СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСООСНОСТИ ВАЛОВ
METHOD TO MEASURE MISALIGNMENT OF SHAFTS

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, G01B 5/24, 5/25 «Способ контроля соосности валов машин»)
К достоинству известного способа следует отнести то, что результат измерения не зависит от разности диаметров валов, что достигается поворотом устройства на 180°.
К недостатку известного способа следует отнести то, что он имеет недостаточно широкую область применения. Это объясняется тем, что не всегда имеется возможность повернуть устройство на 180°, например при измерении несоосности валов в редукторе, где иногда нет возможности закрепить измеритель на валу.
Целью изобретения является расширение области использования, упрощение процесса измерения, а также использование при измерении готовых измерительных средств, не требующих доработки или изменения конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что известный измеритель, например штангенциркуль, измерительными ножками устанавливают на одни поверхности валов (или вала-отверстия), затем переставляют штангенциркуль измерительными ножками на противоположные 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 несоосность, или через заданное время работы механизма, а также через заданный пробег подвижного состава осуществляют повторные измерения несоосности при неизменном пространственном положении измеряемых поверхностей и по разнице первого и повторных замеров определяют суммарную величину износа отверстия, подшипника, вала.
Известен способ измерения несоосности роторов двух сопрягаемых машин с помощью устанавливаемого на выходные концы валов приспособления с измерительными поверхностями, заключающийся в том, что при неподвижных роторах измеряют расстояния между измерительными поверхностями приспособления не менее чем в трех точках и определяют величины взаимного расположения роторов, отличающийся тем, что с целью повышения точности роторы сопрягаемых машин синхронно поворачивают, повторно измеряют расстояния между измерительными поверхностями приспособления при одном пространственном положении измерителя и по результатам второй серии измерений вносят поправку в результаты первой серии (см. а.с. №493618, кл. G01В 5/24 «Способ измерения несоосности роторов двух сопрягаемых машин»).
Недостатком известного способа является сложность процесса измерения и недостаточно широкая область использования.
На фиг.1 изображены валы, направленные друг другу навстречу, на фиг.2 изображены валы, расположенные друг над другом, на фиг.3 показано, как измерить суммарный износ подшипника, отверстия и вала, расположенных в редукторе колесной пары метрополитена.
1
2
На фиг.1 обозначены вал 1 с радиусом r, вал 2 с радиусом r, L - величина несоосности, 3 и 4 - измерительные ножки штангенциркуля, расположенные с одной стороны валов 1, 2, например, в вертикальном положении. Измерительные ножки 5 и 6 являются, например, теми же ножками 3, 4 во время перестановки штангенциркуля на противоположные поверхности валов 1, 2. Штангенциркуль на фигуре не показан и снабжен цифровой индикацией и устройством алгебраического суммирования. Известны штангенциркули с цифровой индикацией и устройством алгебраического суммирования (операция арифметического вычитания, например, марки «ТОРЕХ».
Процесс измерения несоосности осуществляют следующим образом. Измерительные ножки штангенциркуля устанавливают на валы, как изображено на фиг.1, например, сверху в положение 3, 4 или 5, 6 снизу, нажимают кнопку 13 (см. паспорт на штангенциркуль марки ТОРЕХ) (на фигуре не показано), сбрасывают показания и переставляют штангенциркуль измерительными ножками в положение 5, 6 или 3, 4. Цифровая индикация штангенциркуля покажет удвоенную величину несоосности валов, аналогичным образом можно измерить горизонтальную несоосность.
Таким образом, предлагаемый способ измерения несоосности проще известного, т.к. не требует дополнительного приспособления, которое необходимо крепить на один из валов, что сокращает время измерения, т.е. повышает производительность процесса измерения и расширяет область применения, т.к. не требует свободного пространства для поворота измерителя на 180°, что особенно наглядно видно из примера процесса измерения, показанного на фиг.2.
