УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ ПОКРЫТИЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2007 года по МПК G01N19/00 G01N17/00 

Изобретение относится к устройствам измерения, оценки качества и надежности покрытий, а именно к устройствам оценки качества и надежности покрытий на поверхности шариков с использованием бытовых стиральных машин, центрифуг с вертикальной осью вращения, содержащим автобалансирующие устройства с перемещением корректирующей массы.

Известен способ контроля качества покрытий деталей, включающий многократное ударное воздействие стального шарика на покрытие, отличающийся тем, что, с целью расширения номенклатуры контролируемых деталей путем контроля деталей сложной формы, воздействие осуществляют струей шариков одинаковой массы с постоянным расходом, скорость струи выбирают наибольшей обеспечивающей целостность покрытия в течение заданного промежутка времени и определяют соответствующую этой скорости кинетическую энергию струи, по которой судят о качестве покрытия (SU 999755, G 01 N 19/04).

В уровне техники неизвестно о решениях, относящихся к устройствам оценки качества и надежности покрытий на поверхности шариков именно в конструкциях бытовых стиральных машин, центрифуг с вертикальной осью вращения, содержащих автобалансирующие устройства с перемещением корректирующей массы.

Известен способ определения скорости коррозии углеродистой стали, в котором используют автобалансировочное устройство с перемещением корректирующей массы бытовых стиральных машин с вертикальной осью вращения (RU 2224237 С1, 20.02.2004). В способе изготавливают два одинаковых по габаритным размерам автобалансировочных устройства. В первое устройство дополнительно устанавливают кольцевой желоб для свободного перемещения испытуемых образцов в виде шариков из стали 10, занимающих 1/6 часть внутренней полости балансировочного кольца; 5/12 частей полости кольца заполняют испытуемым щелочным раствором. Второе устройство имеет внутренние радиальные перегородки, не ограничивающие свободное перемещение жидкости, а испытуемым щелочным раствором заполняют 7/12 частей полости кольца. Затем автобалансировочные устройства закрепляют в верхней части вращающегося отжимного резервуара-барабана стиральной машины и при включении стиральной машины, в режиме центрифугирования без белья, во время разгона отжимного резервуара-барабана измеряют уровень шума. По разнице средних величин для пяти запусков машины без белья определяют диапазон изменения уровня шума, создаваемого рабочим телом внутри автобалансировочного устройства, от уровня шума в начальной фазе процесса коррозии стали 10 до уровня шума в конечной фазе процесса коррозии металла.

Известно устройство для определения скорости коррозии углеродистой стали 10 (RU 2224238 C1, 20.02.2004), содержащее бак и установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси отжимной резервуар-барабан, входящие в состав внутренней подвижной части стиральной машины, балансировочное кольцо, установленное в верхней части отжимного резервуара, четыре опоры-растяжки, которые ориентированы в пространстве вертикально и шарнирно соединены с корпусом и внутренней подвижной частью стиральной машины, а нижний конец опор-растяжек соединен с внутренней подвижной частью стиральной машины выше центра тяжести внутренней подвижной части так, что все точки внутренней подвижной части при отклонении от положения равновесия в вертикальной плоскости, проходящей через центр тяжести внутренней подвижной части, движутся поступательно. Внутри отжимного резервуара-барабана на высоте 40 см от его дна на проволоке, протянутой через два отверстия, выполненных в стенке отжимного резервуара-барабана, подвешен груз, внутри балансировочного кольца дополнительно установлен кольцевой желоб для свободного перемещения испытуемых образцов в виде шариков, изготовленных из углеродистой стали 10 и занимающих 1/6 часть внутренней полости балансировочного кольца, причем часть полости кольца заполнена 10%-ным водным раствором хлорида аммония.

Недостатком устройств [1, 2] является то, что они не используются для оценки качества и надежности покрытий на поверхности шариков.

Заявляемое изобретение решает новую задачу оценки качества и надежности покрытия поверхности шарика.

Технический результат при использовании изобретения заключается в правильном отборе годных изделий при отбраковке по критериям качества поверхностей, состоящим из требований к твердости, шероховатости, допускам формы, толщине покрытия, допускам на коррозию и износ. Улучшается качество поверхностей (исполнительных, базирующих) и, в целом, всех поверхностей деталей машин, участвующих в сопряжении.

