Wyznaczanie błędów kształtu wałka

1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się ze sposobami wyznaczania błędów kształtu wałka

1. Wyposażenie

   • liniał krawędziowy

   • szczelinomierz

   • pryzma

   • przyrząd kłowy

   • czujnik zębaty zegarowy

   • podstawa do czujnika

   • płyta kontrolna

2. Wiadomości uzupełniające

   • Odchyłka prostoliniowości.

Odchyłka prostoliniowości jest to największa odległość między zarysem rzeczywistym przedmiotu z prostą przylegającą do tego zarysu. Odchyłkę prostoliniowości tworzących walca można określić w drodze pomiaru lub ocenić wzrokowo.
Jakościowa ocena prostoliniowości polega na stwierdzeniu następujących przypadków:

• tworząca powierzchni walcowej przylega do krawędzi liniału (w tabelce oznaczamy prostą kreską poziomą - )

• tworząca wykazuje wypukłość (oznaczenie )

• tworząca wykazuje wklęsłość (oznaczenie  )

Orientacyjną wartość odchyłki prostoliniowości można określić za pomocą liniału i szczelinomierza

Rys.1 Sprawdzenie prostoliniowości za pomocą liniału krawędziowego

• Odchyłka okrągłości

Odchyłka okrągłości jest miarą niezgodności rzeczywistego zarysu przedmiotu z kształtem geometrycznym okręgu. 
Jest to największa odległość zarysu rzeczywistego od okręgu przylegającego do tego zarysu, mierzona wzdłuż promienia tego okręgu. Najczęściej spotykanymi odchyłkami okrągłości są owalność igraniastość. W celu wykrycia owalności stosuje się styk dwupunktowy (Rys.2. a i c), natomiast do wykrycia graniastości potrzebny jest styk trzypunktowy (Rys.2. b i d).

Rys.2 Sposoby wykrywania owalności i graniastości

Najprostszym i najmniej dokładnym sposobem pomiaru owalności jest pomiar dwu dowolnych, lecz wzajemnie prostopadłych średnic wałka, wykonany jednym z uniwersalnych przyrządów pomiarowych (suwmiarka, mikrometr). Dokładność oceny zwiększa się, gdy pomiar zostanie wykonany w kilku miejscach na obwodzie, po kolejnych obróceniach przedmiotu o odpowiedni kąt (np. zmierzenie czterech średnic, z których każda jest obrócona w stosunku do poprzedniej o kąt 45°).
Najdokładniejsze wyniki daje pomiar za pomocą przyrządów czujnikowych przy wykonaniu pełnego obrotu wałka dookoła jego osi. W ten sposób znajduje się średnice najmniejszą i największą. Różnica średnic (czyli różnica wskazań a_max i a_min przyrządu czujnikowego) jest wartością odchyłki okrągłości, czyli

Δd = d_max - d_min = a_max - a_min

Rys.3 Pomiar owalności wałka czujnika
1 - przedmiot, 2 - przyrząd kłowy, 
3 - czujnik, 4 - podstawa czujnika

• Odchyłka walcowości.

Najczęściej spotykanymi odchyłkami walcowości są:

• baryłkowość,

• siodłowość,

• wygięcie,

• stożkowość.

Baryłkowość lub siodłowość można wykryć w najprostszy sposób za pomocą liniału krawędziowego i ocenić szacunkowo za pomocą szczelinomierza. Inny sposób polega na pomiarach średnic wałka za pomocą suwmiarki lub mikrometru.

Rys.4 Schemat wykrywania odchyłek walcowości za pomocą liniału krawędziowego
a) baryłkowości, b)siodłowości

Stożkowość wałków i otworów wykrywa się przez pomiar ich średnic d₁i d₂, położonych względem siebie w odległości l, uniwersalnymi przyrządami pomiarowymi (suwmiarki, mikrometry, czujniki).
Stożkowość oblicza się wg wzoru:

Przed rozpoczęciem pomiaru stożkowości należy sprawdzić prostoliniowość tworzących oraz okrągłość przekrojów poprzecznych.
Jeśli potrzebna jest dokładniejsza znajomość kształtu wałka, można wykonać wykresy odchyłek okrągłości wałka w jego przekrojach poprzecznych oraz odchyłek prostoliniowości tworzących na długości wałka.

