[1]Предлагаемая полезная модель предназначена для измерения наружных диаметров, преимущественно - для измерения больших наружных диаметров и может найти применение в различных отраслях промышленности, в частности, в машино и станкостроении, в строительстве, в химической промышленности в процессе изготовления резервуаров большого диаметра, на железнодорожном транспорте при ремонте бандажей железнодорожных колесных пар на колесотокарных станках.
[2]Задача контроля размеров, особенно в тяжелом машиностроении, при изготовлении деталей большого диаметра весьма актуальна, ее решение связано с рядом особенностей, присуш,их данному виду измерений, а именно:
[3]значительные размеры объектов измерения (механической обработке подвергаются детали до 10000 мм и более); индивидуальный характер производства, в результате чего создается многообразие подлежащих измерению размеров, которб/ практически невозможно охватить существующими на практике измерительными средствами; значительные габариты и вес применяемых в настоящее время средств измерения, что усложняет их эксплуатацию, снижает точность измерений и их повторяемость; В таких условиях могут найти применение средства измерения, обладающие универсальностью и надежностью, обеспечивающие вместе с тем высокую точность измерений при минимальных затратах времени и труда.
[4]В настоящее время средства контроля и измерения больших диаметров представляют собой копирование средств измерения малых и средних диаметров (до мм), таких, как штангенциркуль, скобы (диаметральные и линейные). Скобы больших размеров снабжаются индикаторной головкой, изготавливаются из листовой стали путем сварки или из труб ( с пределом измерения до 2000 мм). Известные средства измерения имеют значительный вес (более 12 кГс). Из-за значительной массы устройства увеличивается погрешность измерения от температурных деформаций. Для обслуживания известных средств измерения требуется не менее двух операторов 1,2.
[5]Значительное уменьшение габаритных размеров измерительного инструмента для измерения наружных диаметров более 1000 мм возможно косвенным методом, к которым, в частности относятся:
[6]измерение диаметра по длине хорды и высоте сегмента; измерение от дополнительных баз.
[7]При косвенных измерениях искомый размер определяют с помощью других размеров, связанных с искомым функциональной зависимостью, однако применение косвенного метода для визуального контроля требует последующей обработки результатов, например, табличной или при помощи номограмм, графиков. Счетно-решаюш,ие устройства, сопряженные со средством измерения, имеющим цифровой преобразователь, позволяют вычислить контролируемый размер непосредственно с необходимой точностью, кроме того, позволяют прогнозировать изменение размера обрабатываемой детали в процессе ее изготовления.
[8]Известно устройство для измерения диаметров фирмы «Tesa 3.
[9]Устройство включает основание в виде призмы с углом при верщине 120°угл., снабжено измерителем перемещения с цифровым отсчетом,, имеющим выход на периферийные устройства заполний АГИя и отображения результатов измерения. Устройство позволяет измерять наружные диаметры в диапазоне до 1000 мм с точностью ±0,1 мкм.
[10]Отвечая основным требованиям к измерительным средствам для измерения больщих диаметров, известное устройство однако имеет ограниченное применение.
[11]Известно устройство 1, принятое за прототип, принцип измерения которого основан па результатах измерегшя элементов окружности. Устройство содержит основание в виде скобы, оконечности которой снабжены контактными поверхностями, образующими угол стС , постоянный для известной конструкции. Контактные поверхности образуют рабочие грани измерительной призмы. Зависимость между показаниями измерителя линейных перемещений, установленного в основание устройства, и отклонением размера диаметра определяется зависимостью:, д t)- дЬ
[12]где Л JD - отклонение измеряемого диаметра от размера, на кото1:)ьп1 установлен прибор, в мкм;
[14]- - Известное устройство позволяет определять отклонение диаметра ог размера, на который установлен нрибор, в мкм но имеет узкий диапазон измерения.
[15]Предлагаемая полезная модель для измерения наружных диаметров свободна от недостатков, присущих известным устройствам аналогичного назначения.
