WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

Pages:   || 2 | 3 |

«ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ НА КООРДИНАТНОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ МАШИНЕ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА РЕГУЛЯРИЗАЦИИ ...»

-- [ Страница 1 ] --

УНИВЕРСИТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

ХОЛОДОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ НА КООРДИНАТНОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ МАШИНЕ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА

РЕГУЛЯРИЗАЦИИ



Специальность 05.11.13 – «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент, В.П.Суслин Москва 2015 ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОИЗВОДСТВО И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК

ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

1.1. Особенности процесса обработки деталей подшипников качения

1.2. Методы контроля рабочих поверхностей деталей подшипников

1.3. Выводы. Цели и задачи исследования

2. МЕТОД РЕГУЛЯРИЗАЦИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПЛОХО

ОБУСЛОВЛЕННЫХ ЗАДАЧ

2.1. Плохо обусловленные задачи

2.2. Плохая обусловленность в задачах геометрических измерений на малых областях

2.3. Плохая обусловленность задач измерения беговых дорожек подшипников качения

2.4. Использование априорной информации при решении задачи определения параметров поверхности

2.5. Использование регуляризации для определения параметров окружностей

2.6. Исследование влияния плохой обусловленности задачи на определения параметров тора

2.7. Исследование влияния плохой обусловленности на результаты измерения подшипников различных классов точности................54

2.8. Исследование возникновения ошибок в определении параметров поверхностей при использовании метода регуляризации............56

2.9. Определение коэффициента регуляризации

2.10. Погрешности модернизированного метода при малых ошибках

2.11. Особенности измерения колец упорных шариковых подшипников

2.12. Выводы

3. ПРИМЕНЕНИЕ КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ

КОНТРОЛЯ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

3.1. Координатно-измерительные машины

3.2. Контроль параметров колец подшипников качения на координатно-измерительных машинах

3.3. Модуль измерения тороидальных поверхностей для программы ГеоАрм

3.4. Определение оптимального количества точек на поверхностях для определения их параметров

3.5. Методика измерения колец подшипников качения на координатно-измерительных машинах

3.6. Выводы

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА РЕГУЛЯРИЗАЦИИ В МЕТОДИКЕ

КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕЦ

ПОДШИПНИКОВ

4.1. Измерение колец подшипников качения на КИМ............... 104

4.2. Измерение колец подшипника 307А

4.3. Измерение колец подшипника 206А

4.4. Измерение колец роликовых подшипников

4.5. Измерение колец высокоточных приборных подшипников

4.6. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Подшипник — это техническое устройство, которое является частью опоры, поддерживающее вал, ось или иную конструкцию. Основной его функцией является фиксация положения и обеспечение перемещения с наименьшим сопротивлением. Подшипники воспринимает и передаёт нагрузку на другие части конструкции. Как правило подшипники качения состоят из двух колец, тел качения и сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба — дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения [7].

Подшипники являются одним из основных элементов механизмов и машин, они находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Со временем увеличиваются требования, предъявляемые к машинам, а, следовательно, и требования, предъявляемые к качеству их узлов в том числе к подшипникам, ведь такие качества машин и механизмов, как надежность, долговечность, экономичность и многие другие сильно зависят от качества подшипников, используемых в них. Основной вклад в эти факторы вносит качество рабочих поверхностей деталей подшипников, к которым относятся дорожки качения или скольжения колец подшипников, а также поверхности тел вращения [8].





Для контроля деталей подшипников используется широкая номенклатура приборов и специализированных устройств [9]. В данной работе рассматривается возможность применения координатно-измерительных машин для контроля геометрических параметров деталей подшипников качения, так как они оказывают решающее влияние на эксплуатационные качества подшипников. Плохое качество этих поверхностей влечет за собой повышение вибрации, шума, трения и нагрева подшипников при эксплуатации, а значит и ухудшение качества узла и всего механизма в целом. Огромная номенклатура выпускаемых подшипников требует универсальных средств контроля. Одним из таких средств является координатно-измерительная машина (КИМ).

Высокие технические характеристики современной компьютерной техники позволяют широко использовать возможности программного обеспечения КИМ и привлекать для обработки результатов эффективные методы вычислительной математики.

Одним из первых предположение о возможности применения координатного подхода к измерениям выдвинул Ф.Рольт [10] в 20-х годах ХХ века.

Большинство математических методов, нашедших применение в получении результатов координатных измерений, и их последующей обработке, были разработаны Гауссом и Грассманом [11,12]. Работы В.А.

Грановского, Г.Н. Солопченко, Ю.В. Тарбеева [13,14,15] посвящены развитию метрологических измерений в промышленности.

В.Л. Соломахо, Л.З. Дича, А.Ю. Каспарайтиса, П.И. Шилюнаса [16,17, 18, 20] работали над вопросами оптимизации и повышения качества координатных измерений.

Разработкой координатных методов контроля обрабатываемых поверхностей и их метрологическим обеспечением занимался А.И.

Асташенков, [2, 1], В.Г. Лысенко [21], В.П. Суслин [3,4,5,6], А.В. Джунковский [3,4,5,6] и ряд других исследователей.

Следует отметить, что наиболее обширные труды по тематике данной работы принадлежат А.Ю Каспарайтису[18, 19], А.И. Асташенкову[1, 2] и В.Г.

Лысенко[21].

В настоящее время исследования и разработки в области координатных измерений ведутся в нескольких отечественных НИИ и ВУЗах. В том числе ВНИИМС, МГТУ «Станкин», МГУПИ, Университете машиностроения под руководством В.Г.Лысенко, М.И. Киселева, В.И. Телешевского, В.Г. Фирстова, В.П. Суслина.

