Метрология - Учебное пособие для заочников. Учебное пособие для бакалавров и специалистов заочной формы обучения Издательство Иркутского государственного технического университета
 Скачать 2.76 Mb.
|
|
Ю.В. Димов А.В. Высоцкая МЕТРОЛОГИЯ СТАНДАРТИЗАЦИЯ ИИ И СЕРТИФИКАЦИЯ 2013 УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ЗАОЧНИКОВ 1 Министерство образования и науки Российской Федерации Иркутский государственный технический университет Ю.В. Димов А.В. Высоцкая МЕТРОЛОГИЯ СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Учебное пособие для бакалавров и специалистов заочной формы обучения Издательство Иркутского государственного технического университета 2013 2 УДК 621 – 182.8 (0.83.74) (075.8) ББК 65.290 – я. Д 46 Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом ИрГТУ Рецензенты Кафедра Прикладная механика ИрГУПС; завлаб. Института динамики и теории систем управления СО РАН, др техн. наук, профессор А.Ф. Берман. Димов Ю.В., Высоцкая А.В. Метрология, стандартизация и сертификация : учебное пособие для подготовки бакалавров и специалистов заочной формы обучения. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ , 2013. – с. Учебное пособие соответствует требованиям ФГОС-3. Изложены основы дисциплины Метрология, стандартизация и сертификация, содержатся варианты задач, включенных в контрольные работы по этой дисциплине, а также методические указания по их выполнению. Предназначено для студентов технических специальностей. Димов Ю.В., Высоцкая А.В. Иркутский государственный технический университет 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие................................................................................................... 4 1. Стандартизация в области метрологии. ............... 6 2. Основы метрологии. ....... 7 3. Виды и методы измерений …… . ………………….10 4. Средства измерений. 11 5. Основы стандартизации. .. .13 6. Единая система допусков посадок гладких соединений. 16 7. Система допусков и посадок подшипников качения. Измерение линейных размеров. ................................................................ 18 8. Шероховатость поверхности. Допуски формы и расположения поверхностей детали. … …………. 20 9. Взаимозаменяемость резьбовых, шпоночных и шлицевых соединений. .. 22 10. Взаимозаменяемость зубчатых передач. Размерные цепи. .24 11. Качество и конкурентоспособность продукции. . . . . . . . . . . .. . . . .26 12. Основы сертификации. 34 13. Физико-механические свойства горных пород . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .41 14. Характеристики бурых и каменных углей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 15. Качество продукции в горном деле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 43 Задача 1. Взаимозаменяемость гладких цилиндрических соединений. Задача 2. Взаимозаменяемость резьбовых соединений …..... Задача 3. Установление контролируемых параметров цилиндрических зубчатых передач. .54 Задача 4. Выбор посадок для подшипников качения . . . . . . . . . . . .. . ... . 60 Задача Выбор измерительных средств для контроля размеров . . .. . . 64 Задача 6. Определение размерности производных единиц . . . . . . . . .. . . .71 Задача 7. Определение параметров и погрешностей прибора. . . . Задача 8. Определение погрешностей косвенных измерений Задача 9. Определение доверительных границ для истинных значений величин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75 Задача 10. Статистическая обработка результатов измерений ....... .......85 Задача 11. Расчет погрешности определения зольности угля радиационным прибором по ГОСТ 11055–78 . . . . . . .. . . . . . .89 Задача 12. Определение предела прочности горной породы при одноосном сжатии по ГОСТ 21153.2–84 . . . . . . . . . . . . .. . 95 Задача 13. Выбор измерительных средств для контроля размеров . . . . . Рекомендуемая литература ……………………… . . .. . . ……………..102 Приложение А. Поля допусков валов и отверстий по ГОСТ 25347–82 * . 105 Приложение Б. Размеры среднего и внутреннего диаметров метрической резьбы ……… …………………… .112 Приложение В. Отклонения метрических резьб с зазором по ГОСТ 16093–2004 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 113 Приложение Г. Нормы точности зубчатых колеси передач . ……… …116 Приложение Д. Размеры и нормы точности подшипников качения. . . . . 