POMIARY KÓŁ ZĘBATYCH

Zakres i cel ćwiczenia

Zapoznanie się z metodami pomiaru i sprawdzania podstawowych parametrów i wskaźników dokładności kół zębatych. Pomiary koła zębatego z zastosowaniem dostępnych środków pomiarowych. Przegląd i wykorzystanie możliwości pomiarowych przyrządu TA 450S1 w zakresie automatycznej kontroli uzębienia.

Konieczne przyrządy i materiały

• przyrząd do pomiaru kół zębatych TA 450S1,

• suwmiarka MADe,

• suwmiarka modułowa MAZc

• mikrometr talerzykowy MMSw

• kątomierz uniwersalny MKMb.

Szkic przyrządu (stanowiska)

Rys. 1. Przyrząd do pomiaru kół zębatych TA 450S1: 1 - łoże podstawowe, 2 - pokrętło przesuwu podtrzymki, 3 - mechanizm przełączenia skokowego, 4 - stojak, 5 - podtrzymka, 6 - śruba zaciskowa podtrzymki, 7 - górne łożysko kłowe, 8 - mierzony element, 9 - głowica pomiarowa, 10 - sanie styczne (z napędem głowicy), 11 - płyta podstawowa sań stcznych, 12 - sanie promieniowe, 13 - szybkopiszący rejestrator, 14 - szafa rozdzielcza, 15 - włącznik sieciowy, 17 - przełącznik nastawczy mierzonej liczby zębów, 17 - przełącznik rodzaju pracy, 18 - przełącznik zakresu pomiarowego.

Rys. 2. Pomiar głowicą styczną: 1 - pokrętło przysuwu sań promieniowych, 2 - śruba zaciskowa sań, 3 - wskaźnik pomiarowy, 4 - włącznik urządzenia, 5 - przycisk przesuwu głowicy do pozycji pomiaru, 6 - przycisk pozycji początkowej mechanizmu przełączenia skokowego, 7 - wstępny wybór automatyki, 8 - automatyczny przebieg pomiaru, 9 - zatrzymanie, 10 - wyłącznik, 11 - dwa wkłady pomiarowe, 12 - śruby zaciskowe wkładów, 13 - wskaźniki zgrubnego nastawienia wkładów, 14 - przełączniki nacisku pomiarowego, 15 - śruba zaciskowa, 16 - pokrętło obrotu kątowego głowicy.

Rys. 3. Pomiar głowicą promieniową: 1 - przełącznik prędkości, 2 - pokrętło nastawiania liczby zębów, 3 - licznik, 4 - pokrętło dokładnego nastawienia przedmiotu, 5 - zabierak, 6 - widełki, 7 - śruba zaciskowa zabieraka, 8 - trzpień, 9 - śruba zaciskowa głowicy, 10 - pokrętło dokładnego ustawienia głowicy, 11 - pokrętło przesuwu sań stycznych, 12 - śruba zaciskowa sań stycznych, 13 - zacisk kolumny, 14 - sterowanie przesuwu pionowego.

Rys. 4. Szybkopiszący rejestrator: 1 - przycisk stop posuwu papieru, 2 - pokrywa, 3 - blokada pokrywy, 4 - przycisk szybkiego wycofania papieru, 5 - przycisk szybkiego posuwu papieru, 6 - przycisk średniego posuwu papieru, 7 - przycisk wolnego posuwu papieru, 8 - przycisk włączenia i wyłączenia, 9 - potencjometr regulacji punktu zerowego, 10 - potencjometr regulacji wzmocnienia, 11 - pokrętło nastawienia rozpiętości zapisu.

Wymagane wiadomości

• znajomość głównych parametrów charakteryzujących koła zębate i zależności między nimi występujących,

• budowa, działanie i zastosowanie: suwmiarki modułowej, mikrometru talerzykowego, przyrządu, przyrządu do kontroli uzębień TA 450S1,

• kryteria dokładności kół zębatych, zasady tolerowania i oceny poszczególnych grup wskaźników.

Ogólna charakterystyka przyrządu TA 450S1 (rys. 1)

Możliwości pomiarowe przyrządu odnoszą się m.in. do następujących parametrów i odchyłek uzębień:

• podziałka obwodowa i przyporu oraz ich odchyłki: p, p_i, p_b, p_bn, f_pir, f_pbr,

• grubość zęba i jej odchyłka: s, A_cr,

• długość pomiarowa i jej odchyłki: W, V_wr, A_wr,

• bicie promieniowe uzębienia: F_rr.

Do pomiarów ochyłki F_rr, służy głowica promieniowa (rys. 3) wyposażona w jeden przetwornik indukcyjny. W kierunku poprzecznym dokonuje się pomiarów z wykorzystaniem odrębnej głowicy (rys. 2) o dwóch końcówkach pomiarowych (przetwornikach indukcyjnych) pracujących w układzie różnicowym lub sumującym. Istnieje możliwość skręcenia głowicy stycznej w granicach ± 45° (działka 6') dla przypadków pomiarów uzębienia śrubowego.

Ważniejsze dane techniczno-metrologiczne przyrządu:

• zakres średnic mierzonych kół: 10 - 450 mm

zakres modułów: 1 - 12 mm

• zakres liczby zębów (ustawianej na automatycznym urządzeniu podziałowym): 10 - 130

• prędkość skokowa obrotu stołu: 3°/•, 6°/•

• prędkość pozycjonowania dokładnego: 0,044°/•

• nacisk pomiarowy (w obu kierunkach): 0,5N, 1N, 2N

• zakres wskazań czujnika: ± 0,5 mm

• zakresy pomiarowe: ± (500, 250, 100, 50, 25, 10, 5) μm

• powiększenia rejestratora: 50, 10, 250, 500, 1000, 2500, 5000-krotne

• prędkość posuwu taśmy papierowej rejestratora (zapis iskrowy): 1, 4, 10 mm/•

• szerokość zapisu: 50 mm

Preselekcyjnie są nastawiane:

1. liczba zębów mierzonego koła zębatego i mierzona liczba zębów,

2. wielkość i kierunek nacisku pomiarowego,

3. zakresy pomiarowe i powiększenia w rejestratorze,

4. prędkość posuwu papieru rejestratora.

Dla orientacji pozycyjnej, częściowo przy użyciu dodatkowych środków pomocniczych nastawiane jest:

• położenie przestrzenne głowicy mierniczej do odpowiednio realizowanej funkcji pomiarowej,

• wzajemne położenie wybranych wkładek (końcówek) pomiarowych,

• początkowe ustawienie boków zęba koła, przyjętych jako boczna powierzchnia odniesienia dla dokładnego pozycjonowania.

Przełącznik rodzaju pracy posiada 5 pozycji, za pomocą których wybiera się właściwe dla danego stanu procesu pomiarowego funkcje trzech przyłączalnych nadajników (końcówek pomiarowych) zmierzonej wartości. Sygnał pomiarowy, w celu zapisu ewentualnie regulacji, można przesyłać na wskaźnik oraz rejestrator. Stąd kontrolne położenie posiada też przełącznik zakresu pomiarowego.

Poszczególne pomiary bądź ruchy elementów przyrządu można przeprowadzić samodzielnie lub połączyć w zamknięty cykl pomiarowy.

Po wykonaniu nastawienia zasadniczego dalszy przebieg pomiaru moiżliwy jest do realizacji w sposób automatczny, wg sterowania programowego. Znalezione odchyłki mogą być rejestrowane na taśmie papierowejw zadanym powiększeniu.

W skład wyposażenia przyrządu wchodzi komplet wkładek mierniczych, każdorazowo dobieranych dla głowicy odpowiednio do zadania pomiarowego i danego modułu uzębienia.

Prawidłowe wykonanie pomiarów wymaga znajomości procedur postępowania i obsługi przyrządu. to z kolei wynika z funkcji elektronicznego układu sterowniczego. szersze wyjaśnienie zasad i algorytmów realizacji możliwych zadań pomiarowych znaleźć można w instrukcji obsługi przyrządu, udostępnionej w laboratorium.

Wyznaczenie głównych parametrów koła zębatego

Tak sformułowane zadanie praktycznie obejmuje dwa początkowe etapy czynności kontrolnych dla kół zębatych: wstępne sprawdzenie uzębienia oraz jego wymagane pomiary. Przewidziane jest tu użycie prostych narzędzi pomiarowych.

Wstępne sprawdzenie uzębienia polega zasadniczo na oględzinach zewnętrznych oraz ocenie stanu (poprawności wykonania, wykończenia, wykryciu uszkodzeń, zużycia): boków zębów, dna wrębów. krawędzi czołowych i wierzchołkowych zębów. Przy prowadzeniu pomiarów natomiast, w zależnosci od potrzeb, wyznacza się szereg parametrów koła zębatego m.in.:

z - obliczenie liczby zębów,

L - pomiar szerokości wieńca koła zębatego,

d_o - pomiar średnicy otwory osadczego koła (bezpośredni lub dla nieparzystej liczby zębów pośredni - polegający na określeniu dodatkowo odległości wierzchołków g_a i wrębów g_f od ścianki otworu osadczego)

d_a - średnicy wierzchołkowej

d_o + 2g_a = d_a

d_f - średnicy stóp

d_o + 2g_f = g_f

β - pomiar kąta pochylenia linii zęba,

m_n - obliczenie wartości modułu normalnego (przy założeniu Y=1, X=1):

i zaokrąglenie do najbliższej wartościo znormalizowanej.

m_l - obliczenie modułu czołowego (dla β=0)

d - obliczenie średnicy podziałowej:

d = z ⋅ m_n

p_l - obliczenie podziałki obwodowej

p_l = Π ⋅ m_n

h - obliczenie wysokości zęba:

h_a - obliczenie wysokości głowy zęba:

h_f - obliczenie wysokości stopy zęba:

Y - obliczenie współczynnika wysokości zęba:

X - obliczenie współczynnika przesunięcia zarysu zęba (korekcji):

Traktować obliczone wartości współczynników X i Y jako przybliżone (po założeniu średniej wartości luzu wierzchołkowego o = 0,25m_n),

p_b - pomiar podziałki zasadniczej: wymiar przez n zębów - W_n, wymiar przez n + 1 zębów - W_n+1

P_b = W_n+1 - W_n

Rys. 5. Pomiar średnic koła zębatego o nieparzystej liczbie zębów.

Rys. 6. Wyznacznie podziałki zasadniczej

Rys. 7. Pomiar grubości zęba po cięciwie (suwmiarką modułową)

Rys. 8. Pomiar grubości zęba przez n zębów

α_n - obliczenie nominalnego kąta zarysu zęba (przyporu):

dla β = 0

gdzie p_bn - normalna podziałka zasadnicza,

α_l - obliczenie czołowego kąta zarysu:

gdzie p_bl - czołowa podziałka zasadnicza,

s_c - pomiar grubosci zęba: A - po cięciwie dla dowolnego zarysu lub, B - przez n zębów dla zarysu ewolwentowego. W przypadku A bazuje się na wierzchołku zęba, ustalając wysokość pomiarową h_c:

gdzie
, natomiast s:

w przekroju normalnym:

w przekroju czołowym:

Nominalne wartości pomiarowe grubości s_c, długości odcinka W_n (dla przypadku B, przy czym wartość n - jak dla pomiaru P_b), stanowiące odniesienie dla uzyskanych wyników pomiarów, jak również wartości h_c, można wyznaczyć wg podawanych w literaturze zależności, ewentualnie wykorzystać zamieszczone opracowania tablicowe.

Przebieg ćwiczenia

Po zapoznaniu się z przedstawionymi przez prowadzącego zadaniami pomiarowymi należy:

• opracować, w oparciu o instrukcję obsługi oraz dane z załącznika dla koła zębatego, procedurę realizacji zadanego pomiaru na przyrządzie TA 450S1,

• przygotować (i zaprezentować prowadzącemu) przyrząd do wykonania automatycznego cyklu pomiarowego,

• przeprowadzić pomiar,

• opracować otrzymane z rejestratoea przyrządu wyniki pomiarów (dołączyć do protokołu pomiarowego uzyskany z pomiarów fragment taśmy papierowej rejestratora),

• przedstawić ich ocenę i wnioski,

• wyznaczyć główne parametry zadanego koła zębatego, korzystając z dostępnych suwmiarkowych i mikrometrycznych narzędzi pomiarowych (zaznaczyć w tabeli protokółu sposób wyznaczenia parametru - pomiar bezpośredni, pośredni, obliczenia, wykorzystane zależnosci i wartości pomocnicze, zastosowane narzedzie pomiarowe).

6

---