Продажа измерительного инструмента и оборудования комплексное снабжение, доставка измерительных приборов по всей России

Современные средства контроля линейно-угловых параметров зубчатых колес

23/07/17

В большинстве современных изделий, выпускаемых предприятиями машиностроения и приборостроения, используются зубчатые передачи, которые в конструктивном, технологическом и метрологическом отношении являются одними из наиболее сложных элементов машин и механизмов. Рост требований к качеству зубчатых колес приводит к непрерывному совершенствованию и усложнению методов их проектирования, технологий изготовления, средств и методов контроля. Решить задачу контроля качества зубчатых колес помогают приборы, созданные российскими специалистами.

И. В. Сурков, к.т.н., доцент, член-корреспондент Метрологической Академии России, директор, М. В. Мягкова, магистр техники и технологии, ведущий специалист по зубоизмерительным прибораfм и системам, ЗАО «ЧелябНИИконтроль», г. Челябинск (Россия)

 

Современные средства контроля линейно-угловых параметров зубчатых колес

Использование зубчатых колес по видам передач можно оценить примерно следующим образом: цилиндрические зубчатые колеса с внешними зубьями — 85–90% от общего количества, из них около 97% — прямозубые; цилиндрические колеса с внутренними зубьями, в основном прямозубые — 3–4%; конические прямозубые — 6–7%; конические с круговыми зубьями — около 1%.

Ограниченность формата журнальной статьи не позволяет подробно рассказать обо всех существующих на сегодня средствах и методах контроля геометрических параметров зубчатых колес. Учитывая вышеизложенные данные о широте использования различных видов зубчатых передач, в данной статье сначала кратко рассмотрим наиболее распространенные «традиционные» средства контроля цилиндрических зубчатых колес, а затем проведем анализ функциональных возможностей новых зубоизмерительных приборов и систем, а также особенностей методик выполнения измерений.

При контроле зубчатых колес помимо универсальных и специальных средств измерения типовых геометрических параметров (размеров элементов: диаметра отверстий, валов; расстояний между торцами; отклонений от перпендикулярности или параллельности и т. д.) применяют большое число специализированных приборов контроля параметров, характеризующих эксплуатационные показатели зубчатого зацепления. В соответствии со стандартами, действующими в Российской Федерации (табл. 1), каждая норма точности зубчатого колеса, а также сопряжения по боковому зазору имеют несколько измеряемых параметров, которые являются равноправными. Завод-изготовитель может выбирать измеряемые параметры в зависимости от условий работы передачи, их степени точности, а главное, исходя из существующих в промышленности средств контроля. Контроль зубчатых колес служит не только для оценки качества готовой продукции — без него невозможно произвести правильную наладку и диагностику состояния зубообрабатывающего оборудования или найти нарушения в технологическом процессе их изготовления.

 

Основные измеряемые параметры цилиндрических зубчатых колес (ГОСТ 1643–81)

Нормы

Измеряемый параметр

Обозначение

Степень точности

Номинальный модуль, мм

Кинематической точности

Кинематическая погрешность

Fir

3–8

1…25

Накопленная погрешность шага колеса

FPr

3–8

1…25

Накопленная погрешность k шагов

F

3–8

1…25

Радиальное биение зубчатого венца

Pkr

3–12

1…55

Колебание длины общей нормали

Frr

3–8

1…40

Колебание измерительного межосевого расстояния за оборот колеса

FυWr

5–12

1…16

Плавности работы

Местная кинематическая погрешность колеса

Fir

3–8

1…25

Погрешность профиля зуба

fir

3–8

1…25

Отклонение шага зацепления

ffr

3–12

1…55

Отклонение шага

f

3–12

1…55

Колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе

Pbr

5–12

1…16

контакта зубьев

Погрешность направления зуба

f

3–12

1…55

Суммарное пятно контакта

Ptr

3–11

1…55

бокового зазора

Гарантированный боковой зазор

fir

3–12

1…55

Наименьшее отклонение толщины зуба

Fβr

3–12

1…55

 

Кратко приборы контроля линейно-угловых параметров зубчатых колес можно классифицировать следующим образом:

по конструктивному исполнению: на накладные и станковые. Отдельно можно выделить приборы, встраиваемые в технологическую систему, например, измерительную руку с контактным датчиком Renishaw, установленную на зубошлифовальный станок с ЧПУ;

по степени механизации и автоматизации: на ручные, механизированные, автоматизированные (от ручных с цифровым отсчетом до измерительных систем с компьютерным управлением), автоматические; по степени специализации: на однопараметрические и многопараметрические; специальные, специализированные и универсальные; по месту в производственном процессе: на приборы для входного, технологического и приемочного контроля. На предприятиях машиностроения и приборостроения сегодня применяется широкая номенклатура средств измерения линейно-угловых параметров зубчатых колес. Это в основном ручные неавтоматизированные средства измерения и приборы, выпущенные советскими инструментальными заводами в 60-80-х годах прошлого века. Эти приборы не только морально устарели, но и в результате длительной эксплуатации потеряли свои точностные характеристики. Чаще всего для каждого контролируемого параметра используется свое средство измерения, и для полной оценки качества зубчатого колеса необходим целый комплект разнообразных приборов. Это неудобно и для потребителя, и для производителя (широкая номенклатура конструкций приборов, выпускаемых неритмично и единичными экземплярами). Однако, учитывая здоровый консерватизм, присущий большинству работников метрологических и технологических подразделений, а также то, что часть устаревших конструкций приборов продолжает выпускаться, для начала рассмотрим наиболее распространенные на предприятиях «постсоветского пространства» традиционные средства и методы контроля основных параметров для каждой нормы точности и сопряжения по боковому зазору.