В работе исследуется способ, которым можно контролировать все рабочие поверхности деталей подшипника качения. Их отклонения от формы, а также отклонения от номинального расположения. Характеристики формы и расположения методически разделяются на две группы: номинальную форму (расположение) поверхности и отклонения от нее. Номинальная форма поверхности определяется с помощью функций минимизации методом наименьших квадратов в совокупности с методом регуляризации в случае плохой обусловленности задачи. Отклонения от номинальной формы представлены в виде отклонения точек, взятых на поверхности. Анализируя отклонения точек по профилям можно построить диаграммы отклонений и сделать выводы о качестве измеренных поверхностей.

К преимуществам применения координатно-измерительных машин относятся:

• возможность быстрого проведения измерений;

• минимальное время, затрачиваемое на подготовку при смене типа изделия;

• гибкость в номенклатуре, то есть универсальность применения. Это позволяет избежать применения большого числа приспособлений и приборов, что упрощает процесс контроля поверхностей и повышает его скорость;

• возможность прерывать и возобновлять цикл измерения;

• для ощупывания контролируемой поверхности применяются щупы с рубиновыми наконечниками, что позволяет избежать механического воздействия на детали при измерении, которое может привести к появлению дефектов, таких, как царапины (например, в случае применения игл);

• высокая точность механических узлов КИМ обеспечивает не обходимые точностные характеристики;

• возможность применения автоматических КИМ открывает пути к уменьшению трудо- и временных затрат на процесс контроля;

• программное обеспечение КИМ дает возможность удобного представления результатов измерения в виде диаграмм отклонений и параметров, измеренных поверхностей, а так же получения наглядного и хорошо читаемого протокола измерений;

• возможность представления заключения о годности детали в соответствии с ГОСТ 28187-89 [50].

Применение координатно-измерительных машин соответствует требованиям, изложенным в ИСО 9001-2000 [51], к процессу управления контролем качества продукции.

Функции измерительного оборудования и требования к ним определены в

ГОСТ 17353-80 и ГОСТ 28187-89 [52, 53]:

• построение усредненного профиля поверхности, возможность контроля отклонений точек от этого профиля, возможность оценки годности детали исходя и допусков на размеры;

• возможность расчета отклонений расположений поверхностей;

• возможность указания нормируемого участка при расчете отклонения от расположения поверхностей;

• исключение влияния шероховатости поверхности на измерение отклонений формы за счет алгоритмов построений поверхностей;

• требования к погрешности прибора;

• требования стойкости к внешним воздействиям;

• требования транспортабельности;

• требования безопасности;

• конструктивные требования.

В ходе проведения экспериментов было установлено, что измерение некоторых рабочих поверхностей подшипников качения, связанно с решением плохо обусловленных задач, а именно задачи измерения беговых дорожек колец шариковых подшипников.

Беговая дорожка шариковых подшипников представляет собой тороидальную поверхность, с сектором образующей порядка 8090 градусов [22, 23]. Эксперименты показали, что незначительные изменения в координатах точек, используемых для построения такой поверхности, ведут к большим изменениям в параметрах построенной поверхности, таким как радиус желоба беговой дорожки. Это влечет за собой увеличение погрешности измерений.

Для решения таких задач было предложено использование метода академика Тихонова, основанного на регуляризации, то есть использование некоторой априорной информации, взятой с чертежа детали, в качестве дополнительного критерия для функции минимизации.

Эксперименты проводились на модернизированных координатноизмерительных машинах КИМ DKM 1-300DP производства фирмы Carl Zeiss Jena с погрешностью измерений ±(3 + L/200) мкм и КИМ Inspector Maxi производства фирмы Olivetti с погрешностью измерений ±(4+L/200) мкм, с возможностью автоматических измерений.

Цель данной работы – исследовать проблему плохо обусловленных задач, возникающих при измерении малых сегментов поверхностей на КИМ, что характерно для поверхностей желобов беговых дорожек колец шариковых подшипников, и разработать способ их решения. Разработать комплексную методику проведения геометрического контроля колец подшипников качения на КИМ с учетом требований ГОСТ 520-2002.

Постановка задачи: особенностью методики, предлагаемой к использованию при измерениях колец подшипников качения на КИМ, является применение метода регуляризации для измерения поверхностей, которые представлены в конструкции маленьким сегментом. В случае шариковых подшипников – это тороидальные поверхности.

Разрабатываемая методика должна обеспечивать возможность получения результатов по отклонениям форм и размеров поверхностей колец подшипников в соответствии с требованиями ГОСТ 520-2002.

В соответствии с поставленной целью задачами работы являются:

• разработать программный модуль для программы ГеоАрм, позволяющий измерять тороидальные поверхности на координатно-измерительных машинах;

• исследовать обусловленность задачи определения параметров желобов беговых дорожек колец шариковых подшипников;

• теоретически и экспериментально показать возможность повышения точности измерений на малых областях при использовании метода регуляризации;

• реализовать разработанные решения в качестве программных модулей измерительной программы;

• разработать методику комплексного досборочного контроля колец подшипников качения с использованием координатно-измерительных машин, которая должна обеспечивать возможность получения результатов по отклонениям форм и размеров поверхностей колец подшипников в соответствии с требованиями чертежей и ГОСТа 520Научную новизну работы составляют:

• разработка способа для вычисления геометрических параметров поверхностей, представленных в конструкции деталей малыми областями, на основе метода регуляризации, заключающегося в добавлении некоторой априорной информации к условию, на примере измерения беговых дорожек шариковых подшипников;

• разработка способа выбором параметра регуляризации по L-кривой для решения плохо обусловленных задач в геометрических измерениях малых сегментов поверхностей на координатно-измерительных машинах;

• разработка и исследование методики комплексного контроля геометрических параметров колец подшипников качения на координатноизмерительных машинах;

• определение рациональное количество точек для измерения поверхностей, входящих в конструкцию колец подшипников качения с помощью КИМ.