Устройство для оценки качества и надежности покрытий содержит бак и установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси отжимной резервуар-барабан, входящие в состав внутренней подвижной части стиральной машины, четыре опоры-растяжки с демпфирующими элементами, которые ориентированы в пространстве вертикально и шарнирно соединены с корпусом и внутренней подвижной частью стиральной машины, при этом нижний конец опор-растяжек соединен с внутренней подвижной частью стиральной машины выше ее центра тяжести так, что обеспечиваются возможности расположения бака на одинаковом расстоянии от стенки корпуса по четырем направлениям и касания края бака о стенку корпуса за счет дисбалансной массы при раскрутке резервуара-барабана, на стенке которого, на высоте, соответствующей положению центра тяжести внутренней подвижной части стиральной машины, выполнены два отверстия с возможностью расположения в них проволоки для грузов дисбалансной массы, на указанной высоте в отжимном резервуаре-барабане установлено балансировочное кольцо с желобом для размещения испытуемых образцов в виде металлических или стеклянных шариков одинакового диаметра, качество и технология получения покрытий которых соответствует промышленным, причем шарики связаны друг с другом металлической нитью так, чтобы обеспечить их свободное перемещение в ограниченном круговом секторе.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, вид сверху; на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 изображено автобалансирующее устройство с шариками, вид сверху, на фиг 4 - поперечный разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 изображена структурная пространственная схема устройства в работе.

Устройство для оценки качества и надежности покрытий поверхностей промышленных изделий содержит расположенные в корпусе 1 бак 2, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси отжимной резервуар-барабан 4, балансировочное кольцо, входящее в состав автобалансирующего устройства 5 с корпусом 7 и крышкой 11, и четыре опоры-растяжки 3 с демпфирующими элементами и сферическими шарнирами; на стенке отжимного резервуара-барабана, на высоте, соответствующей положению центра тяжести внутренней подвижной части стиральной машины, выполнены два отверстия с возможностью расположения в них проволоки для грузов 6 дисбалансной массы; внутри балансировочного кольца дополнительно установлен кольцевой желоб 9 для свободного перемещения испытуемых образцов в виде металлических или стеклянных шариков 10 одинакового диаметра, качество и технология получения покрытий которых соответствует промышленным, причем шарики связаны друг с другом металлической нитью 12 так, чтобы обеспечить их свободное перемещение в ограниченном круговом секторе. Кольцо имеет радиальные перегородки 8.

Устройство используется следующим образом. Снимается верхняя панель стиральной машины. Измеряются и выравниваются расстояния между краем бака и стенкой корпуса по всем четырем направлениям. Через два отверстия, выполненные в стенке отжимного резервуара-барабана, на высоте, соответствующей положению центра тяжести внутренней подвижной части стиральной машины, протягивается проволока с грузами дисбалансной массы 0,8 кг. С помощью измерительной линейки проверяется расположение краев бака относительно стенки корпуса и достигается такое положение бака с помощью подкладывания шайб под опоры-растяжки с демпфирующими элементами, чтобы край бака находился по всем четырем направлениям на одинаковом расстоянии L от стенки корпуса. Внутрь желоба балансировочного кольца закладываются испытуемые образцы в виде металлических или стеклянных шариков одинакового диаметра, занимающих не более 1/6 части внутренней полости балансировочного кольца.

Далее производится раскрутка отжимного резервуара-барабана и, если на стадии разгона не произошло касания бака о стенку корпуса с характерным шумом, подвешиваются дополнительные грузы и производится повторный пуск отжимного резервуара-барабана. Увеличение дисбалансной массы, т.е. подвес дополнительных грузов, производится до тех пор, пока при разгоне отжимного резервуара-барабана не произойдет касание края бака о стенку корпуса с характерным шумом. Полученное таким путем критическое для вращающейся системы значение дисбалансной массы является количественной мерой способности внутренней подвижной части сопротивляться воздействию дисбалансной силы (центробежной силы инерции, приложенной к дисбалансной массе).

