КАЛИБР-НУТРОМЕР И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕРНОГО СТЕРЖНЯ КАЛИБРА-НУТРОМЕРА Российский патент 2006 года по МПК G01B3/46 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля предельных или измерения действительных размеров в машиностроении.

Известны калибры-нутромеры типа СФЕРЕЯР (сферический регулируемый Ярового), рабочим органом которых является мерный стержень. Последний по своей технической сущности является цилиндрической высечкой из шара, ось мерного стержня пересекает центр сферы, а диаметр шара равен номинальному размеру измеряемого отверстия. Процесс измерения сводится к свободному заведению мерного стержня в наклонном положении внутрь контролируемого отверстия и развороту его там со стабилизированным усилием. Характер сопряжения при этом (с зазором - ПР; без зазора и натяга - нормальное сопряжение - Н; с натягом или явное непрохождение - НЕ) служит основанием для оценки размера контролируемого отверстия. В устройстве SU 1712767 А1, 15.02.1992 г.мерный стержень смонтирован в жестком цилиндрическом корпусе, что влечет за собой такие недостатки, как громоздкость, высокая трудоемкость изготовления калибра, недостаточно высокие показатели эргономичности, производительности и точностной надежности контроля, полноты охвата всей контролируемой поверхности. В устройстве, выбранном в качестве прототипа (калибр СФЕРЕЯР, патент RU 2238519 С2 20.10.2004 г.), указанные недостатки в значительной степени устранены за счет выполнения подвески калибра в виде двух упругих лент, связанных с концами мерного стержня, и оснащения его центрователем. Последний позволяет уменьшить интенсивность износа рабочего размера мерного стержня, усилить эффект самоцентрирования его в осевой плоскости (производить измерение по диаметру, а не по хорде) и в итоге повысить точностную надежность измерений. Однако сам центрователь нуждается в первоначальной настройке и текущей тонкой поднастройке. Последнее в устройстве-прототипе вызывает определенные трудности, и устранение указанного недостатка путем оснащения калибра устройством тонкой оперативной поднастройке положения втулки центрователя является задачей, решаемой изобретением (п.1 формулы). Малые смещения положения втулки относительно наконечника мерного стержня осуществляются тягой, второй конец которой связан с одной из упругих лент, подвеска содержит участок, где ленты расходятся между собой под малым углом, а величина этого угла регулируется перемещением самотормозящейся муфты, стягивающей ленты между собой. В зависимости от поставленной задачи добиваются предельной или завышенной настройки центрователя. Предельная настройка характеризуется тем, что при фактическом равенстве рабочего размера калибра и диаметра контролируемого отверстия в сопряжение с цилиндрической поверхностью отверстия без зазора и натяга (сопряжение Н) входят не только сферические поверхности мерного стержня, но и рабочие поверхности втулки центрователя. При завышенной настройке центрователя и указанном выше соотношением размеров с контролируемой поверхностью вступают в контакт сначала рабочие поверхности втулки центрователя, а затем сферические поверхности мерного стержня. Предельная настройка центрователя обеспечивает более резкое изменение ощущаемого на рукоятке измерительного усилия в случае изменения характера сопряжения от «ПР» (калибр проходит) к «НЕ». Завышенная настройка центрователя особенно в сочетании с известностью этого завышения и малой его величиной позволяют превратить калибр СФЕРЕЯР фактически в двухпредельный и тем самым уменьшить дискретность измерений. Часто первый предел используют как предупредительный, сигнализирующий о необходимости перепроверки в сомнительных случаях и усиления внимания именно в этом месте, а в остальных местах и случаях измерения можно выполнять в обычном, эргономически благоприятном режиме. Такой подход позволяет увеличить интегральную производительность контроля, например деталей, имеющих значительную погрешность формы продольного и (или) поперечного сечений.