Практическая значимость работы заключается:

• уменьшении числа измерительных приборов, необходимых для контроля геометрических параметров колец шариковых и роликовых конических подшипников;

•в разработке методики комплексного контроля геометрических параметров колец подшипников качения на координатно-измерительных машинах;

• в разработке алгоритмов и программных модулей, реализующих предложенные методы, которые включены в измерительную программу ГеоАрм.

На защиту выносятся следующие научные положения и результаты:

• способ решения плохо обусловленных задач в геометрических измерениях на координатно-измерительных машинах при измерении поверхностей, представленных в конструкции детали малыми сегментами, на примере измерения беговых дорожек шариковых подшипников;

• выявленные теоретические зависимости между количеством измеренных точек и точностью измерений, подтвержденные натурными измерениями, позволяющие сделать выбор рационального количества точек для измерения поверхностей, входящих в конструкцию колец подшипников качения;

• методика комплексного контроля геометрических параметров колец подшипников качения на координатно-измерительных машинах.

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на использовании соответствующих разделов аналитической геометрии, вычислительной математики, теории вероятностей, математической статистики, основных положений метрологии, а также математического моделирования на ПК. Разработка программных модулей осуществлялась на основе методологий построения диалоговых САПР и объектно-ориентированного программирования. Экспериментальные исследования проводились на действующем измерительном оборудовании, имеющем калибровочные сертификаты, в лабораториях университета.

Достоверность исследований подтверждается совпадением теоретически полученных зависимостей с экспериментальными данными, полученными посредством проведения натурных и вычислительных экспериментов.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследований внедрены:

на заводе ОАО «ОК-ЛОЗА» при измерении параметров дорожек качения • подшипников 4-106064ЕУ.92 для наладки шлифовального станка «СН 19».

в качестве программных модулей измерительной программы ГеоАрм, • которая используется в учебном процессе Университета машиностроения на кафедрах «Автоматика и процессы управления» и «Стандартизация, метрология и сертификация»;

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ», Москва: МГТУ «МАМИ», 2010 г.; на конференции в рамках 12-й международной специализированной выставки «Оборудование, приборы и инструменты для металлообрабатывающей промышленности», центральный выставочный комплекс «Экспоцентр» 2011 г. и на 77 международной научнотехнической конференции ААИ МГТУ «МАМИ», Москва: МГТУ «МАМИ», 2012 г.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений.

Работа выполнялась в «Лаборатории САПР» и на кафедре «Автоматика и процессы управления» Университета машиностроения.

1. ПРОИЗВОДСТВО И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК

ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

1.1 Особенности процесса обработки деталей подшипников качения Точность обработки деталей - это степень соответствия обработанной детали ее геометрически правильному образцу. При выполнении какого-либо технологического процесса на технологическую систему влияет множество факторов, зависящих от окружающей среды, состояния технологической системы, обрабатываемого материала и многого другого. В процессе работы факторы изменяются и оказывают влияние на точность обработки.

Заготовками для колец подшипника служат прутки и трубы из стали (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Заготовки для производства подшипников

К основным этапам производства подшипников относятся:

• обработка давлением;

• вальцевание;

• токарная обработка (рисунок 1.2);

–  –  –

• термическая обработка;

• финишная обработка;

Финишная обработка включает в себя шлифование торцевых поверхностей колец (рисунок 1.3 а), шлифование внешней поверхности наружного кольца подшипника (рисунок 1.3 б), шлифование поверхности отверстия внутреннего кольца подшипника (рисунок 1.3 в), шлифование дорожек качения наружного кольца подшипника, шлифование дорожек качения внутреннего кольца подшипника и супер финишную обработку.

а б в Рисунок 1.3 а – Шлифование торцевых поверхностей колец, б – шлифование наружной поверхности внутреннего кольца, в – шлифование внутренней поверхности внутреннего кольца.

Термическая обработка включает в себя нагрев колец до 850С, быстрое охлаждение до 40 градусов (закалка) и отпуск при температуре 170 градусов.

При токарной обработке точность размеров и погрешности геометрической формы колец зависит от ряда факторов, основными из которых являются: геометрическая точность станка, технологической оснастки и профилирующих режущих инструментов; точность базирования штучных заготовок. А также стабильность механических свойств обрабатываемого металла и припусков на механическую обработку. Так же ошибки формы поверхностей при обработке могут возникнуть при использовании мерных инструментов. Все ошибки мерного инструмента передаются обработанной детали [28].

На точность обработки влияет износ резца в радиальном направлении, который также называют размерным износом. Износ инструментов оказывает влияние на изменение геометрических параметров обрабатываемой детали.

Например, при точении детали по наружному диаметру износ резца приводит к появлению конусности детали [24].

Загрузка...

Причиной неточности форм, обрабатываемых деталей могут быть различные силы, воздействующие на детали станка, обрабатываемую деталь и режущий инструмент, например, силы резания и зажатия. Под действием этих сил может происходить деформация, изменение положения режущей кромки инструмента относительно детали и другие изменения процесса обработки, сказывающиеся на точности обработки. Это приводит к изменению размеров обрабатываемой детали и образованию дефектов формы.

