Проектирование переналаживаемых средств измерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование переналаживаемых средств измерения

Введение

Получить идеальную форму детали в процессе изготовления невозможно из-за:

1) погрешности станка

2) деформации станка, инструмента, заготовки

3) неравномерности припуска и т.д.

Искажение формы детали приводит к снижению эксплуатационных свойств детали.

Искажение формы влияет на точность базирования при изготовлении и контроле. Влияет на трудоемкость, точность сборки, повышается объем пригоночных работ. Влияет на неоднородность результата измерения.

Любая деталь состоит из поверхностей, нескольких элементов которые должны быть определенным образом расположены относительно друг друга, чтобы образовать конфигурацию детали.

Использовать деталь так, чтоб составляющие ее поверхности были точно расположены друг относительно друга, невозможно, поэтому необходимо нормировать требование к точности формы и расположения поверхностей.

Целью данной работы является анализ конструкций измерительных станций для контроля радиального биения.

1. Анализ конструкторских, технологических и метрологических объектов контроля

Данная деталь представляет собой ступенчатый вал.

Валы - детали, предназначенные для передачи крутящих моментов, а также для поддержания вращающихся деталей машин.

Валы бывают:

- прямые;

- коленчатые;

- гибкие.

В нашем случае это прямой вал, имеющий две проточки для обеспечения беспрепятственной установки элементов закрепляющихся на валу (зубчатые колеса, подшипники и т.п.).

Оси небольшой длины изготавливают одного диаметра, а длинные и сильно нагруженные - фасонными. Торцы валов для облегчения установки вращающихся на них деталей и предупреждения травмирования рук делают с фасками. Диаметры посадочных участков валов, на которых устанавливаются вращающиеся детали, должны быть согласованы с ГОСТ 6636-69.

Валы изготавливают из углеродистых и легированных конструкционных сталей, так как они обладают высокой прочностью, способностью к поверхностному и объемному упрочнению, легкостью получения прокаткой цилиндрических заготовок и хорошей обрабатываемостью на станках.

Для валов без термообработки используют, стали марок:

Ст3, Ст4, Ст5, 25, 30, 35, 40 и 45.

Валы с повышенными требованиями изготавливают из среднеуглеродистых и легированных сталей: 35, 40, 40Х, 40НХ и др.

2. Обзор существующих методов и средств контроля радиального биения

Радиальное биение - это разность Д наибольшего (А) и наименьшего (В) расстояний от точек реальной поверхности до базовой оси 1 вращения в сечении, перпендикулярном к этой оси. Радиальное биение представляет суммарную величину отклонения от соосности и отклонения формы в поперечном сечении.

Радиальное биение измеряют следующими методами:

Для измерения радиального биения вала (или цилиндрической детали) относительно оси центров применяют закрепление детали в центрах и при вращении проверяют биение с помощью измерительной головки. При этом могут быть применены горизонтальные или вертикальные центры. В случае установки детали в вертикальных центрах зазор между центром и деталью распределяется равномернее, что снижает погрешность измерения в целом.

Если деталь имеет в местах установки центров отверстия, то применяют специальные контрольные оправки и измеряют биение с помощью измерительной головки.

При измерении радиального биения относительно боковой цилиндрической поверхности детали, деталь 1 укладывают базовой поверхностью на призмы 2. Для ускорения проверки радиального биения применяют приспособление с резиновым роликом 4, прижимающими проверяемую деталь к призмам и вращающим ее. Отклонения фиксируются прибором 3.

При вертикальном расположении детали, деталь можно устанавливать на вращающийся столик 2, который имеет центрирующее устройство. Такая конструкция имеет меньшие габариты, чем при использовании вертикальных центров. Деталь 1 закрепляется на столике неподвижно и вращается вмести с ним. Величина радиального биения фиксируется прибором 3.

Установка детали на вращающемся столике дает возможность измерять радиальное биение как внешней, так и внутренней поверхности цилиндра, если это необходимо.

Измерение радиального биения при установке детали в трехкулачковом патроне производится в процессе изготовления детали, что позволяет уменьшить количество брака непосредственно контролируемого параметра в процессе точения.

3. Выбор целесообразной конструкции прибора и описание его принципа действия

Радиальное биение по заданию контролируется относительно оси вала следовательно выбираем метод базирования в центрах. Поскольку контролируемая деталь имеет достаточно большую длину выбираем тип установки в горизонтальных центрах.

.

1 - Контролируемый вал

2 - Центра

3 - Измерительная головка (преобразователь)

4 - Стойка

5 - Плита

При контроле радиального биения контролируемый вал 1 устанавливается в центра 2, установленных на плите 5, и при вращении вала относительно своей оси проверяют радиальное биение с помощью измерительной головки 3, закрепленной в стойке 4.