123 4 6 7 10 11 13 16 18 20 22 24 26 34 41 42 43 45 50 54 60 64 70 73 74 74 83 87 93 98 101 104 111 112 115 122 4 ПРЕДИСЛОВИЕ Дисциплины Метрология, стандартизация и сертификация, Метрология, стандартизация и сертификация в горном деле, Метрология, стандартизация, Метрология, квалиметрия и сертификация относятся к циклу общепрофессиональных дисциплин технических специальностей. Они имеют ряд общих разделов (метрология, стандартизация, взаимозаменяемость, технические измерения, сертификация, а отличаются друг от друга разным распределением объемов между разделами. Первая часть методических указаний содержит 15 разделов, каждый из которых включает в себя учебную программу, краткие методические указания поданному разделу и перечень вопросов для самопроверки. Во второй части приведены задания для решения задачи методические указания по их выполнению. Контрольные задания для разных специальностей сформированы в соответствии с учебными программами контрольная работа включает письменные ответы на два вопроса для самопроверки и решение задач. Первая группа заданий Для специальностей 151900.62 – Технология машиностроения (КТБЗ); 130100.65 Самолѐто- и вертолѐтостроение (СМЗ, СМЗУ); 162300.62 Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей (ЭЛБЗ); 150700.62 Оборудование и технология сварочного производства (МТБЗ, МТБЗС); 190600.62 Автомобили и автомобильное хозяйство (ЭТБЗ, ЭТБЗС); 190600.62 Автомобильный сервис (ЭТБЗ); 190100.62 Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование (НКБЗ, НКБЗС) – необходимо ответить на теоретические вопросы, которые даны в табл. 1, и решить задачи 1, 2, 3, 4, 5, 6. Вторая группа заданий Для специальностей 150400.62 Металлургия цветных, редких и благородных металлов (МЦБЗ); 190700.62 Организация перевозок и управление в единой транспортной системе (ТТБЗ); 260100.62 Технология бродильных производств и виноделие (ТПБЗ); 260100.62 Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий (ТПБЗ); 220700.62 – Автоматизированное управление жизненным циклом продукции (АТБЗ); 230100.62 – Автоматизированные системы обработки информации и управления (ИТБЗ); 230100.62 – Вычислительные машины, комплексы, системы и сети (ИТБЗ); 280700.62 – Безопасность жизнедеятельности в техносфере (ТББЗ) – необходимо ответить на теоретические вопросы, которые даны в табл. 2, и решить задачи 5, 6, 7, 8, 9, 10. Третья группа заданий Для специальностей 130101.65 Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений твердых полезных ископаемых (ПГ); 131000.62 – Бурение нефтяных и газовых скважин (НДБЗ, НДБЗС, НДБЗУ); 130400.65 5 Маркшейдерское дело (ГДЗ); 130400.65 Подземная разработка рудных месторождений (ГДЗ); 130400.65 Открытые горные работы (ГДЗ); 131102.65 – Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых (ТГЗУ) – необходимо ответить на теоретические вопросы, которые даны в табл. 3, и решить задачи 6, 7, 8, 11, 12, Таблица 1 Номер варианта Номера разделов Номер варианта Номера разделов 0 1, 9 5 6, 11 1 4, 6 6 5, 8 2 2, 7 7 7, 11 3 3, 8 8 5, 7 4 1, 9 9 3, 9 Таблица 2 Номер варианта Номера разделов Номер варианта Номера разделов 0 1, 3 5 3, 12 1 2, 4 6 2, 11 2 1, 12 7 4, 11 3 2, 4 8 3, 11 4 3, 4 9 1, 12 Таблица 3 Номер варианта Номера разделов Номер варианта Номера разделов 0 1, 13 5 3, 12 1 2, 14 6 2, 15 2 1, 15 7 4, 14 3 2, 12 8 3, 13 4 3, 4 9 1, 12 Варианты заданий по теоретическим вопросам соответствуют последней цифре шифра зачетной книжки студента. Номера вопросов в указанных разделах соответствуют предпоследней цифре шифра. Например, для шифра 52 первой группы заданий теоретическими вопросами являются 1. Модификация метода сравнения с мерой. 6 2. Стандартные условные обозначения допусков формы и расположения поверхностей деталей. В задачах вариант соответствует двум последним цифрам шифра. Если две последние цифры больше количества вариантов в задании (20, 30 или 50), то из них необходимо вычесть цифру 20, 30 или 50 соответственно. Стандартизация в области метрологии 1.1. Метрология наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Законодательная метрология, ее международные, государственные и ведомственные организации, их задачи по совершенствованию средств и методов измерений. Метрологическая служба РФ, ее структура и основные задачи. Государственная система обеспечения единства измерений ГСИ и ее основополагающие стандарты. Ведомственная метрологическая служба, ее структура и основные задачи. [26, 27, 29, 32]. В современном производстве невозможно обойтись без методов и средств обеспечения их единства и способов достижения требуемой точности. Измерение это сравнение измеряемой величины с известной при помощи специальных технических средств, имеющих нормированные метрологические характеристики. Под единством измерений понимают такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. В настоящее время необходим высокий уровень метрологического обеспечения производства, под которым понимают установление и применение научных, организационных и правовых основ, технических средств, правили норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Будущему инженеру следует ознакомиться с историей развития метрологии, знать о вкладе отечественных ученых в развитие этой науки, изучить основные задачи метрологии, усвоить, насколько важную роль играют метрология и измерительная техника в выбранных специальностях. Необходимо знать, что правовой основой метрологического обеспечения является законодательная метрология, которая регламентирует соблюдение основных метрологических требований и норм в законодательном порядке. Законодательная метрология это раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норма также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразие средств измерений. Комплекс 7 взаимосвязанных правил, положений, требований и норм, соблюдение которых необходимо для достижения единства и требуемой точности измерений, установлен стандартами ГСИ. Основными правовыми актами по метрологии в РФ являются Закон РФ Об обеспечениии единства измерений отв редакции г РМГ 29–99. Метрология. Термины и определения МИ 2247 93 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения и др. Задачи ведомственных (отраслевых) служб стандартизации в области метрологии следует изучать по материалам, приведенным в [26, 27, 29, 32]. Темы теоретических вопросов 1. Задачи метрологической службы РФ. 2. Основные задачи метрологии. 