Качество контроля с помощью калибра СФЕРЕЯР (наибольшая погрешность измерения, стабильность получаемых результатов и др.) при прочих равных условиях зависит от качества изготовления мерного стержня, а оно, в свою очередь, зависит от технических возможностей применяемых для этих целей измерительных средств. Если в качестве таковых применять универсальные измерительные средства с плоскопараллельными рабочими поверхностями губок и отчетным устройством, как это предусмотрено в известном техническом решении (патент RU 2238519 С2, 20.10.2004 г., стр.6), то выявить погрешности изготовления сферы торцев мерного стержня не представляется возможным, а определение рабочего (наибольшего) размера мерного стержня связано с трудностями, вызванными случайным расположением оси стержня между плоскопараллельными губками. Для устранения указанных недостатков в заявленном устройстве на одну из пяток универсального измерительного средства (скоба с отсчетным устройством ГОСТ 11098-75 - прототип) установлено центрирующее приспособление, а на вторую пятку - координирующее приспособление. Сочетание возможности в процессе измерения вращения мерного стержня вокруг своей оси и периодического смещения одного из концов его на выбранную величину как раз и обеспечивает получение желаемого технического результата - качественного определения геометрических параметров мерного стержня.

На фиг.1 показан общий вид калибра - нутромера, на фиг.2 - фрагмент наконечника с втулкой центрователя в увеличенном масштабе, на фиг.3 - общий вид устройства для измерения параметров мерного стержня калибра-нутромера, на фиг.4 - вид А на центрирующее приспособление, на фиг.5 - вид Б на координирующее приспособление.

Калибр-нутромер содержит (фиг.1) корпус 1, в торцевые отверстия которого ввинчены измерительные наконечники 2, 3 и закреплены они контргайками 4. Детали 1, 2, 3, 4 в сборе образуют мерный стержень. Он установлен на подвеске, состоящей из двух пружинных лент 5, 6, одна пара концов которых скреплена между собой и с рукояткой, выполненной из прозрачной полиэтиленовой трубки 7. Герметичное пространство внутри трубки между пробкой 8 и герметиком 9 служит для хранения бумажной бирки 10 с указанием рабочего размера мерного стержня, даты аттестации его и другой полезной, периодически обновляемой информации. Концы второй пары пружинных лент разведены между собой и сопряжены при помощи запорных колец 11 с краями корпуса 1, для чего на корпусе выполнены проточки 12. Запорные кольца обеспечивают возможность быстрого съема и повторной установки подвески без нарушения настройки калибра-нутромера, а это, в свою очередь, создает дополнительные удобства при измерении геометрических параметров его мерного стержня. Эти же кольца обеспечивают умеренное притормаживание осевого проворачивания мерного стержня и постепенную установку его в процессе многократных измерений в такое положение, при котором происходит ускоренный износ именно наиболее выступающих элементов сферических поверхностей, что в конечном итоге благоприятно сказывается на стабильности результатов измерений. В средней своей части подвеска имеет участок 13, где ленты расходятся между собой под малым углом, величина которого зависит от положения самотормозящейся муфты 14. Вторая муфта 15 служит для запоминания «нуля» при настройке центрователя, а пространство между торцем муфты 15 и торцем трубки 7 предназначено для фиксации положения контрольного груза 16, используемого в арбитражных случаях для подтверждения ситуации «ПР» или «НЕ». Втулка 17 центрователя установлена осеподвижно на измерительном наконечнике 2, и положение ее перед измерением определяет тяга 18. Последняя одним концом закреплена в точке 19 на ленте 5, свободно проходит через отверстие 20 в ленте 6 и вторым своим концом скреплена со втулкой 17 стопорным винтом 21. Для настройки центрователя используют образцовую деталь, диаметр отверстия которой на 0,002...0,005 мм меньше рабочего размера мерного стержня. Муфту 14 сдвигают впритык к муфте 15, стопорный винт 21 отпускают, мерный стержень с натягом вводят в сопряжение с контролируемой поверхностью, при этом самонастраивающаяся шайба-упор 22, выполненная из мягкой алюминиевой фольги с гофрами, сминается по толщине и запоминает соответствующее данной ситуации положение втулки 17. Затем стопорный винт 21 затягивают, калибр выводят из образцовой детали. Выполненная таким образом настройка центрователя получается заниженной (с зазором). Смещая муфту 14 в сторону мерного стержня, мы стягиваем между собой ленты 5 и 6, точка 19 смещается на малую величину и через тягу 18 смещает втулку 17 до положения, когда ее рабочие поверхности 23 (фиг.2) устанавливаются в положение предельной настройки центрователя. Объективным показателем достижения предельной настройки центрователя является получение при прочих равных условиях минимального количества неправильных результатов контроля при малой разнице фактических размеров диаметра отверстия и мерного стержня. Определяется это опытным путем, так же как и коэффициент редуцирования перемещения муфты 15 в перемещение втулки 17 центрователя. Установку требуемого завышения настройки центрователя производят соответствующим смещением муфты 15 от положения предельной настройки.