Даная схема является целесообразной из-за простоты конструкции, надежности и не высокой стоимости.

При измерении будем использовать преобразователь индуктивный дифференциальной модели БВ-6067.

4. Разработка метрологической характеристики

Условия эксплуатации контрольно-измерительного устройства.

1. КИС работает при установке детали вручную;

2. Детали, поступающие на контроль, должны быть сухими и чистыми и не иметь заусенцев;

3. Температура поступающих на контроль деталей не должна отличаться от температуры помещения не более чем ±50С;

4. Влажность воздуха не должна превышать 80%.

Метрологическая характеристика:

1)Наименование контролируемого параметра - радиальное биение ;

2)Допуск на контролируемый параметра Т=0,039 мм (с чертежа);

3)Допускаемая погрешность измерения определяется в процентном отношении от допуска на изготовление, равна 25%Т , ; принимаем

Схема расположения полей допусков:



Схема базирования и измерения:

4) Тип отсчетного устройства или преобразователя - индуктивный преобразователь БВ-6067. Достоинством индуктивного преобразователя является слабая чувствительность к внешним условиям (к температуре, внешним электрическим и магнитным полям);

5) Способ настройки измерительного устройства на размер - рабочему эталону;

6) Допуск на изготовление рабочего эталона или образцовой детали 0,0004 мм;

7) Средства арбитражной поверки детали должны иметь погрешность измерения не более 30% от допускаемой погрешности измерения. Этим требованиям соответствует оптикатор 15301-03 ГОСТ 10593-74.

Выбранный метод схемы измерения, способ настройки и тип преобразователя представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Метрологическая характеристика

Наименование контролируемого параметр	Допуск на контроли-руемый пара- метр	Допускаемая погрешность измерения	Тип преобразова-теля	Способ настройки измеритель-ного устройства на размер	Допуск на изготовле-ние рабочего эталона	Средства арбитражной поверки детали
Радиальное биение	Т=0,039 мм		индуктивный преобразователь БВ-6067.	рабочему эталону;	0,0004 мм	оптикатор 15301-03 ГОСТ 10593-74

5. Описание измерительного преобразователя

Индуктивные приборы отличаются высокой точностью, пригодны для ведения дистанционных измерений. Сравнительно небольшие габаритные размеры индуктивных преобразователей позволяют создавать компактные измерительные устройства. Единый источник энергии (электрический ток) дает существенное преимущество перед пневматическими приборами, для которых требуется питание и электрическим током, и сжатым воздухом.

В индуктивных приборах используется свойство катушки изменять свое реактивное сопротивление при изменении некоторых ее параметров, определяющих индуктивность L.

Для получения возможно большей индуктивности катушку, как правило, выполняют с магнитопроводом из ферромагнитного материала. Обычно один из элементов магнитной цепи выполняется подвижным (якорь), и его положение относительно неподвижной части будет влиять на магнитное сопротивление цепи Rм, а следовательно, и индуктивное сопротивление катушки.

Если связать перемещение якоря с измеряемой линейной величиной д при постоянных параметрах напряжения питания, то возникает функциональная зависимость между д и электрическим сопротивлением z: z=f(д).

Устройство, которое преобразует линейные перемещения в измерения электрического параметра z с помощью описанной катушки, называется индуктивным преобразователем.

В общем виде индуктивный прибор включает следующие основные узлы: индуктивный преобразователь 2, воспринимающий изменение размера детали 1 и преобразующий его в изменение сопротивления; измерительную схему 3, которая служит для преобразователя сигнала преобразователя в удобный для измерения другой электрический параметр (напряжение, силу тока); электронный усилитель 4; указательное устройство 5; устройство для подачи команд 6 и источник питания 7.

В применяемых в настоящее время индуктивных преобразователях изменение индуктивного сопротивления катушки чаще всего достигается посредством изменения воздушного зазора д между якорем и неподвижной частью сердечника катушки или изменением площади зазора S. Характеристика преобразователя z=f(д) нелинейная, но, если ограничить рабочий участок преобразователя Дд=дmax-дmin, можно добиться того, что степень нелинейности характеристики не будет превышать заданной.

В связи с высокой чувствительностью, которую можно получить в приборах с преобразователями с переменной длиной зазора, некоторые приборы с данными преобразователями построены без усилителей. Однако эти преобразователи имеют сравнительно большие габаритные размеры и достаточно большое измерительное усилие. Их применяют для построения приборов, предназначенных для контроля малых перемещений. У существующих приборов с данными преобразователями диапазон измерения составляет 0,1-0,3 мм.