Rys.5 Schemat rozmieszczania płaszczyzn pomiarowych 
przy pomiarze stożkowości
a) wałka, b) otworu

• Odchyłka współosiowości

Odchyłka współosiowości jest to największa odległość miedzy rzeczywistą osią danej powierzchni a osią przyjętą za linię odniesienia. Gdy osie symetrii dwu elementów tego samego przedmiotu (np. wałek dwustopniowy) nie leżą na wspólnej linii prostej, to taka odchyłka współosiowości nosi nazwę mimośrodowości lub bicia promieniowego. Odchyłki współosiowości mogą być sprawdzane za pomocą specjalnych sprawdzianów lub mierzone za pomocą czujników zębatych i płytek wzorcowych.

Rys.6 Sprawdzanie współosiowości wałka złożonego 
z dwóch części o różnych średnicach
1 - sprawdzany wałek, 2 - pryzma, 
3 - czujnik, 4 - końcówka pomiarowa

1. Przebieg pomiaru

   • Odchyłka prostoliniowości.

     • Sprawdzić stan techniczny środków pomiarowych. Liniał krawędziowy nie może mieć śladów wyszczerbień lub załamań krawędzi pomiarowej. Powierzchnie płytek szczelinomierza nie mogą wykazywać śladów korozji, uderzeń, załamań, a ich krawędzie nie mogą mieć wyszczerbień. Przed rozpoczęciem sprawdzania należy starannie oczyścić ze smaru i tłuszczu powierzchnię przedmiotu, gdyż warstewka tłuszczu może stanowić przeszkodę przy wzrokowej ocenie szczeliny świetlnej.

     • Wałek ułożyć do sprawdzania na pryzmie, liniał krawędziowy przyłożyć do powierzchni wałka wzdłuż tworzącej.

     • Ocenić wzrokowo wysokość szczeliny i wyniki zapisać w tabelce dla danej tworzącej.

     • Gdy szczelina utworzona między krawędzią liniału a powierzchnią sprawdzaną jest odpowiednio duża, należy w nią wsuwać płytki szczelinomierza, zaczynając od najcieńszej. Płytki szczelinomierza należy wsuwać lekko i powoli. Wymiar najgrubszej płytki szczelinomierza, która jeszcze wchodzi w szczelinę między tworzącą wałka a liniałem, jest miarą odchyłki prostoliniowości tworzącej wałka.

     • Wyniki pomiarów zestawić w tabelce.

Metoda	Tworząca
	I
Ocena jakościowa	-
Ocena wzrokowa
Ocena szczelinomierzem

• Wykonać konserwację środków pomiarowych i uporządkować stanowisko pomiarowe

• Odchyłka okrągłości

  • Sprawdzić stan techniczny środków pomiarowych.

  • Wałek zamocować w przyrządzie kłowym (wałek w zamocowaniu nie może wykazywać luzu osiowego).

  • Czujnik zamocować w podstawie do czujnika i ustawić na łożu przyrządu kłowego.

  • Trzpień pomiarowy czujnika zetknąć prostopadle z powierzchnią wałka, pamiętając o nadaniu mu wstępnego nacisku pomiarowego (duża wskazówka powinna wykonać 1 ÷ 2 obrotów).

  • Obracając wałek dookoła osi znaleźć najmniejszą średnicę. W tym położeniu, pokręcając tarczą czujnika, ustawić go w położeniu zerowym.

  • Obracając wałek co 90° odczytywać wskazania czujnika odpowiadające obrotom wałka o 90°, 180°, 270° względem położenia początkowego.

  • Na podstawie otrzymanych wskazań czujnika obliczyć odchyłkę okrągłości (owalność) wg wzoru:

Δd = a₉₀ + a₁₈₀ - a₂₇₀

• Wykonać konserwację środków pomiarowych i uporządkować stanowisko pomiarowe

• Odchyłka walcowości

A. Sprawdzenie okrągłości przekroju poprzecznego.

• Na powierzchni czołowej wałka nanieść co 45° oznaczenia tworzących od a do h.

Rys.7 Wałek z oznaczeniem tworzących 
i płaszczyzn pomiarowych

• Na tworzących a i c odległość między płaszczyznami I i IIpodzielić na 10 części.

• Sprawdzić stan techniczny środków pomiarowych

• Wałek zamocować miedzy kłami przyrządu

• Czujnik zamocować w podstawie i ustawić na łożu przyrządu kłowego

• Trzpień pomiarowy czujnika zetknąć prostopadle z powierzchnią wałka na tworzącej c w płaszczyźnie I sprawdzanego wałka, nadając mu wstępny nacisk pomiarowy.

• Tarczę czujnika ustawić na wskazanie zerowe.

• Obracać wałek każdorazowo o 45° i notować wskazania czujnika (odchyłki od wskazania zerowego) dla poszczególnych tworzących od a do h

• Przesunąć czujnik z podstawa w położenie płaszczyzn II  i  III i powtórzyć pomiary.