Измерение параметров, характеризующих кинематическую точность

Годность зубчатого колеса по нормам кинематической точности может быть полностью определена при контроле радиального биения зубчатого венца Fr (радиальная составляющая) и колебания длины общей нормали Fυwr (тангенциальная составляющая). Для контроля радиального биения зубчатого венца применяется прибор Б-10 М выпускаемый Челябинским инструментальным заводом (ООО НПП ЧИЗ). Измерение радиального биения осуществляется за счет измерительных наконечников специальной формы и размера: в виде конуса с углом 40° для контроля колес внешнего зацепления и в виде шарика для колес внутреннего зацепления. Путем дискретного проворачивания зубчатого колеса вручную наконечник последовательно вводится в каждую впадину. Разность положений наконечника за полный оборот колеса характеризует величину радиального биения зубчатого венца. Дополнительно прибор может комплектоваться наладкой Б-10 М.03 для контроля направления контактной линии зубчатых колес. Для измерения колебания длины общей нормали применяются приборы, имеющие две параллельные плоскости, соприкасающиеся с профилями зубьев. Например, измерение длины общей нормали может осуществлять с помощью микрометров, выпускаемых Кировским заводом «Красный инструментальщик» (КРИН), а также нормалемерами БВ-5045 и БВ-5046, которые изготавливались Ленинградским инструментальным заводом (в настоящее время ОАО «ИЗМЕРОН»). Для определения кинематической погрешности колеса и передачи используют прибор для комплексного однопрофильного контроля БВ-5094 (ООО НПП ЧИЗ). Специалисты ЗАО «ЧелябНИИконтроль» (этот институт совместно с ООО НПП ЧИЗ входит в промышленный холдинг «Челябинский инструмент») осуществляют ретрофитинг этого прибора: устанавливаются новые круговые энкодеры, электронные блоки, прибор комплектуется персональным компьютером со специализированным программным обеспечением. Для измерений колебаний межосевого расстояния за оборот (комплексный двухпрофильный контроль) применяют межцентромеры МЦ-160, МЦ-400 (рис. 4) и МЦ-800, выпускаемые ООО НПП ЧИЗ и ЗАО «ЧелябНИИконтроль». Приборы оснащаются наладками для контроля насадных и валковых колес, существуют также варианты ручного, механизированного и автоматизированного исполнения приборов.

Измерение параметров, характеризующих плавность работы

Для определения отклонений шагов ftr, а более правильно — отклонений шага от средней величины по колесу, обрабатывают результаты измерения всех шагов при использовании накладных приборов. Разность шагов определяют с помощью накладных шагомеров, выпускаемых заводом «ИЗМЕРОН» шагомер БВ-5070. Переход на другой измеряемый параметр или вид измеряемого колеса осуществляется сменой измерительных головок.

Для определения погрешности профиля зубчатых колес f fr применяют в основном эвольвентомеры. Принцип измерения заключается в сопоставлении теоретической эвольвентой кривой, воспроизводимой точной механикой прибора, с реальной эвольвентой измеряемого зубчатого колеса. По принципиальной схеме воспроизведения теоретической эвольвентой кривой приборы разделяют на индивидуально-дисковые и универсальные. В метрологических лабораториях в основном используют снятые с производства эвольвентомеры БВ-5032, БВ-5062, КЭУ-М (ООО НПП ЧИЗ) и VG450 (Carl Zeiss.
Возобновление производства механических эвольвентомеров вряд ли целесообразно. За последние 7 лет интерес к возможности изготовления ЗАО «ЧелябНИИконтроль» нового прибора КЭУ-М проявили только 3 потенциальных покупателя. Прибор очень трудоемок в производстве, и при столь низком спросе выпуск единичных экземпляров — слишком длительный и дорогостоящий процесс. Как будет подробно описано ниже, выход состоит в создании нового поколения многопараметрических универсальных приборов и измерительных систем модульной конструкции, одной из функциональных возможностей которых является измерение погрешности профиля зубчатых колес ffr.

Измерение параметров, характеризующих полноту контакта

Для измерения суммарного пятна контакта (обычно — после некоторой приработки зубчатой передачи) используют краску или клейкую ленту, наносимую на боковую поверхность зуба. После обката оценивают в процентах размеры отпечатка по отношению к длине и высоте рабочей поверхности зуба.