6. Расчёт точности КИС

Расчет на точность КИУ проводится с целью проверки правильности назначения допусков на изготовление и сборку элементов КИУ, а также условий его эксплуатации. Расчет сводится к определению величины суммарной погрешности измерения, вызванной отдельными группами влияния, и сравнению её с допускаемой погрешностью, назначаемой по ГОСТ 8.051-81 в зависимости от номинального размера и допуска на контролируемый параметр.

Суммарная погрешность КИУ является результатом множества причин. Эти причины по признаку принадлежности к основным функциональным элементам КИУ можно разбить условно на четыре группы влияния:

1. Инструментальная погрешность;

2. Погрешность рабочего эталона;

3. Погрешность, вносимая объектом контроля;

4. Температурная погрешность.

На этапе проектного расчета КИУ, когда его ещё нет, и экспериментальные исследования проводить не на чем, расчет суммарной погрешности КИУ осуществляется по приблизительной методике.

Инструментальная погрешность

Погрешность базирования в центрах (в жестких).

Погрешность от перекоса контролируемой детали относительно оси детали центровых гнезд:

,

контроль измерительный радиальное биение

где - допуск на эксинтриситет центров ();

ц - угол перекоса центров;

R - радиус детали;

a=l2* - длина образующих конуса центровых отверстий;

с - несоосность центров (с=0,001…0,012мм);

l - длина детали.

Примем а = 9мм; с=0,001 мм;

;

;

;

Погрешность измерительных наконечников.

Погрешность от неправильного расположения и формы измерительных наконечников. Она появляется в том случае, когда контролируемая деталь отличается своей формой от рабочего эталона для цилиндрических деталей

,

где a - смещение линии настройки с диаметрального сечения;

b - смещение линии измерении с линии настройки;

R - радиус детали;

r - радиус измерительного наконечника (0,8; 1,6; 2,5).

Примем а=0,1мм; b=0,2мм; r=2,5мм; R=23мм.

Систематическая составляющая погрешности измерения =0

Случайная составляющая погрешности измерения:

Погрешность передаточных механизмов

Погрешность передаточных механизмов равна нулю, в виду отсутствия таковых.

Погрешность измерительного преобразователя или отсчетного устройства.

В устройствах ручного контроля используется отсчетная головка, индикатор и т.д. В этом случае в расчете используется одна характеристика:

предельная погрешность показаний. Она задается в паспорте прибора. Эта погрешность включается в расчет с коэффициентом , так как она присутствует при настройки прибора на заданный размер.

Индуктивный преобразователь

В настоящее время для аналоговых преобразователей обычно нормируется только основная погрешность. Её включают в проектный расчет вместо первых двух характеристик (предельные случайные погрешности и погрешности настройки).

Предельное смещение настройки:

равна половине цены деления:

; ; мкм;

Силовые погрешности

Вызываются:

1. Измерительным усилием его колебанием;

2. Усилием замыканий звеньев представленного механизма;

3. Усилиями, возникающими от динамики процесса измерения.

Погрешность от измерительного усилия могут быть разделены на два вида:

- Контактный деформации в зоне контакта измерительного наконечника с деталью;

- Упругие деформации установочного узла и деталей самого прибора.

1. Контактные деформации:

где К - коэффициент, зависящий от материала контактирующих тел.

К=0,7…1,3

Р - измерительное усилие, (обычно указано в паспорте прибора Р=0,1…3Н).

r - радиус измерительного наконечника, мм;

;

Контактные деформации подсчитываются только для контактных измерений и если деталь и установочная мера выполнены из разного материала. Считаем, что погрешности упругих деформаций детали и измерительной станции отсутствуют.

Динамические погрешности

У правильно спроектированных средств контроля они должны быть пренебрежительно малы. Определяется по данным экспериментальных исследований.

Погрешности рабочего эталона

Рабочий эталон вносит погрешность в результат измерения при настройки за счет допуска на изготовление и аттестации.

Погрешность от допуска на изготовление равна 1/6 допуска, т.е.

; ;

Погрешность объекта контроля.

Погрешности, вызванные формой и расположением контролируемых поверхностей. Речь идет о тех параметрах, которые сами не подлежат измерению, но входят в схему измерения и влияют на результат.

Если измеряем отклонение, то они не включаются в погрешность измерения.

IV Температурная погрешность.

;

Суммируем относительную систематическую и случайную составляющие

;

По ГОСТ 8.051-81 ;

Т.к. , то спроектированная КП удовлетворяет требованиям по точности.

