СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПРОДОЛЬНОГО ПАЗА НА КРУГЛОМ ВАЛУ
METHOD OF PARAMETERS MEASURING OF LONGITUDINAL SLOT LOCATION ON ROUND SHAFT

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, особенно для контроля соответствующих параметров шпоночных пазов на валах.
Известным является способ, заключающийся в том, что используют прибор для контроля шпоночных пазов, выполненный в виде призмы, на которой размещают вал, обеспечивая контакт измерительного наконечника отсчетного узла с цилиндрической поверхностью упомянутого вала, по которой устанавливают отсчетный узел на ноль, поворачивают вал вокруг оси цилиндрической поверхности так, чтобы измерительный наконечник оказался в контакте с дном проверяемого паза в его начале, сообщают возвратно-поворотные движения валу, добиваясь перпендикулярности оси измерительного наконечника к дну проверяемого паза; перемещают щуп, имеющий шарообразную боковую поверхность и размещенный в призме с возможностью взаимодействия с измерительным стержнем индикатора, закрепленного в корпусе, добиваясь поочередного касания шарообразной боковой поверхности этого щупа с боковыми поверхностями проверяемого паза, фиксируя при этом первичные показания индикатора; перемещают щуп, добиваясь центрирования его шарообразной боковой поверхности в призме, фиксируя при этом исходном положении щупа и исходное показание индикатора, причем по разнице исходного показания и соответствующего первичного и вторичного показания индикатора находят соответственно первый и второй размахи колебаний, по полуразности упомянутых размахов находят отклонение от симметричности на уровне контакта боковой поверхности щупа с боковой поверхностью измеряемого паза, переустанавливают вал на корпусе, обеспечивая контакт измерительного наконечника с дном проверяемого паза в его конце, повторяют возвратно-поворотные движения вала, добиваясь перпендикулярности оси измерительного наконечника к дну проверяемого паза, перемещают щуп, добиваясь касания его шарообразной боковой поверхности с боковой поверхностью проверяемого паза, фиксируя показания индикатора, а по разнице показаний индикатора, полученных при касании щупа с одной и той же боковой поверхностью паза, определяют величину перекоса проверяемого паза (RU, №2205364, МПК G01B 5/24, 2003 г.).
Основным недостатком данного способа является неопределенность исходного, то есть базового для измерения, положения измеряемого паза, при котором середина его ширины на уровне кромок паза объективно находится в плоскости симметрии призмы-корпуса; заявленный способ рассчитан на номинальное расположение дна паза, что практически не соответствует действительности; еще одним значительным недостатком данного способа является то, что им не предусматривается и средством измерения не обеспечивается контроль симметричности на всей глубине паза, поэтому результат измерения только в одной из плоскостей, параллельной с неопределенной точностью дну паза, не может полно и точно характеризовать симметричность паза на нормируемом участке, то есть на глубине паза; повторные поисковые возвратно-поворотные перемещения вала и движения измерительного наконечника, продолжительность которых зависит от опыта и настойчивости оператора, а также необходимость дополнительных поворотных движений щупа для поиска плоскости симметрии призмы сдерживают производительность измерительной операции. Также результат измерения положения плоскости симметрии паза, полученный по отклонению положения одной его стороны, не может считаться надежным, так как этот результат может быть следствием симметричного изменения ширины шпоночного паза по длине.
Более близким по технической сущности способом измерения симметричности шпоночного паза к оси вала является способ, имеющий в качестве средства измерения 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. Способ измерения параметров расположения продольного паза на круглом валу заключается в том, что на базовую поверхность вала с измеряемым шпоночным пазом на месте верхней образующей цилиндрической поверхности круглого вала устанавливают корпус измерительного приспособления, обеспечивая совпадение его базовой плоскости с осью вала, размещают измерительные поверхности отсчетного устройства, подвижного относительно корпуса, в измеряемом пазу в одном из крайних его сечений на рабочей длине, приводят измерительные поверхности в контакт с боковыми поверхностями паза так, что середине расстояния между точками контакта измерительных и измеряемых поверхностей по ширине паза соответствует смещение отсчетного устройства, взаимодействующего с измерительным наконечником индикатора, установленным на корпусе устройства, и по показаниям индикатора, соответствующим смещению отсчетного устройства относительно корпуса, определяют симметричность паза (патент SU 1789849 А1, МПК G01B 5/24).
Недостатком изобретения является то, что не предусматривается действие по первоначальному (базовому, настроечному) совмещению середины ширины паза на уровне его кромок с плоскостью симметрии корпуса. Кроме того, линейная форма измерительных губок, взаимодействуя с боковыми поверхностями паза, не обеспечивает положение контактных точек на одном уровне по глубине паза, а в случае профиля паза с боковыми поверхностями, выполненными развернутыми (обращенными) к дну паза, вообще не может служить для измерения его симметричности. Вместе с тем, очевидна сложность и громоздкость используемых средств привода движения центрирующих и измерительных губок; большой набор кинематических пар, характеризующихся зазорами в подвижных соединениях, обуславливает многочисленные погрешности производимых измерений.
