Прилад для повірки вимірювальних головок
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ І СПОРТУ УКРАЇНИ
ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ
Кафедра приладів і контрольно-вимірювальних систем
ПРИЛАД ДЛЯ ПОВІРКИ ВИМІРЮВАЛЬНИХ ГОЛОВОК
Пояснювальна записка
до курсового проекту з дисципліни
“Конструювання приладів”
КП 116. 00. 00. 000 ПЗ
Виконав:
Прийняв:
ТЕРНОПІЛЬ 2012
ЗМІСТ
ВСТУП…………………………………………………………………
1. АНАЛІЗ РОЗГЛЯДУВАНОГО ПИТАННЯ І ПАТЕНТНИЙ ПОШУК……5
1.1 Аналіз об’єкту повірки…………………………………………………...5
1.2 Огляд методів і засобів повірки точнісних параметрів індикаторів…..7
1.3 Патентний огляд по темі завдання………………………………………9
2. ПРИНЦИПОВА СХЕМА ПРИЛАДУ……………………………………….19
3. Розрахунково-конструкторська частина……………………21
3.1 Розрахунок діаметрів плунжерів………………………………………..21
3.2 Розрахунок зусиль передаточного відношення………………………..23
3.3 Розрахунок точнісних характеристик приладу………………………...26
3.4 Технічне обслуговування…………………………………………
3.5 Правила зберігання……………………………………………………
3.6 Упаковка і вимоги до транспортування………………………………..
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ…………………………………………………………
ДОДАТКИ……………………………………………………………
ВСТУП
Прагнення підвищити
продуктивність складальних операцій
і поліпшити якість виробів, що випускаються
вимагає безперервного
Індикатори призначаються
для відносного або порівняльного
вимірювання та перевірки відхилень
від форми, розмірів, а також взаємного
розташування поверхонь деталі. Цими
інструментами перевіряють
Особливу увагу приділяють повірці цих індикаторів. Для цього застосовують безліч приладів різного типу. У даному курсовому проекті я розробив прилад для повірки вимірювальних головок механіко-гідравлічного типу. На відміну від інших приладів для повірки, у нього проста конструкція і при проведенні повірки не вимагає особливих навиків користування. В подальшому розробленні цього приладу його можна автоматизувати завдяки кроковому двигуну і індуктивному датчику переміщення мікрометричного гвинта.
1. АНАЛІЗ РОЗГЛЯДУВАНОГО ПИТАННЯ І ПАТЕНТНИЙ ПОШУК
1.1 Об’єктом повірки для даного курсового проекту я вибрав індикатор годинникового типу ИЧ-10 1-го класу точності.
Таблиця 1.1 - Параметри датчика ИЧ-10 1-го кл.
Параметри |
ИЧ-10 |
Діапазон вимірювань, мм |
0-10 |
Ціна поділок кругової шкали, мм |
0,01 |
Алгебраїчна різниця ординат найвищої і найнижчої точок кривої похибок індикатора у всьому діапазоні вимірювання, мм |
0,015 |
Алгебраїчна різниця ординат найвищої і найнижчої точок кривої похибки індикатора в межах будь-якої ділянки довжиною 0,1 мм |
0,004 |
Алгебраїчна різниця ординат найвищої і найнижчої точок кривої похибки індикатора в межах будь-якої ділянки довжиною 1мм |
0,008 |
Розмах показань індикатора, мм |
0,003 |
Варіація показань індикатора, мм |
0,002 |
Клас точності |
1 |
Найбільше вимірювальне зусилля при прямому ході, Н |
1,5 |
Коливання вимірювального
зусилля при прямому або |
0,6 |
Коливання вимірювального зусилля при зміні напрямку руху вимірювального стержня, Н, не більше |
0,5 |
Габаритні розміри, мм, не більше |
108х56х24 |
Цей тип індикаторів призначений для вимірювання лінійних розмірів абсолютним і відносним методами, визначення величини відхилень від
заданої геометричної форми і взаємного розташування поверхонь. Індикатори найчастіше оснащуються зубчастою передачею завдяки якій вказівна стрілка може виконувати декілька обертів у діапазоні вимірювань.
