Устройство для измерения периметров охватываемой и охватывающей поверхностей стыкуемых между собой тонкостенных крупногабаритных цилиндрических оболочек и способ его тарировки
DEVICE FOR MEASURING PERIMETERS OF MALE AND FEMALE SURFACES OF THIN-WALLED LARGE-SIZED CYLINDRICAL SHELLS ATTACHED TO EACH OTHER AND METHOD OF ITS CALIBRATION

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле периметров охватываемых и охватывающих поверхностей стыкуемых между собой тонкостенных крупногабаритных цилиндрических не жестких оболочек, преимущественно корпусов ракет.
В соответствии с ГОСТ 7713-62 (Допуски и посадки. Основные определения.) в соединении двух деталей, входящих одна в другую, различают внешнюю - охватывающую и внутреннюю - охватываемую поверхности стыкуемых оболочек (Фиг. 1 и Фиг. 2), а общий для соединяемых оболочек размер называется номинальным диаметром. С целью обеспечения собираемости тонкостенных крупногабаритных нежестких цилиндрических оболочек, например, отсеков корпусов ракет, производят обязательный контроль периметров охватываемой и охватывающей поверхностей стыкуемых оболочек. А затем по результатам произведенных контрольных замеров производят селективную сборку оболочек.
Известен способ измерения периметра труб (А.С. 567092, класс G01B 17/00, опубликовано 03.08.1977 г), характеризующийся тем, что на поверхности трубы возбуждают поверхностную акустическую волну под острым углом к образующей трубы и по шагу винтовой линии распространения поверхностной волны судят об искомой величине. Затем периметр трубы определяют из соотношения:
где
D - диаметр измеряемой трубы;
Т - шаг винтовой траектории распространения поверхностной акустической волны;
α - угол между направлением распространения волны и образующей трубы;
π = 3,14.
Недостатком указанного способа является необходимость применения дорогостоящего оборудования и проведения математических расчетов. Кроме того, указанный способ невозможно реализовать при сборке отсеков ракет, т.к. стыкуемые поверхности оболочек имеют размеры порядка 15-30 мм.
Известно также устройство для измерения периметра внутренних поверхностей гильз протезов конечностей (Патент SU 1069773, класс А61В 5/10, опубликован 30.01.1984 г), содержащее корпус с пазом, упругую измерительную ленту, охватывающую корпус по наружной поверхности и закрепленную на механизме намотки, установленном внутри корпуса, полую штангу с ручкой, связанную с корпусом, внутри которой установлена ось, и шкалу. При этом механизм намотки выполнен в виде барабана, жестко связанного с осью, другой конец которой кинематически связан с поворотной ручкой вилки, измерительная лента одним концом закреплена на барабане, а другим концом - на наружной поверхности корпуса, а полая штанга связана с ручкой при помощи винтовой нарезки, на которой расположена шкала.
Недостатком указанного устройства является сложность конструкции и невозможность его использования при измерении периметров крупногабаритных тонкостенных нежестких цилиндрических оболочек, используемых в ракетостроении.
Известны также способы измерения периметров трубчатых изделий с помощью гибкой ленты с делениями, охватывающей контролируемое сечение трубы, либо путем обкатывания трубы специальным роликом (Рубинов А.Д. Методы измерения больших размеров в машиностроении. - Энциклопедия измерений, контроля и автоматизации. М., «Энергия», 1966. Выпуск 6, статья УПС 4714-1).
Указанные способы измерения периметра трубчатых изделий характеризуются высокой степенью погрешности результатов измерений.
Несмотря на недостатки, указанный выше способ контроля с применением гибкой ленты с делениями, обхватывающей контролируемое сечение трубы, может быть принят за прототип, как наиболее близкий аналог.
При сборке отсеков ракет, изготовленных на различных предприятиях России и собираемых на заводе - изготовителе, необходимо знать истинные размеры периметров охватывающей и охватываемой поверхностей стыкуемых оболочек, т.к. диаметры стыкуемых нежестких крупногабаритных оболочек являются «плавающей» величиной.