[16]Предлагаемая полезная модель представлена на чертежах, где:
[17]-на фиг. 1 ноказан общий вид устройства без дополнительных
[19]на фиг. 2 показан вид сверху;
[20]на фиг. 3 показан вид по стрелке А фиг. 1;
[21]на фиг. 4 показано сечение В-В с контактной поверхностью,
[22]соприкасающейся с измеряемым объектом, удлинителыюй
[23]штанги; - на фиг. 5, 6 показаны дополнительные штанги для
[24]специальных измерений;
[25]на фиг. 7 показан принцип измерения предлагаемым
[27]Устройство (см. фиг. 1) содержит основание 1 с отсчетной плоскостью 2, на которую опирается установленное в гнезде 3 основания 1 измеритель линейных перемещений 4. Измеритель имеет цифровой отсчет и выход на периферийные устройства регистрации и обработки результатов измерений. Основание имеет приливы 5 и 6, в которых выполнены посадочные отверстия 7 и 8 для установки дополнительных штанг 9, 10 (см. фиг.2) для измерений диаметра деталей, имеющих опорные плоскости перпендикулярные продольной оси детали, например, кольцевые буртики. Дополнительные штанги крепятся элементами крепления 11,12. В основании 1 выполнены пазы 13,14, в которых размещены подвижные грани 15 и 16 измерительной призмы, образованной этими гранями. Грани вращаются вокруг осей 17,18 имеют привалочные плоскости 19,20 (фиг.3),сопрягающиеся с удлинительными штангами 21,22. Штанги крепятся к граням призмы элементами крепления 23 и имеют контактные поверхности 24 (фиг.4). На гранях 15,16 смонтированы фиксаторы угла раствора граней относительно биссектрисы угла призмы.располагаются в пазах, выполненных в гранях и состоящие из движков 25 и 26, подпружиненные пружинами 27 соответственно. На отсчетной плоскости 2 основания 1 установлен указатель 28 вертикального и горизонтального положения устройства на объекте измерения 29. Дополнительные штанги 9 (фиг.5) и 10 (фиг.6), предназначенные для измерений диаметров деталей, имеющих опорные буртики в плоскости, перпендикулярной продольной оси детали могут иметь фиксированную или переменную длину L. В последнем случае они имеют выдвижпые штоки 30 (фиг.5) и 31 (фиг. 6),шкалы 32 и 33 соответственно, контактные элементы 34 (фиг. 5) и 35 (фиг.6). Шток 30 фиксируется в заданном
[28]положении фиксатором 36, а шток 31 и контактный элемент 35 (фиг.6) фиксаторами 37 и 38 соответственно. На основании устройства нанесены шкапы 39 величин углов, на которые отклоняются гра.ни 15 и 16 измерительной призмы от биссектрисы ее угла.
[29]Принцип измерения наружных диаметров поясняется фиг. 7.
[30]Из треугольника ОАВ после преобразования имеем:
[37]J 7 -диаметр измеряемой поверхности, мм. /7L -измеренная высота, равная расстоянию от теоретической вершины призмы до точки контакта измерителя с поверхностью измеряемой детали, проходящей через ее центр О. стС -угол между направлением измерения величиныи радиусом, проведенным перпендикулярно контакта (АВ). / -величина, измеренная от базовой отсчетной плоскости призмы до точки контакта измерительного средства с поверхностью детали(индицируется на экране измерительного средства). о -высотнаяпостоянная призмь/, равная расстоянию теоретической вершины призг ь/до базовой (отсчетной) плоскости призмы. (Л угловая постоянная нризмы, равная 2в -угол при вершине призмы. Значениями и Ко( компенсируется высотная погрешности изготовленной призмы с обязательной симметрией угла относительно линии измерения. Значения В и /хоС. мо17Т быть измсре1н,1 с 6ojH.iHOH точностью с помощью электронного микроскопа и занесены в паспорт на призму. Как видно из фиг. 7,6 процесс измерения, в зависимости от
[38]измеряемого диаметра, точка icoiri-акта В перемещается по прямой Л13 (по линии контакта), при Э1ом:
[39]Из треугольника ОАВ имеем:
[43]где /.УпйХ -f лАУ7Л - максимальный и минимальные радиуеы деталей, которые возможно замерить конкретной призмой;
[44]Значение - определяет перемещение линии контакта.
[45]Подставляя в выражения (1) или (2) значения г , которые предполагается измерить с помощью конкретной призмы,
[50]Значение бН П т)( - п t mln определяет ход измерения, необходимый для выбора измерительного средства, при этом точность измерения диаметра зависит от дискретности измерительного средствадля
[51]определения значения.
[52]В таблице 1 приведены некоторые средства измерения линейных перемещений для определения величины /T.ia :
[61]Для наглядного примера о возможностях предлагаемого устройства для измерения наружных диаметров взяты три удлинительные штанги, а именно - длиной Ш1, равная 100, Ш2, равная 200 и ШЗ, равная 300 мм попарно.