Далее, соблюдая предыдущую последовательность действий, определяется критическое значение дисбалансной массы, когда внутрь желоба балансировочного кольца закладываются эталонные образцы в виде металлических или стеклянных шариков одинакового диаметра, занимающих не более 1/6 части внутренней полости балансировочного кольца.

Разница критических значений дисбалансных масс, определенных при разгоне в балансировочном кольце, соответственно, испытуемых и эталонных шариков, является мерой оценки качества и надежности покрытий поверхностей промышленных изделий:

где m₀ - значение критической для устройства дисбалансной массы в граммах, определенное в технических требованиях или измеренное для случая движения эталонных шариков; m_0s - значение критической дисбалансной массы в граммах при использовании испытуемых шариков. Интервал Δm, соответствующий качественному образцу, определяется в соответствии с техническими условиями и требованиями разработчиком. Если интервал, измеренный и рассчитанный по формуле (1) для случая движения испытуемых шариков, меньше Δm, соответствующего техническим условиям и требованиям разработчика, то констатируется факт соответствия данной партии требованиям качества и надежности покрытий поверхностей промышленных изделий, которые включают отдельно требования к твердости, шероховатости этих поверхностей, допускам формы, толщине покрытия, допускам на коррозию и износ. Таким образом, по каждому отдельному такому техническому требованию проводятся независимые испытания, соответствующие вариациям твердости, шероховатости, допускам формы, толщине покрытия, допускам на коррозию и износ.

Можно провести только одно испытание, определяющее интегрированный критерий качества и надежности покрытий поверхностей промышленных изделий, соответствующий сразу всем таким техническим требованиям.

В основе данных измерений лежит утверждение, что при движении в условиях ограниченного пространства, в поле сил тяжести данной механической системы, включающей статически неуравновешенный ротор, внутри которого поверхности корректирующих масс имеют разную геометрию, его предельный дисбаланс определяет размер замкнутой области, в которой периодическое движение вблизи положения равновесия системы устойчиво.

Для доказательства этого утверждения рассмотрим движение системы в окрестности устойчивого периодического движения. Ее потенциальная энергия V является непрерывной функцией q. Внутри окрестности V(q) имеет строгий изолированный минимум в положении равновесия, а кинетическая энергия системы не превышает значения Т*, достаточного для выхода из окрестности. Считаем, что механическая система неконсервативная, так как в ней действуют силы инерции, вызванные движением неуравновешенных масс, причем во время движения имеют место изменения в природе корректирующих масс.

Для ограниченной области 2n-мерного фазового пространства можно получить взаимно однозначную проекцию - некоторую область , плоскости α, . В соответствии с формулировкой задачи Дирихле существует единственная функция u (ρ, θ), непрерывная на , гармоническая на σ и u(ρ, θ)|_Г=f(θ), где f(θ) - непрерывная периодическая функция (с периодом 2π); Г - граница круга; θ - полярный угол точки Г; σ - некоторый открытый единичный круг [3, с.330-331].

Представим каждую точку фазовой плоскости системы как точку, отсчитываемую в полярной системе координат, через которую проходят траектории, описываемые уравнениями

или

где ρ*=ρ, при Р=1.

Таким образом, точка принадлежит множеству

где e_α(t) - некоторая функция, значение которой геометрически ограничивает скорость расхождения витков спирали; α₀, - координата начальной точки траектории - положения устойчивого равновесия (строгого изолированного минимума потенциальной энергии).

При выборе коэффициентов C₁, С₂ необходимо построить равномерно расходящиеся витки спирали так, что в любой точке траектории искомая функция u(ρ, θ)|_Г=ν(ρ, θ)|_Г обращает интеграл Дирихле D[u] в минимум

среди всех интегралов энергий для всевозможных указанных функций ν, класса S, определенных на множестве Р₁, имеющих непрерывные частные производные на плоскости и удовлетворяющих граничным условиям, таким же как u [3, с.356-357]:

В нестационарном случае не будем строить расширенное фазовое пространство, а сохраним фазовую плоскость неавтономной системы. Каждая точка такой фазовой плоскости не будет обыкновенной, так как через нее могут проходить несколько фазовых траекторий или неоднократно одна и та же траектория. Имеем множество

где - устойчивое частное решение линейного неоднородного дифференциального уравнения

описывающего движение системы в плоскости .

