УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ Российский патент 2023 года по МПК G01B13/10 G01B13/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для оценки отклонений от круглости конических отверстий.

В машиностроении, в частности, в топливной аппаратуре дизельных двигателей внутреннего сгорания используется разъемные соединения деталей, одна из которых имеет сопрягаемую поверхность в форме внутреннего конуса (конического отверстия), вторая - в форме наружного конуса или сферы. Теоретический контакт деталей в соединении происходит по линии, называемой запорным диаметром. Герметичность соединения обеспечивается за счет качества сопрягаемых поверхностей, в том числе, круглости конического отверстия одной из деталей по линии запорного диаметра. Этим объясняется важность достоверного оценки круглости конических отверстий, являющихся сопрягаемыми поверхностями в разъемных соединениях.

Известен пневматический прибор для контроля внутренних конусов, конструкция которого предполагает подачу сжатого воздуха в сопряжение контролируемой детали и калибра, устанавливаемого на посадочную поверхность контролируемой детали (Пат. RU 2059197, опубл. 27.04.1996). Сжатый воздух подают через отверстия в калибре в измерительные сопла, расположенные попарно в одной осевой плоскости на определенном расстоянии друг от друга и имеющие отдельные выходы к измерительному устройству. Отклонение размеров контролируемой детали от размеров калибра приводит к изменению зазора между конусными поверхностями калибра и контролируемой детали и соответственно, к изменению расхода воздуха, протекающего через сопла. Отсчетное устройство, выполненное в виде группы ротаметров, измеряет расход воздуха.

К недостаткам известного, решения относится невозможность оценки отклонения от круглости запорного диаметра на внутреннем конусе контролируемой детали. При использовании известного способа можно судить только о соответствии угла конуса и прямолинейности образующей конуса. Кроме того, конструкция прибора отличается сложностью, так как предполагает наличие калибра с измерительными соплами, отсчетного устройства, выполненного в виде группы ротаметров, дополнительных кольцевых мер.

Наиболее близким, по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является устройство для осуществления способа контроля конических отверстий, включающее последовательно соединенные между собой гибкими шлангами элемент арматуры установленный на выходе из источника сжатого воздуха, устройство для измерения давления воздуха и корпус с внутренней полостью, устанавливаемый на деталь, отклонение от круглости конического отверстия в которой необходимо оценить (далее - контролируемая деталь), и содержащий пружину, штангу, калибр в виде стандартного стального шарика и уплотнительное кольцо (пат. RU 2720326, опубл. 28.04.2020. Бюл. №13), По известному решению, элемент арматуры, запирающий поток сжатого воздуха, представляет собой кран, устройство для измерения давления представляет собой манометр. Известное решение - в части, ограниченной пунктом 1 формулы изобретения - предполагает использование прибора для измерения продолжительности изменения давления воздуха во внутренней полости корпуса от начального значения до заданного. В качестве такого прибора авторами известного решения предлагается использовать секундомер.

Известное устройство работает следующим образом. В начальный момент времени кран закрыт. Корпус устанавливают на контролируемую деталь так, что шарик поджимается пружиной к поверхности контролируемого конического отверстия по линии контакта -запорному диаметру. Открывают кран. Сжатый воздух заполняет внутреннюю полость в корпусе над линией контакта шарика с поверхностью конического отверстия в детали. Направление подачи сжатого воздуха - со стороны большего диаметра конического отверстия в контролируемой детали. Через заданный промежуток времени, одновременно включая секундомер. Давление во внутренней полости корпуса над шариком начинает падать. Фиксируют продолжительность изменения давления от первоначального значения до значения, определенного нормативным документом на выполнение операции.