В процессе обработки детали на металлорежущем станке изменяется температурный режим системы. В результате этого могут возникать температурные деформации, нарушающие взаимное расположение инструмента и заготовки. Например, нагрев токарного резца приводит к увеличению его длины, а значит и к увеличению снимаемого слоя материала, что в случае обработки колец подшипников приведет к уменьшению диаметра.

Качество произведенных колец подшипников определяется совокупностью свойств процессов их изготовления. Шлифование является конечной операцией маршрута обработки и определяет конечное состояние обрабатываемой поверхности.

Ввиду того, что на эксплуатационные характеристики подшипников в основном влияет качество рабочих поверхностей их деталей, в технологическом процессе их изготовления приблизительно 60% суммарной трудоемкости приходится на шлифовальные и доводочные операции [32].

Высокая точность размеров и формы закаленных деталей достигается шлифованием. Для дальнейшего улучшения качества рабочих поверхностей при сохранении точности размеров и формы применяют доводочные процессы:

чистовое шлифование мелкозернистыми кругами и доводку абразивной лентой.

Особое значение в производстве подшипников качения имеет усовершенствование процессов шлифования и доводки. Одновременно с увеличением производительности должно быть достигнуто повышение точности и качества деталей. Во ВНИППе и на подшипниковых заводах проводится комплекс работ по изысканию наиболее рационального цикла шлифовальной обработки деталей подшипников.

Особенности процесса шлифования: малая толщина отделяемой стружки (доли микрона), высокая твердость режущих элементов, произвольные режущие углы абразивных зерен (чаще отрицательный передний угол).

Как показали теоретические и экспериментальные исследования, эффективное удаление припуска при шлифовании поверхностей деталей зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются окружная скорость шлифовального круга, скорость поперечной подачи, скорость вращения шлифуемой поверхности детали, жесткость шлифовального станка, качество абразивного инструмента, эффективность смазочно-охлаждающей жидкости [24].

Высокие точностные характеристике поверхностей деталей подшипников достигаются благодаря эффективным методам шлифования. Среди разновидностей шлифования в современном машиностроении наиболее эффективно бесцентровое круглое шлифование, при котором обеспечиваются высокая точность и качество обработки. Кроме того, бесцентровошлифовальные станки незаменимы при создании автоматических линий, так как могут быть оснащены загрузочными устройствами и приборами для автоматического активного контроля размеров детали. При повышенной жесткости технологической системы бесцентрово-шлифовальный станок — деталь ведется обработка при более высоких параметрах, чем на обычных центровых круглошлифовальных станках.

Наиболее эффективно применение этой операции с базированием на основной взаимосвязанной поверхности, при жесткой технологической системе применяя бесцентровое шлифование на жестких опорах с базой от внешней шлифовальной поверхности (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Схема шлифования внешних поверхностей тел вращения с базой от шлифуемой поверхности При бесцентровом круглом шлифовании на двух жестких опорах изделие должно вращаться в постоянном контакте с опорами.

Жесткие опоры располагаются так, чтобы равнодействующая всех сил, приложенных к изделию, проходила между опорами и обеспечивала этот контакт, как при холостом вращении, так и при шлифовании.

Для шлифования поверхностей, имеющих сложную форму, а также повышенные требования к точности размеров строятся несколько циклов станочных операций бесцентрового шлифования (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Схема рабочего цикла при шлифовании желоба внутреннего кольца Эти схемы являются типовыми, и меняется лишь числовое значение для каждой шлифуемой детали в зависимости от припуска на шлифование, стабильности качества и однородности шлифовальных кругов, жесткости технологической системы [24].

Благодаря шлифованию достигается высокая точность рабочих поверхностей независимо от исходной.

В литературе встречается сравнительный анализ точности, достигаемой при бесцентровом шлифовании дорожек качения на кольцах подшипника с точностью, достигаемой при шлифовании с зажимом в патроне. На рисунке 1.6 наглядно показаны результаты сравнения точности этих методов шлифования.

Рисунок 1.6 - Некруглость формы поперечного сечения дорожки качения внутреннего кольца подшипника: 1 - при шлифовании с зажимом в мембранном патроне, 2 - при бесцентровом шлифовании на жестких опорах.

Из графика следует, что точность формы беговых дорожек подшипников качения довольно высока, а значит требует высоких точностных характеристик измерительных средств, применяемых для контроля их геометрических параметров [35].

1.2 Методы контроля рабочих поверхностей деталей подшипников Для проверки эксплуатационных качеств подшипников качения проводят ряд измерений и испытаний подшипников в сборе и их деталей.

Проводят металлографические исследования деталей предварительно разобранных подшипников. Детали подшипников качения контролируют на контактную выносливость; комплектные подшипники — на интенсивность создаваемых ими шума и вибрации. Комплектные подшипники проверяют в целях установления предельной разрушающей их нагрузки.

Проверяют статическую грузоподъемность элементов подшипников качения, с помощью измерения контактной деформации.

Для проверки качества подшипников проводят контроль момента трогания или статического момента трения комплектного подшипника под нагрузкой. При малой скорости вращения контролируется момент трения подшипника.

Проводят контроль подшипников на долговечность под заданной нагрузкой при определенной скорости вращения и смазке. Температурный режим подшипника контролируют при разных нагрузках, скоростях и способах смазки на стендах.

Подшипники качения испытывают на предельную быстроходность (на стендах или в узлах машин), на потерю точности вращения, контролируют эффективность подшипниковых уплотнений. Сроки службы подшипников изучаются в конкретных производственных условиях для определения их рабочих ресурсов или норм расхода подшипников в данном узле.