Індикатор годинникового типу (Рис. 1.1) складається з корпусу 4, в якому через всю довгу втулку 6 проходить вимірювальний стержень 7 (шпиндель) з зубчастою рейкою, нарізаною на його поверхні, 1 - циферблат, 2 - обод, 3 - головка, 4-корпус, 5 – менший циферблат, 6 – втулка, 7 - вимірювальний стержень (шпиндель), 5 - наконечник, 9 – кулька.
У нижньому кінці шпинделя встановлений наконечник 8 з запресованою в нього кулькою 9, що є вимірювальною поверхнею. Зуби рейки з'єднуються з шестірнею, що сидить на одній осі з великою шестернею, що передає рух інший шестірні, а отже, і укріпленої на осі її стрілки. Поворот маленької стрілки, що показує переміщення шпинделя в міліметрах, проводиться шестернею. Вимірювальний тиск здійснюється пристроєм з пружиною, а усунення мертвого ходу в кутах механізму - пружиною, яка весь час прагне перемістити шестерні в один і той же стан.
Рисунок 1.1 – Індикатор годинникового типу ИЧ-10
На лицьовій стороні індикатора є циферблат 1 з круговою шкалою, розділеною на 100 частин. Повний оборот великої стрілки по цій шкалі відповідає 1 мм вертикального переміщення стержня 7, а поворот стрілки на одну поділку відповідає переміщенню стержня на 0,01 мм. Переміщення стержня на цілі міліметри відзначається стрілкою за іншою шкалою, що знаходиться на циферблаті 5. На нуль індикатор встановлюють поворотом обода 2 циферблата або головки 3 вимірювального стержня (при нерухомому циферблаті).
Основні переваги індикатора годинникового типу — універсальність і простота використання при високій точності вимірювань. Однак останнім часом все більше застосування знаходять індикатори з цифровою індикацією вимірюваної величини. Аналогова індикація індикаторів годинникового типу має перевагу в тому, що покази приладу плавно змінюються відповідно до зміни контрольованого параметра у часі. Цей тип вимірювання зручно використовувати для динамічних вимірювань, наприклад, коли потрібно визначити осьове чи радіальне биття.
1.2 Перевірка метрологічних параметрів вимірювальних головок представляє собою трудомісткий і складний процес. Це пов'язано з великою кількістю перевірюючих параметрів, а також з високими вимогами до точності застосовуваних засобів повірки. Розглянемо методи і засоби повірки точнісних параметрів, оцінка яких представляє найбільшу складність. У зв'язку з обширністю номенклатури застосовуваних засобів повірки будуть розглянуті лише ті з них, які рекомендовані інструкціями або ГОСТами на методи і засоби повірки відповідних головок, а також засоби повірки, що дозволяють механізувати і частково автоматизувати процес повірки.
Найбільш складною з точки зору метрологічного забезпечення є перевірка систематичної похибки вимірювальної головки. Споживачеві гарантується, що похибка вимірювального приладу не перевищує допустимої величини в будь-якій точці шкали. Однак контроль систематичної похибки у всіх точках діапазону вимірювання можливий лише із застосуванням спеціальних винятково складних прецизійних кінематичних пристроїв - кінематометрів. Така перевірка вимагає безперервного автоматичного запису свідчень головки на всьому діапазоні вимірювання. Тому методика повірки вимірювальних головок передбачає заміну безперервної перевірки на перевірку показань в ряді дискретних точок шкали, розташованих на певних інтервалах. Програма перевірки припускає, що якщо кількість точок досить велика, то похибка в інших точках шкали не вийде за межі допустимого значення. При виборі інтервалів розташування повірочних точок враховується характер прояву похибки приладу. Зазвичай, частина систематичної похибки, викликана компенсуючими похибками виготовлення елементів механізму, має вигляд плавної кривої, що описується степеневим многочленом невисокого ступеня. Для виявлення цієї складової достатньо мати свідчення в ряді точок шкали, розташованих на значних інтервалах один від одного. У той же час некомпенсовані складник систематичної похибки визначаються багаторазово повторюваними похибками профілю контактних елементів важільних передач і профілю зубів зубчастих коліс. Ця складова носить циклічний характер і накладається на першу складову. Для її виявлення треба мати перевірочні точки, розташовані з невеликим інтервалом за шкалою, проте немає сенсу розміщувати ці перевірочні точки на всьому діапазоні вимірювання головки. Оскільки якість виконання профілю зуба однаково для всіх зубів одного колеса, то достатньо перевірити по повірочним точкам з малими інтервалами лише невелику частину діапазону вимірювання головки.
