СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСООСНОСТИ ВАЛОВ
PROCEDURE FOR MEASUREMENT OF SHAFTS MISALIGNMENT

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для контроля несоосности, и может быть использовано 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 и осевое относительно его торца (см. а.с. №1613843, G 5/24, 5/25 «Способ контроля соосности валов»).
В известном способе устанавливают устройство на вал таким образом, чтобы измеритель (индикаторная головка) касался второго вала, после чего обнуляют измеритель и осуществляют процесс измерения путем поворота устройства на 180°, где происходит компенсация разности диаметров валов и удвоение величины несоосности.
Известный способ удобно использовать, когда несоосность близка к нулю, в этом случае измерение ведется только по шкале индикаторной головки с обнуленным значением, а вторая шкала в измерении не участвует.
Однако на практике часто приходится измерять несоосность, которая по техническим условиям должна быть несколько миллиметров, например несоосность вала тягового электродвигателя и вала редуктора колесной пары на вагонах метрополитена или несколько десятков миллиметров на коленчатом валу.
В этом случае измерение осуществляют с помощью двух шкал индикаторной головки, а обнуление происходит только на одной шкале, где показания второй шкалы остаются неизменными. После поворота устройства на 180° для компенсации разности диаметров величина несоосности удваивается, и в показаниях индикаторной головки остается необнуленное значение второй шкалы. Теперь для получения величины несоосности необходимо запомнить значение обнуленного показания первой шкалы для того, чтобы точно определить необнуленное значение второй шкалы, т.к. она измеряет миллиметры, а первая (большая) шкала - доли миллиметра. После чего необходимо провести математическую операцию алгебраического сложения.
Таким образом, при измерении несоосности с помощью индикаторной головки, содержащей более одной шкалы, несоосность превышает значение диапазона шкалы, по которой осуществляют обнуление показаний, операция обнуления в этом случае теряет свой положительный эффект, т.к. приходится осуществлять математическую операцию.
Следовательно, известный способ имеет недостаточно широкий диапазон измерения или недостаточно удобен, т.к. при расширении диапазона измерения необходимо производить вычислительную операцию (алгебраическое сложение).
Известны аналогичные сложности (трудности), например, при проведении анализа стойкости веществ. Здесь при установке измерителя на реакционный стакан, в котором находится исследуемое вещество, осуществляют герметичное соединение. Это вызывает повышение давления при свободном объеме реакционного стакана, близкого к нулю, что требует расширения диапазона измерения.
Известны технические средства, позволяющие расширить диапазон измерения с повышением точности измерения (см., например, а.с. №1017924, G01В 13/02 «Пневматическое устройство для контроля линейных размеров»).
Известны также цифроаналоговые преобразователи (см., например, патент №2028668, G06G 15/00, G05D 16/06 «Задатчик»).
Практическое применение такого задатчика описано в патенте №2003050, G01F 11/08 «Устройство для дозирования»).
Однако расширение диапазона измерения не всегда позволяет решить все задачи. Например, при уплотнении измерителя к реакционному стакану в замкнутом объеме остается воздух, который повлияет на достоверность анализа.
Известен и другой путь уменьшения смещения нуля при подготовке процесса измерения. Уменьшение смещения нуля при уплотнении измерителя к реакционному стакану достигается особенностью узла уплотнения (см., например, а.с. №996750, F15С 3/04, G01N 7/14 «Пневматический повторитель со сдвигом»).
«Пневматический повторитель со сдвигом по а.с. №609925, отличающийся тем, что с целью повышения точности повторителя нижняя торцевая поверхность выступа реакционного стакана и уплотняющая поверхность корпуса выполнены с буртиками, образующими вершину в месте стыка, обращенную к поверхности прокладки».
Аналогичным образом простое увеличение диапазона измерения при контроле несоосности не позволяет решить все задачи.
Таким образом, известный способ контроля несоосности валов имеет недостаточно широкую область использования или становится недостаточно удобным (сложным).
Целью предлагаемого изобретения является расширение области использования (применения) и упрощение процесса измерения.
