Билет №1

1. Вихретоковые преобразователи

2. Программные нагрузочные устройства

3,

1.1. Вихретоковые датчики используются для бесконтактных измерении пе­ремещений объектов изготовленных из любых токопроводящих материалов При этом безразлично обладают они ферромагнитными свойствами или нет В корпусе датчика располагается катушка, которая питается высокочастотным переменным током. Электромагнитное поле катушки индуктирует в электропроводящем измерительном объекте токи Фуко. При этом изменяется полное сопротивление катушки. Это изменение приводит к изменению сигнала пропорционально изменению расстояния до измеряемого объекта. Вихре­токовые датчики реагируют на окружающую среду (масло, загрязнения, воду и электромагнитные поля). Для снижения чувствительности вихретоковых датчиков в окружающей среде в них устанавливают защитные экраны. Вих­ретоковые датчики используются для измерения перемещений в пределах 0,5-80 мм и имеют разрешающую способность 0,05-8 мкм. Частотный диапа­зон измерений составляет от 1 Гц до 100 кГц.

Метод вихревых токов характеризуется большой точностью, универсальностью и быстродействием. Кроме того, устройства, реализующие этот метод, обладают хорошими динамическими характеристиками и высокой помехоустойчивостью.

В торце диэлектрического наконечника вихревого пробника находится катушка индуктивности (рис.). Драйвер обеспечивает возбуждение высочастотных колебаний в катушке, в результате чего возникает электромагнитное поле, которое взаимодействует с материалом контролируемого объекта. Если материал обладает электропроводностью, на его поверхности находятся вихревые токи, которые, в свою очередь, изменяют параметры катушки ее активное и индуктивное сопротивление. Параметры, меняются при изме­нении зазора между контролируемым объектом и торцом датчика. Драйвер преобразует эти изменения в электрический сигнал, осуществляет его линеа­ризацию и масштабирование.

Использование соединительного кабеля, состоящего из двух частей — кабеля пробни­ка и удлинительного кабеля выгодно с технологической точки зрения. С по­мощью типового набора удлинительных кабелей разной длины, удобно задавать общую длину системы. Для защиты от механического повреждения весь кабель или его отдельные части армируются. Драйвер представляет собой герметичную металлическую коробку, на которой имеется коаксиальный соединитель для подключения кабеля, а также клеммы питания, земли, общего провода и выходного сигнала. Вихретоковые датчики обладают хорошим частотным откликом (реакция на изменение расстояния между торцом пробника и объектом контроля). Обычно частотный диапазон составляет 0—10000 Гц. При этом неравномерность амплитудно-частотной характеристики не превышает 0,5 дБ. Входным параметром вихретокового датчика является величина зазора между торцом пробника и электропроводящим объектом. Величина измеряемого зазора составляет несколько миллиметров и зависит от диаметра катушки, заключенной в торце диэлектрического наконечника. Выходной сигнал, пропорциональный измеряемому зазору, может быть представлен в виде напряжения, тока или в цифровом формате. Для драйверов с выходным сигналом в виде напряжения указывают чувствительность (коэффициент преобразования зазора в электрический сигнал), которая в большинстве случаев составляет 8мв/мкм. Часто для сопряжения вихретокового датчика с типовыми системами мониторинга необходимо дополнительное преобразование выходного напряжения в формат 4—20мА токовой петли или в цифровой вид. Устройства, сочетающие функции драйвера и дополнительного формирователя называют трансмиттерами. Приоритетной областью использования вихретоковых измерителей яв­ляется контроль осевого смещения и поперечного биения валов больших тур­бин, компрессоров, электромоторов, в которых используются подшипники скольжения. Вихретоковый метод обладает исключительной точностью, по­скольку не только не имеет нижнего предела по частоте, но и не требует ма­тематической обработки результатов измерения ввиду прямого соответствия выходного сигнала текущему смещению вала или измерительного буртика относительно корпуса. Для измерения величины радиальной вибрации, как правило, используют два датчика установленные перпендикулярно валу и развернутые относительно друг друга на 90°. Ортогональное X—Y размещение датчиков улучшает диагностические возможности, поскольку при наличии соответствующих средств мониторинга позволяет визуально наблюдать орби­ту движения вала в радиальной плоскости.