Програма перевірки враховує також спосіб задання похибки на даній головці: в одних випадках від нуля шкали, в інших випадках як сума абсолютних величин найбільших позитивної і негативної похибок. Крім цього враховується наявність на шкалі головки так званої нормованої ділянки, на якій допустима систематична похибка задається більш жорстко, ніж на іншому діапазоні вимірювання.
1.3 Згідно з інструкцією 141-55 повірка індикаторів годинникового типу з ціною поділки 0,01 мм проводиться за допомогою спеціального мікрометра, у якого замість нерухомої п'яти є гніздо для закріплюється індикатора (рис. 1.2). Похибка показань мікрометра і мертвий хід мікрометричного гвинта не повинні перевищувати в сумі ±0,002 мм. Перевірку показань роблять у точках шкали через кожні 0,2 мм при перевірці на всьому діапазоні виміру, а також на одному обороті стрілки і через 0,01 мм в межах нормованої ділянки в 0,1 мм. Перевірка показань індикаторів проводиться при прямому і зворотному ході вимірювального стрижня.
Рисунок 1.2 - Повірка індикатора годинникового типу в спеціальному мікрометрі
Такий варіант повірки може бути модернізований з метою підвищення продуктивності контролю. Для цього на барабані мікрогвинта закріплюється фіксаційний диск з пазами, розташованими з кроком, відповідним точкам повірки, а на корпусі мікрометра - підпружинний фіксаційний шарік. При застосуванні такого пристрою не потрібно проводити суміщення штрихів стебла і барабана мікрометра. Існує можливість провести перевірку індикаторів годинникового типу в настільних мікрометрах МН (ГОСТ 10388-73), в яких замість власного відлікового пристрою встановлюється Вивірений індикатор. Слід зазначити, що ГОСТи та інструкції допускають застосовувати інші засоби повірки вимірювальних приладів, що задовольняють за точністю вимогам зазначених стандартів, за умови їх атестації в органах метрологічної служби.
Рисунок 1.3 - Напівавтоматичний роторний прилад для повірки похибки індикаторів годинникового типу.
Представляють інтерес створені на заводі «Красный инструментальщик» (КРИН) напівавтоматизовані електромеханічні прилади ПКИ для контролю індикаторів годинникового типу. Основу приладу (рис. 1.3) складає підпружинний роторний диск, на периферії якого закріплені спеціальні твердосплавні кінцеві міри, підібрані відповідно до програми повірки. При кроковому повороті ротаційного диска, який забезпечується двигуном через спеціальну зубчасту передачу і мальтійський механізм, кінцеві міри послідовно проходять між нерухомим упором і рухливим посередником стержнем, що передає переміщення вимірювального стержня вивіреного індикатора. Конструкція приладу передбачає перевірку індикаторів на прямому і зворотному ходах вимірювального стержня, можливість перевірки двох типів індикаторів на одному приладі. В системі приводу застосовані зубчасті колеса з неповним зубчастим вінцем, що забезпечує після перевірки у ряді повірочних точок шкали тривалу паузу для запису контролером свідчень. Випадкова частина похибки індикаторів годинникового типу, яка задається як розмах показань визначається при багаторазовому вимірі однієї і тієї ж лінійної величини. Розмах визначається в декількох точках шкали і оцінюється як різниця максимального і мінімального показань в даній точці шкали. Відзначимо також, що у торцевих індикаторів, що мають два вимірювальних стержня, показання перевіряються по кожному вимірювальному стержню.
