementarnej 

noniusza stołu podziałowego, równej 3’. 

Nale y pami ta ,  e dla k tów 

α

1

 lub 

α

2

 le cych w III i IV  wiartce do oblicze  nale y bra  ich ró nic  

od 360

°, tzn. 

je li odczytano na skali stołu podziałowego k ty: 
   

α

1

 =  7

°   i   α

2

 = 355

° 

to k t sto ka podziałowego wynosi: 
   

α = 7° + (360° - 355°) = 12°. 

Po przeprowadzeniu trzech pomiarów nale y przyst pi  do pomiaru k ta sto ka metod  po redni : dwie 

rednice D i d i odległo  mi dzy nimi L. 

background image

 

Pomiar musi poprzedzi  takie ustawienie stołu podziałowego, aby o  sto ka pokryła si  z osi  pomiarow  

mikroskopu. 

K t, na jaki ustawi si  stół podziałowy, wyznacza si  nast puj co: 

• 

dla ka dego pomiaru bezpo redniego oblicza si  k t symetrii osi sto ka (k t przy którym zmierzone k ty 
α

1

 i 

α

2

 byłyby sobie równe). 

Dla przykładu podanego powy ej k t symetrii osi sto ka wynosi: 
   

α

sym

 - 

α

1

 – 0,5 

⋅ α = 7° - 0,5 ⋅ (12°) = 1° 

Je li 

α

sym

 < 0

° to: α

sym

 = 360

° + α

sym

• 

okre la si  warto   redni  k ta 

α

sym r

 dla trzech pomiarów bezpo rednich, 

• 

ustawia  si   stół  podziałowy  na  k t 

α

sym r

  i  przyst puje  do  pomiaru  po redniego  (warto   k ta 

α

sym r

 

wypisuje si  do protokołu). 
Nale y  pami ta ,  e  podczas  pomiarów  niedopuszczalne  jest  luzowanie zamocowania sto ka w  kłach i 

zamocowania kłów na stole pomiarowym. 

K t sto ka 

α, wyznaczony przez pomiar  rednic i odległo ci mi dzy nimi, okre la zale no : 

   

L

d

D

ar

2

ctg

2

=

α

 

a bł d pomiaru wzór: 

   

2

2

2

+

+

±

=

grL

grd

grD

gr

e

L

e

d

e

D

e

α

α

α

α

 

gdzie: 

 

(

)

2

2

4

2

L

d

D

L

D

+

=

α

 

(

)

2

2

4

2

L

d

D

L

d

+

=

α

 

(

)

(

)

2

2

4

2

L

d

D

d

D

L

+

=

α

 

Warto ci bł dów pomiaru e

grD

, e

grd

 i e

grL

 nale y przyj  jako równe 

± 0,01 mm. 

Ostateczny wynik pomiaru ma posta : 

α ± e

gr

α

 z prawdopodobie stwem 0,9997. 

 

Pomiar k ta sto ka za pomoc  liniału sinusowego 

Liniał  sinusowy  (rys.  5)  składa  si   z  liniału  opartego  na  dwóch  wałkach  jednakowej  rednicy,  których 

osie s  równoległe do siebie i le  w płaszczy nie równoległej do górnej płaszczyzny liniału. 

 

 

Rys. 5. Pomiar k ta sto ka na liniale sinusowym 

background image

 

W celu pomiaru k ta sto ka 

α dobiera si  wysoko  stosu płytek wzorcowych H tak, aby górna tworz ca 

sto ka była mo liwie równoległa do płaszczyzny płyty pomiarowej. 

Bł d równoległo ci okre la si  przy pomocy czujnika (najcz ciej zegarowego) i traktuje jako poprawk . 

Bł d ten ze wzgl du na dokładno  pomiaru nie powinien przekracza  0,5

° (ró nica wskaza  czujnika na dwóch 

ko cach  sto ka  nie  powinna  by   wi ksza  ni   0,1  mm  na  ka de  10  mm  długo ci  tworz cej).  D enie  do 
wyeliminowania  poprawki  przez  idealne  ustawienie  wysoko ci  stosu  płytek  jest  niecelowe  i  nie  zalecane  ze 
wzgl du na du  czasochłonno . 

Warto  k ta sto ka, mierzon  na liniale sinusowym, okre la wzór: 

   

1

ctg

sin

l

h

ar

l

H

arc

±

=

α

 

gdzie: 
 

H – wysoko  stosu płytek wzorcowych, 
l – odległo  mi dzy osiami wałków liniału sinusowego (dla liniału stosowanego w  wiczenie l = 

100 mm), 

h  –  ró nica  odległo ci  tworz cej  sto ka  od  płyty  pomiarowej,  mierzona  czujnikiem  w  dwóch 

skrajnych punktach sto ka (h = O

2

 – O

1

l

1

 – odległo  mi dzy skrajnymi poło eniami czujnika, w których uzyskano wskazania O

1

 i O

2

Znak „+” we wzorze wyst puje, gdy wysoko  punktu tworz cej sto ka na jego mniejszej  rednicy nad 

płyt  pomiarow  jest wi ksza od wysoko ci punktu tworz cej sto ka, le cego na jego du ej  rednicy. 

