Сила  замера, прилагаемая на шарик щупа растет пропорционально перемещению  около 1.4 мN/мм. Если замер осуществляется с нажатием 100 мм, то сила замера равна 0.14 N.

 

5. Анализ выбора  средств измерений и их метрологических характеристик

    Выбор СИ для контроля параметров кинематической точности РВП проводиться в соответствии с ГОСТ 8.051–81г. «Погрешности, допускаемые  при измерении линейных размеров до 500 мм».

    В этом ГОСТе приведены значения погрешности измерения в зависимости от допуска и размеров для 2÷17 квалитета. Пределы допускаемой погрешностей измерения установлены в среднем от 20 до 35 % от величины допуска, а погрешность СИ (d_СИ) на 25–30% ниже, чем погрешность измерения:  d_СИ =0.7∙d_изм.

    Согласно  этому найдем d_изм и d_СИ.

    На  чертеже передачи с длинными резьбовыми роликами дана накопленная погрешность  шага резьбы винта на длине 300 мм не более 4 мкм, а внутришаговое отклонение 2 мкм (шаг Р=1.5 мм)

    Пределы допускаемых погрешностей измерения контролируемых параметров приведены в таблице 5.1.

    Таблица 5.1.

 

    Определив по ГОСТ 8.051–81г. предельно–допустимые значения d_изм иd_СИ, необходимо провести анализ существующих СИ, которые дают возможность с определенной точностью проконтролировать параметры кинематической точности РВП.

    Для контроля кинематической точности РВП  предназначен лазерный комплекс информационного типа ЛКИ–1 модель ЛКИ 1234.

    Комплекс  разработан НПО «ЭНИМС» и имеет  на длине до 2500 мм погрешность: d=(0.2+1.7∙L)мкм, где L в метрах.

    На  длине перемещения 300 мм комплекс ЛКИ−1 имеет погрешность d_СИ=0.71мкм; d_изм=1мкм.

    На  малых перемещениях d_СИ=0.21 мкм; а d_изм=0.3мкм.

    Это говорит о том, что ЛКИ удовлетворяет  нормам погрешностей измерений и  дает возможность точно контролировать параметры кинематической точности РВП.

    Такой комплекс в настоящее время смонтирован  на ПО «Техника» г. Владимира. Структурная схема измерительной системы комплекса приведена на рисунке 5.1.

     Рис.5.1. Структурная схема измерительной  системы лазерного комплекса  информационного типа ЛКИ-1 модель ЛКИ 1234: 1 - круговой измерительный преобразователь; 2 - привод механической системы; 3 - винт; 4 - измерительный наконечник; 5 - интерферометр; 6 - лазерная головка; 7 - нормирующий преобразователь; 8 - отражатель; 9 - ползун; 10 - направляющая; 11 - блок согласования; 12 – блок делителя частоты Ф 5093; 13 – блок цифровой индикации Ф 5974; 14 – регистрирующее устройство.

    Измерительная система обеспечивает работу комплекса  в режимах контроля координатных перемещений (контроль накопленного отклонения шага резьбы винтов на заданной длине), контроля погрешности винтовой линии резьбы ходового винта и кинематической погрешности передачи винт–гайка качения.

    Ходовые винты и винтовые пары, имеющие, как  правило, большие габаритные размеры  и высокую точность, измеряют на специальных приборах – измерительных  машинах. В машинах со схемой измерения без сравнения с мерой используют два метода измерения: разностный и импульсный. Принцип действия приборов, использующих импульсный метод, заключается в сравнении количества импульсов, характеризующих вращательное и поступательное движение контролируемого ходового винта. По такому принципу построена высокоточная лазерная машина модели МС–48. Машина позволяет контролировать ходовые винты длиной до 3000 мм и диаметром до 100 мм при скорости измерения 10 минут за 1000 мм. По данным ЭНИМС достигаемая точность на прецизионной винтовой паре ±(0.1+10^–6L)мкм.

    Комплекс  ЛКИ–1 и машина МС–48 оснащены вычислительным устройством, которое выдает результат  в виде непрерывной функции с  записью на самописце или в  цифровом виде на цифропечать.

    Другим  средством, с помощью которого можно проконтролировать параметры кинематической точности является кинематомер РЦ–5. Растровая линейка позволяет проводить измерения на длине 300 мм. При проверке станков с ходом суппорта более 300 мм необходима перестановка датчика. Точность измерения на длине 300 мм составляет ±4 мкм, стабильность показаний 1 мкм.

    Накопленную погрешность шага резьбы винта и  накопленную внутришаговую погрешность  резьбы винта можно проконтролировать  с помощью машины для контроля шага винтов МС14К (предназначена для измерения отклонений шага ходовых винтов 0,1 и 2 классов точности длиной до 3000 мм и наружным диаметром от 20 до 100 мм).

    Наибольшая  погрешность измерения, мкм:

    D=±(1.3+1.5L), где L – длина винта в метрах.

    Накопленная погрешность шага резьбы винта контролируется следующим образом: винт 1 устанавливается в центрах измерительной машины. Контроль производится в продольном сечении при неподвижном винте в пределах заданной длины нарезной части. Измерительный датчик 4 устанавливается в каждый виток резьбы винта 1. Контроль осуществляется при помощи штриховой меры 6 и отсчетного микроскопа 4.(Рис. 5.2.)