[62]При этом задаемся углом со значениями 3, 5, 10, 20, 30, 45 и 60 градусов угловых и, соответственно, значение удвоенного угла i6 будет 174, 170, 160, 140, 120, 90 и 60 градусов угловых.
[63]Числовые значения для выбранных примеров сведены в таблицу 2, где в строке 1 приведены рабочие формулы фрикционной зависимости г -f ) призм С выбранными значениями углов о/ -и /2 , определенные по вышеприведенной формуле (I), в строке 2 - зависимости /2.; и - J- () Для выбранных примеров различные сочетания углов и длин штанг разбиты на 7 типов, причем призма с наибольшим значс1П1ем угла С7 отнесена к первому типу, а призма с наименьшим значением угла 2 отнесена седьмому типу. Например, рабочая формула призмы первого типа будет иметь вид: - 2h-i , а для призмы пятого типа 1)г -I29,mj Подставляя в приведенные выражения значения Л/ , равные одной дискрете выбранных измерительных средств, приведенных в таблице 1, в строках 3 и 4 таблицы 2 имеем:
[64]-для призмы первого типа: Qo,ci 2. ; jo,ooi - ;
[65]-для призмы пятого типа: / O,
[66]Таким образом, изменение высоты измерения /// на одну дискрету измерительного средства эквивалентно изменению измеряемого диаметра соответственно на 20 мкм (90,01) или на 2 мкм (90,001), 1,29578 мм и 0,129578 мм для призм первого и пятого типа соответственно.
[67]Исходя из вышеизложенного, можно сформировать сравнительные коэффициенты для определения точности различных вариантов применяемых на практике призм:
[69]Где: /./75 - коэффициент точности призмы по типу 5; - угловой коэффициент призмы по типу 5; К. d - угловой коэффициент призмы по типу 1. Для приведенного выше примера
[73]Таким образом, вариант призмы по типу 1 в 65 раз точнее призмы по типу 5. В строке 5 таблицы 2 приведены коэффициенты Кп: для различных типов призм, отнесенные к коэффициенту Кп для призмы 1-го типа, принятого за 1.
[74]В Таблице 3 приведены результаты измерения конкретных диаметров при использовании призм соответствующего типа () с применением удлинительных штанг Ш1-ьШЗ в различных сочетаниях, соответствующих Таблице 2.
[75]Работа с предлагаемым устройством производится в следу1ощем порядке. Для определения неизвестного диаметра призма устанавливается на объект так, чтобы грани 15 и 16 (см. фиг.1) призмы были разведены па равные углы от биссектрисы угла, а контактные поверхности 24 (фиг.4) удлинительных щтанг 21 и 22 (см. фиг.1) касались образующей объекта 29 (см.фиг. 1). При этом шток измерителя линейных перемещений 4 (см.фиг. 1) также касается образующей объекта 29. Если объект измерения представляет собой сферическую поверхность, то указатель вертикального положения 28 (фиг.1) устанавливаем на ноль.
[76]Измерителем линейных перемещений замеряют расстояние Е(см.фиг.7), например, ,42 мм. Из значения ,42мм вычитают паспортную постоянную призмы В, например ,1. Полученное значение (Е-В)24,32 подставляют в формулу призмы, например,
[77]типа 2 и получают -fQ
[79]таким образом, неизвестное значение диаметра равно 117,43 мм.
[80]Для выбора типа призмы по данному измеряемому диаметру берут, например,
[81]080 /(при углео 20°угл.) и измеритель линейных перемещений с 0,001 мм. Значение допуска в 20 мкм можно получить при помощи призм 1-го и 2-го типов:
[84]Предлагаемое устройство позволяет измерять большие диамечры объектов, например, ...,.- диаметров кругов катания железнодорожных колес в процессе их восстановления на колрсотокарных станках, с высокой степенью точности, а также других объектов в процессе изготовления, например, венцовых шестерен экскаваторов, шкивов большого диаметра и других крупногабаритных деталей в машиностроении и станкостроении..
[86]1.Справочник по производственному контролю в машиностроении. Под общей редакцией А.К.Кутая. Гос.ПТИ машиностроительной литературы. М.1964Г. стр. 387-395.
[87]2.Измерительный инструмент и приборы. Каталог. ПИП информации по машиностроению.М. 1976.стр. 120- 122; 24бч-251.
[88]3.Каталог измерительных инструментов и измерительных систем фирмы «Теза,Швеция,2001 .стр.6-14.
