СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСООСНОСТИ ВАЛОВ
METHOD FOR MEASURING SHAFT MISALIGNMENT

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля несоосности валов машин в машиностроительном и ремонтном производстве.
Известен способ контроля соосности валов машин, заключающийся в измерении радиального и осевого биения конструктивных элементов первой машины относительно конструктивных элементов второй машины, при этом одна из которых имеет крепительный фланец, измерительный узел устанавливают на валу первой машины и измеряют его радиальное биение относительно цилиндрической поверхности заточки крепительного фланца, а осевое - относительно его торца (см. авторское свидетельство СССР №1613843 А1, МПК G01B 5/24, 5/25. Способ контроля соосности валов машин / Шафранский В.А. 15.12.90. Бюл. №46).
Основным недостатком известного способа является ограниченность области его применения, поскольку для его осуществления требуется возможность подвода измерителя к измерительным поверхностям при любом пространственном положении измерительных поверхностей. Это условие часто не выполняется, так как доступной для измерений обычно является только верхняя часть пространства над сопрягаемыми валами.
Другим недостатком известного способа является то, что данный способ не позволяет выполнять измерение угловой несоосности соединяемых валов, с его помощью можно определить лишь осевое биение одного из опорных торцов.
Известен способ измерения несоосности валов, заключающийся в том, что измеритель, например штангенциркуль, измерительными ножками устанавливают на одни поверхности валов (или вала-отверстия), затем переставляют штангенциркуль измерительными ножками на противоположные поверхности (стороны) валов (или вала-отверстия) и алгебраически суммируют известным методом первые показания измерителя со вторыми показаниями, получают удвоенную величину несоосности, или вводят корректирующую величину, равную сумме радиусов валов (или вала-отверстия), известным способом устанавливают измерительные ножки на максимально удаленные поверхности валов, например, в вертикальном положении и определяют вертикальную несоосность, поворачивают штангенциркуль между этими поверхностями, определяют экстремальную несоосность, а в горизонтальном положении - горизонтальную (см. патент на изобретение RU 2500981 С2, МПК G01B 5/24, G01B 5/25 / Способ измерения несоосности валов. / Бирюков И.М., Рабинович И.И., Рудченко К.К. и др. 10.12.2013. Бюл. №34).
Недостатком известного способа является недостаточная точность измерения радиальной несоосности соединяемых валов, поскольку крайние точки контрповерхностей, между которыми должны быть установлены ножки измерителя расположены в плоскости не перпендикулярной к их осям, а для измерения наружного размера необходимо, чтобы ось инструмента или плоскость расположения измерительных ножек находилась параллельно линии измеряемого диаметра, т.е. перпендикулярно к оси каждого из валов.
Другим недостатком известного способа является то, что данный способ не позволяет выполнять измерение угловой несоосности соединяемых валов.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и регулирования несоосности и расширение области использования.
Технический результат достигается тем, что на шейке каждого из соединяемых валов вдоль его оси закрепляют один конец охватывающей его накладки в виде продольного сегмента цилиндрической втулки с углом меньше 180°, а на торце одного из валов перпендикулярно накладке - конец пластины, другой конец пластины и каждой накладки выступает за пределы вала, поворачивают валы так, чтобы накладки располагались диаметрально противоположно и находились с пластиной в одной плоскости, а именно горизонтальной, с помощью измерителя, а именно штангенциркуля, в плоскости перпендикулярной к осям валов измеряют расстояние между наиболее удаленными точками верхних сторон накладок, затем поворачивают валы накладками в противоположные стороны и снова выполняют измерение, по разности показаний измерителя в первом и втором положении определяют удвоенную величину горизонтальной радиальной несоосности, а в вертикальном положении - удвоенную вертикальную радиальную несоосность, при этом в одном из горизонтальных и одном из вертикальных положений пластины с помощью угломера, одну из линеек которого устанавливают со стороны торца вала на консольный участок пластины по ее продольной оси, а другую - на шейку другого вала вдоль его оси или верхнюю сторону его накладки, измеряют угол между указанными поверхностями, и определяют величину горизонтальной и вертикальной угловой несоосности, сравнивая значение полученного угла с углом в 90°, поворачивают валы и определяют удвоенную экстремальную радиальную несоосность и экстремальную угловую несоосность.
В пластине перпендикулярно ее продольной оси может быть выполнено отверстие, которое при ее закреплении на торце вала располагают соосно с его центровым отверстием.
На фиг. 1 изображены соединяемые валы, на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1.