Поставленная цель достигается тем, что измеритель устанавливают или закрепляют непосредственно или с помощью приспособления на место базирования, например на рейку, расположенную на рельсах путей сообщения, на ось колесной пары, на крышку 315 подшипника редуктора, на один из валов, и перемещают измеритель, например индикаторную головку с наконечником, пока наконечник не коснется объекта измерения при нулевом значении измерителя, после чего осуществляют измерение известными способами, при этом наконечник выполнен, например, в виде площадки, ширина которой не меньше максимальной величины несоосности, где наконечник устанавливают шарнирно и снабжают измерителем угла поворота, или наконечник выполнен в виде пишущего устройства (шарик с пастой, перо с чернилами или другим известным устройством), под которым устанавливают площадку, например, с диаграммной лентой, а угломер при необходимости устанавливают отдельно на другом участке измерения.
На фиг.1 измеритель устанавливают на рейку, расположенную на рельсах путей сообщения.
На фиг.2 измеритель расположен (закреплен с помощью магнита) на крышке 315 подшипника редуктора колесной пары.
На фиг.1 обозначены вал 1 редуктора колесной пары, вал 2 тягового электродвигателя, карданная муфта 3, рейка 4, установленная на рельсы путей сообщения (рельсы не показаны). Измеритель содержит, например, индикаторную головку 5 с двумя шкалами, которые могут иметь прямой и обратный отсчет (обозначение делений), наконечник 6 выполнен в виде площадки, установленной с возможностью поворота (шарнирно), и снабжен угломером (угломер не показан), индикаторная головка соединена со стойкой 7, которая может перемещаться в зажиме 8 и стопориться, например, винтом 9. Зажим 8 выполнен, например, в виде площадки.
Измерение несоосности осуществляют следующим образом. Зажим 8 устанавливают на рейку 4 под валом 1, перемещая стойку 7 с индикаторной головкой 5 вверх, пока наконечник 6 не коснется вала 1 при нулевом значении обеих шкал, после чего стойку стопорят винтом 9. При этом если вал 1 расположен непараллельно рейке 4, наконечник 6 повернется, а угломер измерит угол наклона вала 1 относительно рейки 4. После этого устройство снимают с рейки 4, опустив наконечник 6 со штоком индикаторной головки вниз, и устанавливают снова на рейку 4 под валом 2. Шток индикаторной головки 5 под воздействием пружины поднимется вверх и наконечник 6 коснется вала 2. Угломер измерит угол наклона вала 2 относительно рейки 4, а индикаторная головка измерит несоосность валов, если их диаметры равны. Если диаметры валов не равны, то показания измерителя корректируют на величину разности радиусов валов, например, путем смещения стойки 7, которая снабжена линейкой на величину разности радиусов валов, например, после того как наконечник 6 коснется вала 1 при нулевом значении либо перед установкой измерителя на рейку 4 под валом 2. В первом случае стойку 7 можно сместить по показанию индикаторной головки, во втором случае - по показанию линейки на стойке 7.
Если необходимо измерить угол наклона одного вала относительно второго, то после замера угла наклона первого вала относительно рейки 4 показания угломера смещают на нулевое значение, в этом случае после установки измерителя на рейку 4 под валом 2 угломер измерит угол наклона одного вала относительно второго.
Если необходимо измерить радиальное биение карданной муфты (радиальное смещение), то устройство измерения устанавливают аналогичным образом, например, под левый конец карданной муфты при нулевых значениях индикаторной головки и устанавливают нулевое значение угломера. После чего приподнимают левый край карданной муфты 3 вверх и измеряют радиальное биение (смещение) левого конца муфты 3 в вертикальном направлении. Аналогичным образом установив устройство измерения на рейку под правый конец муфты 3, можно измерить угол наклона и величину радиального биения правого конца муфты 3. По аналогии измерения угла перелома валов и величины несоосности можно при необходимости измерить разницу радиального биения между левым и правым концом карданной муфты 3 и разницу угла наклона.
