Пособие надежность. Ч1

4, напрессованного на этот вал, индикатором 6 – радиальное биение делительной окружности зубьев зубчатого колеса при помощи калиброванного ролика 5, помещаемого между зубьями, при повороте колеса через нечетное число зубьев. При измерении деталь вращают вручную с поджимом в сторону опорного центра 7.

1

1

Рис. 3.2. Схема измерения индикаторами радиального и торцового биения поверхностей детали: 1 – центровые стойки; 2 – центры; 3 – индикаторы

3

8

Рис. 3.3. Измерение индикатором радиального биения вала и торцового биения зубчатого колеса: 1 – вал; 2, 6, 8 – индикаторы; 3 – призмы; 4 – зубча-

тое колесо; 5 – калиброванный ролик; 7 – центр

150

он лежит на призмах 1. Проверка производится индикатором 5, имеющим специальный измерительный наконечник 6.

Проверка биения поверхности конусного отверстия 3 вала относительно его базовых шеек 2 при помощи оправки 4, вставленной в проверяемое отверстие, и индикатора показана на рис. 3.6.

2

Рис. 3.6. Контроль биения поверхности конусного отверстия:

1 – призма, 2 – базовые поверхности, 3 – конусное отверстие, 4 – оправка

l

Рис. 3.7. Проверка перпендикулярности торцов поверхности фланца

Проверка перпендикулярности поверхности торцов фланца к геометрической оси детали в производственных условиях выявляется при контроле торцового биения этой поверхности. Наибольшее торцовое биение l

152

по индикатору равно по величине неперпендикулярности проверяемого торца

(рис. 3.7).

Рис. 3.8. Контроль несоосности цилиндрических поверхностей вала: 1 – призма, 2, 3 – поверхности

Несоосность цилиндрических поверхностей 2 и 3 детали (рис. 3.8) и эксцентричное положение одной поверхности относительно другой практически проверяют как радиальное биение этих поверхностей по отношению к базовой поверхности 2 при установке ее в призме 1. При этом считают, что величина радиального биения равна удвоенной величине эксцентриситета е.

На контрольном приспособлении с установкой детали на призмы для измерения взаимного биения поверхностей (рис. 3.9): вал 1 с гнездом А устанавливают посадочными шейками на роликовые призмы 2 и 3. Для уменьшения погрешности измерения ролики в призмах не имеют вращения. Биение гнезда А относительно шеек вала измеряют индикатором 4 с рычажной передачей 5, установленной на стойке 6. Рычажная передача имеет передаточное отношение k=2.

При аттестации точности показаний приспособления индикатор 4 заменяют микроиндикатором с ценой деления 0,001 мм. Для получения

153

статистического ряда необходимо многократно измерять биение гнезда А относительно оси шеек вала 1 в одном и том же сечении. После каждого измерения деталь 1 снимают, а затем вновь устанавливают на призмы контрольного приспособления.

3

Рис. 3.9. Контрольное приспособление с установкой детали на призмы для измерения взаимного биения поверхностей: 1 – вал; 2, 3 – роликовые призмы;

4 – индикатор; 5 – рычажная передача; 6 – стойка

Во всех приведенных примерах контроль может производиться не только индикатором, но и различными измерительными головками, а также индуктивными датчиками приборов активного контроля с последующей записью осциллограмм отклонений интересуемых профилей поперечных или продольных сечений.

2. Анализ погрешности измерения радиального биения деталей машин при производственных методах контроля

В общем представлении радиальное биение контролируемого профиля поперечного сечения поверхности вращения детали является комплексным параметром оценки реальных отклонений текущего радиуса-вектора ∆Ri(φi) по некруглости и неконцентричности геометрического центра этого профиля относительно общей оси вращения детали. При непрерывной записи показаний измерительного датчика радиальное биение контролируемого профиля по-

154

верхности имеет вид периодической кривой с периодом 2π, которая может быть представлена тригонометрическим полиномом Фурье р-ого порядка:

k=1

где Ak , γk – соответственно амплитуда и начальная фаза k-ой гармонической составляющей реализации радиального биения контролируемого профиля; р – порядок полинома, т. е. число его членов; φi – текущий угол, т. е. угол поворота детали относительно выбранного начала отсчета.

Члены тригонометрического полинома (3.1) представляют влияние на текущую величину радиуса-вектора контролируемого профиля элементарных отклонений: первый – эксцентриситета профиля относительно общей оси вращения детали; второй – эллипсности; третий – огранки с трехвершинным профилем и т. д.