Определение действительного размера диаметра в контролируемом сечении производят либо методом предельных калибров либо методом нормального калибра. В первом случае весь диапазон возможных значений диаметра разбивают на участки с достаточно малым шагом, на границу каждого из участков настраивают свой калибр (или одни из пределов его). В процессе многократных измерений определяют тот минимальный диапазон, на границах которого один из калибров является проходным, а второй - непроходным во всех случаях и направлениях. При измерении диаметра методом нормального калибра последний поднастраивают таким образом, чтобы мерный стержень сопрягался с контролируемой поверхностью без зазора и натяга, а затем определяют действительный рабочий размер мерного стержня с помощью вынесенного измерительного устройства.

Устройство для измерения параметров мерного стержня калибра-нутромера содержит (фиг.3) скобу 24 с отсчетным устройством 25, подвижная 26 и переставная 27 пятки скобы имеют плоские и параллельные между собой торцы. На подвижной пятке 26 установлено центрирующее приспособление, представляющее собой двухступенчатую втулку 28 с подпружиненной призмой 29, которая воздействует на цилиндрическую поверхность измерительного наконечника 3 и выбирает возможный люфт (фиг.4). На переставной пятке 27 установлено координирующее приспособление, состоящее из кольца 30, резьбового стержня 31, маховичка 32, перемещающего каретку 33. Каретка смещает измерительный наконечник 3 в наклонное положение, воздействуя на его цилиндрическую поверхность образующей отверстия 34.

Измерение мерного стержня калибра-нутромера с помощью заявленного устройства производят следующим образом. Скобу 24 настраивают на номинальный размер с помощью блока концевых мер, затем устанавливают на скобу центрирующее и координирующее приспособления, устанавливают в них мерный стержень таким образом, чтобы ось мерного стержня совпадала с осью подвижной и переставной пяток скобы. Мерный стержень вращают вокруг своей оси, отслеживая показания по отчетному устройству 25, и прекращают вращение в положении с наибольшим показанием. Вращая маховичок 32, смещают каретку 33 в положение с максимальным показанием отчетного устройства 25. В этом положении снова вращают мерный стержень и находят максимальное значение, которое и является рабочим размером мерного стержня. От этого значения отсчитывают величину отклонения от сферичности торцевых поверхностей наконечников 2, 3 во всем диапазоне существования этой сферичности. Отклонение от сферичности определяют по описанной выше схеме с учетом того, что известна величина, на которую с помощью каретки 33 был смещен наконечник 3 от своего исходного положения (известны шаг резьбы стержня 31 и число сделанных оборотов маховичка 32). По характеру изменения показаний отчетного устройства 25 (увеличение или уменьшение) при перемещении за счет люфта измерительного наконечника в границах отверстия 34 определяют, в какую сторону следует смещать каретку 33.

Исправление погрешностей изготовления мерного стержня (таких, как отклонение рабочего размера от требуемого значения, недостаточно большой угол поворота - значительно меньше 360° - вокруг своей оси мерного стержня, на котором его рабочий размер по показаниям отчетного устройства остается постоянным, а также величина отклонения от сферичности) производят притиркой с использованием шлифовальной шкурки и (или) притирочной пасты, причем в качестве притира используют полукольцо, диаметр которого равен требуемому диаметру сферы наконечника (см. SU 1712767 A1, 15.02.1992 г., фиг.2). Рациональное распределение изменения рабочего размера мерного стержня (между смещением измерительных наконечников по резьбе и съемом металла) обеспечивается за счет оснащения наконечников вставками 35 (фиг.2) из твердого сплава. Незначительные корректировки рабочего размера, необходимость которых возникает в том числе в результате износа, производят, изменяя степень затяжки контргаек 4. Сам износ торцев в процессе длительной эксплуатации калибра-нутромера следует признать явлением преимущественно положительным, т.к. происходит естественная «приработка» сфер, уменьшение отклонения от сферичности. Уменьшение же отклонения от сферичности способствует повышению износостойкости рабочего размера, увеличению определенности, является ли калибр в данном конкретном случае проходным или непроходным, т.к. взаимодействие с контролируемой поверхностью происходит при большем угле разворота калибра.

