Устройство для измерения размеров кольцевых деталей из эластичных материалов Советский патент 1992 года по МПК G01B5/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диаметра сечения уплотнитель- ных колец из эластичных, например рези- новых,материалов.

Известно устройство для измерения размеров деталей из эластичных материалов, содержащее корпус, элемент базирова- ния и измерительную головку со стержнем-арретиром. Однако известное устройство обладает значительной погрешностью определен ия размеров сечения деталей из эластомерных материалов из-за их упругих деформаций под действием измерительного усилия измерительной головки и значительного колебания этого усилия в пределах диапазона измерения.

Известно также устройство для измерения размеров деталей из эластичных материалов. Устройство содержит корпус, стойку, ось, на которой расположена сменная оправка для базирования измеряемой Детали, измерительную головку со штоком и стержнем-арретиром, узел регулирования и стабилизации измерительного усилия, выполненный в виде трехплечего рычага, одно плечо которого взаимодействует со стержнем-арретиром измерительной головки, второе плечо несет передвижной груз для регулирования измерительного усилия и на третьем плече расположен передвижной груз с пружинами для стабилизации этого усилия. Индикаторная измерительная головка создает большое измерительное усилие - 200 гс. Использование трехпле- чего рычага с грузами и пружинами позволяет скомпенсировать и стабилизировать измерительное усилие, но только для определенного предела, а именно до 60-80 гс при поднятии штока и до 30-40 гс при его опускании, то есть измерительное усилие даже с компенсацией имеет существенную величину, что вызывает деформирование резиновых деталей при контактном измерении и вносит существенные погрешности, особенно при измерении деталей из мягких, легкодеформируемых материалов. Уменьшение измерительного усилия меньше 30- 40 гс путем увеличения плеча с грузом осуществить невозможно из-за зависания штока индикатора за счет трения в узлах, т.е. при меньших нагрузках величина трения соизмерима с контактной нагрузкой.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Для достижения поставленной цели предлагается устройство для измерения размеров деталей из эластичных материалов по авторскому свидетельству №894321, которое согласно изобретению снабжено

плоской С-образной пружиной сжатия, один конец которой закреплен на измерительной головке, а другой - на измерительном штоке измерительной головки и закрепленными

на пружине тензодатчиками, предназначенными для контроля измерительного усилия.

На фиг.1 показано устройство, общий вид; на фиг.2 - схема нагрузок; на фиг.З 0 схема сечения измеряемого кольца.

Устройство содержит корпус 1, стойку 2, ось 3, элемент базирования - оправку 4 для размещения измеряемой детали 5, измерительную площадку б со штоком 7 изме5 рительной головки 8, закрепленной в кронштейне 9, плоскую металлическую пружину 10 -образного сечения с тензодатчиками, один конец которой жестко закреплен в зажиме 11 на корпусе

0 измерительной головки 8, а другой - в зажиме 12, закрепленном на нижнем конце штока 7 измерительной головки 8. Измери- тельная головка 8 через стержень-арретир 13 соединена с трехплечим рычагом 14 с

5 грузами 15 и 16.

Устройство работает следующим образом. Фиксируют нулевое положение штока 7 индикаторной головки 8 относительно ба- зовой поверхности, например, А оправки.

0 Поднимают измерительный шток 7 индикаторной головки 8, опуская плечо рычага 14 с грузом 16. Деталь 5 в виде резинового кольца, размер сечения которого нужно измерить в радиальном направлении, уста5 навливают на цилиндрическую калиброванную оправку 4 с натягом (2-5%). При этом металлическую плоскую f -образную пружину 10 закрепляют при нижнем положении штокэ с максимальным ее растяжением, т.е.

0 пружина приобретает (-образную форму и, стремясь сжаться, создает усилие, направленное против действия измерительного усилия. Опускают шток 7 до контакта измерительной площадки 6 с измеряемой деталью 5.

5 Фиксируют показание измерительной головки 8 и,соответственно,прибора-самописца, принимающего сигнал от тензодатчиков от блока питания через усилитель (на чертеже не показано). Затем плавно поворачивают

0 образец 5 с оправкой 8 вокруг оси 3 (при установке образца 5 на оправку 8 с зазором его поворачивают относительно оправки) и фиксируют отклонения размеров сечения о.бразца 5 по всему периметру по измери

5 тельной головке 8 и соответствующие изменения усилий (или деформаций) пружины по самописцу от тензодатчиков. Пружина уменьшает измерительное усилие, поддерживая шток 7. Предварительно при реднем значении сечения детали и вертикальном положении плеча рычага с грузом 15 перемещением груза 16 по плечу рычага 13 регулируют требуемое измерительное усилие на наконечнике штока измерительной головки, при этом усилие на штоке будет уменьшено за счет дополнительной компенсации его С-образной пружиной. При наименьшем размере сечения детали 5 и крайне нижнем положении штока груз 15 отклонится от вертикали влево, что создает дополнительный момент относительно оси и вызовет увеличение измерительного усилия, которое также увеличится за счет уменьшения плеча с грузом 16 при отклонении его от горизонтали, т.е. в данный момент измерительное усилие было бы максимальным. Однако при этом положении С-образная плоская пружина находится в максимально растянутом (изогнутом), деформированном состоянии и компенсирует измерительное усилие Риэм, т.е. в соответствии с фиг.2, исходя из равновесия моментов:

Риэм1 Ри-С-р-РПр1 .

