Устройство для измерения размеров кольцевых деталей из эластичных материалов

 

Изобретение относится к измерительной технике и можег быть использовано для измерения диаметра сечения уплотнительных 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

5U, 1783274 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (й)5 G 01 В 5/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

1 " : : . 2 (21) 4844755/28 . .: ., во содержит корпус 1, стойку 2; ось 3, на. (22) 24.04.90 -::. -- .: . которой расположена сменная оправка 4 (46) 23.12.92. Бюл. Мт 47 : .-:,: -: .для базйрования измеряемой детали, изме(71) Научно-производственноеобьединение -. рительную головку 8 со штоком 7 и стерж"Всесоюзный научно-исследовательский . нем-арретиром 13 и узел регулирования и институт авиационных материалов" ......стабилизации измерительного усилия, вы;

:(72) В.К.Пиранков ". ..:.:::;:.полненный в вйде трехплечего рычага с (56) ГОСТ 11358 — 74, Толщиномер -индика- . грузами 15 и 16 и дополнительно установторный; .. :: .:-;-::.. .:::: . ; — лен йую плоскую металлическую f.-образную

Авторское свидетельство СССР . пружину, один конец которой закреплен

Й. 894321, кл, G 01 В 5/08, 1981.. на корпусе 1, а другой — на измерительном штоке 7 измерительной головки 8. Причем (54) YCTPOACTBO ДЛЯ ИЗМЕ ЕНИЯ PA3- плоская пружина установлена"с растяжеМЕРОВ КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЭЛА-, нием ее концов; и усилие пружины, наСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ: . :.:правленное в сторону, противоположную (57) Изобретение относится к измеритель- . действию измерительного усилия, опреденой технике и может быть исйользовано для ляемое "по известной формуле, позволяет Я измерения диаметра сечения уплотнитель- .при измерениях не только уменьшить и станых колец из эластичных, например резийо-" "...билизировать измерительное усилие; но и вых материалов. Цель изобретейия — - -, стабилизировать контактное измеритель- С т повышение точности измерения. Устройст- ное давление, 3 ил., 1 табл, 1783274 усилия

20

50 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 образца 5 по всему периметру по измери.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диаметра сечения уплотнительн ых колец из э ластичных, н"а приме р рези новых, материалов. 5

Известно устройство для измерения размеров деталей из эластичных материалов, содержащее корпус, элемент базирования и измерйтельную головку со стержнем-.арретиром. Однако известное ус, тройство обладает значительной погрешностью определения размеров сечения деталей из эластомерных материалов из-за их упругих деформаций под действием измерительного усилия измерительной голо- 1 вки 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, вы- 2 полненный в виде трехплечего рычага, одно плечо которого взаимодействует со стержнем-арретиром измерительной головки, второе плечо несет передвижной груз для регулирования измерительного усилия и на 3 третьем плече располо>кен передвижной груз с пружинами для стабилизации этбго усилия. Индикаторная измерительная го ловка создает большое измерительйое усилие — 200 rc. Использование трехпле- 3 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 4 опускании, то есть измерительное усилие даже с компенсацией имеет существенную величину, что вызывает деформирование резиновых деталей при контактном измерении и вносит существенные погрешности, 4 особен но и ри измерении деталей из мягких, легкодеформируемых материалов. Уменьшение измерительного усилия меньше 30—

40 гс путем увеличения плеча с грузом осуществить невозможно из-эа зависания штока индикатора эа счет трения в узлах, t,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 ¹ 894321, которое согласно изобретению снабжено плоской (-образной пружиной сжатия, один конец которой закреплен на измерительной головке, а другой — на измерительном штоке измерительной головки и закрепленными на пружине тензодатчиками, преднаэначенными для контроля измерительного

На фиг,1 показано устройство, общий вид; на фиг.2 — схема нагрузок; на фиг.3— схема сечения измеряемого кольца.

Устройство содержит корпус 1; стойку 2, ось 3, элемент базирования — оправку 4 для размещения измеряемой детали 5, измерительную площадку 6 со штоком 7 измерительной головки 8, закрепленной в кронштейне 9, плоскую металлическую пружину 10(-образного сечения с тензодатчиками, один конец которой жестко закреплен в зажиме 11 на корпусе измерительной головки 8, а другой — в зажиме 12, закрепленном йа нижнем конце штока 7 измерительной головки 8. Измери- тельная головка 8 через стержень-арретир

13 соединена с трехплечим рычагом 14 с грузами 15 и 16.

