Устройство для измерения размеров кольцевых деталей из эластичных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 83274 А 1 РЕСПУБЛИК 9 й)5 6 01 В 5/08 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(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;- .;: .; -ленйую плоскую металлическую -образнуюАвторское свидетельство СССР . пружину, один конец которой закреплен Й. 894321, кл, 6 01 В 5/08, 1981, .на корпусе 1, адругой - на измерительномштоке 7 измерительной головки 8. Причем (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗ- плоскаяпружина установлена"с растяже- МЕРОВ КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЭЛА- нием ее концов; и усилие пружины, на- СТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ: . :.:правленное в сторону, противоположную (57) Изобретение относится к измеритель-. действию измерительногоусилия, опреденой технике и может быть исйользовано дляляемое "по известной формуле, позволяет Б измерения диаметра сечения уплотнитель-при измерениях не толькоуменьшить и станых колец из эластичных, например резийо-" ".,билизировать измерительное усилие; но и вых материалов. Цель изобретейия - , стабилизировать контактное измеритель- СУповышение точности измерения. Устройст-ное давление, 3 ил., 1 табл,иИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляизмерения диаметра сечения уплотнительных колец из эластичных, н"апример рези- новых, материалов.Известно устройство для измеренияразмеров деталей из эластичных материалов;содержащее корпус, элемент базирования и измерйтельную головку состержнем-.арретиром. Однако известное ус, тройствообладает значительной погрешностью определения размеров сечениядеталей из эластомерных материалов из-за" их упругих деформаций под действием измерительного усилия измерительной головки и значительного колебания этого усилияв 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 измеряемойдетали; измерительную головку соштоком истержнем-арретиром, узел регулирования истабилизации измерительного усилия, выполненный в виде трехплечего рычага, одноплечо которого взаимодействует со стержнем-арретиром измерительной головки,второе плечо несет передвижной груз длярегулирования измерительного усилия и натретьем плече располокен передвижнойгруз с пружинами для стабилизации этогоусилия, Индикаторйая измерительная го- ловка создает большое измерительйоеусилие - 200 гс. Использование трехплечего рычага с грузами и пружинами позволяет скомпенсировать и стабилизироватьизмерительное усилие, но только для определенного предела, а именно до 60-80 гспри поднятии штока и до 30 - 40 гс при егоопускании, то есть измерительное усилиедаже с компенсацией имеет существеннуювеличину, что вызывает деформированиерезиновых деталей при контактном измерении и вносит существенные погрешности,особенно при измерении деталей измягких,легкодеформируемых материалов. Уменьшение измерительного усилия меньше 30 -40 гс путем увеличения плеча с грузомосуществить невозможно из-эа зависанияштока индикатора эа счет трения в узлах,т,е, при меньших нагрузках величина трения соизмерима с контактной нагрузкой,Цель изобретения - повышение точности измерения,Дл я достиже ни я поста влен ной целипредлагается устройство для измеренияразмеров деталей из эластичных материалов по авторскому свидетельству М 894321,которое согласно изобретению снабжено10 20 плоской (-образной пружиной сжатия, одинконец которой закреплен на измерительной головке, а другой - на измерительном штоке измерительной головки и закрепленнымина пружине тензодатчиками, преднаэначенными для контроля измерительногоусилияНа фиг,1 показано устройство, общийвид; на фиг.2 - схема нагрузок; на фиг.3 -схема сечения измеряемого кольца.Устройство содержит корпус 1; стойку 2,ось 3, элемент базирования - оправку 4 дляразмещения 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 на нижнем конце штока 7 измерительной головки 8, Иэмери" тельная головка 8 через стержень-арретир 13 соединена с трехплечим рычагом 14 с грузами 15 и 16,Устройство работаетследующим образом, Фиксируют нулевое положение штока 7 индикаторной головки 8 относительно ба зовой поверхности, например, А оправкиПоднимают 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 (2-50/.), При этом металлическую плоскую -образную пружину 10 закрепляют при нижнем положении штока с максимальным ее растяжением, т,е.