7. Расчёт основных параметров устройства

Соленоидный преобразователь представляет собой катушку индуктивности, внутри которой перемещается разомкнутый ферромагнитный сердечник. Перемещение сердечника связывается с изменением измеряемого размерного параметра и приводит к изменению индуктивности катушки. Характеристикой соленоидного преобразователя является зависимость индуктивности катушки от положения сердечника. При изменении индуктивности изменяется выходное напряжение или ток.

Исходными данными для расчета преобразователя являются следующие:

- требуемая чувствительность преобразователя дST;

- сопротивление катушки Z;

- частота питающего напряжения аж

- допускаемая погрешность от нелинейности характеристики ;

- заданный диапазон измерения D'.

Преобразователь в эскизном проекте имеет следующие геометрические параметры:

- Lс - длина сердечника;

- Lк - длина катушки;

- R - радиус катушки;

- r - радиус сердечника;

- Q - добротность преобразователя;

- преобразователь дифференциальный с ферритовым сердечником.

Зададимся предварительно числовыми значениями перечисленных параметров.

дST=0,2мм Z =1кОм f=2кГц =1 мкм

D=1,5мм Lс=30мм Lк=15мм R=4мм

r=1,5мм Q=4 г/м RК=Lк/2=7,5мм

d=0,08мм Рс=Lс/2=15мм

Последовательность расчета

1. Определяем относительную максимальную чувствительность

После подстановки заданных по эскизному проекту данных получим, что . Т.к. преобразователь дифференциальный, то следовательно преобразователь имеет требуемую чувствительность.

2. Определяем требуемую индуктивность преобразователя:

3. Производим расчет числа витков катушки:



4. Расчет на вместимость количества витков проволоки в принятые габариты катушки:

5. Так как расчетное число витков не помещается в принятые габариты катушки, то уменьшим сопротивление Z до 0,5 кОм и увеличим частоту f до 4 кГц. При пересчете получим, что w=1749 витков. Обмотка размещается на катушке без затруднений.

6. Определяем индуктивность преобразователя при

1. Определяем характеристику преобразователя

,

Для нахождения точек, по которым может быть построена характеристика преобразователя, как зависимость L(m) от L задаемся рядом значений L от 0 до 356 через шаг 0,5 мм или 1 мм.

8. Описание конструкции устройства по сборочному чертежу

На сборочном чертеже приведена конструкция измерительной станции для контроля радиального биения вала.

Настройка станции производится установкой на измерительную позицию образцовой детали, или эталона. Деталь вручную устанавливается в центрах. Рукояткой на левой центровой бабке перемещаем наконечник в осевом направлении. Затем устанавливаем вал торцом на наконечник правой бабки. Прижимая правой бабкой другой торец вала, фиксируем деталь на измерительной позиции. После вращая гайку на стойке, опускается кронштейн, с закрепленным на нем преобразователем, до тех пор, пока измерительный наконечник коснется детали. Далее настроечным винтом регулируется зазор между преобразователем и пружинным параллелограммом, для избегания мертвого хода. Далее вращая маховик на правой бабке, фиксируем на отсчетном устройстве величину радиального биения, которое сопряжено с выходом преобразователя. Оси бабок имеют шарикоподшипниковые опоры, что позволяет легко вращать контролируемую деталь.

После настройки станции эталон снимают и устанавливают контролируемую деталь.

Заключение

В ходе проделанной работы изучил принципы проектирования контрольно-измерительных устройств в зависимости от вида контролируемого параметра на основе анализа существующих методов и средств контроля и разработки метрологической характеристики. В ходе выполнения мною была разработана метрологическая характеристика для контрольно- измерительной станции для контроля радиального биения, разработана схема измерения, выбран измерительный преобразователь.

Библиография

Активный контроль в машиностроении: Справочник/ Под ред. Е. И. Педя. М.: Машиностроение, 1978

Алексеенко Е. В., Филимонова Т. А., Шаруев Н. К. Емкостной измеритель диаметра стекловолокна

Безвесильная О. М. Преобразующие устройства приборов: Учебник/ О. М. Безвесильная, П. М. Таланчук. - К.: НМК ВО, 1993

Бухгольц В. П. Емкостные преобразователи в системах автоматического контроля и управления. / В. П. Бухгольц, Э. Г. Тисевич М.: «Энергия», 1972

Мураров А. П. Методические рекомендации по расчету емкостных дифференциальных преобразователей. Севастополь, СевНТУ, 1997

Мураров А. П. Методические рекомендации по расчету емкостных дифференциальных преобразователей. Севастополь, СевНТУ, 1997

Точность и производственный контроль в машиностроении: Справочник/ И. И. Болонкина, А. К. Кутай, Б. М. Сорочкин, Б. А. Тайц; Под общ. редакцией А. К. Кутая, Б. М. Сорочкина.- Л.: Машиностроение, 1983

Размещено на Allbest.ru