Секацкий В.С., Мерзликина Н.В. Методы и средства измерений и контроля

Подождите немного. Документ загружается.

203

Рис. 11.15. Суммарное пятно контакта

Контроль осуществляется при обкатке проверяемого колеса и

измерительного зубчатого колеса, установленных на контрольно-обкаточных

станках или специальных стендах. Боковые поверхности измерительного колеса

обезжиривают и покрывают слоем краски толщиной 4...6 мкм. При обкатке

поверяемое колесо слегка тормозят, чтобы обеспечить непрерывность контакта

зубчатых колес.

Отклонение формы и направления контактной линии зуба

контролируют на специальных приборах – ходомерах, измеряющих

отклонения направления зубьев, и контактомерах, предназначенных для

определения погрешности формы и направления контактной линии.

11.5. Средства для проверки норм бокового зазора

Необходимый боковой зазор в зубчатом зацеплении создается путем

смещения исходного контура зубонарезного инструмента к оси колес при их

изготовлении. Смещение исходного контура Е

и отклонение толщины зуба Е

по постоянной хорде связаны соотношением Е

= Е

/(2tgα) (рис. 11.16,а).

Тангенциальные зубомеры (рис. 11.16,б) предназначены для определения

смещения исходного контура относительно наружного диаметра колес.

Исходный контур воспроизводится двумя измерительными губками 6 и 8,

имеющими угол скоса 20°. Губки расположены на основании 1 симметрично

относительно оси индикатора 3 с удлиненным измерительным стержнем 7.

Индикатор зажимается винтом 4.

204

Рис.11.16. Тангенциальный зубомер

Перед измерением зубомер настраивают на номинальное положение

исходного контура по калиброванному ролику 9 диаметром d

= 1,2037m,

уложенному в призме 10. Зубомер губками устанавливают на ролик.

Расстояние между губками регулируют вращением винта 5 таким образом,

чтобы стрелка индикатора сделала один-два оборота. Затем положение губок

фиксируют винтами 2 и индикатор устанавливают на нуль. При измерении

зубомер накладывают губками на проверяемый зуб и легко покачивают вокруг

оси колеса. Наибольшее показание индикатора равно смещению исходного

материала. Положительные отклонения стрелки указывают на уменьшение

толщины зуба, а отрицательные - на увеличение толщины.

Штангензубомерами (рис. 11.17) измеряют толщину зубьев.

Штангензубомеры имеют две взаимно перпендикулярные штанги 1 и 4.

По штанге 1 с губкой 7 перемещается нониусная рамка 2 с упором 3, а по

штанге 4 - рамка 5 с губкой 6.

Измерения рекомендуется выполнять по постоянной хорде колеса,

характеризующей положение исходного контура. При угле зацепления 20°

расстояние от постоянной хорды до окружности выступов h

= 0,7458 m,

теоретическая толщина зуба по постоянной хорде S

= 1,387m. Обычно значения

и S

находят по заранее составленным таблицам.

205

Рис. 11.17. Штангензубомеры

При измерении толщины зуба упор 3 устанавливают по нониусу 2 на

расчетное значение h

и затем накладывают на проверяемый зуб. Губки 6 и 7

сдвигают и по нониусу измеряют толщину зуба S

11.6. Контрольные вопросы к разделу 11

1. Сколько и какие степени точности установлены на зубчатые колеса?

2. Перечислите виды норм точности и что они характеризуют?

3. Какие нормы бокового зазора установлены в зубчатом зацеплении?

4. Для чего необходим боковой зазор в зубчатом зацеплении и чем он

обеспечивается?

5. Приведите примеры обозначения точности зубчатых колес и

передач.

6. Что такое радиальное биение зубчатого венца и как оно проверяется?

7. Что называется колебанием длины общей нормали?

8. Приведите характеристики микрометрического нормалемера и

штангензубомера.

9.Как измерить кинематическую погрешность зубчатого колеса?

10. Какими приборами можно измерить колебание длины общей

нормали?

11. Назначение и принцип работы межцентромера.

12. Как определяется циклическая погрешность зубчатого колеса?

