close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14207

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01M 13/02
G 01B 5/20
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК
ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ В СБОРЕ
(21) Номер заявки: a 20081703
(22) 2008.12.29
(43) 2010.08.30
(71) Заявитель: Республиканское унитарное предприятие "Могилевский завод
лифтового машиностроения" (BY)
(72) Авторы: Тюков Анатолий Владимирович; Ерофеев Анатолий Павлович;
Пашкевич Михаил Федорович; Пашкевич Виктор Михайлович; Забелин
Дмитрий Александрович (BY)
BY 14207 C1 2011.04.30
BY (11) 14207
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Республиканское
унитарное предприятие "Могилевский
завод лифтового машиностроения" (BY)
(56) BY 4858 C1, 2002.
BY 7238 C1, 2005.
BY 4359 C1, 2003.
RU 2234071 C1, 2004.
SU 1384995 A1, 1988.
JP 4283641 A, 1992.
(57)
Способ комплексного измерения характеристик точности зубчатой передачи в сборе,
заключающийся в оценке функции кинематической погрешности реальной передачи как
совокупности отклонений действительного закона движения ее выходного вала от номинального равномерного за полный цикл изменения относительного положения зубчатых
колес, при котором ведущий вал передачи приводят в равномерное вращение, ведомый
вал соединяют с преобразователем угловых перемещений, генерирующим электрический
сигнал, фиксируют этот сигнал в памяти вычислительного средства в реальном масштабе
времени, после чего вычисляют разности действительного и номинального углов поворота
ведомого вала, соответствующие значению функции кинематической погрешности передачи, по которой определяют характеристики точности передачи, отличающийся тем,
что на ведомый вал воздействуют дополнительными кратковременными поворотами в
направлении его вращения, вызывающими угловые колебания вала в пределах его свободного хода, и фиксируют сигнал преобразователя также и во время указанного воздействия на ведомый вал, рассчитывают значения функции кинематической погрешности и
по этим значениям определяют среднее значение бокового зазора как среднюю величину
ординат скачков этой функции, соответствующих угловым колебаниям вала, затем из зафиксированной числовой последовательности удаляют массив данных, соответствующий
участкам угловых колебаний вала в пределах его свободного хода, для оставшейся части
числовой последовательности и соответствующей части функции кинематической погрешности получают амплитудно-частотный спектр, определяют размах функции кинематической погрешности как характеристику наибольшей кинематической погрешности передачи,
фиксируют амплитуды гармонических составляющих области спектра, соответствующей
количеству зубьев ведомого зубчатого колеса передачи, как характеристику плавности ее
работы, а также амплитуды области высокочастотных составляющих спектра с номерами,
кратными и превышающими количество зубьев ведомого колеса передачи, как характеристику полноты контакта и сравнивают полученные значения с соответствующими допусками или результатами определения этих же величин для эталонной передачи.
BY 14207 C1 2011.04.30
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для комплексного измерения характеристик точности (кинематической точности, плавности работы,
полноты контакта и бокового зазора) зубчатых передач в сборе.
Известен способ измерения характеристик точности зубчатых передач, который реализован в приборах для контроля кинематической точности зубчатых колес и зубчатых
передач. Наиболее распространены отечественные измерительные комплексы моделей
БВ-5033, БВ-5053 и КН-7У или зарубежные приборы, представителем которых является,
например, кинематометр PSKe-900 фирмы "KLINGELNBERG" (Германия). Для контроля
кинематической точности и плавности работы зубчатых колес используются также комплексы БВ-5102 или БВ-5083 производства Челябинского инструментального завода.
При этом способе о кинематической точности и плавности работы контролируемой
передачи, состоящей из контролируемого и измерительного (эталонного) колес, судят на
основе сравнения углов поворота ведомых валов контролируемой и эталонной передачи с
точным передаточным отношением при помощи измерительного устройства, определяющего разность между углами поворота вала эталонного колеса, находящегося в зацеплении с контролируемым, и ведомого вала точной передачи. По этой разности углов
поворота, выраженной либо в угловых единицах, либо в единицах длины делительной
окружности зубчатого колеса, судят об общей кинематической погрешности и местных
кинематических погрешностях контролируемого колеса [1].