1
2
На фиг.2 обозначен вал 1 с радиусом r, вал 2 с радиусом r расположен под валом 1, где валы 1 и 2 расположены, например, с зазором, L - величина несоосности, 3, 4, 5, 6, измерительные ножки штангенциркуля (штангенциркуль не показан, у которого измерительные ножки с обеих сторон касаются друг друга при нулевом значении). Процесс измерения на фиг.2 осуществляют следующим образом. Измерительные ножки 3, 4 штангенциркуля устанавливают в положение между валами 1, 2 или с наружной стороны в положение 5, 6. После чего нажимают кнопку алгебраического суммирования или сброса показаний и переставляют штангенциркуль на противоположные поверхности валов 1, 2, в данном случае в положение, обозначенное цифрами 5, 6 или 3, 4, и получают удвоенное значение величины вертикальной несоосности. Наибольший эффект достигается, если в штангенциркуль ввести корректирующую величину, равную сумме радиусов. Устанавливают штангенциркуль на максимально удаленные поверхности 5, 6 валов 1, 2 фиг.2 и измеряют вертикальную несоосность. При повороте штангенциркуля вокруг валов измерительные ножки будут расходиться и штангенциркуль запомнит экстремальную несоосность, т.к. она всегда больше при наличии горизонтальной и вертикальной несоосности. Как только при повороте штангенциркуля его показания перестанут изменяться, то это означает, что экстремальная несоосность измерена, далее поворачивают или переставляют штангенциркуль в горизонтальное положение, измеряют горизонтальную несоосность. В этом варианте процесс подготовки процесса измерения сложнее, но зато получают выигрыш при измерении горизонтальной, экстремальной и вертикальной несоосностей, поворачивая штангенциркуль не более чем на 90°. Несоосность отверстий можно измерить аналогичным образом.
С помощью штангенциркуля можно измерить износ валов и подшипников коаксиально расположенных валов, например букс колесных пар вагонов метрополитена, проводя плановые измерения после очередного пробега вагонов.
Известен способ измерения суммарного зазора (износа) подшипников подвески редуктора с помощью индикаторной головки (см. патент №2431113 G01В 5/24 «Способ измерения несоосности валов») или осевое и радиальное смещение карданной муфты. Однако это возможно для узлов, которые можно смещать, например, влево-вправо, вверх-вниз. Однако не всегда имеется такая возможность.
В данном случае ось колесной пары из-за большого веса на вагонах метрополитена невозможно сместить вверх. Здесь, измеряя несоосность после очередного пробега вагона метрополитена и сравнивая с величиной первоначального измерения, можно определить износ валов или подшипников.
Измерение можно осуществить ранее описанным методом. Штангенциркуль снабжен узлом для измерения глубины отверстий, который может быть использован для измерения износа валов или подшипников, проводя аналогичные операции.
Таким образом, измеряя периодически несоосность буксы и оси колесной пары, на которой установлены буксы колесных пар с обеих сторон, будет измеряться радиальное смещение буксы, которое характеризует износ подшипников и валов, коаксиально расположенных. Аналогичным образом можно измерять несоосность выходного вала редуктора колесной пары относительно корпуса редуктора. Это позволит вовремя выявить износ подшипников или коаксиально расположенных валов и предупредить их повреждение.
На фиг.3 изображена шестерня редуктора колесной пары вместе с подшипником 318, где обозначен корпус редуктора 1, вал 2 редуктора, 318 подшипник 3, 4 - крепительная шайба, которая тремя болтами 5 крепится к валу 2.