13. Как измерить отклонение шага зацепления?

14. Какими приборами измеряют отклонение окружного шага?

15. Какие методы измерения отклонения профиля зуба Вы знаете?

16. Как измеряют суммарное пятно контакта?

17. Какие средства для проверки норм бокового зазора Вы знаете?

206

12. СРЕДСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ

12.1. Датчики и приборы для их регистрации

Датчики электродистанционной аппаратуры могут быть разделены на

два класса: генераторные (или энергетические) и параметрические. К

генераторным относятся датчики с непосредственным преобразованием

механических колебаний в электрические, к параметрическим – датчики, в

которых механические колебания модулируют электрические

синусоидальные колебания или постоянный ток, создаваемые в аппаратуре

независимо от вибрации.

207

Параметрические системы выгоднее в энергетическом отношении, они

часто даже не требуют усилителя, их целесообразно применять в качестве

акселерометрических датчиков для записи низкочастотных колебаний.

Генераторные системы имеют то преимущество, что они могут быть сделаны

стабильнее и выполнены по более простой схеме.

Для практики более важное значение имеет такой признак

классификации как физическое

явление, положенное в основу данного

метода преобразования механических колебаний в электрические.

Рассмотрим основные из них.

Емкостный датчик (рис. 12.1). Его действие основано на изменении

взаиморасположения пластин, образующих конденсатор или на изменении

средней диэлектрической проницаемости. Благодаря этим изменениям

емкости в зависимости от используемой схемы в ней могут происходить

различные процессы: изменяться разность

потенциалов, изменяться

емкостное сопротивление, изменяться частота генерируемых колебаний и др.

••

Рис. 12.1. Схема емкостного датчика

Такие чувствительные датчики ненадёжны в эксплуатации, требуют

применения сложной аппаратуры, особых мер предосторожности. Поэтому

они в технике используются мало, но с успехом применяются при

физических исследованиях.

Проволочные датчики сопротивления (тензометрические

датчики). Проволочные датчики применяются главным образом при

тензометрировании, для чего они оформляются в виде так

называемых

тензоэлементов – вытянутых петель из проволоки, наклеиваемой на

бумажную полосу (рис. 12.2).

208

Рис. 12.2. Проволочный датчик (тензоэлемент):

1-тонкая проволока, 2- бумажная подложка, 3- выводы

Деформация детали, передаваясь вдоль петель проволоки, вызывает

изменение омического сопротивления, что и регистрируется прибором,

включенным в электрическую схему. Достоинства таких датчиков: простота

конструкции, малые габариты, дешевизна. Недостаток: чувствительность к

изменению температуры внешней среды.

Пьезоэлектрические датчики. Их действие основано на

использовании прямого и обратного пьезоэффекта.

Прямой пьезоэффект заключается в том, что

некоторые вещества с

кристаллической структурой при действии механических сил могут

возникать электрические заряды.

Помещение тех же кристаллов во внешнее электрическое поле

вызывает смещение положительных и отрицательных токов, что ведет к

деформации кристалла. В этом и состоит обратный пьезоэффект (кварц,

турмалин, сегнетоэлектрики).

При действии на пластину среза кварца растягивающей силы вдоль

оси

Х, на перпендикулярных к этой оси гранях появляются равные и

противоположные по знаку заряды.

При изменении растяжения на сжатие знаки зарядов меняются на

противоположные.

Достоинства пьезоэлектрическиз датчиков:

широкие диапазоны измерений;

малые габариты и вес;

дешевизна и простота изготовления;

устойчивость к изменению условий внешней среды.

Недостатки пьезоэлектрическиз датчиков:

трудности при необходимости

использования провода различной

длины из-за изменения емкости и утечек, что нарушает калибровку

аппаратуры;

относительно слабый уровень электрического сигнала снимаемого с

пьезоэлемента;

некоторое изменение чувствительности со времени (процесс старения).

Индуктивные датчики (рис. 12.3). Железный якорь служит

инерционным элементом датчика, в корпус которого посажен железный

сердечник с катушкой, питаемой переменным током. При

вибрации

одновременно с изменением воздушного зазора и вызываемым этим

изменением индуктивности в электрической цепи происходят изменения

тока, воспринимаемого осциллографом.