При использовании такого способа измерения можно определить лишь наибольшую
кинематическую погрешность передачи, а также, используя графические построения и
анализ, определить значения местных кинематических погрешностей, являющихся характеристиками плавности работы передачи. Определить все характеристики точности (кинематическую точность, плавность работы, полноту контакта и боковой зазор) зубчатой
передачи в сборе данный способ не дает возможности. Иными словами, данный способ
обладает недостаточной информативностью.
Для контроля пятна контакта зубчатых колес (его размеров, формы и расположения)
используют способ, реализованный в контрольно-обкатных станках, представителями которых являются модели СЗ-14 или 5А725 производства Саратовского завода тяжелых зуборезных станков. При этом способе о величине и расположении пятна контакта зубьев
судят по суммарным следам контакта, оставляемым зубьями под нагрузкой. Отсутствие
краски или наличие следов контактного взаимодействия на боковых поверхностях зубьев
после обкатывания колес показывает участки контакта зубьев, по суммарной площади которых делается заключение о величине пятна контакта [2]. Данный способ нагляден, однако на его точность существенное влияние может оказывать количество наносимой
краски и субъективность оценки пятна оператором, а также заметное колебание размера
пятна от зуба к зубу. Этот способ является недостаточно информативным и объективным.
Для контроля бокового зазора используются известные из технической литературы
способы, связанные с применением набора щупов, с применением заложенной между
зубьями свинцовой проволочки, а также способ люфтования, при котором оценка зазора в
зацеплении ведется по величине углового люфта ведомого звена передачи [3]. Все эти
способы оценки бокового зазора в зацеплении также недостаточно информативны и недостаточно объективны.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ контроля кинематической точности передач в сборе, при
котором используется стенд, позволяющий определять кинематическую погрешность передачи без нагрузки и при нагружении передачи постоянными, переменными и изменяющимися случайным образом нагрузками [4].
При реализации этого способа используют датчики частоты вращения ведущего и ведомого валов передачи, генерирующие последовательности прямоугольных импульсов, интерфейс аналогового ввода информации в персональную ЭВМ, источник регулируемого напряжения и генератор случайных сигналов для питания обмотки возбуждения нагружателя.
2
BY 14207 C1 2011.04.30
Проведение измерений по данному способу осуществляют следующим образом.
Включают привод, подают на нагружатель постоянное напряжение или напряжение от генератора случайных сигналов, или одновременно оба указанных напряжения в зависимости
от того, при каком виде нагружения ведется измерение, и фиксируют последовательности
импульсов от датчиков частоты вращения валов в памяти вычислительного средства в реальном масштабе времени, после чего вычисляют длительности разностных импульсов,
пропорциональных местным кинематическим погрешностям, а также значения этих погрешностей за один оборот ведомого вала.
Однако применение данного способа также не позволяет определить все характеристики
точности (кинематическую точность, плавность работы, полноту контакта и боковой зазор)
зубчатых передач в сборе. Этот способ также обладает недостаточной информативностью.
Данный недостаток обусловлен тем, что зафиксированные последовательности импульсов не могут обеспечить достаточную информативность в силу ограниченности
количества этих импульсов за один оборот ведомого вала. Мало также и количество разностных импульсов, пропорциональных местным кинематическим погрешностям передачи.
Это обстоятельство не позволяет получить спектр амплитудно-частотных составляющих
функции кинематической погрешности достаточной протяженности, а потому не позволяет определить показатели плавности работы передачи и полноты контакта зацепляющихся
зубьев, так как эти показатели точности определяются набором амплитуд высокочастотных составляющих спектра функции кинематической погрешности передачи.
При использовании данного способа также невозможно определить величину бокового зазора в зацеплении, так как нет возможности придать ведомому валу угловые колебания в пределах его свободного хода.