Из данного примера наглядно видно, что доступ к валу закрыт и сместить его вверх-вниз не представляется возможным, кроме того, колесо (на фиг.3 не показано) перекрывает прямой доступ к 318 подшипнику. Осмотр этого узла осуществляют с помощью зеркала, освещая узел фонариком. Измерить несоосность вала 2 и отверстия в корпусе редуктора 1 при снятой крышке можно следующим образом. Штангенциркулем измеряют расстояние (а), например, сверху между отверстием и крепительной шайбой 4. Затем сбрасывают показания штангенциркуля и измеряют расстояние (б) снизу между отверстием и крепительной шайбой 4 и получают величину, соответствующую удвоенной величине несоосности крепительной шайбы 4, закрепленной на валу 2 с 318 подшипником, установленных в отверстии корпуса редуктора 1. Имея несоосность этого узла при изготовлении колесной пары и сравнивая с результатами измерения после очередного пробега, определяют износ данного узла. Несоосность вала 2 (а точнее крепительной шайбы 4) и отверстия в корпусе редуктора 1 можно измерить и в другом порядке.
Сначала измеряют расстояние между верхней поверхностью отверстия в корпусе редуктора 1 и нижней поверхностью крепительной шайбой 4, а затем измеряют расстояние между верхней поверхностью крепительной шайбы 4 и нижней поверхностью отверстия в корпусе редуктора 1.
Если измерение осуществляют вышеописанным штангенциркулем, то после первого замера осуществляют сброс показаний, что обеспечивает операцию вычитания из первого замера величины второго замера и получают результат удвоенной несоосности. Если замеры осуществляют обычным штангенциркулем, который не содержит вычислительного устройства, то операцию вычитания осуществляют вручную или с использованием дополнительного вычислительного устройства.
Если крепительная шайба имеет центральное конусное углубление, то измерение можно осуществлять относительно этого углубления или относительно углубления в валу, когда в других конструкциях шайба отсутствует.
Если интересует только динамика изменения зазора (т.е. износ узлов и механизмов), то измерение можно осуществлять, например, относительно головки болта 5 фиг.3 или относительно любого выступа или углубления, позволяющих установить измерительные ножки штангенциркуля или любого приспособления, с помощью которого можно проникнуть в труднодоступное место, установить на место измерения и зафиксировать в этом положении, затем вынуть его и измерить зафиксированное положение рабочих органов приспособления. Узлы и детали, относительно которых осуществляют измерение, могут содержать метки, что обеспечит одно пространственное положение.
Измерить несоосность коаксиально расположенных деталей можно, если в штангенциркуль ввести величину коррекции либо известную величину (см. патент №2242708, G01В 5/24 «Способ контроля соосности валов машин» или патент №2242709, G01В 5/24 «Устройство для контроля соосности»), где величина коррекции равна разнице радиусов, либо предложенную величину, равную сумме радиусов. В последнем случае происходит имитация измерения несоосности между осями валов. Известен «Способ измерения несоосности валов» см., например, патент №2365873, G01В 5/24 или патент №2393424, G01В 5/24 «Способ контроля экстремальной несоосности».
Величину коррекции в штангенциркуль вводят следующим образом. Ножки штангенциркуля перемещают относительно друг друга так, чтобы показания цифровой индикации соответствовали величине, равной разности радиусов или сумме радиусов, после чего показания сбрасывают, нажав на кнопку 13, см. описание штангенциркуля. После чего при измерении несоосности, установив ножки штангенциркуля на поверхности, соответствующие варианту коррекции, будет исключена ошибка измерения, когда валы, отверстия или отверстие-вал имеют разные диаметры. При этом можно будет измерить горизонтальную, экстремальную и вертикальную несоосность, перемещая измеритель на угол не более 90°.
Таким образом, предложен способ измерения несоосности валов, отверстий и вала-отверстия известным измерителем штангенциркуль, который имеет более широкую область применения.
Известный способ по а.с. №1613843, G01В 5/24, 5/25, где измеритель крепится, например, сверху вертикально и чувствительный орган индикаторной головки подводится к другому валу с этой же стороны, т.е. к ближайшей поверхности. В этом случае необходимо скомпенсировать разницу диаметров, что достигается поворотом измерителя на 180°.
Это сужает область использования, т.к. не всегда возможно повернуть измеритель на 180° из-за всевозможных препятствий.
