ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ 4 страница
и шага (б) волнистости поверхности
Допускается непоследовательное расположение участков измерения. Предельные числовые значения Wz следует выбирать из ряда:
0,1; 6,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100; 200 мкм.
Отдельное измерение волнистости выполняют на длине lwi, равной пятой части длины Lw. Наибольшая высота волнистости Wmax — расстояние между наивысшей и наинизшей точками измеренного профиля в пределах длины Lw, измеренное на одной полной полис.
Средний шаг волнистости Sw — среднее арифметическое значение длин отроков средней линии Swi, ограниченных точками их пересечения с соседними участками профиля волнистости (рис. 3.17, б):
. (3.12)
Положение средней линии mw определяется так же, как и положение средней линии профиля m шероховатости.
Форма волны зависит от причин, которые вызывают волнистость поверхности. Чаще волнистость имеет синусоидальный характер, что является следствием колебаний в системе станок — приспособление—инструмент—деталь, возникающих из-за неравномерности сил резания, наличия неуравновешенных масс, погрешностей привода и т. п.
3.1.6. Влияние шероховатости, волнистости, отклонений
формы и расположения поверхностей деталей
на взаимозаменяемость и качество машин
Шероховатость, волнистость, отклонения формы и расположение поверхностей деталей, возникающие при изготовлении, а также в процессе работы машины под влиянием силовых и температурных деформаций и вибрации, уменьшают контактную жесткость стыковых поверхностей деталей и изменяют установленный при сборке начальный характер посадок.
В подвижных посадках, когда трущиеся поверхности деталей разделены слоем смазочного материала и непосредственно не контактируют, указанные погрешности приводят к неравномерности зазора в продольных и поперечных сечениях, что нарушает ламинарное течение смазочного материала, повышает температуру и снижает несущую способность масляного слоя. При пуске, торможении, уменьшении скоростей, перегрузках машин условия для трения со смазочным материалом не могут быть созданы, так как масляный слой не полностью разделяет трущиеся поверхности. В этом случае из-за отклонений формы, расположения и шероховатости поверхности контакт сопрягаемых поверхностей деталей машин происходит по наибольшим вершинам неровностей поверхностей.
При таком характере контакта давление на вершинах неровностей часто превышает допускаемые напряжения, вызывая вначале упругую, а затем пластическую деформацию неровностей. Возможно отделение вершин некоторых неровностей из-за повторной деформации, вызывающей усталость материала или выравнивание частиц материала с одной из трущихся поверхностей при «схватывании» (сцеплении) неровностей при их совместной пластической деформации под действием больших контактных напряжений. Происходит также сглаживание отдельных соприкасающихся участков трущихся пар. Вследствие этого в начальный период работы подвижных соединений (участки ОА1 и ОА2 на кривых, рис. 3.18, а) происходит интенсивное изнашивание деталей (процесс приработки), что увеличивает зазор между сопряженными поверхностями.
В процессе приработки размеры и даже форма неровностей поверхности изменяются, при этом возникает определенная, в сторону движения детали, направленность неровностей.
Рис. 3.18. Кривые, характеризующие износ
вращающихся деталей:
а - при разной износостойкости
(1 - пониженной; 2 - повышенной);
б - при разной начальной шероховатости
Получающуюся после приработки (при трении скольжения или качения с проскальзыванием) шероховатость, обеспечивающую минимальный износ и сохраняющуюся в процессе длительной эксплуатации машин (участки A1B1 и А2Б2), называют оптимальной. Оптимальная шероховатость характеризуется высотой, шагом и формой неровностей (радиусом вершин, углом наклона неровностей в направлении движения и др.). Параметры оптимальной шероховатости зависят от качества смазочного материала и других условий работы трущихся деталей, их конструкции и материала; Изменение начальной шероховатости можно проследить на примере испытаний компрессора. Перед испытаниями шероховатость наружной поверхности поршня соответствовала Ra = 0,7 ... 1 мкм, а зеркала цилиндра Ra = 0,2 ... 0,3 мкм. При работе компрессора применяли масло высокого качества, без твердых включений и загрязнений. После окончания испытаний (через 1000 ч) шерохо-ватость поршня не изменилась, а шероховатость зеркала цилиндра соответствовала Ra = 0,7 ... 1,2 мкм.