Задачей изобретения является повышение информативности способа путем обеспечения возможности определения с его помощью кинематической точности, плавности работы, полноты контакта и бокового зазора в зацеплении зубчатых передач в сборе при их
работе на холостом ходу и под нагрузкой, которая может быть как постоянной и переменной, так и изменяющейся по случайному закону.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе комплексного измерения характеристик точности зубчатой передачи в сборе, заключающемся в оценке функции кинематической погрешности реальной передачи как совокупности отклонений действительного
закона движения ее выходного вала от номинального равномерного за полный цикл изменения относительного положения зубчатых колес, при котором ведущий вал передачи
приводят в равномерное вращение, ведомый вал соединяют с преобразователем угловых
перемещений, генерирующим электрический сигнал, фиксируют этот сигнал в памяти вычислительного средства в реальном масштабе времени, после чего вычисляют разности
действительного и номинального углов поворота ведомого вала, соответствующие значению
функции кинематической погрешности передачи, по которой определяют характеристики
точности передачи, согласно изобретению, на ведомый вал воздействуют дополнительными кратковременными поворотами в направлении его вращения, вызывающими угловые колебания вала в пределах его свободного хода, и фиксируют сигнал преобразователя
также и во время указанного воздействия на ведомый вал, рассчитывают значения функции кинематической погрешности и по этим значениям определяют среднее значение бокового зазора как среднюю величину ординат скачков этой функции, соответствующих
угловым колебаниям вала, затем из зафиксированной числовой последовательности удаляют массив данных, соответствующий участкам угловых колебаний вала в пределах его
свободного хода, для оставшейся части числовой последовательности и соответствующей
части функции кинематической погрешности получают амплитудно-частотный спектр,
определяют размах функции кинематической погрешности как характеристику наибольшей кинематической погрешности передачи, фиксируют амплитуды гармонических составляющих области спектра, соответствующей количеству зубьев ведомого зубчатого
3
BY 14207 C1 2011.04.30
колеса передачи, как характеристику плавности ее работы, а также амплитуды области
высокочастотных составляющих спектра с номерами, кратными и превышающими количество зубьев ведомого колеса передачи, как характеристику полноты контакта и сравнивают полученные значения с соответствующими допусками или результатами определения
этих же величин для эталонной передачи.
Работа способа поясняется соответствующими графиками, полученными в результате
обработки электрического сигнала, генерируемого преобразователем угловых перемещений.
На фиг. 1 приведен график функции кинематической погрешности червячной передачи,
рассчитанной на передаточное отношение 32. График получен при равномерном вращении ведущего вала передачи и соответствует одному полному обороту ее ведомого вала.
На фиг. 2 приведен график функции кинематической погрешности передачи, полученный при равномерном вращении ведущего вала и наложении на ведомый вал кратковременного ускоренного поворота в направлении его вращения, вызвавшего угловое
колебание этого вала в пределах его свободного хода.
На фиг. 3 приведен дискретный амплитудно-частотный спектр функции кинематической погрешности передачи, полученный из этой функции путем преобразования Фурье.
Измерение характеристик точности по предлагаемому способу производится следующим образом.
Ведущий вал передачи соединяют с приводным двигателем, а ее ведомый вал соединяют
с преобразователем угловых перемещений, генерирующим электрический сигнал. Ведущий вал приводят в равномерное вращение и фиксируют генерируемый преобразователем
электрический сигнал в памяти вычислительного средства в реальном масштабе времени.
Затем на ходу передачи ее выходному звену придают кратковременные дополнительные
повороты в направлении вращения. Такие повороты могут производиться как с использованием электрических машин или несложных механических устройств, так и вручную.