На фиг. 1 и фиг. 2 обозначены: 1 и 2 - соединяемые валы; 3 и 4 - накладки, 5 - пластина, 6 - отверстие пластины. Каждая из накладок 3 и 4 выполнена в виде продольного сегмента цилиндрической втулки с углом меньше 180°. Один конец накладки закреплен нижней стороной на шейке вала. На торце одного из валов перпендикулярно его накладке (на фиг. 1 - левого) закреплен конец пластины. Другой конец пластины и каждой накладки выступает за пределы вала. Для однозначности базирования на валу, внутренний диаметр накладки не должен превышать его диаметр. Кроме того, нижняя сторона накладки может быть выполнена, например, в виде паза, образованного двумя плоскостями, наклоненными друг к другу под некоторым углом, т.е. в виде призмы. Накладки 3 и 4, а также пластина 5 могут быть выполнены, например, из магнитного материала. При этом в пластине перпендикулярно ее продольной оси может быть выполнено отверстие, которое при ее закреплении на торце вала располагают соосно с его центровым отверстием.
Процесс измерения осуществляется следующим образом. Накладки 3, 4 и пластину 5 устанавливают на валы. Валы поворачивают таким образом, чтобы накладки располагались диаметрально противоположно и находились с пластиной в одной плоскости, например, как на фиг. 1 - вертикальной. С помощью измерителя, например штангенциркуля, в плоскости перпендикулярной к осям валов измеряют расстояние между наиболее удаленными точками верхних сторон накладок (размер D на фиг. 1). В данном случае его величина будет равна
1
2
где d и d - диаметры соединяемых валов;
1
2
h и h - толщина накладок;
Δ - вертикальная радиальная несоосность.
Затем поворачивают валы накладками в противоположные стороны. Снова выполняют аналогичное измерение. Теперь величина размера D будет составлять
Разность показаний измерителя в первом и втором положении составит
1
2
1
2
т.е. будет равна удвоенной величине вертикальной радиальной несоосности Δ. Причем толщина накладок h и h, а также диаметры соединяемых валов d и d не влияют на результаты измерений.
Кроме того в одном из вертикальных положений пластины, например, как показано на фиг. 1, в верхнем, с помощью угломера (на фиг. 1 и фиг. 2 угломер не показан) измеряют угол между поверхностью пластины, обращенной к другому валу, и шейкой или накладкой этого вала (угол α на фиг. 1). Для этого одну из линеек угломера устанавливают на консольный участок пластины по ее продольной оси, а другую - на шейку другого вала вдоль его оси или верхнюю сторону его накладки. Сравнивая значение полученного угла α с углом в 90°, определяют величину и расположение вертикальной угловой несоосности. Т. е.
в
γ=α-90°,
в
где γ - вертикальная угловая несоосность.
Расположение угловой несоосности может быть определено по ее знаку.
Для измерения угла α может быть использован, например, электронный угломер (малка). Угловая несоосность будет определена точнее, если измерять угол а непосредственно между пластиной и шейкой вала, так как в этом случае можно исключить погрешность, связанную с возможной непараллельностью нижней и верхней сторон накладки.
Для увеличения точности измерений необходимо располагать обе накладки и пластину в одной плоскости. Этого можно добиться, например, выполнив вдоль продольных осей указанных элементов установочные риски: на верхней и нижней стороне накладок и на рабочей поверхности пластины, а также располагать отверстие пластины соосно с центровым отверстием вала. В этом случае продольная ось пластины будет совпадать с его диаметром. Измерения можно выполнять высокоточными инструментами, например цифровым штангенциркулем или цифровым микрометром.
Аналогично могут быть выполнены измерения для определения удвоенной величины горизонтальной радиальной и горизонтальной угловой несоосности, а также удвоенной экстремальной радиальной и экстремальной угловой несоосности.
Следует заметить, что процесс измерения, например, экстремальной радиальной несоосности может оказаться достаточно трудоемким. Однако, зная вертикальную и горизонтальную радиальную несоосность, экстремальную радиальную несоосность достаточно просто вычислить как корень квадратный из суммы квадратов горизонтальной и вертикальной радиальной несоосности.
Таким образом, за счет обеспечения возможности правильного измерения необходимых размеров, а также точного расположения при этом контрповерхностей, между которыми должны быть установлены губки (ножки) измерителя, предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения вертикальной, горизонтальной и экстремальной радиальной несоосности. Кроме того предлагаемый способ позволяет достаточно точно измерять горизонтальную, вертикальную и экстремальную угловую несоосность.