К недостаткам известного решения относится невозможность проверки устройства на наличие внутренних утечек, не связанных с качеством контролируемой детали. Это может привести к отбраковке годных деталей, так как утечка через соединения до шарика будет ошибочно принята за утечки через шарик. Кроме того, при использовании в качестве источника сжатого воздуха заводской пневматической сети возможно существование в шланге перед манометром пульсаций давления, что снизит точность измерений. Необходимость фиксации продолжительности изменения давления требует от оператора попеременного, быстрого наблюдения шкал манометра и секундомера для фиксации величин то давления, то времени и принятия решения о соответствии или несоответствии контролируемой детали в зависимости от наблюдаемых значений измеряемых величин. При этом нужно последовательно открывать и закрывать кран, включать и выключать секундомер, что само по себе является трудоемким, повышает утомляемость оператора, а, значит, косвенно влияет на точность выполняемых операций.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно разработка устройства для контроля конических отверстий, использование которого уменьшит вероятность отбраковки годных изделий и будет иметь меньшую трудоемкость процесса контроля.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет совместного применения следующих конструктивных решений;

- замены крана, применяемого в известном решении в единственном числе, двумя нормально закрытыми электроклапанами с расположением одного из них на выходе из источника сжатого воздуха, а второго перед корпусом, надеваемым на контролируемую деталь;

- замены секундомера таймером;

- введения воздушного ресивера в промежутке между обоими электроклапанами;

- установки датчика давления воздуха в воздушный ресивер;

- введения стабилизатора давления между электроклапаном, ближайшим к источнику сжатого воздуха, и воздушным ресивером;

- замены приборов, показывающих текущую величину давления воздуха и продолжительность изменения давления воздуха, контрольными лампами разного цвета, срабатывающими в зависимости от принятого решения о соответствии контролируемой детали заданным требованиям;

- введения программируемого электронного блока управления для

- обработки сигналов с датчика давления и таймера,

- управления работой электроклапанов,

- автоматического принятия решения о соответствии или несоответствии контролируемого конического отверстия заданным требованиям и

- подачи напряжения на одну из контрольных ламп;

- замены фиксации продолжительности изменения давления воздуха наблюдением за контрольными лампами.

Новизной в предлагаемом устройстве для контроля конических отверстий является сочетание подачи сжатого воздуха на шарик, размещенный в контролируемом коническом отверстии, со стороны большего диаметра конуса с

- применением двух нормально закрытых электроклапанов, один из которых может быть использован для контроля внутренних утечек воздуха в устройстве, стабилизатора давления сжатого воздуха, воздушного ресивера,

- заменой показывающих приборов контрольными лампами разного цвета и

- автоматическим управлением процессом контроля, включая процесс принятия решения о соответствии контролируемой детали, с помощью программируемого электронного блока управления.

Предлагаемое в качестве настоящего изобретения устройство для контроля конических отверстий показано на фиг. 1 и включает корпус 1, электроклапаны 61 и 62, стабилизатор давления 7, воздушный ресивер 8, датчик давления 9, электронный блок управления 10, устройство 12 для создания усилия прижатия корпуса 1 к контролируемой детали 14.

Во внутренней полости корпуса 1 размещены шарик 2, штанга 3, пружина 4.

Предпочтительным является использование в качестве шарика 2 стандартного шарика. Размеры шарика 2 должны быть подобраны таким образом, чтобы диаметр его контакта с поверхностью конического отверстия 141 соответствовал запорному диаметру в соединении контролируемой детали 14 с ответной деталью в конечном изделии после сборки. При этом шарик 2 должен иметь такую степень точности по стандарту ГОСТ 3722, чтобы его сферичность не превышала 0,2 от величины допуска круглости конического отверстия, заданного в конструкторской документации на контролируемую деталь.

Конструкция и размеры штанги 3 должны обеспечивать прохождение воздуха из пространства внутренней полости 13 корпуса 1 над штангой 3 в пространство под штангой 3.

В нижней части корпуса 1 в расточке установлено уплотнительное кольцо 5. Уплотнительное кольцо 5 необходимо для того, чтобы сжатый воздух, поступивший во внутреннюю полость 13 корпуса 1 мог выйти в окружающее корпус 1 пространство только через сопряжение шарика 2 с конической поверхностью 141 контролируемой детали 14.

Электроклапаны 61 и 62 являются нормально закрытыми. Их конструкция может быть любой, известной из уровня техники. Электроклапан 61 подключен к источнику 11 сжатого воздуха. К электроклапану 61 последовательно подключены гибкими шлангам, изображенными на фиг. 1 сплошными толстыми линиями, стабилизатор давления 7, воздушный ресивер 8, электроклапан 62 и корпус 1. Соединения гибких шлангов с электроклапанами 61 и 62, стабилизатором давления 7, воздушным ресивером 8 и корпусом 1 и их материал должны обеспечивать герметичность предлагаемого устройства.