3. Международные метрологические организации. 4. Технологические и организационные основы метрологического обеспечения. Роль метрологии в научно-техническом прогрессе. 6. Роль метрологии и измерительной техники в современном производстве. 7. История развития метрологии, вклад в ее развитие отечественных ученых. 8. Направления развития и перспективы дальнейшего развития метрологии. 9. Метрологический контроль и надзор. 10. Примеры нормативных документов по метрологии. 2. Основы метрологии 2.1. Физические величины. Международная система единиц СИ. Основные, дополнительные и производные единицы СИ. Внесистемные единицы. Образование кратных и дольных единиц. Независимость законов материального мира от выбора системы единиц. 2.2. Шкалы измерений шкала наименований шкала порядка шкала интервалов шкала отношений абсолютные шкалы. 2.3. Международная система единиц физических величин. [26, 27, 29, 32]. Размерность измеряемой величины является качественной ее характеристикой и обозначается символом dim, происходящим от слова dimension. Размерность основных физических величин обозначается соответствующими заглавными буквами. Например, для длины, массы и времени. Например, если скорость определять по формуле V = l/t, то dim V = dim l/dim t = Т = Т. Если по второму закону Ньютона сила F = а, где а = V/ t ускорение тела, то dim F = dim m dim а = МL/Т 2 = Т 8 Таким образом, всегда можно выразить размерность производной физической величины через размерности основных физических величин с помощью степенного одночлена dim Q = L M T …, где L, М, Т, . . . размерности соответствующих основных физических величин , , , … показатели размерности Каждый из показателей размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным числом, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, то такая величина называется безразмерной 2.4. Международная система единиц физических величин. Основные единицы системы SI по ГОСТ 8.417–2002 приведены в табл. 4. Таблица 4 Основные единицы системы SI Величина Единица Наименование Размерность Наименование Обозначение Международное Русское Длина L Метр m м Масса M Килограмм kg кг Время T Секунда s с Сила электрического тока I Ампер A А Термодинамическая температура Кельвин K К Количество вещества Моль mol моль Сила света J Кандела cd кд В качестве эталона единицы длины утверждѐн метр, который равен длине пути, проходимого светом в вакууме за 1/299.792.458 долю секунды. Эталон единицы массы килограмм представляет собой цилиндр из сплава платины (90 %) и иридия (10 %), у которого диаметр и высота примерно одинаковы (около 30 мм. За единицу времени принята секунда, равная 9.192.631.770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия. Эталоном единицы силы тока принят ампер сила неизменяющего- ся во времени электрического тока, который, протекая в вакууме по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным один от другого на расстоянии 1 м, создаѐт на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 2 10 -7 Н. 9 Единицей термодинамической температуры является кельвин, составляющий часть термодинамической температуры тройной точки воды. За эталон количества вещества принят моль количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов частиц, сколько атомов содержится в 12 г углерода (1 моль углерода имеет массу 2 г, 1 моль кислорода 32 га моль воды 18 г. Эталон единицы света – кандела – представляет собой силу света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Плоский угол измеряется в радианах (рад, размерность которого равна m m -1 = 1. Радиан является производной единицей. Он равен углу между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. Телесный угол измеряется в стерадианах (ср) с размерностью m 2 m -2 = 1. Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы. По ГОСТ 8.417–2002, кроме основных единиц физических величин, предусмотрены производные единицы СИ, образованные по правилам образования когерентных производных единиц (когерентная производная единица, связанная с другими единицами, в которой числовой коэффициент принят равным 1), например, площадь – L 2 , скорость LM -1 ; производные единицы СИ, имеющие специальные названия и обозначения, например, сила – LMT -2 – ньютон (Н, мощность – L 2 MT -3 – ватт Вт производные единицы СИ, наименования и обозначения которых образованы с использованием специальных наименований и обозначений, например, момент силы L 2 MT -2 – ньютон-метр (Нм. Темы теоретических вопросов 1. Физические величины и их свойства. 