Устройство работает следующим образом, Фиксируют нулевое положение штока

7 индикаторной головки 8 относительно ба зовой поверхности, например, А оправки

Поднимают измерительный шток 7 индикаторной головки 8, опуская плечо рычага 14 с грузом 16. Деталь 5 в вйде резинового кольца,.размер сечения которого нужно измерить в радиальном направлении, устанавливают на цилиндрическую калиброван- . ную оправку 4 с натягом (2-57, ), При этом металлическую плоскую I -образную пружину 10 закрепляют при нижнем положении штока с максимальным ее растяжением, т.е. пружина приобретает j-образную форму и стремясь сжаться, создает усилие, направленнОе против действия измерительного усилия, Опускают шток 7 до контакта измерительной площадки 6 с измеряемой деталью 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 тельной головке 8 и соответствующие изменения усилий (или деформаций) пружины по самописцу от тензодатчиков.

Пружина уменьшает измерительное усилие, поддерживая шток 7. Предварительно при среднем значении сечения детали и верти1783274

5 6 кальном положении плеча рычага с грузом, Измерительное усилие в сравнении с

15 перемещением груза 16 по плечу рычага устройством по авт.св, ¹ 894321 уменьша13 регулируют требуемое измерительное ется и стабилизируется, усилие на наконечнике штока измеритель-:. При измерении размеров колец круглоной головки, при этом усил е на штоке бу-, го сечения важно обеспечить стабилизацию дет уменьшено за счет дополнительйой не измерительного усилия, а измерительнокомпенсации его (-образной пружиной. ro контактного давления, которое при полПри наименьшем размере сечения детали 5 ностью стабилиэйрованном измерительном и крайне нижнем положении штока груз 15 усилии увеличивается при умейьшении изотклонится от вертикали влево, что создает меряемого диаметра сечения кольца, т.к. дополнительный момент относительно оси - уменьшается площадь контакта; Поэтому и вызовет увеличение измерительного уси- предлагается устанавливать плоскую прулия, которое также увеличится за счет жину, растягивая (деформируя) ее максиуменьшения плеча с грузом 16 при отклоне- . мал ьно в нижнем " положении штока нии его от горизонтали, т.е. в данный мо- индикатора. Так как с увеличением диаметмент измерительное усилие было бы ра сечейия измеряемого размера. кольца максимальным. Однако при этом положе- . шток индикатора поднимается в соответствии 5-образная плоская пружина находится вии с увеличением измеряемого размера, то .в максимально растянутом (изогнутом), де- компенсирующее усилие плоской пружины формированном состоянии и компенсирует должно определяется в зависимости от веизмерительное усилие Pug, т.е. в соответст- личины подьема (хода) индикатора, что 06bвии с фиг.2, исходя из равновесия момен- ясняетсяследующими расчетами(см,фиг.3). тов: . ... Определяем ширйну контакта при заданной степени деформации сжатия (погрешность

11 - измерения за счет сжатия) сечейия кольца радиусом R из треугольнйка ОСВ

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 пру-: жина находится в менее деформированном ! состоянии и в Меньшей степени компенСирует измерительное усилие, в результате в сумме достигается стабилизация измерительного усилия, т.е.

l4 2

Ризм2 = Ри + 0 G — РпР2

i !

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 -образная пружина уменьшает .свою деформацию и в меньшей степени компенсирует измерительное усилие. Однако суммарное измерительное усилие умень° шается эа счет действия пружины;

l3 5

Р„з 43 Р" . G — Г- O-Г Рпцз ° аЬ вЂ” =Ьс= р

= 2Rh пР .-"--Принимаем: S = 1 мм — длина койтакта;

h = 0,01 мм; P = 50 rc — стабилизированное измерительное усилие.

R= 2 = . 2 (по ГОСТ9839-73).

При R = 4 мм, тогда

=0,28; аЬ =0,56мм.

bc-8,0 (, )

Контактное напряжение равйо

0 = - = = -О- - = 89 гс/мм, Р 50 2 ! где F — площадь контакта (условно F = аЬ x х S)

При одном и том же модуле упругости Е эластомерного материала и одном и том же значении йзмерительного 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 итом же сжатии стой же погрешностью измерения за счет сжатия

1783274

Ри Рстаб Рпр, где Рстаб. — стабилизированное измерительное усилие устройства по а.с. М 894321. Причем для компенсации измерительного стабилизированного усилия

5 этого устройства усилие Рпр. соответствующее измерительному усилию Ри предлагаемой плоской пружины, определяется из соотношения

ab = 0,246 мм;

0 - - — ++ - - — 203 гс/мм

«Р 50

Для получения равновесного значения a= 89 гс/мм подставляем значение

bc = 0,28 мм и 2R - 0 = 1,5 мм в формулу (1), получаем h2 — 1,5h+ 0,28 = О.