1.2. Программные нагрузочные устройства. Для воспроизведения рабочих нагрузок действующих на детали и узлы станка применяют программные нагрузочные устройства. Установка про­граммных нагрузочных устройств не должна затруднять осуществления рабо­чего цикла станка. Использование программных нагрузочных устройств по­зволяет сэкономить заготовки и инструмент, создать большую мобильность процесса испытаний и ускорить его.

Программный метод испытаний предусматривает управление нагруз­ками, как в пространстве, так и во времени. Изменение пространственной ориентации силы существенно влияет на выходные параметры станка, так как в разных условиях эксплуатации рабочие нагрузки, реактивные силы и мо­менты, эпюры давлений на направляющих различны. Управление силами во времени позволяет получать как статическое значение силы, так и ее динами­ческую составляющую. Управление программными нагрузочными устройст­вами осуществляется по программе, заложенной в компьютер, с применением обратной связи для контроля за отработкой программы нагружения. Накопление и хранение результатов производится в памяти компьютера с выводом данных на печатающее устройство и дисплей.

В настоящее время создано большое количество разнообразных нагру­зочных устройств, однако, только немногие из них отвечают требованиям, которые предъявляются к автоматизированным нагрузочным устройствам. К автоматизированным нагрузочным устройствам предъявляются следующие требования:

- создание всех видов силовых воздействий, которые испытывает шпиндельный узел при обработке заготовки, а именно тормозного момента, радиальной и осевой силы, а так же центробежной силы инерции;

- создаваемые внешние воздействия должны меняться по направлению в пространстве и во времени с частотой, соответствующей изменению этих нагрузок при реальном резание металла;

- достаточная простота и малые габариты, позволяющее размещать их на испытательном оборудование;

- просто и быстро устанавливается на станке и снимается с него;

- управление от компьютера;

- по надежности превосходит испытываемое оборудование;

- на высокая стоимость, а на их привод должен расходоваться минимум электроэнергии.

По методу создания силы нагрузочное устройство могут быть с контактным и бесконтактным способом передачи силы. При контактном способе передачи нагрузки нагрузочное устройство непосредственно воздействует на сам шпиндель или на оправку, которая закреплена в шпинделе. Учитывая то, что диапазон скоростей современных шпинделей достаточно широк, использование вкладыша приводит к тому, что контактирующие детали быстро перегреваются и выходят из строя. При бесконтактном способе силовые воздействия на шпиндель передаются через воздушный зазор, при этом какой-либо контакт между нагрузочным устройством и оправкой исключается. Это позволяет значительно приблизить влияние силового воздействия нагрузочного устройства к силовому воздействию, которое испытывает шпиндельный узел при реальном резание.

По характеру создаваемого усилия нагрузочные устройства бывают с статической силой и с динамической силой. При реальном резание метала сила резания является величиной переменной, как по назначению, так и по направлению, поэтому использование нагрузочных устройств развивающих статическую силу не допустимо.

По точке приложения силы нагрузочные устройства подразделяются на устройства с неподвижным приложением нагрузки и с перемещением нагрузки. Нагрузочное устройство может непосредственно крепиться к шпинделю.

При обработке детали сила резания изменяет свое направление в зависимости от условий резания и, в первую очередь, от подачи и глубины резания. Поэтому при автоматизированных испытаниях предусматривают возможность изменения направления внешней силы.

Нагрузочные устройства по управлению бывают ручные и автоматические.

По способу регистрации сил нагружения нагрузочные устройства бывают с визуальной и с автоматической регистрацией.