Данные воздействия приводят к тому, что контакт зубьев в зацеплении на рабочей стороне
разрывается, и ведомое звено поворачивается в направлении своего вращения до тех пор,
пока не появится контакт с зубьями ведущего колеса на их противоположной (нерабочей)
стороне. При прекращении воздействий на ведомый вал и продолжении вращения ведущего звена, боковой зазор в передаче снова выбирается, и она начинает работать в обычном режиме. Во время кратковременных дополнительных поворотов в направлении
вращения ведомого вала также фиксируют генерируемый преобразователем электрический сигнал в памяти вычислительного средства в реальном масштабе времени.
По величинам зарегистрированного электрического сигнала, соответствующим каждому текущему моменту времени, вычисляют разности действительного и номинального
углов поворота ведомого вала передачи, соответствующие значениям функции кинематической погрешности этой передачи. Значения функции кинематической погрешности
определяют на протяжении одного или нескольких оборотов ведомого вала, а характеристики точности передачи определяют путем соответствующих вычислений и анализа полученной функции.
График функции кинематической погрешности передачи, соответствующий одному
полному обороту ее ведомого вала и равномерному вращению ведущего вала, имеет вид,
приведенный на фиг. 1. Участок графика функции кинематической погрешности при равномерном вращении ведущего вала и наложении на ведомый вал кратковременного ускоренного поворота в направлении его вращения показан на фиг. 2.
Как следует из фиг. 2, кратковременные дополнительные повороты ведомого вала
приводят к тому, что на графике функции кинематической погрешности появляются кратковременные скачки. По их значениям определяют среднее значение бокового зазора как
среднюю величину ординат скачков этой функции, соответствующих угловым колебаниям вала. Амплитуда скачка ∆ϕmax, выраженная в угловых минутах, соответствует боковому зазору передачи j. Боковой зазор может быть выражен не только в угловых минутах, но
и линейных единицах, приведенных к делительному диаметру ведомого колеса:
4
BY 14207 C1 2011.04.30
π ⋅ mz 2 ∆ϕ max
,
(1)
360 ⋅ 60
- амплитуда скачка функции кинематической погрешности в углоj=
где ∆ϕmax = Amax - Amin
вых минутах;
Amin и Amax - уровни амплитуд функции кинематической погрешности, соответствующие контакту зубьев по их рабочим и нерабочим сторонам;
m - модуль зацепления;
z2 - число зубьев ведомого звена.
После определения среднего значения бокового зазора как средней величины ординат
скачков функции кинематической погрешности передачи, из зафиксированной числовой
последовательности удаляют массив данных, соответствующий участкам угловых колебаний вала в пределах его свободного хода, а по оставшейся части числовой последовательности и соответствующей части функции кинематической погрешности определяют
размах этой функции как характеристику наибольшей кинематической погрешности передачи.
Это обусловлено тем, что, согласно ГОСТ 1643-81 [2], для зубчатой передачи допуск
наибольшей кинематической погрешности, а следовательно, и сама кинематическая погрешность, описываются уравнениями
(2)
Fio' = Fio' 1 + Fio' 2 ,
'
(3)
Fiok = Fp + f f ,
где Fio' 1 , Fio' 2 - допуски на наибольшую кинематическую погрешность соответственно ведущего и ведомого зубчатых колес передачи;
Fp - допуск на накопленную погрешность шага колеса;
ff - допуск погрешности профиля зуба колеса.
Поэтому при оценке нормы кинематической точности по предлагаемому способу компьютерной системой рассчитывается наибольшая кинематическая погрешность передачи
'
как величина, равная размаху Fior
(фиг. 1) функции кинематической погрешности. Сопо'
ставление в автоматическом режиме величины допуска Fio' и измеренной величины Fior
позволяет установить степень точности передачи по норме кинематической точности. При
этом системой осуществляется перебор сумм Fp + f f для различных степеней точности с
тем, чтобы обеспечить выполнение условия
'
(4)
Fior
≤ Fдоп ,
где Fдоп - допуск наибольшей кинематической погрешности, найденный по уравнениям (2)
и (3).
Определение нормы плавности по предлагаемому способу производится путем сравнения местных кинематических погрешностей fior' с соответствующими допусками (фиг. 1).