пружина приобретает-образную форму истремясьсжаться, создает усилие, направленное против действия измерительного усилия, Опускают шток 7 до контакта измерительной площадки 6 с измеряемой деталью 5,Фиксируют показание измерительной головки 8 исоответственно,прибора-самописца, принимающего сигнал от тензодатчиков от блока питания через усилитель (на чертеже не показано). Затем плавно поворачивают 50 образец 5 с оправкой 8 вокруг оси 3 (приустановке образца 5 на Оправку 8 с зазором его поворачивают относительно оправки) и .фиксируют отклонения размеров сечения образца 5 по всему периметру по измери.тельной головке 8 и соответствующие изменения усилий (или деформаций)пружины по самописцу от тензодатчиков.Пружина уменьшает измерительное усилие, поддерживая шток 7, Предварительно присреднем значении сечения детали и верти17832745 6кальном положении плеча рычага с грузом, Измерительное усилие в сравнении с 15 перемещением груза 16 по плечу рычага устройством по авт.св, М 894321 уменьша регулируют требуемое измерительное ется и стабилизируется,усилие на наконечнике штока измеритель- . При измерении размеров колец круглоной головки, при этом усиле на штоке бу-, го сечения важно обеспечить стабилизацию дет уменьшено за счет дополнительйой не измерительного усилия,а измерительнокомпенсации его ", -образной пружиной, го контактного давления, которое при полПри наименьшем размере сечения детали 5 ностью стабилиэйрованнам измерительном и крайне нижнем положении штока груз 15усилии увеличивается"при умейьшении изотклонится от вертикали влево, что создает меряемога диаметра сечения кольца, т.к. дополнительный момент относительно осиуменьшается площадь контакта; Поэтому и. вызовет увеличение измерительного уси- предлагается устанавливать плоскую прулия, которое также увеличится за счет жину, растягивая (деформируя) ее максиуменьшенияплечасгрузом 16 приотклоне-мально в нижнем"положении штока нии его от горизонтали, т.е. в данный мо- индикатора. Так как с увеличениемдиаметмент измерительное усилие было бы ра сечейия измеряемого размера. кольца максимальным, Однако при этом положе- . шток индикатора поднимается в соответст.Нии -образнаяплоская пружина находится вии с увеличением измеряемого размера, та .в максимально растянутом (изогнутом), де- компенсирующее усилие плоской пружины формированном состоянии и компенсируетдолжно определяется в зависимости от веизмерительное усилие Рим, т.е. в соответст- личины падьема (хода) индикатора, что обьвии с фиг.2, исходя из равновесия момен-ясняетсяследующимирасчетами(см,фиг.3). тов: .Определяем ширйну контакта при заданнойстепени деформации сжатия (погрешнасть, 1 измерения за счет сжатия) сечейия кольцаРиэм 1= Ри - 0- РпР 1 ., радиусом В изтреугольнйка ОСВнии рычаг сгрузам 15 ли и.усилие от него узам 16 имеет максидавательна, максиет измерительное разная плоская пру-: е деформированном й степени компенСи-силие, в результате вабилизация измери 4 2Р Р+ОРПри наибольшем размере сли и крайне верхнем положегруз 15 отклоняется на плечевертикали вправо, что создуменьшающий измерительногруз 16 отклоняется от гаризочто уменьшает плечо и, следовщающий момент и тем самымизмерительное усилие (уменьсацию измерительного усилияположении-образная пружинсвою деформацию и в меньнсирует измерительное умарное измерительное уя за счет действия пружи3 5Ризмз Ри - 6 - Г О-РпРз компе ко сум шаетс В среднем положе находится на вертика равна нулю, рычаг с гр мальное плечо и, сле мально компенсиру усилие, при этом .-об жина находится в мене состоянии и в Меньше рует измерительное у сумме достигается ст тельного усилия, т.е. ечения детании штока 7 рычага 13 отает момент, е усилие, а НТЭЛИ ВНИЗ, ательно, враувеличивает. шает компен). В данном а уменьшает шей степени силие, Однасилие уменьны;=4 рр маем: 3=1 мм -м; Р =50 гс - стьнае усилие.1,5 -8,02 длина конака; билизираванное о ГОСТ 9839-73). Пр В = 4 мм, тогда001 (001)2 =0,28;аЬ=0,56 мм,Контактное напряжение равйоР 50 2ст = -- -О- = 89 гс/мм,ь контакта (условно Р = аЬ х и Ьс= где Р - . площадх Я)При одномэластомерногозначении йзменого усилия кочения должно си том же модуле упругости Е материала и одном и том же рительного стабилизированльцо меньшего диаметра сежаться на большую величину ния тех же значений контактчто и у колен большего сеченом и том же сжатии с той же измерения за счет сжатия1783274 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 погреш ность измерения,ОПринимаем В = = 1,5 мм, тогда Ьс= 1,5 0,01 (001)2=0,123 мм;10аЬ = 0,246 мм; где К 1 - коэффицсткость пружиныфициент запаса у15 (или коэффицкомпенсирующи = пуах и) упах.