Точность размеров подшипника, которая характеризуется следующими параметрами: радиальными биениями внутреннего и наружного колец;

боковыми биениями торца внутреннего кольца; боковым биением по дорожкам качения внутреннего и наружного колец, определяется допускаемыми отклонениями его габаритных размеров: по внутреннему и наружному диаметрам и по ширине колец. Различные значения диаметров цилиндров при разных углах поворота в одном или нескольких сечениях являются следствием овальности, конусности и других отклонений от точной цилиндрической поверхности [54].

Во многом эксплуатационные качества подшипников (биения) зависят от степени взаимодействия тел качения с кольцами. В шариковых подшипниках все тела качения (шарики) должны быть в контакте с беговыми дорожками наружного и внутреннего колец. Для контроля биения колец подшипников в сборе существуют различные способы и схемы контроля рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Схема измерения биения дорожки качения

Измерение осевого биения дорожек качения колец можно осуществлять по разным схемам, например по схеме изображенной на рисунке 1.7а.

Наружное кольцо зафиксировано, измерительный щуп установлен на уровне среднего сечения. Внутреннее кольцо поворачивается не менее, чем на 1080 градусов. Разность между наибольшим и наименьшим показанием прибора будет характеризовать радиальное биение кольца.

На схеме, изображенной на рисунке 1.7б проиллюстрирована схема измерения радиального биения, подразумевающая фиксирование наружного кольца подшипника и поворот внутреннего на оправке в центрах. Необходимо учитывать погрешность самой оправки, так как она может накладываться на точность измерения.

Схема измерения радиального биения, при которой наружное кольцо подшипника фиксируют в стакане, а внутреннее проворачивают с помощью оправки изображена на рисунке 1.7в. Расстояние, равное радиусу дорожки качения внутреннего кольца, обеспечивают установкой измерительного наконечника на середину базового торца внутреннего кольца.

Измерение осевого биения наружного кольца можно осуществлять по схеме, изображенной на рис. 1, г. Внутреннее кольцо фиксируют на ступенчатой оправке, а наружное проворачивают. Измерительный наконечник устанавливают на середине базового торца наружного кольца [1].

Отклонения по биениям подшипника обусловлены главным образом погрешностями формы и расположением поверхностей деталей. Так, радиальное биение может быть вызвано радиальным биением колец разностенностью и разноразмерностью тел качения. Осевое биение обусловлено осевым биением колец, т. е. непараллельностью плоскости центров кривизны беговой дорожки торцу кольца, или нарушением профиля беговой дорожки. Максимальные значения этих отклонений, например, для радиального однорядного шарикоподшипника нормального класса точности с диаметром отверстия 30 мм, составляют 13 и 24 мкм соответственно для радиального и осевого биений. Для более высоких классов подшипников — несколько микрометров [55].

Рабочие поверхности деталей подшипников могут иметь различные дефекты, например, отклонения от номинальной формы, возникающие в процессе обработки деталей подшипника. Так же возможны локальные дефекты, такие как микротрещины, вмятины, задиры и царапины, появляющиеся вследствие механического воздействия.

Для выявления таких дефектов проводится досборочный контроль геометрических параметров колец подшипников. В большинстве случаев для его проведения необходимо использовать ряд специализированных приборов, таких как Talyrond, Form Talysurf, Talysenta и др [54, 22].

Механические параметры подшипника, такие как точность вращения, характеризуется следующими параметрами: радиальными биениями внутреннего и наружного колец; боковыми биениями торца внутреннего кольца; боковым биением по дорожкам качения внутреннего и наружного колец [23].

Контроль диаметров наружных цилиндрических поверхностей производится на различных приборах, например, МА-5574 (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 - Прибор МА-5574 Прибор смонтирован в чугунном корпусе (1), на котором закреплена стальная плита (2).

В плите расположены пазы для крепления радиальных упоров (3). Из трех радиальных упоров, два неподвижны и устанавливаются по размеру контролируемых колец. Третий упор подвижный и расположен на ползунке (4). Ползунок подвешен на подвижном упоре измерительной головки (5). Измерительное усилие подвижного упора регулируется винтом.

Измерительная головка закреплена в специальном гнезде, для ее настройки на 0 служит винт (8). Измерение диаметра цилиндрической поверхности и его непостоянства осуществляются по схеме, представленной на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 - Схема измерений

Для этого необходимо настроить прибор:

• подобрать в соответствии с размером измеряемых колец сменные детали:

диски (3), втулки (6), болты (7);

• поставить кольцо на плитку (2), установить в пазах плиты и на ползунке неподвижные и подвижные упоры на требуемое расстояние, создать натяг пружинам ползуна;

• поставить на измерительную позицию прибора образцовое кольцо и установить прибор на 0 винтом (8) [58].

Одним из приборов для измерения диаметров наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, а также радиальных биений колец подшипников является УД-ОМ, рисунок 1.10.

Рисунок 1.10 - УД-ОМ Прибор смонтирован в чугунном корпусе (1), на котором укреплена предметная плита (2).

На плите находятся Т-образные пазы для крепления радиальных упоров (9, 10). Из 3х упоров два являются неподвижными и переставными по размер кольца, а третий является подвижным и расположен на ползуне (3). Ползун подвешен таким образом, чтобы при измерении кольца передавать перемещений упора измерительной головке (4), которая закреплена в корпусе винтом (6). Для настройки измерительной головки на 0 служит винт (8). Винт 5 предназначен для отвода измерительного упора от измеряемого кольца. Для измерения радиального биения наружных и внутренних колец на приборе имеется приспособление (12) с измерительной головкой (13). Прибор имеет комплект сменных деталей: диски (11) для контроля диаметров наружных цилиндрических поверхностей и отверстий всего диапазона размеров внутренних и внешних колец; сменные втулки (16) для регулировки положений дисков; сменные столики (14) и упоры (15) для контроля отверстий от 15 до 45 мм.