В среднем положении рычаг с грузом 15 находится на вертикали и усилие от него равно нулю, рычаг с грузом 16 имеет максимальное плечо и, следовательно, максимально компенсирует измерительное усилие, при этом -образная плоская пружина находится в менее деформированном состоянии и в Меньшей степени компенсирует измерительное усилие, в результате в сумме достигается стабилизация измерительного усилия, т.е.

изм2

Ри +

( 4 Г 2 Р U-jЬ у- -Рпр2

При наибольшем размере сечения детали и крайне верхнем положении штока 7 груз 15 отклоняется на плече рычага 13 от вертикали вправо, что создает момент, уменьшающий измерительное усилие, а груз 16 отклоняется от горизонтали вниз, что уменьшает плечо и, следовательно, вращающий момент и тем самым увеличивает измерительное усилие (уменьшает компенсацию измерительного усилия) В данном положении f-образная пружина уменьшает свою деформацию и в меньшей степени компенсирует измерительное усилие. Однако суммарное измерительное усилие уменьшается за счет действия пружины:

Ризмз Ри - G

l3

©-у- Рпрз

Измерительное усилие в сравнении с устройством по йвт.св. № 894321 уменьшается и стабилизируется.

При измерении размеров колец круглого сечения важно обеспечить стабилизацию не измерительного усилия, а измерительного контактного давления, которое при полностью стабилизированном измерительном усилии увеличивается при уменьшении измеряемого диаметра сечения кольца, т.к. уменьшается площадь контакта. Поэтому предлагается устанавливать плоскую пружину, растягивая (деформируя) ее максимально в нижнем положении штока индикатора. Так как с увеличением диаметра сечения измеряемого размера кольца шток индикатора поднимается в соответствии с увеличением измеряемого размера, то компенсирующее усилие плоской пружины должно определяется в зависимости от величины подъема (хода) индикатора, что объясняется следующими расчетами (см фиг.З). Определяем ширину контакта при заданной степени деформации сжатия (погрешность измерения за счет сжатия) сечения кольца радиусом R из треугольника ОСВ

VR2()2

(1)

Принимаем: S 1 мм - длина контакта; h 0,01 мм, Р 50 гс - стабилизированное измерительное усилие.

R -§- (по ГОСТ 9839-73)

При R 4 мм, тогда

bc V8 . Q01 (Q01 )2 0,28;ab 0,56мм. Контактное напряжение равно

89 гс/мм2,

где F - площадь контакта (условно F ab x xS)

При одном и том же модуле упругости Е эластомерного материала и одном и том же значении измерительного стабилизированного усилия кольцо меньшего диаметра сечения должно сжаться на большую величину до возникновения тех же значений контактного давления, что и у колец большего сечения, т.к при одном и том же сжатии с той же погрешностью измерения за счет сжатия

кольца возникает гораздо большее контактное давление у колец меньшего сечения, что не обеспечивает равновесия штока индикатора и он продолжает опускаться вниз до равновесия, увеличивая тем самым погрешность измерения.

Принимаем R 1,5 мм, тогда be -о,011-(001 ) ° 123 мм ab 0,246 мм;

203 гс/мм2

„- Р50

0,246 1

Для получения равновесного значения (7 89 гс/мм2 подставляем значение be 0,28 мм и 2R D 1,5 мм в формулу (1), получаем h2 - 1,5h f 0,282 0.

Решая это уравнение, получаем

1,5 ± VZ25 - 0.08 4

hi 1,5 мм; ha h 0,06 мм.

Таким образом, при измерении диаметра сечения наименьшего размера кольца погрешность за счет сжатия сечения кольца при стабилизированной нагрузке возрастает в 6 раз. Поэтому необходимо стабилизировать контактное измерительное давление, для чего предлагается использование С-образной плоской пружины.

Расчет усилия пружины, обеспечивающего стабилизацию контактных давлений по ходу штока индикатора.

,

где а const - контактное давление, гс/см ; F - площадь контакта, мм.

По формуле (1) be V2 Rh - h2

Принимаем F ab x ab (ab)2, h2 Q - ввиду малости величины h, тогда (be)2 - 2Rh,

F ab ab 2bc 2bc 4(bc)2 - 4 x (

x2Rh 8Rh.

Измерительное усилие Ри о F - a 8Rh 8aRh KRh,(2)

где К- постоянный коэффициент.

Из формулы (2) следует, что с увеличением радиуса R кольца или хода штока индикатора, измерительное усилие должно увеличиваться, или с уменьшением радиуса R уменьшается, т,е. Ри Ки Rh Ки1иЬ, где 1И R ход штока индикатора, мм;

Ри Рстаб - Рпр, где Рстаб. - стабилизирован- ное измерительное усилие устройства по а.с. 1st 894321. Причем для компенсации измерительного стабилизированного усилия этого устройства усилие Рпр.. соответствующее измерительному усилию Ри предлагаемой плоской пружины, определяется из соотношения

Рпр ММтах.и - 1иХЬтах - h) ,

где Ki - коэффициент, характеризующий жесткость пружины, гс/мм , К 1,2-1,4 - коэффициент запаса усилия пружины при и Imax. и (или коэффициент, характеризующий компенсирующее усилие пружины при

1и Imax и), тах.и МЗКС. ХОД ШТОКЗ ИНДИКЗтора, мм;

1И - ход штока индикатора, мм;

Imax и h - максимальная и заданная величина погрешности измерения соответственно, обусловленная сжатием сечения измеряемого кольца под действием измерительного усилия, мм.

Пример. Проводилось измерение

диаметра сечения колец из резин; В-14-1,

ИРП-1078 на основе бутадиеннитрильного

каучука, 51-1434 на основе фторсилоксанового каучука, ИРП-1266 на основе силокса- нового каучука. Кольца из испытуемых резин имели различную твердость в пределах 38-80 ед. по Шору, определяемую на микротвердомере МТР-1, диаметр сечения 4,6; 3,0; 1,5 мм, внутренний диаметр D 46 мм, диаметр сечения колец из пористой резины ИРП-1078 был равен 5,5 мм. Диаметр сечения колец определялся с помощью бесконтактного устройства - измерительного микроскопа (образцового прибора), устройства по а.с. № 894321 и предлагаемого устройства. Как видно из таблицы, размеры сечения колец, полученные на предлагаемом устройстве, имеют

значительно меньшую погрешность, чем у устройства по авт.св. № 894321 и имеют результаты, более близкие к результатам, полученным на бесконтактном приборе- микроскопе. Размеры сечения уплотнительных колец из резин повышенной твердости, измеренные на приборе-прототипе и на предлагаемом устройстве, отличаются не очень значительно (на 0,01-0,02 мм); из резин средней твердости

(61 ед.) результаты по прототипу в сравнении с предлагаемым устройством имеют погрешность в сторону занижения размеров за счет контактного измерительного усилия 0,02- 0,03 мм, а для мягких резин погрешность

измерения у предлагаемого устройства значительно меньше, чем у прототипа: для деталей из резин средней твердости в 1,5 раза, а из мягких резин в 3-4 раза, причем с уменьшением диаметра сечения колец по- грешностьу прототипа возрастает (см. табл. №№ образцов 3-5).

Кроме того, повышается точность и производительность измерения, появляется возможность автоматизации процесса изме- рений. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет определить размеры сечения по всему периметру кольца непрерывно (на устройстве-прототипе лишь в отдельных точках периметра).

Формула изобретения Устройство для измерения размеров кольцевых деталей из эластичных материалов, содержащее корпус, элемент базирова-

ния детали, измерительную головку со штоком и стержнем-арретиром и узел регулирования и стабилизации измерительного усилия, выполненный в виде трехплечего рычага, одно плечо которого предназначено для взаимодействия со стержнем-арретиром измерительной головки, на втором плече расположен с возможностью перемещения груз для регулирования измерительного усилия, а на третьем плече - подпружиненный груз для стабилизации этого усилия, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено плоской -образной пружиной сжатия, один конец которой закреплен на корпусе измерительной головки, а другой - на штоке измерительной головки, и закрепленными на пружине тензодатчика- ми, предназначенными для контроля измерительного усилия.

Положение j/

Пом ение1

flo/tofwv I

Изобретение относится к измерительной технике и можег быть использовано для измерения диаметра сечения уплотнитель- ных колец из эластичных, например резиновых материалов. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройст- « . во содержит корпус 1, стойку 2, ось 3, на которой расположена сменная оправка 4 для базирования измеряемой детали, измерительную головку 8 со штоком 7 и стержнем-арретиром 13 и узел регулирования и стабилизации измерительного усилия, выполненный в виде трехплечего рычага с грузами 15 и 16 и дополнительно установленную плоскую металлическую С-образную пружину, один конец которой закреплен на корпусе 1, а другой - на измерительном штоке 7 измерительной головки 8. Причем плоская пружина установлена с растяжением ее концов, и усилие пружины, направленное в сторону, противоположную действию измерительного усилия, определяемое по известной формуле, позволяет при измерениях не только уменьшить и стабилизировать измерительное усилие, но и стабилизировать контактное измерительное давление. 3 ил., 1 табл. (Л С 15 v4 00 СО Ю Ч -N Физ7

fvg. 2

30