Известные из анализа уровня техники инженерные решения, в том числе указанные выше, не позволяют произвести замер периметров стыкуемых поверхностей оболочек ракет, изготовленных из крупногабаритных тонкостенных не жестких оболочек с достаточной степенью точности
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции устройства, обеспечивающего возможность контроля периметров охватывающей и охватываемой поверхностей стыкуемых между собой крупногабаритных тонкостенных нежестких цилиндрических оболочек с высокой степенью точности, и упрощение способа его тарировки.
Этот технический результат согласно предлагаемой заявке на изобретение достигается тем, устройство для измерения периметров охватываемых и охватывающих поверхностей стыкуемых между собой крупногабаритных тонкостенных цилиндрических оболочек заданного диаметра (типаразмера) содержит два комплекта измерительных устройств: одно для контроля периметра охватываемой поверхности, другое - для контроля охватывающей поверхности стыкуемых оболочек, состоящие из гибких лент, на противоположных концах которых закреплены узел настройки устройства и механизм контроля периметра стыкуемой поверхности оболочки, кинематически связанные между собой цилиндрическим соединительным стержнем с наружной резьбой, на одном конце которого нанесена основная измерительная шкала, а другой конец снабжен цилиндрическим буртиком, глухим резьбовым отверстием и пазом на цилиндрической части его наружной поверхности. Механизм настройки состоит из скрепленного с гибкой лентой кронштейна, смонтированного в нем на двух полуосях корпуса, внутри которого установлена резьбовая втулка с настроечным винтом и пружина, поджимаемая резьбовой втулкой к цилиндрическому буртику соединительного стержня, в корпус завинчен винт, взаимодействующий с пазом соединительного стержня и стопорный винт, фиксирующий положение настроечного винта после проведения тарировочных работ. Механизм контроля периметра состоит из скрепленного с гибкой лентой кронштейна с двумя ребрами с фигурными пазами и закрепленного в нем с помощью двух полуосей корпуса, внутри которого размещена резьбовая втулка, кинематически связанная с соединительным стержнем, кассета с пазами, расположенными вдоль ее оси под углом 120°, с установленными в них пакетами из шариков, и пружина сжатия, которая, как и пакеты из шариков, фиксируется в кассете крышкой, в гнездах резьбовой втулки установлены два шарика, взаимодействующие с пазами на торце кассеты, внешняя цилиндрическая поверхность кассеты сопрягается с «трещеткой», а к корпусу прикреплена вспомогательная шкала, взаимодействующая с основной измерительной шкалой на соединительном стержне. Узел настройки устройства и механизм контроля периметра комплекта для измерения периметра охватываемой поверхности стыкуемой оболочки смонтирован на внешней стороне комплекта, а узел настройки устройства и механизм контроля периметра комплекта для измерения периметра охватывающей поверхности стыкуемой оболочки закреплен на внутренней стороне комплекта.
Перед использованием устройства производят их тарировку.