Измерение диаметров наружных цилиндрических поверхностей происходит по схеме, приведенной на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 - Схема измерения диаметров наружных цилиндрических поверхностей Для этого подбирается комплект сменных деталей в соответствии с типоразмером кольца.

Кольцо в зависимости от диаметра устанавливается на измерительный столик либо плиту. В пазы плиты устанавливаются радиальные упоры. Производится измерение наружной цилиндрической поверхности кольца по наибольшему диаметру. Для этого нужно:

• отодвинуть по пазу плиты один из жестких радиальных упоров на некоторое расстояние от кольца, а контролируемое кольцо медленно перемещать вверх и вниз между вторым радиальным жестким и подвижным упорами;

• в точке наибольшего диаметра стрелка измерительной головки начнет вращаться обратно. В этом положении нужно оставить кольцо и закрепить жесткий упор;

• поставьте на измерительную позицию контрольное кольцо, установить стрелку измерительной головки на 0.

Измерение диаметров отверстий происходит по схеме, приведенной на рисунке 1.12. Действия по измерению отверстия аналогичны действиям при измерении диаметров цилиндрических поверхностей наружных колец подшипников.

Рисунок 1.12 - Схема измерения диаметров отверстий Измерение радиального биения дорожки качения наружных и внутренних колец подшипников производить по схеме, изображенной на рисунке 1.

13.

Рисунок 1.13 - Схема измерения радиального биения дорожки качения

Для измерения нужно:

• подобрать комплект сменных деталей. Поставить кольцо на измерительную позицию;

• установить радиальные жесткие упоры и наконечник измерительной головки в радиальной плоскости кольца, проходящей через центр кривизны профиля дорожки качения кольца и ввести в контакт с кольцом измерительную головку;

• при повороте измеряемого кольца на 180° стрелка измерительной головки 4 покажет величину отклонения от номинального значения диаметра наружной цилиндрической поверхности или диаметра отверстия;

• при измерении радиального биения дорожки качения наружных и внутренних колец подшипников нужно повернуть кольцо вокруг оси не менее чем на полный оборот, не нарушая контакта с упорами. Разность между наибольшим и наименьшим показаниями измерительной головки 13 определит величину радиального биения дорожки качения измеряемого кольца [59].

Для обеспечения требуемой точности измерения обязательным условием является чистота содержания прибора и измеряемых деталей. В процессе работы на приборе необходимо периодически проверять настройку прибора по контрольному кольцу и при необходимости производить его подналадку.

Допуск конического отверстия (рисунок 1.14) состоит из:

• допуска среднего диаметра, заданного предельным отклонением среднего диаметра теоретического малого отверстия;

• допуска конусности, заданного разностью предельных отклонений средних диаметров малого и большого отверстий;

• допуска непостоянства диаметра, заданного максимальным значением, относящемуся к отверстию в любой радиальной плоскости отверстия.

Рисунок 1.14 - Схема измерения отклонений диаметров конического отверстия Настройку прибора проводят по установочной мере.

Упор и измерительный наконечник устанавливают на одной образующий конической поверхности в крайних плоскостях.

Так же контроль диаметров происходит на универсальном измерительном микроскопе типа УИМ с помощью измерительных ножей по ГОСТ 7013 [58].

Для измерения отклонений формы и взаимного расположения поверхностей таких как: некруглость, неконцентричность, неплоскостность, неперпендикулярность, отклонение направления используются приборы модели «Талиронд», производства фирмы «Тэйлор Хобсон». Основу конструкции прибора составляет высокопрецизионный вращающийся вокруг собственной оси шпиндель. В сочетании с конструкцией высокой жесткости шпиндель позволяет получить круглограмму выбранного сечения детали с увеличением 20000 крат.

Прибор Талиронд-73 включает в себя следующие элементы:

• высокопрецизионный шпиндель,

• высокочувствительная щуповая система,

• жесткий рабочий стол.

В основной комплект прибора входят следующие узлы:

• электронный блок,

• регистрирующее устройство для записи в полярной системе координат,

• электронно-вычислительная приставка служащая для вычерчивания базовых окружностей.

На рисунке 15 показан внешний вид прибора Талиронд-73 со всеми приборами, входящими в его основную комплектацию.

–  –  –

На рисунке 1.16 показан измерительный щуп и фрагмент корпуса прибора.

Рисунок 1.16 - Измерительный щуп прибора Талиронд-73 Щуповая система прибора устанавливается на направляющих, которых она может перемещаться в плоскости, перпендикулярно оси шпинделя прибора.

Сами направляющие крепятся на нижней части шпинделя. Благодаря такой конструкции имеется возможность производить регулировку положения щуповой системы в радиальном направлении в соответствии с величиной радиуса внутренней или наружной поверхности детали, подлежащей контролю на приборе.

С помощью собственно прибора можно произвести запись в полярной системе координат отклонении профиля сечения детали. Запись производится на круглом диаграммном диске.

Далее на полученную в результате измерения круглограмму профиля накладывают входящий в комплект прибора прозрачный шаблон, содержащий изображения целого ряда концентрических окружностей. Таким образом, в производственных условиях можно весьма просто произвести оценку величины отклонения контролируемого сечения от круглости.