Способ контроля радиального биения поверхности с установкой детали в центрах не отвечает требованиям функциональной взаимозаменяемости сопрягаемых поверхностей в работающей сборочной единице.

Центровые отверстия имеют погрешности обработки случайного характера в виде отклонений формы в продольном и поперечном сечениях, отклонений углов конусов, несовпадения и перекоса осей. Фактическая площадь контакта пары «центровое отверстие – центр» всегда меньше номинальной (кажущейся) поверхности соприкосновения. При несовпадении осей центровых отверстий и центров возникает кромочный контакт их сопрягаемых поверхностей. Перекос осей центровых отверстий вызывает дополнительные погрешности, которые проявляются в результатах измерения в виде эллипсности. Таким образом, при вращении детали на центрах траектория движения ее оси является интегральным проявлением многих погрешностей обработки поверхностей контакта пар «центровые отверстия – центра». Следовательно, ось вращения детали в процессе измерения не совпадает ни с ее геометрической осью, ни с осью вращения детали на опорных шейках (сборочных базах) в процессе ее

155

работы при эксплуатации машины. Таким образом, при контроле радиального биения поверхностей детали с установкой в центрах полученные результаты измерения далеко не соответствуют реальным отклонениям формы и эксцентричному расположению контролируемых профилей относительно общей оси опорных поверхностей сборочных баз. Поэтому метод контроля радиального биения с установкой в центрах представляется методически необоснованным.

Метод контроля радиального биения поверхностей деталей с установкой на призмах также является косвенным, но имеет более определенный характер. Представляет интерес дать оценку погрешностям измерения при производственном методе контроля радиального биения поверхностей деталей машин с установкой на призмах. На рис. 3.4 представлена типовая схема производственного метода контроля радиального и торцового биения поверхностей детали с установкой на призмах. Радиальное биение поверхностей крупногабаритных валов (валков листопрокатных станов, роторов турбин, генераторов и др.) контролируют непосредственно на станках при сохранении принятых для обработки способов установки, что требует также методического обоснования. Например, на вальцешлифовальном станке KWB-1660B фирмы «TOSHIBA» (Япония) предусмотрен контроль профилей обрабатываемых поверхностей опорных валков с помощью индуктивного датчика. На рис. 3.10 представлены схема измерения и полученные реализации радиального биения профилей поверхностей цилиндрических, конических шеек и бочки опорного валка листопрокатного стана «1700» при перешлифовке с установкой на двухопорных люнетах. Двухопорные люнеты можно рассматривать как частный случай призм с угловым расположением граней в соответствии с углом расположения опорных элементов люнетов.

Известно, что при контроле радиального биения с установкой детали на призмах (люнетах) результаты измерения зависят от углов расположения опорных граней призм или опорных элементов люнетов и точки контакта измерительного датчика ψ и α (рис. 3.11).

156

свести к минимуму влияние отдельных доминирующих гармонических составляющих спектров отклонений формы базовых поверхностей на составляющую ∆εбф и тем самым уменьшить общую погрешность измерения. В случае, когда измерительной базой является образующая цилиндрической поверхности, влияние каждой гармонической составляющей отклонений формы базовых поверхностей на погрешность измерения при конкретных схемах контроля можно характеризовать коэффициентом воспроизведения, представляющим собой отношение

где А'kб – амплитуда k-ой гармонической составляющей отклонений, полученных в результате измерения текущих положений точек контролируемого профиля опорного сечения базовой поверхности при вращении детали; Аkб – амплитуда соответствующей k-ой гармонической составляющей реальных (собственных) отклонений формы профиля опорного сечения базовой поверхности.

Значения коэффициентов воспроизведения гармонических составляющих для конкретных схем контроля, в том числе, и в направлениях вертикальных и горизонтальных координатных осей могут быть определены по формуле

где Кk и εk – соответственно функция передаточных коэффициентов и составляющая углов сдвига фаз изменения k-ых гармоник, обусловленные влиянием углов расположения опорных граней призмы или опорных элементов люнетов и точки контакта измерительного датчика.

Значения функции передаточных коэффициентов Кk и составляющей εk углов сдвига фаз изменения k-ых гармоник при конкретных схемах контроля радиального биения поверхностей деталей с установкой на призмах или двухопорных люнетах определяется по формулам

159