между восьмым и девятым делением, то для установления размера приходится обратиться к помощи нониуса. Очень легко доказать, что все же какая-либо другая из десяти отметок нониуса обязательно совпадет с одной из отметок основное линейки.
Предположим, что размер валика нам известен и равен 8,6 миллиметра. Значит, первый (после нулевого) штрих нониуса отметит на основной линейке 9,5 миллиметра, второй — 10,4, третий — 11,3, четвертый — 12,2; пятый — 13,1 и, наконец, шестой — 14 миллиметров. Это {145} значит, что штрих шестого деления нониуса совпадет со штрихом 14-го деления основной шкалы. Если бы диаметр валика равнялся 8,8 миллиметра, то с каким-либо из делений основной шкалы совпало бы именно восьмое деление нониуса.
Отсюда вывод: если нулевая отметка нониуса не совпадает с целым числом миллиметров, то количество десятых долей миллиметра, входящих в измеряемую длину, определяется порядковым номером того деления шкалы нониуса, которое совпадает с каким-либо из делений основной шкалы. Измерив валик и установив, что нулевая отметка нониуса пришлась между 8-м и 9-м миллиметрами основной шкалы, определяем, какое деление нониуса совпало с делением основной шкалы, и, если таким делением нониуса оказалось именно шестое, говорим что диаметр валика равен 8,6 миллиметра. Справедливость этого можно доказать очень просто. Мы произвели наше примерное измерение и установили (для данного случая), что шестое деление нониуса совпало с 14-м делением линейки. Можно утверждать что «14» больше искомого диаметра валика на шесть делений нониуса. Но 6 ? 0,9 = 5,4 миллиметра, следовательно, искомый размер равен: 14—5,4 = 8,6 миллиметра.
После того как глаза привыкают быстро читать показания инструмента, следует овладеть еще одним мастерством: когда опытный станочник или слесарь окончательно устанавливает подвижную губку с помощью регулировочного винта, он выполняет это легким движением большого и указательного пальцев. Как только подвижная ножка коснется поверхности измеряемой детали, пальцы чувствуют это и как бы сигнализируют мозгу: «стоп, довольно, дальнейшая подача ножки не только не нужна, но может исказить показание инструмента и даже повредить его». Развитие такого чувства меры — дело практики.
Штангенциркуль с нониусом — очень распространенный универсальный измерительный инструмент и в наши дни. С его помощью можно получить и большую степень точности — до сотых долей миллиметра, разбив шкалу нониуса на большее число делений. Но в основном историческая роль нониуса в развитии измерительной техники сводится к тому, что с его помощью мир приобрел возможность получать точность измерений до 0,1 миллиметра.
Точность в 0,01 миллиметра
Если усовершенствованная масштабная линейка измеряет с точностью до 0,5 миллиметра, а обычный штангенциркуль с нониусом — до 0,1 миллиметра, го точность в 0,01 миллиметра достигается измерением с помощью микрометра. Это — измерительный инструмент, в конструкции которого используется микрометрический винт — винт с очень точно изготовленной нарезкой и очень малым шагом (расстояние между вершинами двух последовательных витков резьбы). Если гайка делает полный оборот по винту, она совершает линейное перемещение вдоль оси винта, равное его шагу; если же гайка повертывается, к примеру, только на 1/50 долю полного оборота, она продвинется по оси на 1/50 долю шага. При большой точности изготовления такого винта обеспечена и высокая точность соответствия между долей оборота гайки и линейным его перемещением. Этим и воспользовались машиностроители. Примерно в середине прошлого столетия они создали новый измерительный инструмент — микрометр, оказавшийся настолько совершенным, что его высокая точность даже опередила потребности машиностроителей того времени. {147} Этим, а также и трудностью его изготовления следует объяснить, что в течение 25 лет им почти не пользовались. Только с последней четверти прошлого века этот инструмент нашел широкое применение в измерительной технике. В значительной степени это было обусловлено теми требованиями, которые выдвигались развитием производства взаимозаменяемых деталей машин.
Как устроен и работает микрометр? На одном конце стальной жесткой скобы вмонтирована закаленная «пятка» с очень точно обработанной мерительной поверхностью. Другой конец скобы переходит в цилиндрическую втулку — ее называют «стебель» микрометра. На внутренней поверхности стебля нарезаны витки очень точной мелкой резьбы. Стебель служит гайкой для микрометрического винта, который и перемещается внутри него. Таким образом, в микрометре гайка неподвижна, а винт вращается и перемещается по прямой линии. Ненарезанная часть этого винта (в виде цилиндрического стержня) проходит сквозь стебель и может передвигаться или по направлению к неподвижной пятке или, наоборот, уходить от нее. Срез стержня также представляет собой очень точно обработанную закаленную мерительную поверхность. Другой конец винта несет на себе жестко скрепленную с ним втулку; ее называют «барабан». Эта деталь вращается вместе с микрометрическим винтом.
Измеряемую деталь помещают в скобу микрометра между мерительной пяткой и торцом подвижного стержня. Вращая барабан, передвигают стержень к измеряемой детали до соприкосновения с нею.
Один оборот винта передвигает мерительный стержень на длину шага микрометрической резьбы — на 0,5 миллиметра. Всего на винте 50 витков такой резьбы: это значит, что мерительная поверхность стержня может переместиться на 25 миллиметров от своего исходного положения (такое положение бывает или тогда, когда микрометр раскрыт на полную величину своего предела измерения — 25 миллиметров, — или, когда мерительные поверхности стержня и пятки правильно сомкнуты). Чтобы можно было видеть, на сколько оборотов винта стержень удален от пятки, поверхность стебля разделена продольной горизонтальной чертой, а по ее обеим сторонам нанесены две шкалы. Одна из них — основная — состоит из 25 делений ценою каждое {148} в 1 миллиметр; другая — из 24 таких же делений, но ее штрихи смещены относительно делений первой шкалы на 0,5 миллиметра. Получается так, что каждый штрих второй шкалы разбивает на две половины каждое деление основной шкалы. За один оборот винта стержень перемещается на длину его шага — на 0,5 миллиметра — или на половину деления основной шкалы. На этой шкале первый штрих обозначен нулем. Далее (последовательно) обозначен своим порядковым числом конечный штрих каждого пятого деления; получается ряд цифр: 0—5—10—15—25.
Если представить себе полный виток резьбы микрометрического винта в развернутом виде, мы получим прямую линию; ее можно разделить на 50 равных частей. Один оборот винта — его вращение по одному витку резьбы — передвигает стержень на всю длину шага (на 0,5 миллиметра); если же повернуть винт только на 1/50 оборота или на 1/50 часть развернутой линии витка, то и перемещение стержня окажется в 50 раз меньше, оно будет равно 0,5:50 = 0,01 миллиметра.
50 делений окружности одного витка резьбы нанесены в виде шкалы на скосе барабана. Каждый из штрихов этой шкалы может быть совмещен с продольной линией на стебле микрометра. После этого поворот барабана на одно деление собственной шкалы передвинет стержень на 0,01 миллиметра. Теперь можно приступить к отсчету показаний микрометра. {149}
С продольной линией на стебле совпал один из штрихов круговой шкалы барабана. Начинаем с чтения показания шкалы на стебле: срез барабана как бы отсек определенную часть шкалы. Допустим, что ближайшее к срезу число на основной шкале «10»; затем на ней же видно еще два целых деления. Значит,
