Схемы работы станка совместно с прибором активного контроля 2 страница

/80 220 г, мкм

Размер d должен быть таким же, как и в остальной части воздухо­провода, а именно 4 мм для всех приборов, кроме приборов высокого давления с диаметром отверстия входного сопла d₁ <1,2 мм, где ре­комендуется d = 3 мм. При длине канала не более 50—100 мм допу­скается по конструктивным соображениям уменьшение d до 1,5 d₂, но не менее 2 мм. Назна­чение d более указанных вели­чин (4 и 3 мм) приводит к ухуд­шению динамических свойств преобразователя вследствие воз­растания объема измерительной камеры.

Рис. 38. Расходные характеристики измерительного канала в виде щеле­вого сопла 0,5X8 мм с плоской за­слонкой

вверху — цилиндрическое сопло; внизу — щелевое сопло

 

Диаметр плоской заслонки, устанавливаемой перед рабочим тор­цом измерительного сопла, должен быть больше наружного диаметра D на 1—1,5 мм. Изготовление и монтаж измерительной оснастки должны обеспечить непараллельность торцов сопла и заслонки не более 0.05Z в пределах D, где Z — наименьший измерительный зазор перед соплом. На рис. 39 внизу представлена конструкции рабочей части щелевого сопла. Требования к диаметру воздухопровода такие же, как для ци­линдрических сопл.

Для пневматических измерительных устройств, предназначенных для измерения линейных и угловых размеров, изготовляются два типа входных сопл. В сочетании с нормализованными диаметрами отверстий

12. Размеры рабочей части цилиндрического измерительного сопла, мм (см. рис. 39. а)     d, ±0,01   Размер         1.0 1.5 2,0 d_0i02 для приборов высокого давления       с одним измерительным соплом 3.0 2,3 3,0 То же, для остальной пневматической       Оснастки................................................................ 2,0 3,0 4,0 i:fcO,l...................................................... 2,0 2,0 4,0 1............................................................................................ 1.0 1,0 2,0

 

Рис. 40. Входное сопло: а — тип I, для установ­ки в распределителях; б — тип II, для установ­ки в гибких соединитель­ных шлангах

 

	S\0,l\A | .......
	---------- iff —30°	t?- -	Ш	1 V
	У/Ш,	\ V
	У4-^........... ±1 rna		и	И
1. зо-м,

 

В)

измерительных сопл (1; 1,5 и 2 мм) ряд диаметров входных сопл обеспе­чивает достаточно широкий диапазон характеристик пневматических систем, перекрывающих друг друга по пределам измерения. Эти сопла обеспечивают нормальную работу прн давлении воздуха перед соплом не более 2 кгс/см².

Входные сопла типа I предназначены для установки в распредели­телях пневматических отсчетных и командных устройств. Конструкция такого сопла показана на рис. 40, а, а обозначения и исполнительные размеры приведены в табл. 13. Прн ввинчивании сопла в распредели­тель под его головку устанавливается уплотнительная прокладка. В головке сопла предусмотрена левая резьба, предназначенная для извлечения сопла из канала распределителя. В некоторых случаях целесообразна установка входных сопл в гибкие соединительные шлан­ги. Конструкция такого сопла типа 11 показана на рис. 40, б, а испол­нительные размеры и обозначения приведены в табл. 14.

Установленные допуски на внутренний диаметр сопл обеспечивают разброс чувствительности преобразователей для диаметров до 0,5 мм — 3%, от 0,6 до 1 мм — 2% и свыше 1 мм — 1,5%. Входные сопла изго­товляют из латуни ЛС 59-1 ГОСТ 2060 — 73.

При изготовлении входных сопл должны быть выполнены следую­щие технические требования: неуказанные предельные отклонения раз­меров отверстий по А₇, валов по В₇, остальных размеров по СМ₇;

допуски резьб по ГОСТ 16093—70*;

у парных сопл, предназначенных для дифференциальных измере­ний, отверстие d₁ должно быть выполнено но А^,

13. Размеры входных сопл тнпа I, мм Обозначение сопла 4i 1   Номинальное значение Предельное отклонение   8326-0001 0,3 -'г 0,005 8,8   8326-0002 8326-0003 0,5 0,6 + 0,006   К326-0004 8326-0005 0,7 0,8 + 0,007   8326-0006 8326-0007 8326-0008 8326-0009 1,0 1,2 1,5 1,8 + 0,010   6,8

 

 