Процесс приработки зависит от размеров начальных неровностей трущихся поверхностей, свойств материала деталей, режима и условий работы механизма. Чем больше начальная шероховатость отличается от оптимальной, тем больше износ деталей (рис. 3.18, б), поэтому параметры шероховатости необходимо знать заранее и получать их при механической обработке или приработке деталей на стендах.
3.2. Лабораторные работы
3.2.1. Лабораторная работа № 4
АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Цель работы: практическое ознакомление с основными средствами и методиками определения шероховатости поверхности.
Оборудование, приборы, инструменты: образцы (эталоны) шероховатости поверхности, двойной микроскоп МИС-11, микроинтерферометр МИИ-4, блочный профилограф-профилометр, набор контролируемых деталей.
Общие положения согласно п. 3.1.4.
Средства контроля шероховатости поверхности
Оценка шероховатости поверхности производится с использованием бесконтактных и контактных средств измерений.
Нaиболee распространенным способом оценки качества обработанных поверхностей является сравнение этих поверхностей с поверхностями рабочих образцов.
Рабочие образцы шероховатости поверхности стандартизованы и выпускаются с шероховатостью разной величины, полученной точением, фрезерованием, строганием, шлифованием, растачиванием, развертыванием, протягиванием, полированием и доводкой.
Образцы по видам обработки комплектуются в оправках, а по применяемому материалу наборы помещаются в футляры.
Для определения величины шероховатости в микрометрах применяют различные микроскопы (интерференционный, двойной) и контактные щуповые приборы, для более точной оценки шероховатости – микроскопы сравнения.
Микроскопы сравнения устроены таким образом, что в окуляре визуального тубуса изображения поверхностей проверяемой детали и образца оказываются рядом, при соответствующем увеличении изображения определяется шероховатость поверхности обработанной детали.
В приборах, работающих по принципу интерференции света (МИИ-4, МИИ-5, МИИ-11), пучок световых лучей от источника разделяется и направляется различными путями к контролируемой поверхности. Отражаясь от нее, пучки света соединяются вновь, и, накладываясь друг на друга, создают интерференционные полосы, наблюдаемые в окуляре прибора. Если контролируемая поверхность ровная, то интерференционная картина будет представлять собой параллельные прямые линии, находящиеся на расстоянии друг от друга, равном половине длины световой волны (для белого света λ/2 = =0,27 мкм).
При наличии микронеровностей на поверхности линии искривляются, образуя гребни (рис. 3.19). С помощью окулярного микрометра прибора измеряют величину искривления интерференционной полосы "а" и расстояние между полосами "в".
Рис. 3.19. Схема искажений интерференционных линий
на неровностях поверхности детали
Затем проводят расчет значений величин микронеровностей по формуле:
где λ - длина световой волны для данного прибора.
К приборам, используемых для определения высоты неровностей по принципу светового сечения, относится двойной микроскоп МИС-11. Он состоит из двух тубусов, расположенных под углом 90 ° друг к другу, и наклоненных к контролируемой поверхности под углом 45 °. Луч света из осветительного тубуса падает на проверяемую поверхность. Полученное световое сечение рассматривается в окуляр визуального тубуса. Наблюдатель видит увеличенное изображение неровностей и отсчитывает высоту их при помощи шкалы, имеющееся в окулярном микрометре.
Для того, чтобы выразить высоту неровностей в микрометрах, проводится определение цены деления шкалы барабана окулярного микрометра при помощи объект-микрометра, который представляет собой стеклянную пластинку с нанесенной на ней шкалой с ценой деления 0,01 мм.