Тарировку комплекта устройства, предназначенного для измерения периметра охватываемой поверхности стыкуемой оболочки, осуществляют с помощью специально изготовленного жесткого контрольного кольца с измеренным с заданной степенью точности периметром его наружной цилиндрической поверхности. А тарировку комплекта устройства, предназначенного для измерения периметра охватывающей поверхности второй стыкуемой оболочки, производят с помощью оттарированного комплекта устройства, предназначенного для измерения периметра охватываемой поверхности оболочки.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на:
Фиг. 1 показаны стыкуемые между собой оболочки в собранном виде, где D - номинальный диаметр контролируемых поверхностей оболочек;
Фиг. 2 показаны охватываемая и охватывающая поверхности стыкуемых оболочек;
Фиг. 3 изображен общий вид комплекта устройства для измерения периметра охватываемой поверхности тонкостенной крупногабаритной цилиндрической оболочки, где D - номинальный диаметр охватываемой поверхности контролируемой оболочки;
Фиг. 4 показана изображенная на Фиг. 3 конструкция комплекта устройства для измерения периметра охватываемой поверхности в изометрии;
Фиг. 5 изображен в изометрии общий вид комплекта устройства для измерения периметра охватывающей поверхности второй стыкуемой оболочки;
Фиг. 6 показан выносной элемент I на Фиг. 3;
Фиг. 7 изображен вид А на Фиг. 6;
Фиг. 8 показан разрез Б-Б на Фиг. 6;
Фиг. 9 показан разрез В-В на Фиг. 6;
Фиг. 10 показан вид Д на Фиг. 7;
Фиг. 11 показано в изометрии контрольное кольцо для тарировки комплекта устройства для измерения периметра охватываемой поверхности оболочки с установленным на нем тарируемым комплектом устройства;
Фиг. 12 изображен комплект устройства для измерения периметра охватывающей поверхности оболочки (при проведении его тарировки), установленный на внутренней поверхности оттарированного комплекта устройства для измерения периметра охватываемой поверхности стыкуемой оболочки.
Устройство для измерения периметров охватываемой и охватывающей поверхностей стыкуемых между собой тонкостенных крупногабаритных цилиндрических оболочек (Фиг. 1 и 2), представляющие собой два комплекта измерительных устройств: первый комплект (поз.1 на Фиг. 3 и 4) для измерения периметра охватываемой поверхности одной из стыкуемых оболочек, - второй комплект (поз. 2 на Фиг. 5) - для измерения охватывающей поверхности другой стыкуемой оболочки.
Комплект 1 устройства для измерения периметра охватываемой поверхности (Фиг. 3 и 4) состоит из гибкой ленты 3, на концах которой закреплены: с одной стороны - узел настройки 4 устройства, а с другой - механизм контроля периметра 5 стыкуемых поверхностей оболочки (далее механизм контроля), которые кинематически связанны между собой цилиндрическим соединительным стержнем 6 с наружной резьбой 7 (Фиг. 6). На одном конце стержня 6 нанесена основная измерительная шкала 8. Противоположный конец снабжен цилиндрическим буртиком 9 и глухим резьбовым отверстием 10. На его наружной цилиндрической поверхности выполнен паз 11.
Узел настройки 4 (Фиг. 6 и Фиг. 7) состоит из кронштейна 12, корпуса 13, закрепленного в нем с помощью двух полуосей 14, снабженных резьбой. Внутри корпуса 13 установлена резьбовая втулка 15 со стопорным винтом 16. В корпус 13 завернут винт 17, взаимодействующий с пазом 11 цилиндрического соединительного стержня 6. Между резьбовой втулкой 15 и буртиком 9 установлена пружина сжатия 18. Корпус 13 снабжен настроечным винтом 19, кинематически связанным с глухим резьбовым отверстием 10 соединительного стержня 6. Настроечный винт 19 фиксируется в корпусе 13 стопорным винтом 16 после завершения проводимых при тарировке настроечных работ, которые будут описаны ниже. Кронштейн 12 узла настройки 4 крепится к одному из концов гибкой ленты 3 с помощью винтов 20.
На другом конце гибкой ленты 3 (Фиг. 3, 4, 6) закреплен механизм контроля периметра 5, состоящий из кронштейна 21, на котором с помощью двух полуосей 14, снабженных резьбой, установлен корпус 22. В корпусе 22 размещена кассета 23, внутри которой установлена пружина 24, а в пазах (позицией не обозначены) кассеты 23 (Фиг. 8), расположенных вдоль ее оси под углом 120°, установлены пакеты, состоящие из шариков 25 (играющих роль шпонок).
