Вопрос №1
Принципы построения Международной системы единиц. Преимущества СИ
СИ образована по общепринятой методике построения подобных систем, примененной впервые в 1832 г. К. Гауссом при построении своей «абсолютной» системе единиц. Методика эта следующая. За основу системы принимают несколько основных единиц (по возможности независимых друг от друга), из которых в качестве производных выводят единицы остальных величин. Производные единицы определяют на основании определяющих уравнений, связывающих их с основными и ранее определенными производными единицами. Следует иметь в виду, что какие-нибудь правила (алгоритмы), по которым тот или иной комплекс единиц выбирается в качестве основных, нельзя обосновать теоретически. Единственным критерием могут быть лишь эффективность и целесообразность использования данной системы. На практике в качестве основных единиц выбирают такие, которые можно воспроизвести с наибольшей точностью.
Таблица 1 – Основные единицы СИ
Основные единицы СИ перечислены в таблице 1. Долгое время в СИ входили две дополнительные единицы – радиан и стерадиан. Сейчас они отнесены к безразмерным производным единицам, имеющим собственные наименования (хотя, в принципе, производные единицы СИ не могут быть безразмерными).
Основные преимущества СИ.
1. Унификация единиц величин. Для каждой величины устанавливается одна единица и четкая система образования кратных и дольных единиц от нее.
2. СИ охватывает все области науки, техники и народного хозяйства.
3. Основные и большинство производных единиц СИ имеют удобные для практики размеры.
4. Четко разграничены единицы массы и силы (веса).
5. Для всех видов энергии (механической, тепловой, электрической, лучистой и др.) установлена одна общая единица – джоуль, в связи с чем отпадает потребность в таких переводных коэффициентах, как механический эквивалент теплоты, термический коэффициент работы электрического тока и др.
6. Упрощается запись уравнений и формул в различных областях науки и техники. Достигается значительная экономия времени при расчетах в силу отсутствия в формулах, составленных с применением единиц СИ, пересчетных коэффициентов, вводимых в связи с тем, что отдельные величины в этих формулах выражены в разных системах единиц.

Вопрос №2
Качество сборки автомобиля обеспечивается соединением деталей с требуемой посадкой Ø60 H8/s7
Требуется определить верхние и нижние отклонения, предельные размеры, допуски, зазоры, натяги, допуск посадки. Выполнить графическое решение данной задачи в масштабе 1000:1 (1 мкм = 1 мм).
Выполнить рис. с указанием цифровых и буквенных значений предельных отклонений.
Решение:
Посадка 60 H8/s7:
1.Соединение выполнено в системе отверстия, посадка с натягом
Отверстие D=60Н8(+0,046) выполнено по 8 квалитету:
2. Предельные отклонения:
Верхнее ES = + 46 мкм = + 0,046 мм.
Нижнее EI = 0
3. Предельные размеры:
Dmax= Dном.+ ЕS = 60 + 0,046 = 60,046 мм
Dmin = Dном. + EI = 60 + 0 = 60 мм
Допуск
ТD = Dmax Dmin = 60,04660 = 0,046 мм

Вал d = 60s7(+0,053+0,083) выполнен по 7 квалитету:
Предельные отклонения :
верхнее еs = +83 мкм = +0,083 мм
нижнее ei = +53 мкм = +0,053 мм
Предельные размеры:
dmax= dном+ es = 60 + 0,083 = 60,083 мм
dmin= dном+ ei = 60 + 0,053 = 60,053 мм
Допуски:
Td = dmaxdmin = 60,08360,053 = 0,03 мм
Соединение:
Наибольший натяг:
Nmax= dmaxDmin = 60,08360 = 0,083 мм.
Наименьший натяг:
Nmin= dminDmax= 60,05360,046 = 0,007 мм
Средний натяг:
Sm=Nmax+Nmin2=0,083+0,0072=0,045 мм
Допуск посадки:
ТП = ТN = NmaxNmin = 0,083 0,007 = 0,076 мм
4.Строим схему расположения полей допусков.

Рисунок 1 – схема расположения полей допусков

Рисунок 2 – различные обозначения предельных отклонений на чертеже

Вопрос №3
Резьбовое соединение имеет размер М30-6Н/8g-30. Требуется определить по ГОСТу шаг резьбы, номинальные диаметры болта и гайки. Дать полный расчет предельных диаметров болта и гайки.
Решение:
М30-6H/8g-30 из обозначения резьбы видно, что задана резьба метрическая с номинальным Ø d=D=30 мм., c крупным шагом, с нормальной длиной свинчивания, равной 30 мм, правая, однозаходная. Поле допуска гайки 6H, болта 8g.
По таблицам ГОСТ 8724-2002 определяем шаг резьбы Р, средний и внутренний диаметры резьбы d2 (D2) , d1(D1) определяем согласно
ГОСТ 9150-2002.