Також, можна розглянути пристрій Б. Н. Іванова для повірки вимірювальних головок і індикаторних нутромірів (рис.1.4). Мета цього пристрою - підвищення точності повірки. Запропонований пристрій забезпечує відлік величини переміщення вимірювального стержня вивіреного приладу з меншою дискретністю, ніж шкала вивіреного приладу. Пристрій містить основу 1, жорстко закріплені на ній кронштейни 2 і 3, диференціальну гвинтову пару, що включає гайку 4, встановлену на кронштейні 2 з можливістю відносного поздовжнього переміщення, гайку 5, жорстко з'єднану з кронштейном 2, і диференційний гвинт 6, що взаємодіє з гайками 4 і 5, вимірювальний наконечник 7, жорстко пов'язаний з гайкою 4, перетворювач 8 кута повороту гвинта 6, електродвигун 9 приводу обертання гвинта 6, предметний столик 10, встановлений на кронштейні 3 з можливістю переміщення уздовж лінії вимірювання, одна сторона якого взаємодіє з вимірювальним наконечником 7 , а друга призначена для контактування з вимірювальним стержнем вивіреного приладу, блок індикації 11, виконаний у вигляді реверсивного лічильника імпульсів, електрично пов'язаного з перетворювачем кута повороту.
Рисунок 1.4 - Пристрій для повірки вимірювальних головок і індикаторних нутромірів
Пристрій містить також
корекційну лінійку 12, встановлену
на основі з можливістю регулювання
кута нахилу, опорний ролик 13, встановлений
на корпусі перетворювача і
Пристрій працює наступним чином: вивірену вимірювальну головку встановлюють таким чином, щоб вона контактувала з предметним столиком 10. Показання головки приймають за початкову точку відліку. Включенням двигуна 9 повертають гвинт 6 на кут, що визначає переміщення предметного столика 10 на задану програмою повірки величину. При цьому разом з гвинтом 6 перемішаються перетворювач 8 і двигун 9. Внаслідок різниці кроків гайок 4 і 5 диференціальної гвинтової пари гайка 4 при обертанні гвинта 6 переміщається повільніше переміщення самого гвинта. Переміщення гайки 4 за один оборот гвинта 6 дорівнює різниці кроків гайок 4 і 5. Дискретність переміщення предметного столика 10 визначається як частка від ділення різниці кроків гайок 4 і 5 на передавальне відношення перетворювача 8. При включеному двигуні 9 корпус перетворювача 8 утримується від повороту роликом 13, який спирається на корекційну лінійку 12, кут нахилу якої встановлюють відповідно до похибки поступального переміщення гайки 4. Результати повірки визначають порівнянням показань вивіреного приладу з показаннями блоку 11 індикації.
Дослідження точності різних вимірювальних головок і перетворювачів здійснюється або за допомогою плоскопаралельних мір довжини, або із застосуванням різних пристроїв для створення малих переміщень з високою точністю. В літературі відомі пристрої для мікропереміщнь, засновані на застосуванні пружної консолі, в якій в якості відлікового пристрою застосовано мікрометричний гвинт, що не дозволяло отримати високої точності відліку, внаслідок великої похибки в кроці мікрометричної пари. Тому, для більш точного контролю використовують пристрій для контролю точності вимірювальних головок, реле і різних типів перетворювачів, в якому як відліковий пристрій застосована стандартна важільно-зубчаста головка ИГ (Рис.1.5).