В основу настоящего изобретения была положена задача разработки способа измерения параметров расположения продольного паза на круглом валу одновременно с увеличением точности и производительности основных и вспомогательных контрольных переходов, необходимых для операции измерения, за счет выполнения минимального набора измерительных переходов, сокращения числа кинематических пар в средствах измерения и исключения повторных, выставочных движений, необходимых для поиска точного взаимного положения элементов измерительного устройства и фиксации их положения.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности, точности и надежности измерения.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что способ измерения параметров расположения продольного паза на круглом валу заключается в том, что на базовую поверхность вала с измеряемым шпоночным пазом на месте верхней образующей цилиндрической поверхности круглого вала устанавливают корпус измерительного приспособления, обеспечивая совпадение его базовой плоскости с осью вала, размещают измерительные поверхности отсчетного устройства, подвижного относительно корпуса, в измеряемом пазу в одном из крайних его сечений на рабочей длине, приводят измерительные поверхности в контакт с боковыми поверхностями паза так, что середине расстояния между точками контакта измерительных и измеряемых поверхностей по ширине паза соответствует смещение отсчетного устройства, взаимодействующего с измерительным наконечником индикатора, установленным на корпусе устройства, и по показаниям индикатора, соответствующим смещению отсчетного устройства относительно корпуса, определяют симметричность паза. Согласно изобретению измерение проводят на двух уровнях по глубине паза, при этом предварительно измерительную поверхность устройства размещают в измеряемом пазу на уровне, близком к его кромкам, после чего отсчетное устройство жестко связывают с корпусом в направлении измерения, производят встречное круговое смещение корпуса и вала, обеспечивая совмещение середины ширины паза на установленном уровне с базовой плоскостью корпуса, и устанавливают ноль на индикаторе, показывающем настроечное относительное положение корпуса и отсчетного устройства, затем освобождают измерительную поверхность от контакта с боковыми поверхностями паза, размещают измерительную поверхность на уровне, близком к дну проверяемого паза, освобождают отсчетное устройство от жесткой связи с корпусом в направлении измерения, вводят его измерительную поверхность в плотный, фиксированный контакт со стенками измеряемого паза, обеспечивая смещение отсчетного устройства относительно корпуса на величину отклонения симметричности, которую регистрируют по показанию индикатора, а для определения параллельности плоскости симметрии паза к оси вала корпус измерительного приспособления сдвигают по валу на рабочую длину паза и повторяют измерение определения симметричности паза к оси вала, а отклонение параллельности плоскости симметрии паза на нормируемом участке определяют или как разность показаний индикатора с одинаковым знаком, или как сумму показаний с разными знаками, полученными в двух сечениях вала по краям рабочей длины измеряемого паза.
Точной и надежной реализации заявляемого способа способствуют два процесса с известными свойствами: первый процесс использует свойство центрирования двойного эксцентрика, рабочие поверхности которого при повороте взаимодействуют с боковыми поверхностями паза, совмещая середину его ширины с плоскостью, в которой находится геометрическая ось центрирующего наконечника, то есть с плоскостью, принадлежащей ползуну и перпендикулярной плоскости симметрии призматических поверхностей корпуса; второй процесс использует свойство самоторможения эксцентрикового механизма, так что при плотном контакте рабочих поверхностей эксцентрика с боковыми поверхностями проверяемого паза исключается зазор между эксцентриком и стенками паза в направлении, перпендикулярном плоскости симметрии паза, и исключается упругий отжим эксцентрика, поскольку его механизм не допускает силового реверса передачи.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 показан главный вид измерительного средства в том положении, в котором определяют симметричность паза на двух уровнях по его глубине; на фиг. 2 - контур измерительной поверхности; на фиг. 3 - контур призматической поверхности.