Как уже отмечалось, для контроля направления контактной линии зубчатых колес может использоваться биениемер Б-10 М (ООО НПП ЧИЗ) с дополнительной наладкой Б-10 М.03.

Измерение параметров, характеризующих боковой зазор

Гарантированный боковой зазор jnmin между нерабочими боковыми поверхностями зубьев колес определяют в собранной передаче с помощью щупа либо путем измерения толщины свинцовой проволочки, заложенной со стороны не рабочих поверхностей и обжатой в процессе обката. Наиболее распространенным прибором для измерения толщины зуба является штангензубомер. Более подробно о конструкции традиционных измерительных приборов и методах контроля цилиндрических зубчатых колес можно прочитать в классическом труде профессора Б. А. Тайца. Особенности контроля конических зубчатых колес (в авиационной промышленности) также описаны в литературе. Наметившийся в последние годы рост выпуска продукции предприятиями машиностроительного комплекса требует не только обновления парка технологического оборудования, но и закупки новых приборов и систем технического контроля. Правда, мировые тенденции развития систем контроля, с одной стороны, и сокращение кадров квалифицированных метрологов и контролеров, с другой, требуют создания многофункциональных систем и приборов с высокой степенью автоматизации, особенно в области обработки метрологической и технологической информации. Очевидно, что на машиностроительных предприятиях необходимо внедрять новые методы и средства контроля, в том числе наиболее эффективные на сегодняшний день координатные измерительные машины (КИМ) различных компоновок и типоразмеров. Положенный в основу работу КИМ координатный метод измерения является наиболее универсальным и может эффективно применяться для автоматизированного контроля широкой номенклатуры деталей (в том числе зубчатых колес различного профиля). Для оценки точности КИМ используют группу показателей по ISO10360-2, один из которых — максимальная допустимая погрешность линейного измерения. Она рассчитывается как MPEE= A+L/K, где A — постоянная часть погрешности (для КИМ средней точности A=2…3 мкм, для высокоточных A≤1 мкм), L — длина измерения, K — коэффициент, определяющий величину накопленной части погрешности. Учитывая, что MPEE — это только половина нормируемой величины погрешности (2σ), для анализа метрологических возможностей КИМ надо использовать удвоенное значение MPEE (2 MPEE ≤ 1/3 TL, где TL — допуск на контролируемый параметр).

Внедрение методики координатных измерений в производство сдерживается из-за ряда факторов:

Высокая стоимость новой КИМ (100…200 тыс. евро для машины средней точности и свыше 500 тыс. евро для высокоточного оборудования) и программного обеспечения (примерно 10…15 тыс. евро за базовое программное обеспечение (ПО) и по 5…10 тыс. евро дополнительно за каждый специализированный программный модуль, например, для контроля зубчатых колес, турбинных лопаток и т. д.). Понятно, что с помощью относительно «недорогих» универсальных КИМ средней точности трудно обеспечить возможность контроля части параметров зубчатых колес даже по 6 или 7 степеням точности.

Большая часть КИМ и ПО поставляются на рынки стран СНГ зарубежными производителями (DEA, Zeiss, Coord3, Delcam и т. д.), что увеличивает время получения заказчиками оборудования и запчастей, ставит предприятия (в том числе оборонные) в зависимость от политической конъюнктуры и законодательных ограничений других государств. В России универсальные КИМ серийно выпускает только одно предприятие — фирма «ЛА-ПИК».

Отсутствие на большинстве машиностроительных предприятиях подготовленных кадров: инженеров-метрологов, контролеров, операторов-наладчиков КИМ. Нет целевых образовательных программ по подготовке и переподготовке специалистов в области автоматизации технического контроля и координатной метрологии. Практически отсутствует методическое обеспечение координатной метрологии: нет утвержденных стандартов, технических условий, методик выполнения координатных измерений типовых деталей. В открытом доступе отсутствует информация о математических моделях и алгоритмах, положенных в основу координатных методов контроля сложнопрофильных деталей, в том числе зубчатых колес.


ООО «М-Сервис»

тел: 8 (800) 550-07-68 — Звонок по России бесплатный.

+7 (351) 776-45-27, +7-951-4705-999
ICQ: 280146336
e-mail: info@chelzavod.ru

Челябинская область, город Миасс, ул. Динамовское шоссе, 7/7
Время работы с 7:00 до 15:00 по Московскому времени.

Доставляем по всей России

Отгружаем транспортными компаниями:

  • ООО «ПЭК»
  • ООО «Желдорэкспедиция»
  • ООО ТК «КИТ»
  • ООО «Деловые Линии»

Доставка до терминала бесплатно.

Реквизиты компании «М-Сервис»

ООО «М-Сервис»
ИНН 7415026440, КПП 741501001
ОГРН 1027400878559, ОКПО 49129142
Р/с 40702810409100000182
в АКБ «Челиндбанк» (ПАО) г. Челябинск
Кор.сч. 301018104000000000711 в ГРЦ г. Челябинска
БИК 047501711

Генеральный директор Утробин Юрий Сергеевич
Действует на основании Устава

Узнайте больше о нашей компании!