2. Измеряемые и оцениваемые физические величины. 3. Шкалы измерений. 4. Размерность измеряемой величины. 5. Международная система единиц. 6. Принципы построения система единиц ФВ. 7. Основные единицы системы СИ. 8. Производные единицы системы СИ. 9. Кратные и дольные единицы системы СИ. 10. Единство измерений. 10 3. Виды и методы измерений 3.1. Виды измерений прямые, косвенные, совместные, совокупные. Методы измерений. Метод непосредственной оценки. Методы сравнения уравновешивания дифференциальный, нулевой, замещения, совпадений. 3.2. Погрешности измерений. Истинное и действительное значения измеряемой величины. Абсолютная и относительная погрешности. Систематические погрешности. Причины их возникновения, методы обнаружения и исключения. Случайные погрешности, промахи, грубые погрешности. Причины появления случайных погрешностей. Вероятностные оценки значения случайных погрешностей. Обработка результатов ряда равноточных наблюдений. Среднее арифметическое значение измеряемой величины. Среднее квадратичное отклонение среднего арифметического значения. Доверительный интервал и доверительная вероятность. Нахождение доверительного интервала при большом и малом числе наблюдений при заданной доверительной вероятности. Способы выражения точности измерений и формы представления результатов измерений. Методические и инструментальные погрешности. Статические иди- намические погрешности. [26, 27, 29, 32]. Современная метрология занимается преимущественно физическими величинами, под которыми понимается свойство, общее в качественном отношении многим объектам. В количественном отношении эта величина индивидуальна для каждого объекта. Качественная характеристика всего многообразия физических объектов в соответствии с международной системой единиц (СИ) может быть определена достаточно малым числом основных понятий длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества и сила света. Совокупность этих понятий и их наименования (метр, килограмм, секунда и т. п) образуют основные единицы СИ. Для характеристики других физических объектов, например, площади, силы, энергии используются производные единицы СИ. При работе с объектами, имеющими сравнительно малое значение, применяются дольные единицы (например, сантиметр, миллиграмм) либо кратные [26, 27, 29]. Определить количественную характеристику физической величины (в дальнейшем просто величины) означает произвести измерение. Существуют различные методы измерений [27]: непосредственной оценки, сравнения с мерой, замещения и т. д. В частности, метод непосредственной оценки это метод измерения, при котором значение величины определяют по отчетному устройству измерительного прибора. Другие методы описаны в [27, 29]. Другими характеристиками измерений являются их виды [27, 29]: прямые, косвенные, совокупные и совместные. Например, под прямыми измерениями понимают такие, при которых искомое значение величины 11 находят из опытных данных (температуру термометром, электрическое напряжение вольтметром и т. д. Другие виды измерений объяснены в [27]. Выбор метода и вида измерений определяется требуемой точностью измерений, условиями проведения измерений и другими факторами. При расчете погрешности физической величины следует учитывать объект измерения, окружающую среду, методические погрешности, погрешности средств измерений и т. д. Для оценки действительного значения величины используются абсолютные и относительные погрешности. Результаты измерений содержат систематические и случайные погрешности. Основными причинами систематических погрешностей являются инструментальные и методические погрешности. Они могут быть выявлены и устранены или уменьшены. Для повышения достоверности действительного значения величины проводятся многократные измерения, что позволяет объективно оценить случайную составляющую погрешности измерений. Первичной оценкой номинального значения измеряемой величины являются, как правило, среднее арифметическое значение измеряемой величины и среднее квадратическое отклонение (СКО). Они зависят от количества измерений. Поэтому вводится понятие доверительных интервалов с доверительной вероятностью. Эти понятия взаимосвязаны. Доверительные интервалы устанавливаются по СКО с учетом количества измерений и доверительной вероятности. Последняя характеризует относительное число попаданий измеряемой величины в доверительный интервал. При написании полученной при измерениях физической величины должна быть указана и погрешность ее измерения. Темы теоретических вопросов 1. Виды измерений и методы измерений. 2. Точность и достоверность измерений. 3. Правильность, сходимость и воспроизводимость измерений. 4. Метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой их преимущества и недостатки. 5. Модификации метода сравнения с мерой. 6. Погрешности измерений. 7. Виды систематических погрешностей и способы их устранения. 8. Случайные погрешности и законы их распределения. 9. Обработка результатов измерений. Доверительный интервал. 10. Нормальный закон распределения вероятностей. Правило трех сигм. |