К контактно-щуповым приборам относятся профилометры и профилографы. Профилометры предназначены для непосредственного показа параметров шероховатости поверхности, а профилографы - для записи профиля поверхности в виде профилограммы. Щуповые приборы основаны на перемещении алмазной иглы с радиусом кривизны 2,5 - 12,5 мкм по определенной трассе относительно контролируемой поверхности. Ось иглы располагают по нормали к поверхности. Опускаясь во впадины, а затем, поднимаясь на выступы во время движения ощупывающей головки относительно контролируемой поверхности, игла начинает колебаться относительно головки, повторяя по величине и форме огибаемый профиль поверхности. Механические колебания иглы преобразуются в подобные им электрические при помощи электромеханического преобразователя того или иного типа. Снятый с преобразователя полезный сигнал усиливают, а затем измеряют его параметры, подобные параметрам неровностей исследуемой поверхности (профилометрирование), или записывают профиль поверхности в выбранных вертикальном и горизонтальном масштабах (профилографирование).
Измерение с помощью контактно-щуповых приборов выполняются следующим образом. Деталь устанавливается на столике прибора и ориентируется так, чтобы угол наклона исследуемой поверхности к линии движения измерительного преобразователя был незначительным. Для этого осуществляют пробные проходы измерительного преобразователя с оценкой результата по шкале прибора без включения записывающего устройства. Базовую длину выбирают в соответствии с назначенными параметрами шероховатости, если ее значение не нормировано. После установки детали на столике прибора и выбора базовой длины, измеряют параметры шероховатости и записывают профилограммы. Измерения повторяют на ряде участков, чтобы получить достаточное представление о контролируемой поверхности. Число и расположение трасс измерений выбирают в зависимости от конфигурации и размеров поверхности, а также от разброса получаемых результатов измерений. Направление измерений, если оно не оговорено, должно обеспечивать выявление максимальных значений параметров шероховатости поверхности. Если на поверхности детали есть явно выраженные регулярные следы обработки, трасса измерений должна быть направлена перпендикулярно к ним.
Задание
Лабораторная работа включает в себя ряд этапов, выполняемых под руководством преподавателя и лаборанта:
1) Изучить параметры шероховатости поверхности;
2) Ознакомиться со средствами контроля шероховатости и правилами работы с ними;
3) Проанализировать заданные параметры шероховатости поверхности, подлежащие контролю;
4) Выбрать методику выполнения измерений параметров шероховатости поверхности (направление измерений, число трасс и т. д.);
5) Выполнить измерение параметров шероховатости с использованием бесконтактных и контактных средств измерений;
6) Записать профилограмму одного из исследуемых участков поверхности и рассчитать по ней параметры шероховатости.
Порядок выполнения работы
Лабораторная работа выполняется в соответствии с пунктами задания.
Содержание отчета
В отчете указывается цель работы и задание, список используемого для выполнения работы оборудования, приборов и их назначение. Приводятся результаты всех измерений с кратким описанием методики их получения.
Вопросы для самоконтроля
1) Что понимается под шероховатостью поверхности;
2) Перечислите параметры шероховатости и дайте их определения;
3) Какие средства контроля шероховатости поверхности существуют;
4) Каков порядок подготовки к измерениям шероховатости поверхности с помощью контактно-щуповых приборов;
5) Как производится расчет параметров шероховатости по профилограмме.
3.2.2. Лабораторная работа № 5
КОНТРОЛЬ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ
И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Цель paбoты: ознакомление с методикой и средствами контроля отклонений формы и расположения плоских и цилиндрических поверхностей.
Оборудование, приборы, инструменты: автоколлиматор АК-0, 5У, труба измерительная визирная ППС-11, оптическая линейка ИС-36М, оптический плоскомер ИС-45, прибор ПБ, индикатор часового типа, стойка или штатив, микромер, штангенциркуль.
Объекты контроля: ступенчатые детали с несколькими плоскими поверхностями, параллельными основанию; ступенчатые детали с несколькими плоскими поверхностями, перпендикулярными к основанию гладкие или ступенчатые валики.
Общие положения
При нормировании точности геометрических параметров деталей исходят из предпосылки, что точность геометрии составляется из точности размеров и поверхностей. К погрешностям поверхностей относят: отклонения формы, отклонения расположения, волнистость и шероховатость поверхности.
Отклонением формы называют отклонение формы реальной поверхности или реального профиля от формы номинальной поверхности или номинального профиля (табл. 3.3). При этом шероховатость поверхности не включает в отклонение формы, а волнистость - включают.