Индуктивные датчики могут конструироваться как с изменяющимся

воздушным зазором, так и с подвижным железным сердечником. Датчики с

подвижным железным сердечником особенно пригодны для больших ходов,

209

т.к. в них меньше сказывается нелинейность зависимости изменения

индуктивности от хода якоря.

Характерной чертой индуктивных датчиков является ограниченность

частотного диапазона сверху. Снизу диапазон не ограничен.

Индуктивные датчики являются наиболее употребительным.

Недостатки индуктивных датчиков.

влияние емкости подводящих токов на чувствительность;

влияние на чувствительность несущей частоты;

малый участок линейности амплитудной характеристики.

12.3. Схема индуктивного датчика

Усилители. Большинство существующих вибродатчиков не в

состоянии развить сигнал, достаточный для непосредственного приведения в

действие измерительных и регистрирующих устройств. По этому для этих

целей используют усилители.

Введение в схему усилителя не только сохраняет хорошие

эксплуатационные свойства датчиков, но во многих случаях улучшает их и

даже открывает

новые возможности, такие например как: подавление помех с

помощью отрицательной обратной связи, исправление частотной

характеристики и др. Наиболее употребительные усилители на

сопротивлениях. Такие усилители дают возможность получать большое

постоянное усилие в диапазоне частот от 1-2 до нескольких тысяч герц.

Если аппаратура предназначена для измерения вибрации начиная с

частоты 5-10 Гц, то вполне оправдано

применение усилителей на

трансформаторах с трансформаторным выходом на регистрирующие

устройства.

Для усиления очень низких частот применяются усилители

постоянного тока. К недостаткам таких усилителей относятся заметное

влияние на постоянство усиления даже малой нестабильности питания.

Наиболее широкое распространение получают усилители с

полупроводниковыми элементами – транзисторами.

Достоинства: долговечность, компактность, надежность.

210

Недостатки: затруднение при усилении низких частот, зависимость

характеристик от перепада температур.

Осциллографы. Осциллографы, как самостоятельные приборы,

выпускают двух типов: световые (шлейфовые) осциллографы и электронные

осциллографы.

Световой (шлейфовый) осциллограф является основным и наиболее

универсальным прибором для записи вибрации (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Схема шлейфового осциллографа

Через проволочную

петельку 1, находящуюся в поле сильного

постоянного магнита 2, пропускается исследуемый ток, который

взаимодействия с магнитным полем создает момент силы относительно

точки упругого закрепления 4 петли и закручивает ее. Приклеенное к петле

легкое зеркальце 3 отбрасывает луч света на равномерно вращающийся

барабан 5 или движущуюся ленту, на которой получается в некотором

масштабе запись тока в

функции от времени.

Шлейфом называется как сама проволочная петелька, так и все

устройство ее подвеса вместе с зеркальцем.

Электронный осциллограф служит главным образом для лабораторных

исследований и наладки аппаратуры. След светового пятна от электронного

луча трубки наблюдается на ее экране. При регистрации нестационарных

процессов удобны трубки с послесвечением.

Современный электронный осциллограф

является весьма

универсальным прибором, при помощи которого можно производить

различные измерения и наблюдения.

12.2. Измерение линейной и угловой скорости

Структура приборов для измерения скорости в значительной степени

определяются типом и конструкцией измерительных приборов.

211

Преобразование сигнала, пропорционально перемещению в сигнал,

пропорционально скорости, достигается введением дифференциального

звена, а преобразование сигнала пропорционально ускорению – введением

интегрирующего звена.

Частотипный детектор измерителей скорости с измерительных

приборов, работающими в режиме виброметра или акселерометра,

определяются допустимыми ошибками дифференцирования или

интегрирования. Если в приборе используют измерительный

преобразователь (ИП) инерционного типа работающие в области

частоты

собственного резонанса, то их сигнал пропорционален скорости.