Конструкция стабилизатора давления 7 может быть любой известной из уровня техники.

В воздушном ресивере 8 установлен датчик давления 9. На фиг. 1 в виде примера, не исключающего другие варианты исполнения, обеспечивающие получение заявленного технического результата, в качестве датчика давления 9 условно показан электроконтактный манометр.

Электронный блок управления 10 включает устройство ввода 101, блок обработки данных 102, запоминающее устройство 103 и таймер 104. На наружной панели электронного блока управления размещены контрольные лампы 105 и 106 разного цвета, например, зеленого и красного. При этом в инструкции по эксплуатации предлагаемого устройства и технологической операционной карте должно быть указано, лампа какого цвета загорается в случае соответствия контролируемой детали установленным требованиям и какого цвета - в случае несоответствия контролируемой детали установленным требованиям. На наружной панели электронного блока управления размещены также кнопка 107 включения и кнопка 108 выключения предлагаемого устройства. Использование контрольных ламп 105 и 106 разного цвета облегчает работу оператора, выполняющего контроль конических отверстий, так как ему не приходится вспоминать, относится ли результат измерений к допустимому значению и является, соответственно, контролируемая деталь годной. Оператору достаточно помнить, включение лампы какого цвета сигнализирует о соответствии, а какого цвета - о несоответствии контролируемой детали заданным требованиям. Это снижает трудоемкость выполнения операции.

Для создания осевого усилия прижатия корпуса 1, необходимого для заданной деформации уплотнительного кольца 5, предназначено устройство 12. Осевое усилие, создаваемое им, на фиг. 1 условно показано тремя штриховыми линиями. В качестве устройства 12 может быть применено известное из уровня техники устройство, например, ручной рычажный зажим, пневматический зажим или гидравлический зажим.

Конструкции корпуса 1, штанги 3, пружины 4, электроклапанов 61 и 62, стабилизатора давления 7, воздушного ресивера 8, датчика давления 9, электронного блока управления 10 и устройства 12 не являются предметом охраны по настоящей заявке.

Предлагаемое устройство для контроля конических отверстий работает следующим образом.

В электронный блок управления 10 загружают через устройство ввода 101 программу, в которой заданы важные режимные параметры операции, в том числе последовательность включения и выключения электроклапанов 61 и 62, значения начального и конечного давления в воздушном ресивере 8, продолжительность изменения давления в воздушном ресивере 8 от начального значения до конечного значения, условия подачи напряжения на контрольные лампы 105 и 106.

В начальный момент времени электроклапаны 61 и 62 закрыты, корпус 1 отключен от источника 11 сжатого воздуха.

Контролируемую деталь 14 устанавливают на рабочем столе (на фиг.1 не показан).

Корпус 1 с размещенными внутри него шариком 2, штангой 3 и пружиной 4 и находящимся в расточке в его нижней части уплотнительным кольцом 5 устанавливают на контролируемую деталь 14. При этом шарик 2 оказывается в коническом отверстии 141 и поджимается к нему пружиной 4 через штангу 3. Корпус 1 прижимают к контролируемой детали 14 с помощью устройства 12.

Нажимают кнопку 107 на электронном блоке управления 10.

Электронный блок управления 10 подает сигнал на электроклапаны 61 и 62. Электроклапаны 61 и 62 открываются, сжатый воздух поступает от источника 11 в полость 13 корпуса 1. При прохождении сжатого воздуха через стабилизатор давления 7 происходит сглаживание пульсаций давления. Дополнительное выравнивание давления происходит в воздушном ресивере 8.

В связи с неидеальностью фактического сопряжения шарика и конического отверстия 141, всегда будут иметь место утечки воздуха через это сопряжение. Когда измеренное с помощью датчика 9 давление в воздушном ресивере достигнет заданного в программе электронного блока управления 10 значения, электронный блок управления 10, по программе, подаст команду на закрытие электроклапана 61. Давление в воздушном ресивере 8 будет падать быстрее. При достижении заданного значения давления в воздушном ресивере 8 автоматически включится таймер 104.