Отклонением расположения называют отклонение реального расположения рассматриваемого элемента от его номинального расположения.
Элемент - обобщенный термин. В зависимости от конкретных условий, элементом может являться поверхность одной из законченных конструктивных частей детали, поперечный или продольный профиль этой части; плоскость симметрии; ось поверхности или сечения; точка пересечения линий, линии и поверхности; центр окружности или сферы.
Под допусками формы и расположения понимают наибольшие допускаемые значения отклонений формы и расположения. Допуск расположения или формы может быть зависимым и независимым. Зависимый допуск - переменный допуск расположения или формы, минимальное значение которого указывают к а чертеже или в технических требованиях и которое допускается превышать на величину, соответствующую отклонению действительного размера рассматриваемого и (или) базового элемента данной детали от проходного предела (наибольшего предельного размера вала или наименьшего предельного размера отверстия):
Тзав = Тmin + Тдоп,
где Тmin - минимальная часть допуска;
Tдoп - дополнительная часть допуска, зависящая от действительных размеров рассматриваемых поверхностей.
Независимый допуск расположения или форме - допуск, числовое значение которого постоянно для всей совокупности деталей, изготовляемых по данному чертежу, и не зависит от действительного размера рассматриваемого или базового элемента. Под суммарным отклонением формы в расположения понимаются отклонение, являющееся результатом совместного проявления отклонения формы и отклонения расположения рассматриваемой поверхности или рассматриваемого Профиля относительно заданных баз.
Суммарный допуск форма и расположения - предел, ограничивающий допускаемое значение суммарного отклонения формы, и расположения.
Для нормирования отклонений формы в расположения поверхностей установлены шестнадцать степеней точности, номера которых возрастают в порядке уменьшения точности.
Допуски цилиндричности, круглости, профиля продольного сечения, плоскостности, прямолинейности и параллельности назначаются в тех случаях, когда они должны быть меньше допуска размера. Предусмотрено три уровня относительной геометрической точности:
А - нормальная (назначается ≈ 60 % от допуска размера);
B - повышенная (≈ 40 % от допуска размера);
С - высокая (≈ 25 % от допуска размера).
Таблица 3.3
Виды отклонений формы
| Вид поверхности | Отклонения и допуски формы | |||
| Комплексные Частные | ||||
| Плоская | Плоскост-ность | Прямолинейность (в плоскости или в пространстве) | Выпуклость Вогнутость | |
| Цилиндрическая | Цилинд-ричность | Поперечное сечение Продольное сечение | Круглость Отклонение профиля продольного сечения | Овальность Огранка Конусообраз- ность Бочкообразность Седлообразность |
Средства измерения отклонений формы и расположения
Заданные в чертежах допуски форме и расположения поверхностей не предопределяют применение каких-либо конкретных методов и средств намерений. Они могут быть различными при условии, что обеспечивают контроль соблюдения предписанных допусков.
Вы6op метода измерений производят с учетом погрешности измерения, допуска, размеров и конструкции измеряемой детали, особенностей технологического процесса изготовления деталей и степени его стабильности, производительности и стоимости измерений и других конструкторских, технологических и экономических факторов.
При измерении отклонений от прямолинейности и плос-костности широко применяют различные механические и оптико-механические устройства, в которых носителем исходных прямых, относительно которых определяет отклонения, являются поверочные линейки, плиты, натянутая струна, световой луч и пр.
Оптико-механические приборы, в которых в качестве исходной прямой используется луч света, по виду измеряемого параметры, подразделяют на автоколлимационные и визирные. В автоколлимационных приборах измеряют углы наклона отдельных участков поверхности изделия относительно оптической оси зрительной трубы, затем полученные данные пересчитывают в отклонения от прямолинейности или плоскостности. В приборах, работающих по методу визирования, измеряют расстояние от исследуемой поверхности до оптической оси трубы.
Измерение отклонений от прямолинейности и плоскостности поверхностей автоколлиматором
Схема контроля плоской поверхности детали с помощью автоколлиматора представлена на рис. 3.20.