Решая это уравнение, получаем 20

1,5 +

h1=1,5мм; Ь2=Ь=0,06мм, 25

Таким образом, при измерении диаметра сечения наименьшего размера кольца погрешность за счет сжатия сечения кольца при стабилизированной нагрузке возрастает в 6 раз. Поэтому необходимо стаби- 30 лизировать контактное измерительное давление, для чего предлагается использование I:-образной плоской пружины.

Расчет усилия пружины, обеспечивающего стабилизацию контактных давлений 35 по ходу штока индикатора.

Ppl-- 0F, 2, где a = сопзт — контактное давление, гс/см; 40

F — площадь контакта, мм, Принимаем F = ab x ab = (ab}, 45

h2 = Π— ввиду малости величины h, тогда (bc)2 = 2Rh, F= ab аЬ=2Ьс 2bc=4(bc) =4х, х 2Rh = 8Rh.

Измерительное усилие P> = a F = a BRh= 50

=80Rh = К Rh, (2) где К вЂ” постоянный коэффициент.

Из формулы (2) следует, что с увеличением радиуса R кольца или хода штока инди- 55 катора, измерительное усилие должно увеличиватьсч, или с уменьшением радиуса R уменьшается, т,е. Ри = Ки Rh = Ки1иЬ, где I - R — ход штока индикатора, мм; 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, 0

Принимаем R = = 1,5 мм, тсгда ЬС = 1,5 0,01 — (001 )2 = 0,123 мМ; по формуле и) ьс- /2 р 2 .

Рпр = К1(К21п ах.и 1и}(Ьтах Ь), где К1 — коэффициент, хауактеризующий жесткость пружины, гс/мм, К = 1,2 — 1,4 — коэффициент запаса усилия пружины при 1и = Imax. u (или коэффициент, характеризующий компенсирующее усилие пружины при

1и = 1вах и), Imax.и — макс. ход штока индикатора, мм

I> — ход штока индикатора, мм;

I ax u h — максимальная и заданная величина погрешностй 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 фторсилоксаноного каучука, ИРП-1266 на основе силоксанового 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 55 мм, Диаметр сечения колец определялся с помощью бесконтактного устройства — измерительного микроскопа (образцового прибора), устройства по а.с. М 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. М 894321 и имеют результаты, более близкие к результатам, полученным на бесконтактном приборемикроскопе. Размерй сечения уплотнительных колец из резин повышенной твердости, измеренные на приборе-hpoтотипе и на предлагаемом устройстве, отличаются не очень значительно (на

О;01-0,02 мм); иэ резин средней твердости (61 ед.) результаты flo 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

1783274 сечения коль а, мм

Твердость по ТМ вЂ” 2 иамет

М измерения на измерительном мик оскопе на предлагаемом устойстве по прототипу

2

4.66

4,64

4.69

4,67

4.66

4,63

4,68

4;66

4,64

4,62

4,66

4,65

8 — 14 — 1

4,33

4,35

4,47

4,36

4,34

4,40

4,49

4,38

4,30

4,37

4,46

4,34

51 — 1434

1

3

2

4,52

4,57

4.58

4,55

4,56

4,62

4,63

4,61

4,54

4,60

4,61

4,58

ИРП-1266

3,12

ИРП вЂ” 1266

3,09

3,02

1,42

ИРП вЂ” 1266

1,54

1,52

ИРП вЂ” 1078 (пористая) 1

3

5,47

5,68

5,38.

5,34

5,50

5,70

5.40

5,38

5,40

5,62

5,31 .-:.

5,27

38 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 погреш ность у прототипа возрастает (см. табл.

ММ образцов 3-5).

Кроме того, повышается точность и производительность измерения, появляется возможность автоматизации процесса измерений. 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 базироваОбразец, М Марка резины ния детали, измерительную головку со штоком и стержнем-арретиром и узел регулирования и стабилизации измерительного усилия, выполненный в виде трехплечего ры5 чага, одно плечо которого предназначено для взаимодействия со стержнем-арретиром измерительной головки, на втором плече расположен с возможностью перемещения груз для регулирования измерительного

10 усилия, а на третьем плече — подпружиненный груз для стабилизации этого усилия, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено плоской (-образной пружиной сжа15 тия, один конец которой закреплен на корпусе измерительной головки. а другой — на штоке измерительной головки, и закрепленными на пружийе тензодатчиками, предназначенными для контроля

20 измерительного усилия. 1783274

Йюожени III

Редактор Т. Куркова

Заказ 4504 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета rio изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

ИФ

Ооло еииЕ L>

Ло а гюие I

Составитель В. Пиранков

Техред М,Моргентал, Корректор О. Юрковецкая