Пружина 24 и шарики 25 фиксируются в кассете 23 крышкой 26, установленной на наружной резьбе втулки 27. При этом втулка 27 установлена на наружной резьбе соединительного стержня 6. Внешняя цилиндрическая поверхность кассеты 23 сопрягается с «трещеткой» 28 (термин заимствован из области измерительной техники и используемый, например в микрометрах). В гнездах (позицией не обозначены) резьбовой втулки 27 (Фиг. 6 и Фиг. 9) установлены два шарика 29, взаимодействующие с пазами 30 (Фиг. 9), выполненными в торце кассеты 23. К корпусу 22 прикреплена вспомогательная шкала (нониус) 31, взаимодействующая с основной измерительной шкалой 8, нанесенной на соединительный стержень 6.
Для удобства хранения устройства в свернутом виде и приведения его в рабочее состояние перед проведением контрольных измерений в кронштейне 21 выполнен фигурный паз 32 (Фиг. 10), выполняющий роль быстроразъемного соединения. Такая конструкция позволяет быстро отстыковать корпус 22 от кронштейна 23 (для этого достаточно ослабить крепление осей 14) и хранить комплект 1 в специальной таре в свернутом виде до проведения контрольных измерений, а перед началом измерений быстро привести его в рабочее состояние без проведения уже выполненных настроечных работ.
Комплект 2, предназначенный для измерения периметра охватывающей поверхности контролируемой оболочки (Фиг. 5) конструктивно выполнен аналогично конструкции комплекта 1, т.е. он состоит из тех же конструктивных элементов (поз. 3-32), но они установлены на внутренней поверхности комплекта 2. Другое отличие комплекта 2 от комплекта 1 заключается в том, что используемая в комплекте 2 гибкая лента 3 может отличаться увеличенными, например, в полтора раза (по сравнению с лентой, используемой в комплекте 1) размерами поперечного сечения или применением пружинной стали, которые определяют жесткостные характеристики ленты. За счет повышенной жесткости ленты обеспечивается плотное прилегание комплекта 2 к комплекту 1 при проведении тарировки комплекта 2. (Фиг. 12). Комплект 1, как и комплект 2, хранится в упаковочной таре в также в свернутом состоянии.
Контроль периметров охватываемой поверхностью оболочки проводят следующим образом. Из упаковочной тары достают хранящийся в ней комплект 1 устройства для контроля периметра охватываемой поверхности. Соединяют с помощью фигурного паза 32 разобщенные части устройства в единое целое. Ленту 3 с закрепленными на ее концах узлом настройки 4 и механизмом контроля периметра 5 устанавливают на контролируемую поверхность оболочки. Нониус 31 на механизме контроля периметра 5 предварительно устанавливают в крайнее правое положение, т.е настраивают на максимальный размер контролируемого периметра охватываемой поверхности. Вращением «трещетки» 28 выбирают зазор между лентой 3 и охватываемой поверхностью контролируемой оболочки до их полного прилегания. По величине отклонения нулевой риски на шкале нониуса 31 от нулевой риски на основной шкале 8 в меньшую или большую сторону определяют величину отклонения фактического периметра охватываемой поверхности стыкуемой оболочки от номинального значения.
После этого из упаковочной тары достают комплект 2 устройства. Соединяют с помощью фигурного паза 32 разобщенные части устройства в единое целое. Устанавливают на охватывающую поверхность второй оболочки и производят контроль ее периметра, используя вышеописанную технологию контроля периметра охватываемой поверхности оболочки с помощью комплекта 1, описанную выше.
Перед использованием устройства для измерения периметров стыкуемых поверхностей тонкостенных цилиндрических оболочек проводят тарировку измерительных комплектов 1 и 2.
Цель тарировки - это градуировка основной шкалы устройства, т.е. нанесение на шкалу номинального значения измеряемого параметра и пределов его измерений. В нашем случае - это величина периметра контролируемых поверхностей стыкуемых оболочек, равная πD, и разброс плюс минус 30 мм.
Необходимым условием для тарировки описанного устройства является наличие своей ленты на каждый типоразмер контролируемых периметров охватываемой и охватывающей поверхностей стыкуемых оболочек с номинальным диаметром стыкуемых поверхностей, например, 2000 мм, 3000 мм, 4000 мм с допуском плюс - минус 3 мм.