Преобразователь инерционного

действия (рис. 12.5) предназначен для

измерения абсолютных параметров

вибрации, состоит из упругого подвеса с

элементом демпфирования и инерционного

элемента.

Инерционный элемент массой М

подвешен на пружине, второй конец

который закреплён в неподвижной точке.

При измерении вибрации сигналом может быть вибрация

перемещения, вибрация скорости или ускорения.

Сигнал с измерительного прибора через согласующее устройство

подаётся на измерительный усилитель.

Линейный участок амплитудно-частотной характеристики

измерительного прибора инерционного типа, работающего в области частоты

собственного резонанса, определяется степенью успокоения Q этого ИП.

Линейный

участок тем шире, чем больше Q. Однако

увеличение успокоения приводит к

снижению чувствительности ИП. Эти

особенности ограничивают возможности

применения пъезоэлектрических ИП,

работающих в области собственного

резонанса. Их применяют для измерения

скорости узкополосных вибропроцессоров,

спектр которых лежит в области

собственной частоты ИП. Низкочастотная

виброизмерительная аппаратура

Рис. 12.6.Амплитудно-

частотная характеристика

волосиметра

НВА-1 предназначена

для измерения среднеквадратичных значений скорости

в октавных полосах частот. Электрический сигнал, слитный с

пъезообразователем, пропорционален ускорению колеблющегося объекта.

Рис.12.5. Преобразователь

ине

ционного действия

212

На схеме (рис. 12.7)

обозначено: 1– измерительный

преобразователь; 2 –

преобразовательный

усилитель; 3 – интегратор; 4 –

фильтр верхних частот; 5 –

измерительный усилитель; 6 –

фильтр нижних частот; 7 –

среднеквадратичный детектор;

8 – индикатор перегрузки; 9 –

индикатор; 10 – калибратор.

Рис. 12.7. Структурная схема

волосиметра 2510

Для преобразователя электрических сигналов в сигналы

пропорциональные скорости, предусмотрен интегратор 3, преобразующий

сигнал усилителя до величины необходимой для нормальной работы

среднеквадратичного детектора и поступает

на индикатор 9

отградуированный в децибелах.

Измерительная величина определяется суммированием показаний на

делителях напряжения на индикаторе. Уровень вибрации по скорости в

октавных полосах измеряют с помощью октавных фильтров. Для

поддержания постоянного коэффициента усиления измерительного тракта в

аппаратуре предусмотрена электрическая калибровка. Аппаратура имеет

выход для подключения через приставку светолучевого осциллографа, а

также

выход для подключения анализирующих и регистрирующих приборов.

Портативный прибор модели 2510, структурная схема которого приведена на

рис. 12.7 предназначен для контроля уровня вибрации вращающихся машин,

балансировки роторов в полевых условиях контроля качества изделий.

Сигнал с входа пъезоэлектрического ИП 1, пропорциональный

ускорению поступает на предварительный усилитель заряда 2. Это позволяет

использовать длинные соединительные кабели между ИП

и прибором без

снижения общей чувствительности. Сигнал предварительного усилителя 2

интегрируется интегратором 3, ограничивается по низкой частоте (в

соответствии с рекомендациями ISO) фильтром верхних частот 4,

усиливается усилитель 5, ограничивается фильтром нижних частот 6 по

высокой частоте, детектируется среднеквадратичным детектором 7 и

поступает на строчный индикатор 9. Быстродействующий индикатор

перегрузки 8 реагирует на пики скорости которые могут перегрузить прибор.

Для быстрой электрической калибровки прибора предусмотрен внутренний

калибратор- генератор. 10 эталонного сигнала с частотой 80 Гц и

регулировкой в пределах ±425. К прибору через специальные разъемы могут

быть подключены внешние фильтры, позволяющие осуществлять частотный

анализ измеряемых колебаний. Благодаря наличию низкоимпедансного

выхода к прибору можно подключать различные самопишущие,

регистрирующие и индикаторные приборы. В состав приборов

также входит

встроенное устройство для зарядки аккумуляторов. Помимо приборов с

1 2 3 4 5 6

10 9 7 8