По шкале показывающего прибора можно произвести следующие отсчеты:

• средняя величина отклонения профиля контролируемой детали от базовой окружности,

• максимальный пик профиля, относящийся к отклонениям от круглости,

• максимальная впадина профиля, относящаяся к отклонениям от круглости,

• сумма предыдущих двух величин (то есть расстояние от линии впадин профиля до его линии выступов),

• абсцисса и ордината, задающие положение центра базовой окружности (отсчет этих координат ведется относительно оси вращения шпинделя прибора).

С помощью измерительной системы можно произвести оценку отклонений от круглости детали. При этом отклонения от круглости оцениваются относительно одной из четырех базовых окружностей:

• окружность, построенная по методу наименьших квадратов (МНК),

• наибольшая вписанная в профиль окружность,

• наименьшая описанная вокруг профиля окружность,

• две концентрические окружности, образованная которыми зона содержит в себе весь профиль проверяемого сечения (минимальная кольцевая зона).

На рисунке 1.17 (а, б, в, г) показаны данные, полученные с помощью прибора. Каждое из этих изображений состоит из графического представления отклонений проверяемого профиля и наложенного на него изображения соответствующей базовой окружности.

Надписи на рисунке:

• некруглость (в мкм),

• отклонение центра базовой окружности от оси вращения шпинделя (в мкм), угловая координата отклонения центра базовой окружности от оси • вращения шпинделя (в градусах).

–  –  –

Построение базового профиля может быть проведено не только для полного профиля, но и для отдельного его участка.

Контроль радиуса желоба беговых дорожек шариковых подшипников осуществляется на приборах, настроенных, на номинальный радиус (радиус по чертежу) кривизны дорожки качения. Для измерения радиуса с помощью прибора «Бендикс» нужно откалибровать прибор с помощью образца и концевых мер длины:

• произвести притирку блока концевых мер подходящего размера к поверхности эталона (образца);

• повестить образец с блоком концевых мер на измерительный столик прибора на универсальный подвес;

• ввести щуп прибора в контакт с блоком концевых мер. Отрегулировать прибор так, чтобы его показания были как можно ближе к 0;

• произвести калибровку прибора с помощью блоков концевых мер для 3х положений увеличения.

При наборе блоков концевых мер следует учитывать действительный размер концевых мер длины в соответствии с аттестатом. Точность измерений прибора не может быть больше точности, с которой была произведена его калибровка.

После калибровки прибор необходимо настроить на радиус:

• производится набор блока концевых мер, чтобы получить размер равный разности номинального радиуса кривизны измеряемой детали и калибровочного расстояния между центральной линией универсального подвеса и поверхности образца (эта величина указана в характеристиках прибора);

• произвести притирку получившегося блока концевых мер к образцу и поместить на универсальный подвес измерительного столика прибора;

• привести щуп прибора к касанию с поверхностью блока концевых мер;

• медленно покачивая ярмо прибора добиться минимального отклонения.

После этого установить прибор на 0;

• удалить с измерительной позиции образец и блок концевых мер;

• установить на измерительном столике прибора зажимное устройство для детали [60].

После этих операция прибор готов к использованию.

Для измерения детали, установленной в зажимном устройстве на измерительном столике прибора нужно:

• найти центр детали, это достигается поднятием и опусканием измерительного столика прибора в соответствии с показаниями прибора, при покачивании ярма;

• радиус кривизны определяется при медленном покачивании ярма прибора и регулировании расстояния от щупа, до измеряемой детали. Таким образом, можно получить отчеты об отклонениях 3х точек. Производится настройка прибора так, чтоб отклонения были одинаковы в этих точках.

При этом стрелка прибора будет показывать действительную величину радиуса (точнее ее отклонение от среднего значения);

• путем медленного покачивания ярма прибора (при соответствующем увеличении) можно определить отклонения реального профиля поверхности дорожки качения от радиуса кривизны [16].

Существуют приборы для измерения параметров контуров, которые представляют собой 2-d системы (профилометры), отличающиеся относительно высоким быстродействием и точностью (рисунок 1.18).

Рисунок 1.18 - 2-d измерительная система Прибор состоит из отдельного мотопривода и процессорного блока (или компьютера со специальным ПО).

Позволяет проводить измерения шероховатости, волнистости и формы (рисунок 1.19). Через меню интерфейса происходит управление программным обеспечением, которое позволяет проводить измерения, калибровку, установку, управление прибором и анализ результатов измерений.

–  –  –

У большинства приборов такого типа щуп, при проведении измерений перемещается по дуге. Точность измерений радиусов, формы и текстуры поверхности зависит от погрешности проведения калибровки. При проведении калибровки (измерении калибровочной сферы) выявляются дефекты и износ щупов.

Рисунок 1.21 - Калибровочная сфера Программное обеспечение позволяет проводить калибровку, настройку прибора и анализировать измерения.

Можно проводить быструю оценку основных геометрических элементов, таких, как радиусы, углы и расстояния (рисунок 1.22).

–  –  –

Оценку в форме линий, то есть отклонение полученного профиля от теоретического. Сравнение полученного сложного профиля с теоретическим профилем.

–  –  –

Ввиду особенностей производства и обработки беговых дорожек колец подшипников качения существует необходимость контроля таких ее параметров как диаметральные размеры, биения и отклонения формы. Брак по диаметральным размерам в случае бесцентрового шлифования поверхностей чаще всего возможен в случае неправильно наладки станка [33].