Предлагаемый способ тарировки устройства, аналогов которому в патентных материалах не обнаружено, осуществляется в два этапа: сначала тарируют комплект 1, предназначенный для контроля периметра охватываемой поверхности оболочки, а затем тарируют комплект 2 для контроля периметра охватывающей поверхности оболочки. Технологию тарировки можно проиллюстрировать на следующем примере. Пусть необходимо провести тарировку устройства, используемых для контроля стыкуемых поверхностей двух нежестких оболочек с номинальным диаметром охватывающей и охватываемой поверхностями, равным, например, 3000 мм и с жесткими допусками стыкуемых поверхностей плюс - минус 3 мм. Для тарировки используют жесткое контрольное кольцо 33 (Фиг. 11) с диаметром его наружной цилиндрической поверхности, равным 3000 мм и допуском плюс - минус 3 мм. Пусть фактический диаметр наружной поверхности контрольного кольца 33 (Фиг. 11), измеренный с высокой степенью точности, составляет 2997,3 мм. На наружную поверхность этого кольца 33 (фиг. 11) накладывают комплект 1 для контроля периметра охватываемой поверхности с гибкой лентой 3 (Фиг. 3) с закрепленными на ее концах узлом настройки 4 и механизмом контроля периметра 5, которые затем соединяют между собой цилиндрическим соединительным стержнем 6. Затем вращением «трещетки» 28 шкалу нониуса 31 устанавливают относительно основной шкалы 8 так, чтобы ноль на нониусе не доходил до ноля на основной шкале на 2,7 мм × π, т.е. на те 2,7 мм, которых не достает на диаметре контрольного кольца 33. После этого вращением «от руки» настроечного винта 19 по часовой стрелке выбирают зазор между лентой 3 и наружной поверхностью контрольного кольца 33 до полного прилегания поверхности ленты 3 к наружной поверхности контрольного кольца 33. В этом положении настроечный винт 19 фиксируется стопорным винтом 16. Следовательно «ноль» на основной шкале будет соответствовать значению, равному величине 3000 мм, умноженному на число π.
Комплект 1 устройства готов к контролю охватываемых поверхностей нежестких оболочек диаметром 3000 мм плюс - минус 3 мм.
После этого производят тарировку комплекта 2 устройства для измерения периметра охватывающей поверхности оболочки, которая проводится в следующей последовательности. Комплект 2 с гибкой лентой 3 (Фиг. 12) устанавливают на внутреннюю поверхность оттарированного комплекта 1. За  счет повышенной жесткости гибкой ленты 3 комплекта 2 обеспечивается плотное прилегание внутренней и наружной поверхностей комплектов 1 и 2 соответственно. Затем производят тарировку комплекта 2 в описанной выше последовательности. После проведения тарировки устройства готовы к использованию.
Таким образом, можно проводить тарировку линейки измерительных устройств, используемых для контроля периметра стыкуемых оболочек с заданным номинальным диаметром, т.е. с заданным типоразмером.
По окончании процесса тарировки указанные выше комплекты, используя быстроразъемное соединение, выполненное в форме фигурного паза 32, ослабляют крепление полуоси 14 (путем ее вывинчивания) и отстыковывают корпус 22 от кронштейна 21. Затем компактно сворачивают в виде, например, спирали, и укладывают в специальную тару, предназначенную для хранения комплектов 1 и 2 одного типоразмера.
Патентуемая конструкция позволяет с высокой степенью точности измерять периметры стыкуемых между собой тонкостенных крупногабаритных цилиндрических не жестких оболочек заданного типоразмера и, следовательно, обеспечивать собираемость крупногабаритных отсеков ракет.
Такая конструкция позволяет создавать линейку измерительных устройств различного типоразмера стыкуемых оболочек, для чего достаточно изменить длину гибкой ленты.