Корпус 1 базовыми призматическими поверхностями установлен на вал 5 над проверяемым пазом, несет ползун 2 с возможностью смещения или фиксации штифтом 8 в направлении измерения симметричности паза; в средней поперечной плоскости ползуна расположен вертикально центрирующий стержень 3 с возможностью поворота вокруг своей оси и смещения вдоль нее, нижний торец стержня выполнен в виде фланца 4 с измерительной цилиндрической поверхностью. Контур измерительной поверхности показан на фигуре 2, он имеет профиль двойного круглого эксцентрика эллипсовидной формы, так что при свободном его размещении в пазу большая диаметральная ось С фланца направлена вдоль паза, но при осуществлении измерения повертывается центрирующим стержнем на угол около 90°, до состояния плотного контакта цилиндрической измерительной поверхности с боковыми поверхностями проверяемого паза, как показано на фигуре 2: большая диаметральная ось С почти перпендикулярна продольному направлению паза, происходит самоторможение и автоматическая фиксация совмещения оси центрирующего фланца 4 и середины ширины проверяемого паза; на фигуре 1 фланец 4 показан в двух положениях: в тонких линиях он изображен на первом, настроечном этапе измерения, в сечении на уровне кромок паза, где середина его ширины всегда находится в базовой отсчетной плоскости симметрии, проходящей через ось вала 5; на этом этапе верхнее положение центрирующего стержня с фланцем обеспечивается сменной мерной шайбой 7, а неподвижность ползуна относительно корпуса фиксируется штифтом 8. На втором, результирующем этапе измерения симметричности паза фланец показан контурными линиями вблизи дна паза. На этом этапе шайба 7 и штифт 8 снимаются, а происходящее при измерении смещение ползуна относительно корпуса регистрируется индикатором с измерительным штифтом 6. Смещение ползуна 2 относительно корпуса 1 происходит по призматическим поверхностям, контур которых показан на фигуре 3.
Способ иллюстрируется следующим примером.
Вал, имеющий цилиндрическую поверхность с проверяемым пазом, располагают в горизонтальном положении так, что измеряемый паз находится на месте верхней образующей. В одном из крайних сечений проверяемого паза длиной ℓ, на вал 5 устанавливают корпус 1 с размещенным на нем ползуном 2, выполняющим функцию отсчетного устройства, так что центрирующий стержень 3 этого устройства своим нижним торцом, выполненным в виде фланца 4 с измерительными поверхностями, свободно размещается в измеряемом пазу на уровне его кромок, для чего в верхней части центрирующего стержня устанавливают мерную съемную шайбу высотой h, соразмерной с глубиной шпоночного паза.
Штифтом 8 обеспечивают неподвижность ползуна относительно корпуса. Ключом, накинутым на квадратную головку центрирующего стержня, повертывают его в любую сторону до момента заклинивания измерительных поверхностей фланца 4 боковыми поверхностями проверяемого паза. Устанавливают на индикаторе ноль. Далее, повертывают центрирующий стержень в обратную сторону, освобождая фланец от контакта со стенками паза, убирают штифт 8 и съемную мерную шайбу, опускают центрирующий стержень так, что теперь его нижний торец оказывается в контакте с дном паза, а измерительная поверхность центрирующего фланца 4 в непосредственной близости от дна паза. Выполняют новый поворот центрирующего стержня до состояния плотного контакта рабочей поверхности фланца с боковыми поверхностями паза и регистрируют изменение показания индикатора как искомую симметричность паза к оси вала.
Чтобы получить результаты измерения параллельности плоскости симметрии паза на его длине, выполняют операцию определения симметричности паза в сечении вала отстоящим на рабочей длине шпоночного паза. Для этого передвигают корпус по валу к противоположному концу паза на величину ℓ и повторяют все рассмотренные переходы. Параллельность плоскости симметрии паза к оси вала на длине ℓ считают как разность полученных показаний симметричности паза в двух крайних по длине паза сечениях вала, если показания симметричности совпадают по знаку, и как сумму, если знаки разные.
Таким образом, в заявленном примере при измерении симметричности паза к оси цилиндрической поверхности круглого вала в отличие от аналога и прототипа, с одной стороны, расширяется совокупность основных контрольных в соответствии с алгоритмом решения задачи, предусматривающим уточненное определение симметричности продольного паза на круглом валу за счет ее оценки на двух уровнях по глубине паза; с другой стороны, за счет конструктивного решения измерительного средства, освобождающего исполнителей от вспомогательных приемов, связанных с выверкой положения элементов мерительного средства и фиксации их положения, общая сумма переходов на операции минимизируется, а сами приемы значительно упрощаются; сокращение числа кинематических пар, участвующих в измерительном процессе, способствует повышению точности результатов. В отличие от прототипа форма и направление движения контактной поверхности измерительных средств по заявленному способу способствуют их точному и устойчивому положению: узкая цилиндрическая поверхность поворотного фланца в отличие от губок с линейной рабочей поверхностью, получающих в неопределенном месте по глубине паза точечный контакт с соответствующей стороной паза, обеспечивает точное направление измерения и надежную фиксацию измерительного элемента и, следовательно, способствует получению точного и надежного результата измерения.
Заявленный способ может быть использован непосредственно в цехах на машиностроительных предприятиях при контроле симметричности шпоночных пазов на валах и параллельности их плоскости симметрии к оси круглого вала.
Данное изобретение носит законченный характер, его готовность к использованию не ограничивается никакими дополнительными условиями.