На кронштейні 2 стійки 1 закріплений корпус 9, в якому між загартованими пластинами затиснута Пружна балка (консоль) 8. За допомогою гвинта 7 повзушки 6 балці задається прогин, величина якого вимірюється важільно-зубчастою головкою 5. Прогин балки 8 одночасно сприймається вимірювальним наконечником випробуваної головки, наприклад електроконтактного перетворювача 4, укріпленого на державці 3.
Рисунок 1.5 - Пристрій для повірки точності вимірювальних головок і реле
Рисунок 1.6 – Принципова схема пристрою для повірки точності вимірювальних головок і реле
Для консолі, навантаженої на кінці силою Р, рівняння пружної лінії має вигляд:
де E – модуль пружності матеріалу консолі;
ІZ – момент інерції поперечного січення балки відносно осі z;
l – довжина консолі;
х – поточна координата (від 0 до l);
При відношенні прогинів консолі на відстанях х=l і x=a від закладення передавальне відношення консольного механізму визначається за формулою:
В літературі для цього випадку дається наближена формула:
З формул (2) і (3) видно, що передавальне відношення консольного механізму не залежить від величини зусилля Р, поперечної жорсткості балки і величини прогину, а визначається тільки прийнятими значеннями плечей а і l передавального механізму. На підставі цього можна було б зробити висновок, що консольний механізм являє собою ідеальну сповільнюючу передачу, тому що забезпечує сталість передавального відношення при всіх прогинах, незалежно від діючих зусиль. Однак проведене експериментальне дослідження показало, що передавальне відношення консольного механізму:
де – коефіцієнт, що враховує поперечну жорсткість балки, величину діючих зусиль і спосіб закладення консолі;
У запропонованому пристрої відстані а і l підібрані так, що передавальне відношення К = 100. Таким чином, при переміщенні вимірювального стержня головки ИГ на 1 мкм вимірювальний наконечник випробуваного перетворювача переміщається на 0,01 мкм. Це означає, що ціна розподілу головки ИГ дорівнює 0,01 мкм. Відраховуючи дробові частки ділення шкали, можна визначати переміщення вимірювального стержня перетворювача з точністю до тисячних часток мікрометра.
Проведені дослідження показали працездатність і надійність запропонованого пристрою для перевірки точності вимірювальних головок мікронної і долемікронної точності різних реле і перетворювачів.
Також можна розглянути прилад тип ППГ-3 модель 30000 для повірки вимірювальних головок . Прилад (Рисунок 1.7) складається з перетворювача масштабного 1, тримача 2, пристроую відлікового 3. Перетворювач масштабний розташовується в утримувачі з можливістю повороту навколо горизонтальної осі з подальшою фіксацією.
Рисунок 1.7 – Пристрій для повірки вимірювальних головок ППГ-3
Перетворювач масштабний (Рисунок 1.8) складається з корпусу 1, до передньої кришки 2 якого на хрестоподібному пружинному підвісі приєднаний важіль 3. На задній кришці 4 розташована кулькова каретка 5, пов'язана тягою 6 з другим кінцем важеля 3.
Рисунок 1.8 – Схема перетворювача масштабного
На важелі 3 закріплені шарніри 7, пов'язані зі шпинделями 8, кожен з яких забезпечений п'ятою 9 з плоскою вимірювальною поверхнею. П'яти забезпечують коефіцієнти перетворення 0,01; 0,1; 0,2 відповідно. Крім того, на передній кришці 2 розташовані мікрогвинти 10 і 11 грубої і тонкої подачі, що приводять в рух голку 12 і, з її допомогою, через важіль 13, каретку 5. Вимірювальний перетворювач 14 закріплений на корпусі 1 за допомогою тримача 15 і своїм вимірювальним наконечником входить в контакт з п'ятою 16 кулькової каретки 5. З протилежного боку каретки 5 розташована вимірювальна п'ята 17, що забезпечує коефіцієнт перетворення 1:1. Корпус 1 забезпечений Т - образними пазами для кріплення змінних тримачів та іншої оснастки. Кнопка 18 пов'язана тягою 19 з собачкою 20, що служить для фіксації положення перетворювача масштабного після повороту навколо горизонтальної осі.
