УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СИММЕТРИЧНОСТИ ШПОНОЧНОГО ПАЗА НА ВАЛУ

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, особенно для контроля симметричности шпоночных пазов на наружных цилиндрических поверхностях валов.
Известно устройство, содержащее корпус, снабженный двумя парами кареток с губками, раздвигающимися синхронно и синфазно с помощью зубчато-реечного и винтового механизма для сближения их с боковыми образующими вала и боковыми поверхностями паза, отсчетное устройство для регистрации взаимного положения кареток в направлении измерения [SU, №1789849, МПК: G01B 5/24, 23.01.1993 г.].
Недостатками данного устройства является то, что оно не предусматривает настройку исходного положения, при котором общая плоскость симметрии губок корпуса и каретки совпадает с плоскостью симметрии паза в исходном положении, то есть, на уровне кромок проверяемого паза, после чего губки каретки должны быть помещены у дна паза для произведения замера симметричности. Линейное исполнение измерительных поверхностей губок не позволит замерить поднутрение боковой поверхности паза, вызывающее смещение его плоскости симметрии. Большой набор кинематических пар, характеризующихся зазорами в подвижных соединениях, обуславливает многочисленные составляющие погрешности производимых измерений; реечная передача не является самотормозящей, поэтому требует от проверяющего поддерживать в ручном режиме постоянный момент на реечной шестерне, что практически недостижимо, и следовательно, возникает риск потери точности измерения.
Известен также прибор для измерения параметров шпоночного паза вала, содержащий корпус в виде призмы, в плоскости симметрии которой располагается измерительный наконечник с плоской торцевой поверхностью, служащей базой для установки углового положения вала с измеряемым пазом, и установ с измерительной поверхностью, совпадающей с плоскостью симметрии призмы. В корпусе, нормально к плоскости симметрии призмы, встроен шток, с возможностью поворота вокруг своей оси и перемещения вдоль нее, несущий щуп в виде поперечного стержня, так, что одним краем он жестко заделан в штоке, а другим, при повороте и осевом перемещении штока, может контактировать поочередно с боковыми поверхностями проверяемого паза и измерительной поверхностью установа. Шток и наконечник взаимодействуют с индикаторами. [RU, №2164660, МПК: G01B 5/24, 27.03.2001 г.].
Недостатками данного технического решения являются невозможность правильной установки углового положения вала при использовании торца штока для базировании по поверхности дна проверяемого паза, потому что размер базовой торцевой поверхности измерительного наконечника значительно меньше радиуса вала, то есть, практически торец штока в контакте с дном проверяемого паза реализует опорную технологическую базу, и поэтому никак не может служить для выверки перпендикулярности штока к донной поверхности паза; кроме того, точность положения поверхности дна паза заметно уступает требованиям симметричности шпоночного паза, и по этой причине, базирование по поверхности дна паза никак не оправдывается. Как и предыдущее устройство, прибор не предусматривает возможности определения симметричности паза на двух фиксированных уровнях по глубине паза, так как контактные боковые поверхности щупа не имеют радиального перемещения, и в этом случае положение линии симметрии прибор определяет только по одной точке, что некорректно. Усилие контакта щупа с поверхностями шпоночного паза обусловлено ручным режимом, то есть, носит субъективный и поэтому случайный характер, и не может не влиять на разброс показаний индикатора.
Задача, на решение которой направлено заявленное устройство, заключается в обеспечении корректного выполнения им измерительной функции, то есть, правильной настройки исходного углового положения вала относительно корпуса устройства, обеспечения технических возможностей для точного размещения измерительных поверхностей устройства на двух уровнях: как вблизи дна проверяемого паза, так и вблизи его кромок, а так же возможность обеспечение условия измерения, максимально исключающего влияние неосторожности и неточности ручных приемов контролера на результаты измерений.
Результатом решения указанной задачи является повышение надежности, точности и простоты контроля симметрии шпоночного паза.