Измерение осевого смещения карданной муфты 3 осуществляют следующим образом. Измеритель 5 с помощью, например, магнитного захвата 8 устанавливается на редуктор, расположенный слева (на фиг.1 не показан). Наконечник 6 с помощью стойки 7 подводится к левой торцевой поверхности карданной муфты 3 с возможностью соприкосновения при нулевом значении индикаторной головки 5. При этом карданную муфту 3 предварительно смещают влево. После чего карданную муфту 3 смещают вправо вдоль оси и измеряют осевое смещение. Аналогичным образом измеритель 5 может быть установлен справа на тяговом электродвигателе, предварительно сместив карданную муфту 3 вправо. Сместив карданную муфту 3 влево, индикаторная головка 5 зафиксирует осевое смещение, измеренное с правой стороны.
Измеритель 5 с помощью, например, магнитного захвата 8 устанавливают на нижней или торцевой поверхности карданной муфты 3, наконечник 6 в этом случае касается рейки 4 при нулевом значении. Поднимая карданную муфту 3 вверх, можно также измерить радиальное смещение карданной муфты 3 и угол ее наклона относительно рейки 4, если приподнимать не всю карданную муфту 3, а ее конец, где установлен измеритель.
Наибольший эффект достигается, если наконечник выполнен в виде пишущего устройства (регистрирующего устройства). В этом случае между рейкой и наконечником 6 располагают, например, диаграммную ленту. Перемещая карданную муфту вдоль оси на диаграммной ленте или миллиметровке, происходит измерение осевого смещения муфты 3, смещая муфту 3 в горизонтальной плоскости перпендикулярно осевому смещению, измеряют радиальное смещение в горизонтальной плоскости. Особо существенно, что на диаграммной ленте можно получить изменение горизонтально-радиального смещения муфты 3 в любой точке осевого смещения, если одновременно смещать муфту 3 горизонтально в осевом и радиальном направлении, то можно получить сплошную линию изменения радиального смещения относительно осевого смещения. Радиальное смещение вертикальное можно получить путем поднимания карданной муфты вверх. При этом индикаторная головка может быть снабжена преобразователем линейных перемещений в стандартный сигнал, удобный для регистрации на регистрирующем приборе (самописце). Вместо диаграммной ленты на рейку 4 может быть установлена площадка, представляющая собой чувствительное поле, например, фотодиодов, световодов и т.д., в этом случае наконечник выполнен в виде источника света. Полученная информация может быть выведена на экран регистрирующей аппаратуры или цифропечать. Измеряя радиальное смещение муфты 3 в горизонтальной и вертикальной плоскости, можно определить экстремальное радиальное смещение по аналогии как определяют экстремальную несоосность валов. Более подробно см. заявку на предлагаемое изобретение №2009143784/28 (062319).
Устройство, реализующее предлагаемый способ, может быть использовано для измерения суммарного зазора в подвеске редуктора колесной пары (подвеска редуктора не показана).
На фиг.2 изображена вилка 10 комплексного предохранения, в которой расположена крышка 11 [315 подшипника редуктора колесной пары (редуктор на фиг.2 не показан)]. Устройство измерения в виде индикаторной головки 12 посредством магнита (магнитного захвата) устанавливают на крышке 11 таким образом, чтобы его наконечник, например, Г-образной формы или в виде площадки, как изображено на фиг.1, касался вилки 10 при нулевом значении индикаторной головки с двумя шкалами. После этого поворачивают карданную муфту 3 (фиг.1), которая поворачивает вал 1 редуктора колесной пары.
Так как колесную пару вагона повернуть трудно, то колесо будет неподвижно, а вал 1 через шестерни редуктора станет поворачивать редуктор вместе с крышкой 315 подшипника (позиция 11), на которой расположена индикаторная головка 12. Так как крышка 11 повернется только на величину суммарного зазора в подвеске редуктора, то индикаторная головка измерит суммарный зазор подвески редуктора.
Если необходимо измерить зазор между валом 2 и карданной муфтой, это можно осуществить, например, следующим образом. На правой торцевой поверхности карданной муфты 3 устанавливают с помощью магнитного захвата 8 устройство измерения так, чтобы индикаторная головка была расположена горизонтально, а на вал 2 крепят стойку (дополнительная стойка не показана). Повернув вал 2, например, против часовой стрелки, подводят дополнительную стойку на валу 2 или измеритель на карданной муфте 3 до контакта наконечника 6, который стопорят под углом 90° к штоку индикаторной головки 5, при нулевом значении. Затем поворачивают вал 2 в направлении часовой стрелки. Чем больше расстояние от вала 2 до наконечника 6 индикаторной головки 5, тем больше чувствительность процесса измерения. Повысить чувствительность можно, выдвигая стойку 7 из захвата 8, повернув предварительно индикаторную головку 5 на 90°.
Перемещая муфту 3 вдоль оси вперед-назад, можно измерить зазор (люфт) или износ по всей величине осевого смещения. Для измерения суммарного зазора муфты 3 по отношению к валам 1, 2 устройство для измерения крепят, например, на вал 1. На вал 2 устанавливают дополнительную стойку. Аналогичным образом, например, поворачивают вал 2 по часовой стрелке, затем подводят стойку до контакта с наконечником 6 при нулевом значении показаний индикаторной головки 5. Затем поворачивают вал 2 в противоположном направлении (против часовой стрелки) и измеряют суммарный зазор муфты 3 между валом 2 и валом 1, т.к. если зазоры есть, то они выбираются последовательно, а значит суммируются.
Если необходимо измерить суммарный зазор между валами 1, 2 и муфтой 3 плюс зазоры в редукторе колесной пары.
Для этого устанавливают измеритель 12 (фиг.2), как при измерении суммарного зазора подвески редуктора, а измеритель 5 - на торцевую крышку выходного вала 2 тягового электродвигателя (тяговый электродвигатель не показан) аналогично, как его устанавливали на карданную муфту 3, а на вал 2 устанавливают дополнительную стойку (дополнительная стойка не показана). Вал 2 поворачивают в одну из сторон, например, в направлении против часовой стрелки, пока возможно поворачивать, затем подводят, например, дополнительную стойку до контакта с наконечником 6 при нулевом значении показаний индикаторной головки 5. После этого поворачивают вал 2 в противоположном направлении, в данном случае по часовой стрелке.
Вал 2 сначала выберет зазор между муфтой 3 с правой стороны (если он есть) и начнет поворачивать муфту 3, она выберет зазор с валом 1, после того как зазор выберется (если он есть), начнет поворачиваться вал 1 редуктора колесной пары. После того как выберется зазор в редукторе, его корпус начнет поворачиваться вместе с крышкой 315 подшипника (позиция 11, фиг.2), за положением которой следит индикаторная головка 12. Как только стрелка индикаторной головки начнет страгиваться с места, вал 2 прекращают поворачивать, а индикаторная головка 5 покажет величину суммарного зазора (люфта) между валом 2 и муфтой 3, плюс зазор между муфтой 3 и валом 1, плюс зазор в редукторе. Если вал 2 продолжить поворачивать дальше в этом же направлении, то к полученной сумме добавится еще суммарный зазор в подвеске редуктора, которая содержит два шаровых подшипника.
К элементам НОУ-ХАУ здесь можно отнести то, что магнит (магнитный захват) приклеивают к крышке индикаторной головки, выполненной из меди или через медную пластину, медный кронштейн, медную стойку с целью исключить влияние магнита на работу индикаторной головки, которая может содержать детали из намагничиваемых материалов.
Наконечник в виде площадки с угломером может быть установлен на измеритель с возможностью поворота, например, см. патент №2275588, G01D 5/25. Индикаторная головка 9 своим штоком 10 может быть закреплена на зажиме 11 с возможностью поворота и снабжена угломером (см. патент №2279631, G01D 5/25).
В качестве дополнительной стойки в материалах данной заявки может быть использована стойка 7 с захватом 8, а измеритель 5 устанавливают с помощью магнитного захвата, как это показано на фиг.2, позиция 12.