Как правило, местные кинематические погрешности проявляются в записи кинематической погрешности с зубцовой частотой.
Допуск на местную кинематическую погрешность (ГОСТ 1643-81) равен
'
(5)
f ior
= f Pt + f f ,
где f Pt - допуск углового шага зубьев зацепления.
При этом, аналогично предыдущему, системой осуществляется перебор сумм f Pt + f f
для различных степеней точности с тем, чтобы обеспечить выполнение условия
'
f ior
≤ f доп ,
(6)
где f доп - допуск местной кинематической погрешности, найденный по уравнению (5).
Как видно, существует очевидное родство норм кинематической точности и плавности
работы. Эти нормы фактически описывают различные области спектра кинематической
5
BY 14207 C1 2011.04.30
погрешности: норма кинематической точности описывает низкочастотную составляющую, а норма плавности - среднечастотную (зубцовую).
Исходя из сказанного, для определения нормы плавности работы передачи поступают
следующим образом. Функцию кинематической погрешности передачи представляют в
виде амплитудно-частотного спектра путем преобразования Фурье (фиг. 3). Затем фиксируют амплитуды гармонических составляющих области спектра, соответствующие количеству зубьев ведомого зубчатого колеса передачи, как характеристику плавности ее
работы и сравнивают эти амплитуды с допуском местной кинематической погрешности
или с соответствующими амплитудами образцовой передачи. На основе проверки выполнения условия (6) делается заключение о норме плавности.
Норма контакта зубьев в передаче характеризуется пятном контакта боковых поверхностей зубьев. При перекатывании зубьев один по другому происходит изменение расположения мгновенной точки их контакта. Это изменение происходит многократно за цикл
пересопряжения зубьев и приводит к появлению в спектре кинематической погрешности
гармонических составляющих с частотами, многократно превышающими зубцовую частоту (фиг. 3). Поэтому, согласно предлагаемому способу, контакт зубьев характеризуется
как "плавность второго порядка", определяемая амплитудно-частотными составляющими
кинематической погрешности с номерами
(7)
k >> z 2 ,
где z2 - число зубьев ведомого колеса.
Поэтому при определении нормы контакта зубьев по рассматриваемому способу в амплитудно-частотном спектре функции кинематической погрешности фиксируют амплитуды высокочастотных составляющих спектра с номерами, кратными и превышающими
количество зубьев ведомого колеса передачи как характеристику полноты контакта и
сравнивают полученные значения с соответствующими допусками или результатами
определения этих же величин для эталонной передачи.
Иными словами, осуществляют перебор амплитудно-частотных составляющих кинематической погрешности с номерами k >> z 2 и их сравнение с соответствующими составляющими, зафиксированными для эталонных передач различных степеней точности. При
выполнении условия
A i ≤ A i эт
(8)
для большинства сравниваемых амплитуд считают, что по норме контакта зубьев контролируемая передача соответствует эталонной.
Таким образом, оценку пятна контакта ведут на основе сравнения высокочастотных составляющих спектра кинематических погрешностей контролируемой передачи с соответствующими составляющими спектра эталонных передач. Это могут быть, например,
передачи с величинами среднего пятна контакта 50 %, 75 %, 100 %.
Комплексное измерение характеристик точности зубчатых передач в сборе (кинематической точности, плавности работы, полноты контакта и бокового зазора) делает способ
более информативным по сравнению с существующими способами. Кроме того, его применение позволяет вести объективное сравнение передач с эталонами.
Источники информации:
1. Тайц Б.А., Марков Н.Н. Нормы точности и контроль зубчатых колес. - М.: Машгиз,
1962. - С. 14-16.
2. ГОСТ 1643-81.
3. Якушев А.И., Воронцов Л.Н., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и
технические измерения. - М.: Машиностроение, 1987. - С. 333.
4. BY 4858 C1, 2002.
6
BY 14207 C1 2011.04.30
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
191 Кб
Теги
by14207, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа