ИНДУКТИВНО-ЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ волнистости ДЕТАЛЕЙ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Качество обработки поверхности деталей точного машинострое­ния является важнейшим технологическим фактором, существенно' влияющим на долговечность, износоустойчивость и другие характе­ристики деталей. В результате погрешностей обработки могут воз­никать три вида неровностей: отклонение от геометрической формы, шероховатость и волнистость. Волнистность поверхности характери­зуется наличием многочисленных периодически повторяющихся и близких по размерам выступов и впадин. Эти неровности занимают промежуточное место между погрешностями формы и шерохова­тостью. Волнистость бывает продольная и поперечная. ’Главными причинами продольной волнистости являются недостаточная жест­кость и наличие вибраций в системе станок — инструмент — деталь. Поперечная волнистость возникает при неравномерной подаче ме­ханизмов станка. Основные параметры волнистости — высота и шаг волн, причем первый параметр является технологически более важ­ным, так как им определяется величина опорной поверхности и объем пустот профиля детали. Высота волн колеблется от долей микрона до нескольких сотен микрон в зависимости от чистоты обработки детали; шаг лежит в пределах от нескольких единиц до десятков миллиметров.

В изучении волнистости до настоящего времени ощущается значительный пробел, в то время как число работ, свидетельствую­щих о влиянии ее на качество деталей, увеличивается. Волнистость вредно отражается на износоустойчивости пар, снижает несущую способность цилиндрических подшипников, их долговечность. Уста­новлено (Л. 23], что увеличение высоты волн с 1 до 2,5 мк снижает срок службы подшипников более чем в 2 раза, а изменение высоты волн с 0,2 до 1,5 мк снижает стойкость образцов в 3 раза. Кроме того, волнистость влияет на шу. м, возникающий при работе подшип­ников.

В настоящее время отсутствуют обоснованные критерии оценки волнистости, поэтому на выходе прибора, контролирующего этот параметр, желательно иметь картину исследуемого профиля (про­филограмму). Главное требование к прибору — минимальное иска­жение исследуемого профиля, выявление всех нужных неровностей и устранение влияния погрешностей формы (макрогеометрии) дета­ли. Наиболее предпочтительным является построение электромехани­ческих приборов для контроля волнистости на принципе ощупыва­ния.

Датчик такого прибора скользит по исследуемой поверхности, сигнал с него поступает в электронную схему, обрабатывается соответствующим образом и подается на выходное устройство. Дат­чик должен иметь незначительный вес подвижной системы для по­лучения минимального измерительного давления. В процессе контро­ля это давление должно оставаться постоянным во избежание на­рушения эквидистантности траектории наконечника и профиля. Собственная частота подвижной системы должна быть высокой. Последнее требование предъявляется во всех случаях, когда контро-

Лйруемый параметр изменяется со значительной скоростью и созда­ет большую частоту вынужденных колебаний подвижной системы. Безотрывный контроль в этом случае возможен только при соблю­дении условия Я^>0, где Р — измерительное давление.

Динамический режим первичного элемента характеризуется уравнением

P=mg+ky+ky0+my"+Fy',

где т — масса подвижной системы первичного преобразователя;

k — жесткость;

Уо — предварительный натяг;

F — коэффициент вязкого трения;

у — текущее значение измеряемого параметра.

Первые три члена правой части определяют статическое усиление; два последние учитывают динамические факторы. Усло­вие постоянства измерительного давления выполняется в случае, когда

mg'>my"+Fy' + ky

или

куа > ту"+Fy'+ky.

При этом P = mg или P=ky0.

Поскольку для обеспечения высокой собственной частоты т должно быть по возможности малым, постоянство измерительного давления должно обусловливаться неравенством (5-3). Это нера­венство удовлетворяется в основном за счет увеличения предвари­тельного натяга yQ.

Применение ферритов и схемы частотного преобразования спо­собствует уменьшению габаритов и веса первичного элемента, обес­печивая в то же время высокую чувствительность. Получены пре­образователи с измерительным давлением порядка 50—70 мг и с градиентом давления порядка десятых долей миллиграмма на микрон.

В щуповых электромеханических приборах важным является выбор способа базирования подвижной части первичного элемента: на измеряемую поверхность ■ (вариант с опорным датчиком) или на образцовую поверхность (вариант с безопорным датчиком). В пер­вом случае отсчет перемещения щупа производится относительно опоры, перемещающейся одновременно со щупом по исследуемой поверхности; во втором — от некоторой поверхности, неподвижной относительно измеряемой. Последний способ базирования позволяет получить наиболее точный профиль поверхности и является поэтому более предпочтительным. Нельзя забывать, что в этом случае вос­производятся все неровности профиля, включая отклонения формы и шероховатость, а также погрешности установки (биение центров, эксцентриситет оправки и т. д.). Для устранения этого явления в электронные схемы необходимо вводить специальные фильтры, отсекающие те составляющие напряжения, частота которых совпа­дает с частотой мешающих факторов. Разделение волнистости и ше­роховатости осуществляется выбором радиуса закругления щупа. Оптимальный радиус определяется минимальной величиной шага неровностей, классифицируемых как волнистость.

Наибольшее распространение в электромеханических щуповых приборах нашли схемы с индуктивными, индукционными и пьезо­электрическими датчиками. Однако различные типы датчиков не равноценны. Наиболее целесообразно использование индуктивных датчиков, обладающих высокой чувствительностью, надежностью и простотой конструкции.

Ниже описан ряд приборов с частотным преобразованием сиг­нала, предназначенных для контроля волнистости поверхности ци­линдрических тел (колец, роликов и т. п.). В этих приборах реали­зован принцип базирования датчика на образцовую поверхность. Все они конструктивно выполнены в виде двух отдельных блоков: электронного блока с регулирующим устройством и измерительной станции, в центрах которой непосредственно или с помощью спе­циальной оправки устанавливается исследуемая деталь. Здесь же смонтированы суппорт для установки датчика и привод вращения.