B. Sprawdzenie prostoliniowości tworzących i odchyłek walcowości.

• Ustawić końcówkę trzpienia pomiarowego czujnika na tworząceja w odległości około 5mm od powierzchni czołowej wałka i wyzerować czujnik. Będzie to pierwsze wskazanie dla tworząceja.

• Przesuwać podstawkę z czujnikiem w kolejne położenia od 1 do 10 i notować wskazania czujnika. W czasie przesuwania podstawy z czujnikiem należy zapewnić prostoliniowe prowadzenie podstawy.

• Te same czynności powtórzyć dla tworzącej e

• Na podstawie wyników pomiarów wykonać wykresy błędów kształtu

Rys.8 Przykład wykresów błędów kształtu wałka:
a) nieprostoliniowości tworzących a i e, 
b) wykres odchyłek kołowości w płaszczyźnie I-I

• Wykonać konserwację środków pomiarowych i uporządkować stanowisko pomiarowe

Uwagi dotyczące wykonania wykresów

Wykresy odchyłek kształtu służą do wskazania w sposób obrazowy, jak przedstawiają się w powiększeniu odchyłki kształtu przedmiotów pozornie bezbłędnych.
Wykresy najwygodniej jest wykonać w dużej podziałce na papierze milimetrowym. Na wykresie odchyłek okrągłości przyjmuje się przykładowo dla wymiarów średnic podziałkę 2: 1, a dla odchyłek 1000 : 1 (jednemu milimetrowi na wykresie odpowiada 0,001 mm w rzeczywistości). Na wykresie odchyłek prostoliniowości tworzących przyjmuje się najczęściej podziałkę odchyłek 20 : 1 lub 10 : 1; podziałkę długości wałka ustala się w zależności od jego wymiarów (1 : 2, 1 : 1 i 2 : 1), podziałka zaś średnicy wynosi najczęściej 2 : 1.
Wykres odchyłek okrągłości wykonuje się następująco: w odpowiedniej podziałce wykreśla się koło teoretyczne. Następnie dla poszczególnych tworzących nanosi się wskazania czujnika w podziałce odpowiednio większej, odmierzając je od zarysów teoretycznych. Po połączeniu odpowiednich punktów odcinkami linii prostej otrzymuje się uproszczony wykres przekroju lub tworzących.
Wykres odchyłek rozpoczyna de od narysowania prostokąta o bokach odpowiadających długości i średnicy wałka (odpowiednio powiększonych). Następnie w poszczególnych punktach odpowiadających punktom podziału długości wałka odmierza się długości odchyłek. Łącząc uzyskane punkty otrzymuje się powiększony obraz kształtu tworzących wałka. Największe różnice wskazań przy sprawdzaniu odchyłek prostoliniowości tworzących mogą służyć jako dane do obliczenia zbieżności tworzących (stożkowość walca).
W przypadku pomiarów czujnikiem zamiast, d₁ - d₂ można podstawić sumę różnic największych wskazań dla tworzących a i e podzielić przez długość wałka. 

• Odchyłka współosiowości

  • Sprawdzić stan techniczny środków pomiarowych

  • Czujnik zamocowany w podstawie i pryzmę umieścić na płycie kontrolnej

  • Część wałka o mniejszej średnicy umieścić w rowku pryzmy

  • Końcówkę pomiarową czujnika zetknąć prostopadle z powierzchnią wałka o większej średnicy, pamiętając o nadaniu trzpieniowi wstępnego nacisku pomiarowego

  • Obracając wałek dookoła osi określić położenie, któremu odpowiada najmniejsze wskazanie czujnika, i w tym położeniu ustawić czujnik na wskazanie zerowe (wskazanie a₁)

  • Rozpoczynając od tego położenia obrócić wałek o 180° i odczytać wskazanie czujnika a₂. Wartość b jest wartością bicia promieniowego. Mimośrodowość jest dwukrotnie mniejsza i oblicza się ją wg wzoru:

• Wyjąć wałek z pryzmy, odwrócić i część o większej średnicy umieścić w rowku pryzmy

• W wyżej opisany sposób dokonać pomiaru bicia promieniowego części wałka o mniejszej średnicy i obliczyć mimośrodowość

• Wyniki pomiarów zestawić w tabelce

Wskazania czujnika	Bicie wałka b=a2-a1	Mimośrodowość e=0,5*b
a1	a2

• Wykonać konserwację środków pomiarowych i uporządkować stanowisko pomiarowe