Труба 3 автоколлиматора закрепляется на жестком массивном основании 5 рядом с изделием I. Затем устанавливают зрительную трубу под углом 90 ° к плоскости зеркала 2. Световое изображение марки автоколлиматора, отразившись от зеркала 2, будет наблюдаться в окуляре 4. При наклоне зеркала на угол α, в процессе перемещения его по изделию, отраженный луч возвращается в автоколлиматор под углом 2α, что вызывает смещение изображения наблюдаемой в окуляре марки. Угловое смещение зеркала определяет с помощью компенсатора.
К оптико-механическим приборам, работавшим по методу визирования, относят визирные трубы, оптические линейки, оптические плоскомеры. При монтаже или изготовлении крупногабаритных изделий используют контрольно-юстировочные оптико-механические установки с лазерным излучателем.
Рис. 3.20. Схема контроля плоскости автоколлиматором
Измерение отклонений от прямолинейности и плоскостности поверхностей с применением визирной трубы и визирной марки.
Для этих целей применяется визирная измерительная тpyба ППС-II, предназначенная для измерения в линейных единицах отклонений от прямолинейности, плоскостности, соосности, параллельности, перпендикулярности и горизонтальности объектов протяженностью до тридцати метров. Величины отклонений точек реальной поверхности объекта измерения от линии визирования определяются с помощью оптического микрометра и шкалы марки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
При измерениях прибором ППС-П за базу принимают прямую, проходящую через крайние точки контролируемой поверхности. Мерой прямолинейности является оптический луч (его ось).
Методика измерений заключается в следующем; визирная труба I (рис. 3.21) ориентируется с помощью стойки 2 и визирной марки 3 так, чтобы ее оптическая ось была приблизительно параллельна измеряемому профилю детали 4. Марку в процессе измерения помещают в измеряемых точках профиля, наводят на нее визирную трубу и определяют смещение марки относительно оптической оси (в одной или двух координатах). По измеренным смещениям строят профилограмму.
Рис. 3.21. Схема контроля прямолинейности визирной
измерительной трубой
.
В зависимости от расположения линии визирования относительно выбранной базы, измерения производят способом параллельного или наклонного луча. Вторым способом можно производить измерения с большей точностью, чем первым.
При контроле объектов малой протяженности можно пользоваться способом параллельного луча, так как погрешность установки линии визирования в этом случае не окажет заметного влияния на точность измерений, а обработка результатов упрощается.
При контроле объектов большой протяженности рекомендуется пользоваться способом наклонного луча как наиболее точным и производительным, не требующим тщательной установки линии визирования.
Измерение отклонений от прямолинейности и плоскостности поверхностей оптической линейкой.
Оптическая линейка ИС-36М (рис. 3.22) применяется для контроля прямолинейности и плоскостности измерением непрямолинейности в различных сечениях. Мерой прямолинейности является оптическая ось линейки. При проверке прямолинейности линейку 4 (тонкостенная труба с оптической системой) устанавливают на две опоры 3 на контролируемой поверхности I.
Рис. 3.22. Оптическая линейка ИС – 36М
Линейка имеет сквозной шлиц, вдоль которого измерительную каретку 2 перемещают в крайнее правое положение. Ори этом винтом в правой опоре производят регулировку до тех пор, пока в крайних положениях каретки видимые на экране визирный штрих 5 и бифилер 6 не совместятся (с разницей не более I мин), добиваясь, таким образом, параллельности оптической оси сравнения и прямой, соединяющей крайние точки проверяемой поверхности (такая прямая приближенно считается параллельной прилегающей прямой). Через определенные интервалы (одна десятая проверяемой длины) по барабану микрометра 7 берут отсчеты, совмещая визирный штрих и бифилер.
Измерение отклонений от плоскостности поверхности оптическим плоскомером.
Существует тип плоскомеров, в которых плоскость сравнения образуется вращением оптической оси визирного устройства. Визирное устройство вращается на плоской поверхности ситаллового диска и точность плоскости сравнения определяется не механической осью, а оптически обработанной плоской поверхностью ситалла, что обеспечивает точность метода, превышающую точность самого визирного устройства. Относящийся к этому типу оптический плоскомер ИС – 45 (рис. 3.23) состоит из поворотного коллиматора I, измерительной марки и трех юстировочных масок 2.