Если по истечении времени, на которое рассчитан таймер 104 давление в воздушном ресивере окажется меньше значения, заданного в программе электронного блока управления 10, как предельно допустимое значение, контролируемая деталь 14 является несоответствующей по параметру «некруглость конического отверстия 141». В этом случае электронный блок управления 10 подает сигнал на соответствующую контрольную лампу, например, красного цвета. Если по истечении времени, на которое рассчитан таймер 104 давление в воздушном ресивере окажется равным или больше значения, заданного в программе электронного блока управления 10, как предельно допустимое значение, контролируемая деталь 14 является соответствующей по параметру «некруглость конического отверстия 141». В этом случае электронный блок управления 10 подает сигнал на соответствующую контрольную лампу, например, зеленого цвета.

Перед выполнением контрольной операции может быть проведена проверка предлагаемого устройства на внутренние утечки. Для этого в электронный блок управления 10 может быть загружена специальная программа, предполагающая, например, следующий алгоритм действий:

1. Включение электроклапана 61 при выключенном электроклапане 62.

2. Измерение давления в воздушном ресивере 8 в течение заданного времени.

3. Анализ величины изменения давления в воздушном ресивере 8 за заданное время и автоматическое принятие решения о допустимости или недопустимости к дальнейшему использованию устройства для контроля конических отверстий.

Техническим результатом применения предлагаемого устройства для контроля конических отверстий является снижение трудоемкости операции контроля конических отверстий и повышение точности контроля за счет снижения вероятности отбраковки годных изделий. При этом снижение трудоемкости обеспечивается применением контрольных ламп разного цвета. Повышение точности обеспечивается стабилизацией давления воздуха перед датчиком давления с помощью стабилизатора давления и воздушного ресивера и возможностью контроля наличия внутренних утечек, позволяющего уменьшить вероятность отбраковки годных изделий.

В настоящее время идет проектирование рабочей установки, включающей предлагаемое устройство для контроля конических отверстий, для применения в серийном производстве деталей топливной аппаратуры на Алтайском заводе прецизионных изделий.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применена для оценки отклонений от круглости конических отверстий. Устройство для контроля конических отверстий включает в себя два нормально закрытых электроклапана, источник сжатого воздуха, устройство для измерения давления воздуха, стабилизатор давления воздуха, воздушный ресивер с установленным в нем датчиком давления, электронный блок управления, включающий в себя устройство ввода, блок обработки данных, запоминающее устройство, таймер, контрольные лампы разного цвета, и корпус с внутренней полостью, устанавливаемый на контролируемую деталь и содержащий пружину, штангу, калибр в виде стандартного стального шарика и уплотнительное кольцо. При этом электронный блок управления выполнен с возможностью обработки сигналов с датчика давления и таймера, управления работой электроклапанов, автоматического принятия решения о соответствии или несоответствии контролируемого конического отверстия заданным требованиям и подачи напряжения на одну из контрольных ламп в зависимости от принятого решения. Технический результат - разработка устройства для контроля конических отверстий, использование которого уменьшит вероятность отбраковки годных изделий и будет иметь меньшую трудоемкость процесса контроля. 1 ил.

Устройство для контроля конических отверстий, включающее последовательно соединенные между собой гибкими шлангами элемент арматуры, установленный на выходе из источника сжатого воздуха, устройство для измерения давления воздуха и корпус с внутренней полостью, устанавливаемый на контролируемую деталь и содержащий пружину, штангу, калибр в виде стандартного стального шарика и уплотнительное кольцо, отличающийся тем, что в качестве элемента арматуры, запирающей поток сжатого воздуха, применены два нормально закрытых электроклапана, один из которых установлен на выходе из источника сжатого воздуха, а второй перед корпусом, устанавливаемым на контролируемую деталь, а также содержит стабилизатор давления воздуха, воздушный ресивер с установленным в нем датчиком давления и электронный блок управления, включающий в себя устройство ввода, блок обработки данных, запоминающее устройство, таймер и контрольные лампы разного цвета, при этом электронный блок управления выполнен с возможностью обработки сигналов с датчика давления и таймера, управления работой электроклапанов, автоматического принятия решения о соответствии или несоответствии контролируемого конического отверстия заданным требованиям и подачи напряжения на одну из контрольных ламп в зависимости от принятого решения.