тора, мми - ход што20 пах и Ь -величина погрветственно, обуния измеряемоизмерительного Ь 1=1,5 м Таким обр ра сечения н погрешность при стабилиз стает в 6 раз. лизировать "давление, длявание Е-обраРасчет ус щего стабили по ходу шток м; Ь 2=Ь=0,06 мм, азом, при измерении д аименьшего размера к за счет сжатия сечения к ированной нагрузке Поэтому необходимо контактное измерите чего предлагается исп зной плоской пружины. илия пружины, обеспе эацию контактных дав а индикатора. П р и м е р. Проводилось измерениедиаметра сечения колец из резин: В-1, ИРПна основе бутадиеннитрильногокаучука, 51-1434 на основе фторсилоксано ного каучука, ИРПна основе силоксанового каучука. Кольца из испытуемых резин имели различную твердость в пределах 38 - 80 ед, по Шору, определяемую на микротвердомере МТР, диаметр сече ния 4,6; 3,0; 1,5 мм, внутренний диаметрО = 46 мм, диаметр сечения колец из пористой резины ИРПбыл равен 5,5 мм, Диаметр сечения колец определялся с помощью бесконтактного устройства - изме рительного микроскопа (образцовогоприбора), устройства по а.с. М 894321 и предлагаемого устройства. Как видно из таблицы, размеры сечения колец, полученные на предлагаемом устройстве, имеют 45 значительно меньшую погрешность, чем уустройства по авт.св. М 894321 и имеют результаты, более близкие к результатам, полученным на бесконтактном приборе- микроскопе. Размерй сечения уплотни тельных колец из резин повышеннойтвердости, измеренные на приборе-прототипе и на предлагаемом устройстве, отличаются не очень значительно (на О;01-0,02 мм); иэ резин средней твердости 55 (61 ед.) результаты но 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 иаметольца ольца озра- стабильное ользоиваю- лений Ри= о= сопзт - контактн лощадь контакта, м давление, гс/см; 2, Из форм ем радиуса катора, из увеличивать са В уменьш где и- В -(у. - -р- - -О-рщ -,Г - 203 гс/ммР 50Для получения равновесного значения о= 89 гс/мм подставляем значение Ьс = 0,28 мм и 2 В О = 1, мм в формулу (1), получаем Ь 2 - 1,5 Ь+ 0,28 = О.Решая это уравнение, получаем ПофоРмУле 1)ое-У 2 2 ПЬ Ь 2,Принимаем Г = аЬ х аЬ = (аЬ)2,Ь = 0 - ввиду малости величины Ь, тогда=80 ВЬ = К ВЬ, (2)где К - постоянный коэффициент. лы (2) следует, что с увеличеникольца или хода штока индиерительное усилие должно я, или с уменьшением радиуается, т,е. Ри = Ки ВЬ = КииЬ, ходштока индикатора, мм; Ри Рстаб Рпр, где Рстаб. - стабилизированное измерительное усилие устройства по а.с. М 894321. Причем для компенсации измерительного стабилизированного усилия этого устройства усилие Рпр.соответствующее измерительному усилию Ри предлагаемой плоской пружины, определяется из соотношения Рпр = К 1(К 2 упах.ии)(Ьпзах - Ь) иент, хауактеризующий же, гс/мм, К=1,2 - 1,4 - козфсилия пружины при и=Пуах. и иент, характеризующий ее усилие пружины при и - макс. ход штока индикака индикатора, мм;максимальная и заданнаяешностй измерения соотсловленная сжатием сечего кольца под действиемусилия, мм.10 1783274 сечения коль а, мм Твердость по ТМ - 2Образец, М на измерительном мик оскопе1 2 3 4 4,66 4,64 4,69 4,67 4.66 4,63 4,68 4;66 4,64 4,62 4,66 4,65 80 В - 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 60 1 2 3 4 1 2 3 4 4,52 4,57 4.58 4,55 4,56 4,62 4,63 4,61 4,54 4,60 4,61 4,58 50 ИРП3,12 ИРП - 1266 3,09 3,02 50 1,42 ИРП - 1266 1,54 1,52 50 ИРП - 1078 (пористая) 1 2 3 4 5,47 5,68 5,38.5,34 5,50 5,70 5.40 5,38 5,405,625,31 .:.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 погрешностьь 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 размеровкольцевых деталей из эластичных материалов, содержащее корпус, элемент базирования детали, измерительную головку со штоком и стержнем-арретиром и узел регулирования и стабилизации измерительного усилия, выполненныйв виде трехплечего ры чага, одно плечо которого предназначено длявзаимодействия 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 сжа тия, один конец которой закреплен накорпусе измерительной головки. а другой - на штоке измерительной головки, и закрепленными на пружийе тензодатчиками, предназначенными для контроля 20 измерительного усилия./ЪгРедакто вецкая ТиражПодписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 10 каз 4504 ВНИИП