Bł d pomiaru k ta sto ka, wyznaczony metod  ró niczki zupełnej, wynosi: 

   

2

2

1

1

2

2

+

+

+

±

=

grh

grl

grl

grH

gr

e

h

e

l

e

l

e

H

e

α

α

α

α

α

 

 
gdzie: 

 

2

2

1

H

l

H

=

α

 

 

 

2

2

H

l

L

H

l

=

α

 

 

2

2

1

1

h

l

h

l

+

=

α

  

 

 

2

2

1

h

l

l

h

l

+

=

α

 

 
gdzie: 
  e

grl

 = 0,006 mm, 

  e

grH

 = 

n

k

+

±

2

2

6

,

0

45

,

0

001

,

0

 [mm] 

   

(dla stosu płytek wzorcowych klasy 2, gdzie: 

   

 

 

k – liczba u ytych płytek o wymiarze (0 ; 10

> mm 

   

 

 

n – liczba u ytych płytek o wymiarze (10 ; 25

> mm), 

  e

grh

 = 

± 0,01 mm 

   

(maksymalny bł d, przy dwukrotnym pomiarze czujnikiem), 

  e

grl1

 = 

± 1,0 mm 

(szacunkowy  bł d  pomiaru  odległo ci mi dzy  punktami  styku  ko cówki  czujnika z tworz c  
sto ka). 

Bł d pomiaru t  metod  na ogół nie przekracza 

± 10’. 

 

Pomiar k ta sto ka k tomierzem uniwersalnym 

K tomierz uniwersalny (rys. 6) nale y do grupy najbardziej rozpowszechnionych przyrz dów do pomiaru 

k tów. 

 

background image

 

 

Rys. 6. K tomierz uniwersalny: a) sprawdzania k tomierza za pomoc  płytki k towej, b) noniusz k towy;          

1 – tarcza z podziałk , 2 – noniusz, 3 – rami  stałe, 4 – rami  ruchome, 5 – zacisk tarczy, 6 – zacisk ramienia 

ruchomego. 

 
Jedno  rami   k tomierza  jest  zł czone  trwale  z  głowic   w  postaci  okr głej  tarczy  z  podziałk   noniusza 

k towego. Wokół tej tarczy mo e by  obracany o dowolny k t pier cie  z podziałk  stopniow , do którego jest 
przymocowane  drugie  rami   k tomierza  w  postaci  przesuwnego  liniału.  Pier cie   mo na  unieruchamia   w 
dowolnym poło eniu wzgl dem tarczy, np. po przystawieniu obu ramion do powierzchni tworz cych mierzony 
k t. Zastosowanie noniusza umo liwia odczytywanie k ta z bł dem odczytania 5’. Kraw dzie ka dego ramienia 
s   do  siebie  równoległe  w  stopniu  dostatecznym  dla  zagwarantowania  jednakowej  dokładno ci  pomiaru  przy 
wykorzystaniu kraw dzi zewn trznych albo wewn trznych. 

 

Pomiar k ta sto ka za pomoc  wałeczków 

Sposób pomiaru k ta sto ka 

α za pomoc  wałeczków ilustruje rysunek 7. 

 

 

Rys. 7. Pomiar k ta sto ka za pomoc  wałeczków 

 
Jest to pomiar metod  po redni . 

background image

 

Sto ek ustawia si  mniejsz  podstaw   na płycie pomiarowej, a dwa wałeczki pomiarowe, dokładnie tej 

samej  rednicy d

w

, kładzie si  na płycie i styka ze sto kiem. Po zmierzeniu mikrometrem wymiaru M

1

 zestawia 

si   dwa  jednakowe  stosy  płytek  wzorcowych  o  wysoko ci  h,  ustawia  si   na  nich  te  same  wałeczki  i  mierzy 
mikrometrem wymiar M

2

Do pomiaru mo na stosowa  wałeczki  o dowolnej  rednicy – ze wzgl du na wygod  pomiaru – nale y 

dobiera  wałeczki o wi kszych  rednicach (np. wałeczki o d

w

 = 4,0 mm). 

Wysoko  stosów płytek h jest równie  dowolna, jednak z uwagi na dokładno  pomiaru, powinna by  

ona mo liwie najwi ksza. 

K t sto ka 

α okre la wzór: 

   

h

M

M

ar

2

ctg

2

1

2

=

α

 

 
Bł d pomiaru 

∆α wynosi: 

   

2

2

2

2

2

1

1

+

+

±

=

grh

grM

grM

gr

e

h

e

M

e

M

e

α

α

α

α

 

 
gdzie: 

 

(

)

2

2

1

2

1

4

2

h

M

M

h

M

+

=

α

 

(

)

2

2

1

2

2

4

2

h

M

M

h

M

+

=

α

 

(

)

(

)

2

2

1

2

1

2

4

2

h

M

M

M

M

h

+

=

α

 

 
przy czym: 
  e

grM1

 = e

grM2

 = 

± 0,01 mm, 

  e

grh

 = 

n

m

k

+

+

±

2

2

2

8

,

0

6

,

0

45

,

0

001

,

0

 

[mm] 

   

(dla stosu płytek wzorcowych klasy 2, gdzie: 

   

 

 

k – liczba u ytych płytek o wymiarze 

<0 ; 10) mm, 

   

 

 

m – liczba u ytych płytek o wymiarze 

<10 ; 25) mm, 

   

 

 

n – liczba u ytych płytek o wymiarze 

<25 ; 50) mm). 

Spodziewany bł d graniczny przy tej metodzie pomiaru wynosi około 

± 10°. 

 

Przebieg  wiczenia 

K t, otrzymanego od prowadz cego  wiczenie, sto ka nale y zmierzy  (zgodnie z zaleceniami podanymi 

w instrukcji) 5 metodami: 

•  k tomierzem uniwersalnym, 
•  na mikroskopie warsztatowym przy u yciu stołu pomiarowego, 
•  na mikroskopie warsztatowym przez pomiar  rednic i odległo ci mi dzy nimi, 
•  liniałem sinusowym, 
•  przy pomocy wałeczków, 

a nast pnie wyznaczy  bł dy poszczególnych pomiarów i przeprowadzi  dyskusj  otrzymanych wyników.