Рис. 3.23. Схема контроля плоскости оптическим плоскомером
Принцип работы на плоскомере заключается в следующем: юстировочные марки, установленные на контролируемой поверхности 3, образуют плоскость сравнения, в которую с помощью регулируемых опор коллиматора выставляется визирная ось трубы. При этом поверхность ситаллового диска автоматически устанавливается параллельно плоскости сравнения.
Измерения производят с помощью измерительной марки, которую помещают в различные точки контролируемой поверхности. С помощью оптического компенсатора измеряют отклонения от плоскостности поверхности.
Измерение радиального биения.
Для намерения радиального биения цилиндрическую деталь I (рис. 3.24) устанавливают в центрах 3 прибора ПБ, которые укреплены в бабках 4. Одна из бабок прибора имеет неподвижно укрепленный центр, вторая - специальный рычаг для быстрого отвода центра, что облегчает установку детали в центрах. Индикатор 2 укрепляют в державке стойки 5.
Рис. 3.24. Схема измерения радиального биения детали
После соответствующей настройки индикатора начинают медленно вращать деталь в центрах, отмечая наибольшее и наименьшее показания индикатора на полный оборот детали. Абсолютная величина разности наибольшего и наименьшего показаний (с учетом знака) называется радиальным биением.
Задание
Изучить теоретический материал и ознакомиться с приборами для контроля геометрических параметров деталей.
Овладеть кашками и правилами работы с приборами.
По заданию преподавателя произвести контроль отклонений формы и расположения поверхностей с помощью изученных приборок.
Оформить отчет о лабораторной работе.
Порядок выполнения работы
Проанализировать требования к точности параметров деталей, подлежащих контролю.
Выбрать предварительную методику выполнения намерений (МВИ) каждого параметра (схему измерений, количество контролируемых сечений, средства измерений, вспомогательные устройства и т. д.).
Таблица 3.4
Результаты измерений отклонений от прямолинейности
и плоскостности автоколлиматором
| Координата | Значения координат точек | ||||
| … | |||||
| Абсцисса, мм | |||||
| Ордината, мкм |
Оценить погрешности измерений, сравнить их с допустимыми; выбрать МВИ, обеспечивающую требуемую точность.
Измерить параметры каждой контролируемой поверхности. При необходимости уточнить МВИ. Результаты измерений представить в табличной форме (табл. 3.4, 3.5).
Таблица 3.5
Результаты измерений радиального биения детали
на приборе ПБ
| Поперечное сечение детали | Показание прибора | Радиальное биение, мкм | |
| наибольшee | наименьшее | ||
Выполнить анализ и сравнить результаты измерений с допустимыми значениями параметров, дать заключение о годности деталей по контролируемым параметрам.
Вопросы для самоконтроля
Какие виды погрешностей поверхности существуют?
Что понимается под отклонением формы и отклонением расположения?
Что такое допуск формы и расположения?
Что понимается под суммарными отклонениями и допусками формы и расположения?
Какие уровни относительной геометрической точности предусмотрены?
В зависимости от каких факторов выбирается метод измерений?
Каковы принципы измерения с помощью автоколлиматора, визирной измерительной трубы, оптической линейки, оптического плоскомера?
Как производится измерение радиального биения?
4. НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ УГЛОВЫХ РАЗМЕРОВ
И КОНУСОВ
4.1. Нормирование точности угловых размеров.
Стандарты и допуски угловых размеров
и конических соединений. Конусность, уклон
4.1.1. Система единиц на угловые размеры
Углом в плоскости называется геометрическая фигура, образованная двумя лучами (сторонами угла), выходящими из одной точки (вершины).
Двугранным углом называется геометрическая фигура в пространстве, образованная двумя полуплоскостями, исходящими из одной прямой, а также часть пространства, ограниченная этими полуплоскостями. Полуплоскости называются гранями двугранного угла, а их общая прямая - ребром.
В промышленности чаще всего приходится иметь дело с двугранными углами, однако для удобства измерений требования к точности относятся к углу в плоскости, т.е. углу, получаемому пересечением двугранного угла плоскостью, перпендикулярной ребру.