Р=3,5мм. d2 (D2) =d-3+0,727=30-3+0,727=27,727 мм
d1(D1) = d-4+0,211=30-4+0,211=26,211 мм

По таблицам определяем предельные отклонения резьбы для болта 8g и для гайки 6H при P=3,5 мм и d(D)=30 мм.

Ø болт es
ei
d max d min
d
30 мм -53 мкм
-0,053мм -723 мкм
-0,723 мм d max=d + es
30+(-0,053)=29,947 мм d min = d+ ei
30 + (-0,723)=29,277мм
d1
26,211 мм -53 мкм
-0,053мм ГОСТ не устанавливает d1 max =d1 + esd1
26,211+(-0,053)=26,158 мм ————

d2
27,727 мм -53 мкм
-0,053мм -388 мкм
-0,388 мм d2 max =d2 + esd2
27,727 +(-0,053)=27,674 мм d2 min= d2+ eid2
27,727 + (-0,388) =27,339 мм
Ø гайка ES EI D max D min
D
30 мм ГОСТ не устанавли-вает
0 мкм

—————— D min = D+ EI
30+0,0 =30 мм
D1
26,211 мм 560 мкм
0,56 мм 0 мкм

D 1 max= D 1+ ESD1
26,211+0,56=26,771 мм D 1 min = D 1+ EID1
26,211 мм +0=
=26,211мм
D2
27,727 мм 280 мкм
0,28 мм 0 мкм

D 2 max= D 2 + ESD2
27,727 +0,28 =28,007 мм D 2 min = D 2+ EID2
27,727 +0=27,727 мм

Вопрос №4
Понятие о приборах с оптическим преобразованием
Оптико-механические измерительные приборы находят широкое применение в измерительных лабораториях и цехах для измерения калибров, плоскопараллельных концевых мер длины, точных изделий, а также для настройки и проверки средств активного и пассивного контроля. Эти приборы основаны на сочетании оптических схем и механических передач.
К оптико-механическим измерительным приборам относятся пружинно-оптические измерительные головки (оптикаторы), оптиметры, ультраоптиметры, длиномеры, измерительные машины, интерферометры и др.
Оптиметр (ГОСТ 5405-75) состоит из измерительной головки 1, называемой трубкой оптиметра, и стоек (вертикальной 2 или горизонтальной 3). В зависимости от вида стойки оптиметры подразделяют на вертикальные (например, ОВО-1 или ИКВ, рис.3, а) и горизонтальные (например, ОГО-1 или ИКГ, рис. 3, б). Вертикальные оптиметры предназначены для измерений наружных размеров деталей, а горизонтальные — для измерения как наружных, так и внутренних размеров.
В оптической схеме оптиметров использованы принципы автоколлимации и оптического рычага.
Трубка оптиметра действует следующим образом. Лучи от источника света направляются зеркалом в щель трубки и, преломившись в трехгранной призме, проходят через шкалу, нанесенную на плоскость стеклянной пластины и имеющую 200 делений. Пройдя через шкалу, луч попадает на призму полного отражения и, отразившись от нее под прямым углом, направляется на объектив и зеркало. Качающееся зеркало пружиной прижимается к измерительному стержню. При перемещении измерительного стержня, опирающегося на измеряемую деталь, зеркало поворачивается на угол вокруг оси, проходящей через центр опорного шарика, что вызывает отклонение отраженных от зеркала лучей на угол, в 2 раза больший первоначального. Рассеянный отраженный пучок лучей объективом превращается в сходящийся пучок, который дает изображение шкалы. При этом шкала смещается в вертикальном направлении относительно неподвижного указателя на некоторую величину, пропорциональную измеряемому размеру. Контролер наблюдает изображение шкалы в окуляр, как правило, одним глазом, отчего сильно утомляется. Для удобства отсчета на окуляр надевают специальную проекционную насадку, на экране которой можно наблюдать изображение шкалы обоими глазами.