При роботі прилад для повірки встановлюють за допомогою змінних тримачів 22 таким чином, щоб його наконечник увійшов у контакт з відповідною п'ятою перетворювача масштабного. Обертанням мікрогвинта грубої і тонкої подачі 10 і 11 приводять в рух каретку 5, переміщення якої відраховують по цифровому табло системи. П'яти 9 перетворювача масштабного при цьому отримують переміщення в 100, 10 і 5 разів менше, що забезпечує відповідне зменшення похибки індикації їх положення.
Порівнюючи свідчення за шкалою вивіреного приладу і свідчення системи, з урахуванням коефіцієнта перетворення, визначають похибки вивіреного приладу.
2. ПРИНЦИПОВА СХЕМА ПРИЛАДУ
Винахід відноситься
до вимірювальної техніки і може
бути використаний в машинобудуванні
для повірки вимірювальних
Рисунок 2.1 - Схема приладу для повірки вимірювальних головок
Пристрій містить корпус
1, усередині якого розміщена
Пристрій працює наступним чином: попередньо деформують пружини 6 і 7 за допомогою механізму 8, який впливає на пружину 6 безпосередньо, а передача зусилля стиснення до пружини 7 здійснюється через рідину 2 і плунжер 5 при русі плунжера 4. Величину переміщення плунжера 4 визначають за показами мікрометричного гвинта, а по показаннями провіряємої головки 10 перевіряють відповідність їх фактичним значенням.
3 Розрахунково-конструкторська
частина
Оскільки корпус заповнений рідиною і герметично закритий, то з закону Архімеда: об’єм меншого циліндра, який занурили в рідину на певну глибину буде витісняти об’єм більшого циліндра на певну висоту, яка залежить від діаметрів цих циліндрів:
де - діаметр меншого плунжера;
- діаметр більшого плунжера;
- переміщення меншого плунжера;
- переміщення більшого плунжера;
Приймаєм ;
Оскільки для нашого приладу потрібно отримати передаточне співвідношення , то приймаєм наступні значення переміщень плунжерів:
;
;
З відношення (3.1) знаходимо діаметр більшого плунжера:
3.2 Розрахунок Зусиль Передаточного відношення
Оскільки питомий тиск в робочій рідині діє на плунжери однаково в усіх напрямках, то через зусилля P2, яке діє на плунжер для робочого переміщення, знайдемо питомий тиск Pтиск:
де - вага більшого плунжера;
- діаметр плунжера;
.- сила стиску пружини більшого плунжера;
- сила тертя між плунжером і манжетом;
Оскільки густина сталі, з якої виготовлений плунжер, рівна , то знайдемо вагу більшого плунжера:
Сила тертя між плунжером і манжетом невелика, тому приймаємо її величину .
Сила стиску пружини з діаметром дроту dпр.=1 мм і з зовнішнім діаметром Dпр.=47мм = 1,5H. [2]
Отже, зусилля, яке має діє на більший плунжер для того, щоб він здійснив робоче переміщення:
З відношення зусилля P2 до площини поперечного перерізу більшого плунжера знайдемо питомий тиск робочої рідини:
де - площа поперечного перерізу більшого плунжера;
- радіус поперечного перерізу меншого плунжера;
Підставивши значення знайдемо питомий тиск робочої рідини:
Отже, знайшовши питомий тиск робочої рідини є можливість знайти зусилля, яке потрібно надати меншому плунжеру для його переміщення, щоб виконувалось передаточне відношення між більшим і меншим плунжерами:
де - площа поперечного перерізу меншого плунжера;
- радіус поперечного перерізу меншого плунжера;
- сила стиску пружини більшого плунжера;
- вага меншого плунжера;
Оскільки діаметр меншого плунж
Сила стиску пружини з діаметром дроту dпр.=1 мм і з зовнішнім
діаметром Dпр.=22мм
= 6H.