Калибру СФЕРЕЯР присуща низкая методическая погрешность: контакт его с контролируемой поверхностью гораздо в большей степени соответствует принципу инверсии (условия контроля должны максимально приближаться к условиям функционирования) чем, например, бесконтактные методы или измерения с точечным контактом. Простота изготовления и пользования, наглядность получаемых результатов и полнота охвата всей контролируемой поверхности, доступность для контроля поверхностей, далеко отстоящих от торца («глубоких» и «глухих» отверстий), доступность выполнения метрологических поверок с использованием всегда имеющихся на производстве стандартных измерительных средств, применение концевых мер вместо установочных колец, достаточно высокая точность и производительность контроля позволяют широко применять калибр-нутромер типа СФЕРЕЯР как для точных лабораторных измерений, так и в цеховых условиях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля предельных или измерения действительных размеров в машиностроении. Техническим результатом является выявление дефектов изготовления сфер на торцах мерного стержня, повышение точности определения его рабочего размера, стабильности результатов контроля и производительности контроля. Калибр типа СФЕРЕЯР (сферический регулируемый Ярового) содержит мерный стержень, рабочие торцы которого выполнены сферическими, причем диаметр сферы равен диаметру контролируемого отверстия. Эффект самоцентрирования мерного стержня усиливает установленный на одном из измерительных наконечников центрователь, для правильной установки которого предназначено патентуемое устройство тонкой оперативной поднастройки. Это устройство позволяет также использовать нутромер как двухпредельный калибр. Усовершенствованы также рукоятка подвески мерного стержня и узел крепления его к лентам подвески, что создает дополнительные удобства пользования калибром. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Калибр-нутромер, содержащий мерный стержень с измерительными наконечниками, рабочие торцы которых выполнены сферическими, подвеску с двумя упругими лентами, одна пара концов которых связана с рукояткой, а вторая пара - с краями корпуса мерного стержня, и центрователь с втулкой, установленной осеподвижно на одном из измерительных наконечников, отличающийся тем, что он оснащен устройством тонкой оперативной поднастройки центрователя, содержащим тягу, один конец которой связан с втулкой центрователя, а второй конец - с одной из упругих лент подвески, подвеска содержит участок, на котором ленты выполнены расходящимися между собой под малым углом с условием изменения величины этого угла в зависимости от положения самотормозящейся муфты, стягивающей ленты между собой.2. Калибр-нутромер по п.1, отличающийся тем, что рукоятка его подвески выполнена из прозрачной полиэтиленовой трубки, внутреннее загерметизированное пространство которой между местом крепления к концам упругих лент и местом установки пробки предназначено для хранения бумажной бирки с указанием рабочего размера калибра и других периодически обновляемых записей.3. Калибр-нутромер по п.1, отличающийся тем, что узел крепления концов лент подвески к краям корпуса мерного стержня содержит отверстия, выполненные на концах лент, проточки, выполненные на корпусе, и запорные кольца.4. Устройство для измерения геометрических параметров мерного стержня калибра-нутромера, содержащее скобу с отсчетным устройством, подвижной и переставной пятками, имеющими плоские и параллельные между собой рабочие торцы, отличающееся тем, что пятки оснащены соответственно центрирующим и координирующим приспособлениями.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что центрирующее приспособление содержит двухступенчатую втулку, скрепленную с цилиндрической поверхностью подвижной пятки, и подпружиненную призму, выполненную с возможностью воздействия на цилиндрическую поверхность одного из измерительных наконечников для устранения люфта при вращении мерного стержня вокруг своей оси при измерении его.6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что координирующее приспособление содержит кольцо, скрепленное с цилиндрической поверхностью переставной пятки, установленный на кольце резьбовой стержень с маховичком, воздействующим на каретку, выполненную из условия возможности установки мерного стержня в наклонное положение перед вращением его.