а)
б)
Рис. 3. Оптиметр

Оптические измерительные приборы нашли применение в измерительных лабораториях для абсолютных и относительных измерений бесконтактным методом деталей сложного профиля (резьб, шаблонов, кулачков, фасонных режущих инструментов), для точных измерений длин, углов, радиусов. Эти приборы построены на оптических схемах. Наиболее распространенными из них являются: микроскопы (инструментальный, универсальный, проекционный), проекторы, оптические длиномеры и угломеры, делительные головки, столы и др.
Инструментальные и универсальные микроскопы предназначены для абсолютных измерений углов и длин различных деталей в прямоугольных и полярных координатах. В соответствии с ГОСТ 8074-82 выпускают микроскопы с микрометрическими измерителями типов: типа А — без наклона головки и типа Б — с наклоном головки. У микроскопов ИМ 100х50, А и ИМ 150х50, Б предусмотрена возможность отсчета показаний по шкалам микрометрических головок и применения концевых мер длины, тогда как микроскопы ИМЦ 100х500, А; ИМЦ 150х50, А; ИМЦ 150х50, Б; ИМЦЛ 160х80, Б оснащены цифровым отсчетным устройством.
Универсальные измерительные микроскопы (ГОСТ 14968-69) отличаются от инструментальных большим диапазоном измерений и повышенной точностью. В них вместо микрометрических измерителей применены миллиметровые шкалы с отсчетными спиральными микроскопами.
Несмотря на конструктивные различия инструментальных и универсальных микроскопов, принципиальная схема измерения у них общая — визирование различных точек контролируемой детали, перемещаемых для этого по взаимно перпендикулярным направлениям, и измерение этих перемещений посредством отсчетных устройств. Для обеспечения хорошего визирования микроскопы снабжают сменными объективами различной степени увеличения.
В качестве примера рассмотрим конструкцию и принцип измерения микроскопа ММИ (рис. 4). Измеряемая деталь АБ рассматривается через объектив ОБ микроскопа. Изображение детали А1Б1 получается действительным, обратным и увеличенным.
Глаз наблюдателя через окуляр ОК видит мнимое, обратное и еще раз увеличенное окуляром изображение детали А2Б2.

Рис. 4. Инструментальный микроскоп ММИ
На массивном чугунном основании 1 в двух взаимно перпендикулярных направлениях на шариковых направляющих с помощью микрометрических винтов 2, 14 перемещается измерительный стол 3 с направляющими 4. Для снятия отсчета величины перемещения стола на гильзе, скрепленной с метрической гайкой, имеется миллиметровая шкала I , а на барабане, связанном с микрометрическим винтом, — круговая шкала II со 100 делениями (на рисунке показание микрометра равно 29,025). Объектив 5 с тубусом установлен на кронштейне 7, который перемещается в вертикальном направлении по стойке 11. У микроскопов типа Б стойка с помощью маховика 13 может наклоняться в обе стороны, что позволяет установить микроскоп, под углом, равным углу подъема измеряемой резьбы. Маховик 6, перемещающий кронштейн 7, служит для фокусировки микроскопа, причем установленное положение фиксируется винтом 12. Для точного фокусирования микроскопа вращают рифленое кольцо 8, при этом тубус смещается по цилиндрическим направляющим кронштейна. К верхней части тубуса крепится сменная угломерная окулярная головка с визирным 10 и отсчетным 9 микроскопами.
Оптические линейки (ГОСТ 24703-81) предназначены для определения отклонений от прямолинейности и плоскостности поверочных линеек, плит, а также направляющих поверхностей станков, образующих валов.
Принципиальная схема оптической линейки представлена на рис. 5.
Прибор основан на измерении отклонений точек контролируемой поверхности от воображаемой прямой — оптической оси. Линейка 5 (тонкостенная труба с оптической системой) устанавливается на двух опорах 4. Она имеет сквозной шлиц, вдоль которого перемещается измерительная каретка 3 с щупом 2, касающимся контролируемой поверхности. Для определения отклонений точек поверхности необходимо совмещать видимые на экране визирный штрих 7 и бифиляр б и снимать отсчеты по барабану микрометра 1. Оптические линейки могут иметь регистрирующее устройство в виде профилографа, позволяющего графически воспроизводить на бумаге профиль контролируемой поверхности.

Рис. 5. Оптическая линейка.

Литература
Палей М.А., Романов А.Б., Брагинский В.А. Допуски и посадки: справочник в двух частях – СПб: Политехника, 2001.
Марков Н.Н., Ганевский Г.М. Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов. – М.: Машиностроение, 1993. – 416с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учебник для вузов. – М.: Высш. школа, 2002 (2001). – 205 с.

Вопрос №1 Принципы построения Международной системы единиц