Рассмотрим вложение Р₃=P₁∈Р₂; выбирается траектория, описываемая таким уравнением (2), для которого выполняются условия (4). Получим множество значений, определяющих вид .

Переход от точки траектории, определенной на множестве Р₁, к точке траектории, определенной на множестве Р₂, можно осуществить, в простейшем случае, с помощью масштабирования спирали по осям и α или θ и ρ. Коэффициент C₁ характеризует равномерное расхождение витков спирали, а коэффициент С₂ - начальный радиус. Таким образом, можно составить произведение С_Σ=С₁·С₂, отобрав только те пары, которые удовлетворяют условию C₁·С₂≤C_Σ. То есть отбираются те траектории, которые не выходят за границу области, являющуюся кругом.

где А_m - амплитуда колебания в плоскости ; - мгновенное значение величины, обратной приведенной длине; e* - мгновенное значение эксцентриситета вращающейся системы, определяющего амплитуду колебаний в плоскости .

Таким образом, равенство (7) подтверждает справедливость нашего утверждения.

Источники информации

1. Патент РФ №2224238, кл. G 01 N 17/00, 2004.

2. Патент РФ №2224237, кл. G 01 N 17/00, 2004.

3. Бугров Я.С., Никольский С.М. Дифференциальные уравнения. Кратные интегралы. Ряды. Функции комплексного переменного: Учебник для вузов. М.: Наука, 1985. 464 с.

Сущность: устройство содержит бак и установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси отжимной резервуар-барабан, входящие в состав внутренней подвижной части стиральной машины, четыре опоры-растяжки с демпфирующими элементами, которые ориентированы в пространстве вертикально и шарнирно соединены с корпусом и внутренней подвижной частью стиральной машины. Нижний конец опор-растяжек соединен с внутренней подвижной частью стиральной машины выше ее центра тяжести так, что обеспечиваются возможности расположения бака на одинаковом расстоянии от стенки корпуса по четырем направлениям и касания края бака о стенку корпуса за счет дисбалансной массы при раскрутке отжимного резервуара-барабана. На стенке отжимного резервуара-барабана, на высоте, соответствующей положению центра тяжести внутренней подвижной части стиральной машины, выполнены два отверстия с возможностью расположения в них проволоки для грузов дисбалансной массы. На указанной высоте в отжимном резервуаре-барабане установлено балансировочное кольцо с желобом для размещения испытуемых образцов в виде металлических или стеклянных шариков одинакового диаметра, качество и технология получения покрытий которых соответствует промышленным. Шарики связаны друг с другом металлической нитью так, чтобы обеспечить их свободное перемещение в ограниченном круговом секторе. Технический результат заключается в правильном отборе годных изделий при отбраковке по критериям качества поверхностей. 5 ил.

Устройство для оценки качества и надежности покрытий, содержащее бак и установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси отжимной резервуар-барабан, входящие в состав внутренней подвижной части стиральной машины, четыре опоры-растяжки с демпфирующими элементами, которые ориентированы в пространстве вертикально и шарнирно соединены с корпусом и внутренней подвижной частью стиральной машины, при этом нижний конец опор-растяжек соединен с внутренней подвижной частью стиральной машины выше ее центра тяжести так, что обеспечиваются возможности расположения бака на одинаковом расстоянии от стенки корпуса по четырем направлениям и касания края бака о стенку корпуса за счет дисбалансной массы при раскрутке отжимного резервуара-барабана, на стенке которого на высоте, соответствующей положению центра тяжести внутренней подвижной части стиральной машины, выполнены два отверстия с возможностью расположения в них проволоки для грузов дисбалансной массы, на указанной высоте в отжимном резервуаре-барабане установлено балансировочное кольцо с желобом для размещения испытуемых образцов в виде металлических или стеклянных шариков одинакового диаметра, качество и технология получения покрытий которых соответствует промышленным, причем шарики связаны друг с другом металлической нитью так, чтобы обеспечить их свободное перемещение в ограниченном круговом секторе.