Данная задача, и, как следствие, технический результат, достигаются тем, что устройство контроля симметричности шпоночного паза на валу, состоит из корпуса, выполненного в виде призмы, устанавливаемой на валу над измерительным пазом, с размещенным в ее плоскости симметрии измерительным наконечником; индикатора, установленного на корпусе с измерительным стержнем, расположенным в направлении, перпендикулярном плоскости симметрии призмы. Согласно заявленному техническому решению, устройство дополнительно снабжено ползуном, установленным на корпусе перпендикулярно его плоскости симметрии, который снабжен съемным коническим штифтом, соединяющим ползун с корпусом, взаимодействующий с измерительным стержнем индикатора, при этом, на измерительном наконечнике, расположенном подвижно в ползуне выполнен диск в виде эллипса, со стороны проверяемого паза, а с противоположной стороны, на нем установлена съемная шайба.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является соответствие конструкции заявленного устройства требованиям контроля симметричности шпоночного паза на валу, то есть, обеспечение условия совпадения плоскости симметрии корпуса (отсчетной плоскости) с серединой измеряемого паза в верхней его точке (на поверхности вала) и с осью вала (это положение настройки измерительного устройства), и определению положения плоскости симметрии паза на уровне его дна (это положение, когда снимаются показания индикатора, отличные от настроечных). Достижение самоцентрирования и самоторможения при взаимодействии измерительных и контролируемых поверхностей за счет геометрических параметров эллипса, реализуемая в момент записи показаний, обеспечивает надежность, точность и простоту контроля.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство измерения симметричности шпоночного паза на валу в сечении, перпендикулярном его плоскости симметрии; на фиг. 2 представлен вид сбоку на устройство; на фиг. 3 показано сечение А-А (фиг. 1), где диск, в виде эллипса, находится в контакте с боковыми поверхностями проверяемого паза.
Устройство содержит корпус 1, который опорными призматическими поверхностями расположен на валу 2 над проверяемым пазом. На корпусе 1 установлен ползун 3, имеющий возможность перемещения по направляющим перпендикулярно плоскости симметрии призматических поверхностей корпуса 1. Измерительный наконечник 4 размещен в отверстии ползуна 3 по посадке движения с возможностью поворота вокруг своей оси и перемещения вдоль нее, оканчивающийся, со стороны вала 2, размещенным в его пазу узким диском 5, выполненным в виде эллипса (фиг. 2), причем максимальная длина большой оси (с) эллипса больше минимального значения ширины (b) проверяемого паза на величину гарантированного натяга (создаваемого при поперечном положении эллипса), а максимальная длина малой оси (е) меньше минимальной ширины паза на величину гарантированного зазора (при продольном положении эллипса). На боковой поверхности корпуса 1 установлен индикатор с измерительным стержнем 6, взаимодействующим с торцом ползуна 3; для осуществления измерения, в исходном положении, то есть, в положении настройки устройства, корпус 1 и ползун 3 жестко связаны с помощью съемного конического штифта 7, а для проведения измерения, в крайних положениях по высоте проверяемого паза, установлена съемная мерная шайба 8 на измерительном наконечнике со стороны ползуна 3.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении производят настройку устройства, заключающуюся в том, что при зафиксированном с помощью конического штифта 7 положении ползуна 3 относительно корпуса 1 и установленной мерной шайбе 8, поворотом измерительного наконечника 4, занимающего в этом случае верхнее положение, обеспечивают контакт эллипсной поверхности диска 5, расположенной на уровне кромок проверяемого паза, с боковыми поверхностями паза. В результате этих действий корпус 1 и вал 2 разворачиваются относительно друг друга так, что происходит совпадение плоскости симметрии корпуса 1 с серединой ширины измеряемого паза в верхней его точке и с осью вала 2, которое отмечается на индикаторе его первичными показаниями. Для определения симметричности паза снимают штифт 7 и шайбу 8, диск 5 после обратного разворота измерительного наконечника 4 свободно опускают на дно проверяемого паза, далее, повторно повертывают измерительный наконечник 4 до плотного контакта диска 5 с боковыми поверхностями паза, и если паз на уровне его дна имеет смещенную плоскость симметрии, то поворачиваемый диск 5, принадлежащий измерительному наконечнику, сместится вместе с ползуном 3 относительно корпуса 1. Благодаря самоцентрирующим и самотормозящим свойствам геометрических параметров эллипса, диск 5 точно и надежно зафиксирует новое положение ползуна 3 и измерительного стержня 6, относительно корпуса 1, что и отразиться показанием индикатора.
Исходя из изложенного видно, что устройство полностью отвечает условиям моделирования симметричности шпоночного паза, то есть, если в плоскости, перпендикулярной к плоскости симметрии паза, где производятся измерения, все точки плоскости симметрии располагаются на линии симметрии, то положение линии теоретически не может быть определено одной точкой, поэтому устройство контроля должно быть приспособлено к определению двух точек линии симметрии паза на противоположных ее краях (по высоте паза). При получении (обработке) шпоночного паза инструмент настраивается по плоскости симметрии паза с опорой на положение поверхности вала, поэтому исходной точкой для контроля симметричности паза является средняя точка ширины паза на уровне его кромок, находящихся на поверхности вала, и для этого в заявленном устройстве контроля использована мерная шайба. Кроме того, устройство использует свойства самоцентрирования и самоторможения контактирующих измерительных поверхностей эллипса, что исключает при контроле поисковые приемы оператора, ручное удерживание элементов устройства в позициях замера и, таким образом, обеспечивает надежность, производительность и точность выбранного варианта конструкции измерительного устройства.
В настоящее время заявленное устройство находится на стадии технического предложения.