Авторы предлагают достичь того же результата путем не поворота измерителя, например штангенциркуля, а путем перестановки его на противоположные поверхности, при этом не требуется тратить время на закрепление измерителя.
Известное устройство тоже можно переставить, и будет достигнут тот же результат, но это уже будет предложение авторов.
Новым по предложению авторов является то, что в измерительное устройство вводят величину коррекции, равную сумме радиусов.
Известны способы измерения той же конструкции, в которые вводят величину коррекции или корректируют результат измерения на величину, равную разнице радиусов (см. патент №2242708 или №2242709, G01В 5/24). Такие способы имеют недостаточно широкую область применения. Например, когда один вал расположен над другим, в этом случае, если устройство удается установить на верхние поверхности валов, то повернуть его на 90° не представляется возможным (фиг.2), так как эти способы могут измерять горизонтальную, вертикальную и экстремальную несоосности. Величина корректирующего сигнала, равная сумме радиусов, позволяет установить измерительные ножки штангенциркуля на максимально удаленные поверхности валов 1, 2, позиция 5, 6 фиг.2. При этом сохраняется свойство измерять горизонтальную, вертикальную и экстремальную несоосности при повороте измерителя не более 90°.
Новым является использование изменения несоосности для определения величины износа узлов деталей и появления зазора между ними для механизмов, когда отдельные узлы, в частности вал, невозможно сместить. Известен способ измерения суммарного зазора шаровых подшипников подвески редуктора колесных пар вагонов метрополитена (см. патент №2431113, G01В 5/24 «Способ измерения несоосности валов»).
Однако этот способ не порочит новизны, т.к. в нем не измеряют саму несоосность, а используют устройство для измерения несоосности, чтобы определить зазор.
Суммарный зазор в подшипниках определяют путем перемещения подвески редуктора сначала в одно крайнее положение, затем перемещают в другое (противоположное) положение и по разнице показаний определяют суммарный зазор или износ подшипников.
По предложению авторов определяют износ деталей, которые не представляется возможным смещать по разным причинам. Способы определения несоосности являются высокоточным методом измерения положения, например, деталей в пространстве.
Известно повторное измерение несоосности в одном пространственном положении измерителя (а.с. №493618, кл. G01В 5/24). Однако это используется для повышения точности измерения.
В предложении авторов важнее одно пространственное положение деталей, что достигается метками. А положение измерителя может быть различно. Например, на фиг.3 несоосность можно определить, измерив расстояние между ближайшими поверхностями (а) и (б), а можно измерять между максимально удаленными поверхностями, в обоих случаях разница в линейных размерах не влияет на точность измерения.
По предложению авторов штангенциркулем можно измерить несоосность непосредственно между валами роторов двух сопрягаемых машин (а.с. №493618). Угол перелома валов можно измерить, если одну из ножек штангенциркуля выполнить с возможностью поворота на оси и снабдить угломером.
Известен штангенциркуль с двумя каретками, где измерительные ножки выполнены с изменяемой длиной в виде конусов, перемещаемых на осях (валиках) (см. патент №2393424, G01В 5/25).
Известна также индикаторная головка, у которой наконечник установлен с возможностью поворота и снабжен угломером.
Таким образом, предлагаемый способ измерения более прост и может измерять несоосность в труднодоступных местах, где известные способы не могут осуществить измерение либо слишком сложны.
Измерение несоосности вала и буксы можно осуществить и при очередном техническом обслуживании, когда снимают крышку буксы для осмотра и замены смазки. Здесь замеры и износ узлов осуществляют аналогично измерению несоосности вала редуктора относительно отверстия.
Узел для измерения глубины отверстий штангенциркуля может быть снабжен сменными наконечниками, выполняющими функции дополнительных измерительных ножек, что расширяет дополнительно область применения. Так как разница диаметров, например, валов не влияет на точность измерения, то и разница в размерах и в различной конфигурации измерительных ножек штангенциркуля не повлияет на точность измерения при правильном измерении.