    Также величину накопленной погрешности  при малых перемещениях можно  определить на стенде для испытаний  кинематической погрешности для  передач с длинными резьбовыми роликами. На стенде накопленная погрешность на длине перемещения, например 6 мм, определяется с помощью индикатора многооборотного 1МИГП с ценой деления 1мкм и с предельно допускаемой погрешностью 1.5мкм в пределах 1 мм. 
 
 
 
 
 
 

     Рис.5.2. Схема измерения точности передачи. 1 – винт; 2 – оптическая делительная головка; 3 – измерительный датчик; 4 – подвижная каретка; 5 – отсчетный микроскоп; 6 – штриховая мера. 

    Следует отметить, что кроме отечественных  СИ, существует ряд зарубежных специальных измерительных комплексов таких фирм, как «ОРТОN», «SIP», «Jakob».

 

6. Выбор средства  измерения

6.1.Обоснование  выбора СИ по  технико-экономическим  показателям

    В основу метода положен критерий оптимизации  точности измерения, устанавливающий  связь между точностью и удельными издержками на контрольно-диагностические операции с учетом дополнительных ТО и ремонтов технической системы из-за погрешностей в оценке параметров ее технического состояния.

    Целевая функция, определяющая удельные издержки при оптимальной средней квадратической погрешности измерения параметра состояния, имеет вид:

    G(σ)=min[B(σ)+C(σ)],

    где C(σ) – средние дополнительные издержки за один межконтрольный период на предупредительное восстановление и устранение последствий отказа в зависимости от СКО погрешности измерения σ; G(σ) – целевая функция минимума удельных издержек, связанных с измерением параметра, а также с ТО и ТР машины (узла, агрегата) по восстановлению значения измеряемого параметра до номинального; B(σ) суммарные издержки на измерение параметра состояния в зависимости от СКО погрешности измерения σ.

    Слагаемое B(σ) с достаточным приближением можно выразить гиперболической зависимостью

    B(σ)=b+(L/σ),

    где b и L – коэффициенты, определяемые эмпирическим путем (с использованием метода наименьших квадратов) по ряду значений B(σ) в результате анализа выбранных средств, отличающихся издержками и погрешностями измерений.

    При законе нормального распределения  погрешностей измерения дополнительные издержки С(σ) за межконтрольный период в зависимости от СКО погрешности определяют по формуле

    С(σ)=0.265γСσ²10⁴,

    где γ – нормированный показатель, определяемый по номограммам; С –  средние издержки на предупредительные  операции восстановления значения измеряемого параметра (соответственно технического состояния диагностируемого объекта) до номинального.

    Номограммы  предполагают известные значения Т_о, А_о и v. Для этого в соответствии с техническими условиями и заводскими чертежами, а так же ГОСТ 21571–76 устанавливает средний ресурс Т_ср составной части технической системы (ТС) по данному параметру и коэффициент вариации v ее ресурса.

    По  нормативно–технической документации (НТД) определяют среднюю межконтрольную наработку t_м (моточасы, часы, км) контролируемой части ТС и находят отношение: T_о=T_ср/t_м.

    На  основе технико–экономического анализа устанавливают средние издержки А, связанные с устранением отказа по контролируемому параметру, и средние издержки С на предупредительные операции по доведению значения параметра до номинального. Экономические характеристики А и С определяют согласно методике, приведенной в приложении к ГОСТ 21571–76, и находят отношение А₀=А/С в частности, показатель, характеризующий дополнительные удельные издержки за межконтрольный период от выбора неоптимального допускаемого отклонения параметра, может быть представлен как  

    β=γ^-1С^-110⁴ 

    С учетом формул и целевая функция  принимает вид

    G(σ)=min[0,265γCσ²*10⁴+b+(L/σ)].

    Приравняв первую производную по σ к нулю, получим оптимальное значение СКО погрешности измерений

      
 
 
 
 

    Для определения постоянной L необходимо выбрать известные СИ, используемые для контроля рассматриваемого параметра. Пусть n-число таких СИ, по технической документации на выбранные СИ устанавливают относительную (абсолютную) основную d_оij(D_оij) и дополнительную d_ij (D_ij) погрешности.

    Для каждого из возможных СИ в целях  измерения данного параметра  технического состояния находят  по НТД элементы затрат: заработную плату З оператора с начислениями на одно измерение параметра ; затраты  Т_i на ТО (поверку и калибровку) и ТР средства измерения; капитальные затраты К_i (цену СИ с учетом затрат на освоение в измерительной схеме) или цену серийно выпускаемого средства; нормативный коэффициент экономической эффективности, амортизационные отчисления О_i.

    Контролируемым  параметром является накопленная погрешность шага РВПД.

    Средний ресурс по данному параметру составляет Т_СР=20 000 000 оборотов передачи при коэффициенте вариации ресурса v=0.2, межконтрольный период t_М=10 000 000 оборотов передач. При отказе передачи имеют место издержки, связанные с его устранением А=6 600 рублей, и издержки на предупредительные операции по восстановлению значения параметра до номинального С=660 рублей. Накопленную погрешность шага передачи ВГК можно проконтролировать с помощью средств измерений, указанных в таблице 6.1.