Вопрос определения отклонения от круглости

Представленные данные позволяют сформулировать следующие выводы:

1. В процессе колебания пространственных трубопроводов кроме осевых перемещений трубопровода в колодке возникают также и угловые перемещения.

2. С увеличением частоты приложенного внешнего кинематического возбуждения и приближением ее к резонансной области значительно возрастают перемещения, происходящие в опоре: как линейные, так и

угловые.

3. При определенной конфигурации трубопровода вклад угловых перемещений в общее перемещение, происходящее в опоре, может превышать вклад линейных осевых перемещений, что в свою очередь может оказывать существенное воздействие на разрушение фторопластовых прокладок колодок крепления.

Статья поступила 08.04.2014 г.

Библиографический список

1. Сапожников В.М., Лагосюк Г.С. Прочность и испытания 2. Яхненко М.С. Динамика сборных конструкций трубопро-трубопроводов гидросистем самолетов и вертолетов. М.: водных систем с учетом условий сопряжения: дис. ... канд. Машиностроение, 1973. 274 с. техн. наук: 01.02.06. Иркутск, 2011. 168 с.

УДК 621.002.2+621:681.3

ВОПРОС ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ОТ КРУГЛОСТИ

А

© Я.В. Высогорец1

Филиал Южно-Уральского государственного университета в г. Миассе, 456304, Россия, Челябинская обл., г. Миасс, ул. Калинина, 37.

Рассматривается амбивалентность решения задачи определения отклонения от круглости в современном российском машиностроении. Описываются две авторские методики для определения отклонения от круглости в соответствии с двумя действующими идеями относительно понятия отклонения от круглости. Ил. 6. Библиогр. 10 назв.

Ключевые слова: автоматизированный контроль; отклонение от круглости; точность формы.

THE PROBLEM OF DETERMINING ROUNDNESS DEVIATION Ya.V. Vysogorets

Branch of South-Ural State University in Miass, 37 Kalinin St., Miass, Chelyabinsk region, 456304, Russia.

The ambivalence in solving the problem of roundness deviation determination in Russian machine building is considered. The paper describes two authors' methodologies for deviation from roundness determination that correspond two existing ideas about the concept of deviation from roundness. 6 figures. 10 sources.

Key words: automated control; deviation from roundness; shape accuracy.

Введение

Одной из задач технологии машиностроения и метрологии является контроль геометрических характеристик точности изделий. В данное понятие входят: размерная точность, точность формы, точность взаимного расположения поверхностей, шероховатость, а также некоторые другие параметры геометрической точности.

В первую очередь контролируется размерная точность. Решение задачи контроля параметров размерной точности наиболее легко осуществимо, так как большинство измерительных инструментов созданы с целью определения/контроля параметров именно размерной точности - штангенциркули, микрометры, нутромеры, глубиномеры, различные калибры, штан-генрейсмусы, угломеры и т.д.

Следующим видом контролируемых параметров точности являются параметры точности формы и рас-

положения поверхностей. Для валов это отклонения от цилиндричности, соосности, перпендикулярности [9]. На машиностроительных предприятиях также контролируют отклонение от круглости, радиальное и торцовое биения, точность профиля продольного сечения. У крышек подшипников зачастую контролируется отклонение от параллельности [9].

Шероховатость определяется с помощью микроскопа, профилографа, профилометра и других средств измерений.

Таким образом, у точных деталей типа «тело вращения», как правило, контролируются следующие параметры геометрической точности:

- размеры (линейные, диаметральные);

- отклонение от круглости;

- радиальное биение;

- отклонение от соосности;

- отклонение от цилиндричности;

1Высогорец Ярослав Владимирович, старший преподаватель кафедры технологии производства машин, тел.: 89085774027, e-mail: strangerindarkness@yandex.ru

Vysogorets Yaroslav, Senior Lecturer of the Department of Technology of Machinery Production, tel.: 89085774027, e-mail: strangerindarkness@yandex.ru

- торцовое биение;

- отклонение от перпендикулярности;

- отклонение от параллельности;

- точность профиля продольного сечения;

- шероховатость.

Отмена ГОСТа 24642-81 [1] и введение 1 января 2012 г. на территории РФ ГОСТа Р 53442-2009 [2] породило ряд разногласий на производстве и в учебном процессе относительно процесса определения точности формы, ориентации, месторасположения и биения [2] или параметров точности формы и расположения поверхностей [1].

Данная статья ставит своей целью описать методики определения отклонения от круглости в соответ-

ствии с действующими на данный момент на территории России идеями и нормативными документами относительно определения отклонения от круглости. Обе методики авторские. Первая защищена патентом [3], свидетельством о государственной регистрации ПО [5] и ранее публиковалась [7; 8; 10]. Вторая методика, ориентированная на ГОСТ Р 53442-2009, публикуется впервые.

Методы исследования

Отклонение от круглости определяется либо с помощью кругломеров (рис. 1,а), либо с помощью коор-динатно-измерительных машин (КИМ) (рис. 1,6). В результате измерения формируется круглограмма (рис. 1,е).

б) в)

Рис. 1. Устройства для определения отклонения от круглости

Кругломер является сложным дорогим прибором, он, как правило, расположен в метрологическом бюро и для контроля деталей используется крайне редко. Для современных КИМ также характерна высокая стоимость, но помимо этого они еще и крайне сложны в настройке и эксплуатации. Чаще всего, КИМ используются для измерений калибров и шаблонов, но не для контроля деталей. Следует отметить, что большинство операторов КИМ работает не с прилегающими, а усредненными окружностями, что вносит в погрешность измерения дополнительную составляющую. Зачастую отклонение от круглости измеряют без кругломера и КИМ по двум-трем точкам (эллипс и огранка), но методическая составляющая погрешности

в данном случае столь велика, что подобные измерения обычно лишены смысла.

Методика определения отклонения от круглости, ориентированная на ГОСТ 24642-81

Отклонение от круглости - это наибольшее расстояние от точек реального профиля до прилегающей окружности (рис. 2) [1]. На рис. 2 отклонение от круглости обозначено как TFE. Прилегающая окружность -окружность минимального диаметра, описанная вокруг реального профиля наружной поверхности вращения, или окружность максимального диаметра, вписанная в реальный профиль внутренней поверхности вращения (рис. 3) [1].

Рис. 2. Отклонение от круглости

г, г1, г2 - радиусы окружностей

Рис. 3. Прилегающая окружность

Предлагается следующая методика определения отклонения от круглости:

1. Рассматривается деталь, закрепленная в центрах; для детали выбираются измеряемые сечения цилиндрической поверхности (рис. 4,а).

2. Для выбранного сечения 1 каким-либо способом, например датчиком перемещения, определяются координаты множеств точек контуров этих сечений (рис. 4,6).

3. На выбранном сечении через каждые три точки проводятся окружности, после чего проверяется, являются ли эти окружности охватывающими, т.е. не лежат ли точки сечения за пределами полученной окружности (если хотя бы одна из точек лежит за пределами сечения, такая окружность не является охватывающей и в дальнейших расчетах не участвует).

4. После перебора всех точек этого сечения (по три) выбирается наименьший диаметр охватывающей окружности; эта окружность будет являться прилегающей (описанной) для выбранного сечения (см. рис. 4,6).

5. Параметры (центр и радиус) найденной окружности запоминаются.

6. Удвоенный радиус прилегающей окружности будет являться диаметральным размером детали в измеряемом сечении (цель определения диаметра в данной методике не преследуется, однако значение диаметра получается автоматически при вычислении отклонения от круглости, к тому же этот диаметр не случайный из множества, а конкретный диаметр прилегающей окружности, что может быть важно, например, для ответных поверхностей деталей соединений (аналог «максимума/минимума» материала в ГОСТе Р 53090-2008)).

7. Для измеряемого сечения осуществляется пересчет радиус-векторов измеренных точек контура относительно найденного в п. 5 центра прилегающей окружности.

8. Для каждой точки контура сечения измеряемой цилиндрической поверхности определяется отклонение радиуса прилегающей окружности от пересчитанных радиус-векторов точек, найденных в п. 7.

9. Максимальное из этих отклонений будет являться отклонением от круглости (см. рис. 2) [1; 7; 8; 10].

10. Для сечения 2 повторяются пп. 2-9 (рис. 4,в).

б)

е)

Рис. 4. Схема определения прилегающей (описанной) окружности для двух сечений: а - схема закрепления детали и ее контролируемые сечения; б - схема определения прилегающей окружности в сечении 1; в - схема определения прилегающей окружности в сечении 2

Методика определения отклонения от кругло-сти, ориентированная на ГОСТ Р 53442-2009

В данном документе даны определения не параметров точности, а их допусков, хотя известно, что допуск задается конструктором, но не является определяемым параметром. Рекомендации по определению четырех параметров точности формы (прямолинейность, плоскостность, круглость и цилиндричность) дополнительно представлены в приложении В ГОСТа [2]. При этом остался открытым вопрос определения остальных параметров точности формы и расположения. Рекомендации по определению отклонения от круглости также даны в приложении В ГОСТа «Оценка геометрических отклонений» [2].

Были изучены методы определения отклонения от круглости нескольких иностранных кругломеров и КИМ, находящихся на предприятиях и в вузах РФ, и не одно из этих измерительных устройств не работает согласно предложенному ГОСТом Р 53442-2009 методу [2]. Таким образом, непонятно то, как будет решаться проблема перехода предприятий со старого ГОСТа на новый и как будут согласовываться новые числовые значения круглостей [2] на чертежах со старыми отклонениями от круглости. На рис. 5 показана описанная окружность (A2), но ее центр никогда не будет совпадать с центром вписанной. При этом разница между вписанной окружностью и максимальным радиус-вектором до одной из точек контура может быть меньше, чем у описанной.

Аг1_

А1 X/"

г11г12.. л/л ^гг--\

Аг2

и С1~-

\ I \

А2\А' \N~-_

г22-г2п

Рис. 5. Круглость

В целях разрешения данной проблемы предлагается новая, доработанная методика, ориентированная на ГОСТ Р 53442-20092:

1. Рассматривается деталь, закрепленная в центрах; для детали выбираются измеряемые сечения цилиндрической поверхности (см. рис. 4,а).

2. Для выбранного сечения 1 каким-либо способом, например датчиком перемещения, определяются координаты множеств точек контуров этих сечений (см. рис. 4,6).

3. На выбранном сечении через каждые три точки

2Пп. 1-3 обеих методик определения отклонения от круглости одинаковы.

проводятся окружности, после чего проверяется, являются ли эти окружности охватывающими, т.е. не лежат ли точки сечения за пределами полученной окружности (если хотя бы одна из точек лежит за пределами сечения, такая окружность не является охватывающей и в дальнейших расчетах не участвует).

4. После перебора всех точек этого сечения (по три) находятся все охватывающие окружности (а не одна минимальная, как в предыдущей методике).

5. Параметры (центр и радиус) найденных окружностей запоминаются.

6. Из центра охватывающей окружности 1 (см. рис. 5, окружность А1) проводятся радиус-векторы до всех точек контура (г11, г12, .., г1п).

7. Определяется минимальный радиус-вектор, после чего с данным радиусом из центра охватывающей окружности проводится окружность (охватываемая), что реализует схему, предложенную на рис. 5 [2].

8. Разница радиусов охватывающей и охватываемой окружностей (Аг1) запоминается.

9. Далее пп. 6-8 повторяются для всех охватывающих окружностей, найденных в пп. 3-5.

10. Разницы радиусов Аг1, Аг2, .., Ат сравниваются; минимальная разница радиусов Аг* запоминается.

11. На выбранном сечении через каждые три точки проводятся окружности, после чего проверяется, являются ли эти окружности охватываемыми, т.е. не лежат ли точки сечения внутри полученной окружности (если хотя бы одна из точек лежит внутри сечения, такая окружность не является охватываемой и в дальнейших расчетах не участвует).

12. После перебора всех точек этого сечения (по три) находятся все охватываемые окружности.

13. Параметры (центр и радиус) найденных окружностей запоминаются.

14. Из центра первой охватываемой окружности проводятся радиус-векторы до всех точек контура.

15. Определяется максимальный радиус-вектор; с данным радиусом из центра охватываемой окружности проводится окружность (охватывающая).

16. Разница радиусов охватывающей и охватываемой окружностей запоминается.

17. Далее пп. 14-16 повторяются для всех охватываемых окружностей, найденных в пп. 11-13.

18. Минимальная разница радиусов Аг** запоминается.

19. Сравниваются разницы радиусов из п. 10 и п. 18, минимальная из них является искомой круглостью [2] или отклонением от круглости.

Данной методикой можно пользоваться при определении отклонения от круглости с помощью КИМ и кругломера, поменяв при этом ПО (если это возможно для конкретной измерительной установки), либо производить измерения при помощи измерительной системы. Схема такой измерительной установки представлена на рис. 6. На станине 1 измерительной системы расположены передняя и задняя бабки. К передней бабке крепится шаговый двигатель (ШД) 2. ШД осуществляет тарированный поворот контролируемой детали, закрепленной во вращающихся центрах 3, 4.

Для определения радиус-векторов проверяемых сечений используются датчики положения 5, установленные на стойках 6. Передача вращения с вала двигателя осуществляется через муфту 7 (см. рис. 6,а,6). Данные, собранные датчиками, передаются на ПК, где обрабатываются с помощью специального ПО (см. рис. 6,е) [5]. На выходе получаются данные о группе параметров точности формы и расположения, в том числе и отклонение от круглости.

Использование измерительной системы (см. рис. 6,6,в) позволит осуществить контроль деталей по ходу

технологического процесса - на контрольных операциях после отделочных операций; снизить стоимость измерительного оборудования с десятков миллионов до 100-150 тыс. руб.; сделать настройку и эксплуатацию измерительного оборудования существенно проще и производительней; проконтролировать не калибры и не одну деталь из тысяч при крупносерийном/массовом производстве, а столько деталей из партии, сколько необходимо; определить на этой же установке другие параметры точности формы и взаимного расположения [3-8; 10].

а)

б)

в)

Рис. 6. Измерительная система для контроля формы и расположения поверхностей: а - схема; б - установка; в - интерфейс программного обеспечения

Заключение

Отклонения от круглости через поиск прилегающих окружностей до сих пор определяют на машиностроительных предприятиях и в вузах РФ так, как это рекомендует ГОСТ 24642-81 (отмененный 1 января 2012 г.). Данная методика запатентована, реализована программно и аппаратно [3; 5]. Приводится новая, доработанная методика определения отклонения от круглости, ориентированная на ГОСТ Р 53442-2009, которая публикуется впервые. Материал может по-

мочь сотрудникам вузов и машиностроительных предприятий в переходе от одного метода к другому либо в понимании особенностей данного перехода, различий между методами. Также предлагается измерительная система для реализации любой из этих методик по определению отклонения от круглости и отклонения от соосности, перпендикулярности, радиального и торцового биений [3-8; 10].

Статья поступила 04.03.2014 г.

Библиографический список

1. ГОСТ 24642-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Основные термины и определения. Введ. 01.07.1981. М.: Изд-во стандартов, 1981. 111 с.

2. ГОСТ Р 53442-2009 (ИСО 1101:2004). Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Допуски формы, ориентации, месторасположения и биения. Введ. 01.01.2012. М.: Стандартинформ, 2010. 51 с.

3. Пат. № 2348006 С1 РФ, МПК51 301В5/08, 301В5/12. Способ размерного контроля поверхностей деталей, имеющих круглые сечения / С.Г. Чиненов, С.П. Максимов, Я.В. Высо-горец. № 2007126311/28. Заявл. 10.07.2007; опубл. 27.02.2009. Бюл. № 6. 15 с.

4. Пат. № 2471145 С1 РФ, МПК51 301В5/08. Способ контроля параметров точности торцевых поверхностей деталей типа «тело вращения» / С.Г. Чиненов, Я.В. Высогорец, С.П. Максимов. № 2011132698/28. Заявл. 03.08.2011; опубл. 27.12.2012. Бюл. № 36. 14 с.

5. Свид-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2011614778. Программа для определения параметров точности цилиндрических поверхностей деталей типа «тело вращения» / Я.В. Высогорец, С.Г. Чиненов. Заявка

№ 2011613133 от 29.04.2011. 26 с.

6. Свид-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2011617665. Программа для определения параметров точности торцевых поверхностей / Я.В. Высогорец, С.Г. Чине-нов, Р.Р. Саитгалиев. Заявка № 2011615883 от 03.09.2011. 25 с.

7. Высогорец Я.В., Лопатин В.М., Чиненов С.Г. Автоматизированный контроль и прецизионная обработка цилиндрических и торцевых поверхностей // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. 2011. С. 72-79.

8. Высогорец Я.В., Чемборисов Н.А. Методика контроля групп параметров точности цилиндрических и торцевых поверхностей деталей // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 12 (59). С. 20-26.

9. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для техн. спец. вузов. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1998. 447 с.

10. Чиненов С.Г., Высогорец Я.В., Максимов С.П. Математическое моделирование операций комплексного размерного контроля деталей машин // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 8 (55). С. 172-176.

УДК 533.694.2+629.7.025.33

ЗАКОН ОТКЛОНЕНИЯ НОСКОВ КРЫЛА НА УЧЕБНО-БОЕВОМ САМОЛЕТЕ

© А.В. Головнев1, М.В. Кондалов2, М.Д. Теплицкий3

Военно-воздушная академия им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, 394064, Россия, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54а.

Представлены основные результаты исследования по улучшению аэродинамического совершенства современного учебно-боевого самолета, имеющего электродистанционную систему управления. Для определения аэродинамических характеристик использовался метод дискретных вихрей с замкнутыми вихревыми рамками. Предложен закон отклонения носков крыла учебно-боевого самолета при изменении угла атаки 0 < а < 39°, при котором обеспечивается оптимальное соотношение подъемной силы и силы лобового сопротивления при числах Маха менее 0,6. Ил. 9. Табл.1. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: механизации крыла; метод дискретных вихрей; аэродинамическое качество; закон отклонения носков крыла.

1Головнев Александр Викторович, кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры аэродинамики и безопасности полета, тел.: 89803469351, e-mail: golovnyev@rambler.ru

Golovnev Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Head of the Department of Aerodynamics and Flight Safety, tel.: 89803469351, e-mail: golovnyev@rambler.ru

2Кондалов Максим Владимирович, адъюнкт по кафедре аэродинамики и безопасности полета, тел.: 89103442996, e-mail: kondalovmv@rambler.ru

Kondalov Maxim, Advanced student of the Department of Aerodynamics and Flight Safety, tel.: 89103442996, e-mail: kon-dalovmv@rambler.ru

3Теплицкий Максим Дмитриевич, оператор научной роты, тел.: 89304049042, e-mail: golovnyev@rambler.ru Teplitsky Maxim, Operator of Science Company, tel.: 89304049042, e-mail: golovnyev@rambler.ru