Для досборочного контроля колец подшипников качения используется ряд приборов и приспособлений. Использование координатно-измерительных машин, как универсального средства контроля геометрических параметров колец подшипников могло бы сократить затраты. В конструкции колец подшипников качения присутствуют малые сектора тел вращения (торов для шарикоподшипников). Измерение подобных поверхностей на КИМ является задачей плохо-обусловленной и для ее решения недостаточно использования метода наименьших квадратов [36].

Для контроля радиуса желоба беговых дорожек шариковых подшипников часто используют измерительные приборы, настроенные на номинальный размер, это является следствием того, что беговая дорожка представляет собой тор, сектор образующей окружности которого равен 8090 градусам (рисунок 1.23).

Рисунок 1.23 - Измеренные сектора образующей окружности тороидальной поверхности Таким образом, можно сделать вывод о том, что тор представлен в конструкции колец шариковых подшипников малым сектором.

Особенностью измерения подобных геометрических объектов на координатно-измерительных машинах является то, что определение их параметров методом наименьших квадратов является плохо обусловленной задачей [37, 38]. Для решения этой проблемы необходимо усовершенствовать операции с помощью которых проводится расчет параметров поверхностей, представленных в конструкции детали малыми областями.

2. МЕТОД РЕГУЛЯРИЗАЦИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПЛОХО

ОБУСЛОВЛЕННЫХ ЗАДАЧ

2.1 Плохо обусловленные задачи Среди математических задач выделяется класс задач, решения которых неустойчивы к малым изменениям исходных данных, что актуально для измерительных задач, где данные получают с некоторой погрешностью. Они характеризуются тем, что малые изменения исходных данных могут приводить к большим изменениям решений. Задачи подобного типа, по существу, являются плохо поставленными. Они принадлежат к классу некорректно поставленных задач [39].

Было замечено, что измерительные приборы, служащие для измерения радиусов дуг криволинейных поверхностей и их отклонений от правильной геометрической формы, например, профиля дорожек качения колец шариковых подшипников дают большие погрешности измерений от 3 до 50 мкм и более при высокой разрешающей способности [40]. Это связано с несовершенством программного обеспечения измерительных машин, а не с их аппаратными особенностями.

2.2 Плохая обусловленность в задачах геометрических измерений намалых областях

При измерении деталей на координатно-измерительных машинах, когда измеряемые объекты представлены виде небольших сегментов, обычные методы определения параметров объектов дают большие ошибки.

В программном обеспечении КИМ для определения параметров объектов обычно используется метод наименьших квадратов. При этом решается задача определения параметра объекта (радиуса, угла наклона и т.п.) так, чтобы сумма квадратов расстояний от измеренных точек до математического объекта была минимальной.

(2.1) n2 F(a) = i min i =1 a = a0, a1, … ai, … a k – искомые параметры объекта;

=| P | | P ' | – отклонения измеренных точек от математического i i i объекта;

P – измеренная на объекте точка;

i P' – точка на математической поверхности, соответствующая ей.



Pages:   || 2 | 3 |
Похожие работы:

«ГРНТИ: 61.61.29 Лишевич Игорь Валерьевич СОЗДАНИЕ АНТИФРИКЦИОННЫХ ТЕПЛОСТОЙКИХ УГЛЕПЛАСТИКОВ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПОДШИПНИКОВ НАСОСОВ И ПАРОВЫХ ТУРБИН Специальность: 05.16.09 – материаловедение (машиностроение) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель д.т.н., профессор В.Е....»

«Осколков Илья Михайлович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ БИЗНЕС-ПЛАНИРОВАНИЯ ИНВЕСТИЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛИЗАЦИИ МИРОВОЙ ЭКОНОМИКИ (на примере предприятий машиностроения) Специальность 08.00.05 – Экономика и управление...»

«Осколков Илья Михайлович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ БИЗНЕС-ПЛАНИРОВАНИЯ ИНВЕСТИЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛИЗАЦИИ МИРОВОЙ ЭКОНОМИКИ (на примере предприятий машиностроения) Специальность 08.00.05 – Экономика и управление...»

«Рылов Михаил Андреевич Информационная система контроля качества продукции на установке каталитического риформинга бензина 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (химическая технология; нефтехимия и нефтепереработка; биотехнология)...»

«Шиц Елена Юрьевна СОЗДАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОЛИОЛЕФИНОВЫХ МАТРИЦАХ С ЗАДАННЫМ КОМПЛЕКСОМ СВОЙСТВ Специальность 05.16.09 – Материаловедение...»

«Савельева Наталия Николаевна ПОДГОТОВКА БУДУЩИХ БАКАЛАВРОВ МАШИНОСТРОЕНИЯ К ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ 13.00.08 Теория и методика профессионального образования диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Научный руководитель – доктор педагогических наук, профессор И.Ю. Соколова Томск 2014 Содержание Введение... 3 Глава 1. Теоретическое...»

«ГУСЬКОВ Максим Сергеевич СОЗДАНИЕ ВЫСОКОПРОЧНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ТИТАН – АЛЮМИНИЙ С ПЕРФОРИРОВАННЫМ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИМ СЛОЕМ И ОКСИДО-КЕРАМИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ Специальность 05.16.09 – Материаловедение (машиностроение) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических...»

«АНТИПОВ ДМИТРИЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ МЕТОДОЛОГИЯ И ИНСТРУМЕНТАРИЙ ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ СБАЛАНСИРОВАННЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 05.02.22 –...»

«Колганов Евгений Александрович ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ПОРШНЕВЫМИ ГАЙКОВЕРТАМИ Специальность: 05.02.08 – Технология машиностроения ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – д.т.н., доцент Ланщиков А.В. Пенза 2015 ОГЛАВЛЕНИЕ...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.