14. Размеры входных сопл типа II, мм   Размер шланга dbhxs   <h       Обозначе­ние сопла d Номи­нальное значение Предель­ное от­клонение d, ds 1 8326-0011     0,3 + 0,005       8326-0012 8326-0013     0,5 0,6 + 0.006       8326-0014 8326-0015 ЗХ 1,0 3+0,120 0,7 0,8 + 0,007 4,2-0,08 3,5 26,7 8326-0016 8326-0017 8326-0018 8326-0019     1,0 1,2 1,5 1,8 + 0,010       8326-0021     0,3 + 0,005       8326-0022 8326-0023     0,5 0,6 + 0,006       8326-0024 8326-0025 4Х 1,5 4+0,160 0,7 0,8 + 0,007 5-5-0,08 4,5 24,7 8326-0026 8326-0027 8326-0028 8326-0029     1,0 1,2 1,5 1.8 + 0,010

 

 

на сопловом отверстии, фаске 0,3X60° и переходной фаске в соп­ловое отверстие не должно быть выбоин, заусенцев и других дефектов;

на соплах следует маркировать значение номинального диаметра отверстия dj,

Дроссель но-эжек торные преобразователи. К этому классу относятся преобразователи с чувствительным элемен­том в виде дросселирующего канала, минимальная проходная площадь которого прямо или косвенно зависит от контролируемой линейной величины, а преобразование расхода газа через этот элемент в давление осуществляется с помощью струйного аппарата—эжектора.

Эти преобразователи имеют существенно больший диапазон измере­ния, более высокую производительность, имеют меньшую погрешность, вызванную колебанием давления питания.

Принципиально дроссельно-эжекторпые преобразователи можно разделить на две группы:

1) преобразователи, дросселирующий измерительный элемент ко­торых, воспринимающий линейные перемещения, является неотъем­лемой частью эжектора; такие преобразователи будем называть дрос- селыю-эжекториыми.

2) преобразователи, дросселирующий элемент которых является самостоятельным узлом и лишь с помощью трубопровода связан с эжек­тором; эти преобразователи будем называть дроссельно-эжекторными с выносным соплом.

На рис. 41, а представлен дроссельно-эжекторный преобразователь, относящийся к первой группе. Сжатый воздух под постоянным давле­нием питания Н истекает из входного сопла 1 непосредственно в сопло дросселирующего элемента 2. Данная пара сопл и образует струйный а ппарат—эжектор.

В зависимости от зазора Z, т. е. от величины расхода воздуха че­рез дросселирующий элемент, в измерительной камере устанавливается определенное Измерительное давление h, которое используется как но­ситель измерительной информации линейного размера детали 3 и изме­ряется манометром 4, лроградуированным в единицах длины.

На рис. 41,6 показана принципиальная схема преобразователя с выносным соплом 3, образующим с поверхностью контролируемой детали дросселирующий канал. В зависимости от величины зазора Z в камере эжектора, образованного соплами 1 и 2, устанавливается опре­деленное измерительное давление Л, измеряемое манометром 4.

Зависимость h= f (Z) (рис. 41, в) является характеристикой пре­образователя. Прямолинейный участок характеристики дроссельно- эжекторного преобразователя (кривая 2) значительно больше, чем у дроссельного преобразователя (кривая /) при одинаковой чувствитель­ности. При больших зазорах за счет явления эжекции измерительное давление данного преобразователя может достигать даже отрицатель­ных значений, что отмечено кривой 2.

Дроссельно-эжекторные преобразователи позволяют более гибко решать различные метрологические задачи. На рис. 42 приведены примеры построения типовых измерительных устройств с помощью данных преобразователей. Толщину детали измеряют контактным или бесконтактным способом от неподвижной базы преобразователями с за­слонками (рис. 42, а). Схема измерения диаметра D преобразователем с двумя выносными соплами, показанная на рис. 42, б, исключает в определенных пределах из результатов измерения случайные пере­мещения детали по линии измерения.

Схема косвенного измерения диаметра D прутка, проволоки или площади проходного сечения отверстия показана на рис. 42, в. При автоматизации контроля диаметра проволоки в процессе ее волочения важным является обеспечение относительно большой кольцевой щели между проволокой и внутренней поверхностью сопл с одновременно вы­сокой чувствительностью преобразователя. Это условие наиболее полно удовлетворяется с помощью дроссельно-эжекторных преобразователей с выносным соплом.

Схема измерительного средства для автоматической комплексной сборки или комплексной обработки с использованием дроссельно-эжек-

Рис. 42. Схемы измерительных средств с дроссельно-электронными преобра­зователями

 

Рис. 43. К выбору параме­тров дроссельно-эжекторных преобразователей: а — характеристика пре­образователя при большом плоском торце измеритель­ного сопла; б — конструк­тивная схема эжекторного сопла

 

торного преобразователя с выносными соплами показана на рис. 42, г. При правильно выбранных параметрах измерительное средство обеспе­чивает получение D₂ — D_t = const при одном и том же показании при­бора (h = const) независимо от номинальных размеров контролируе­мых деталей.

Автоматическое исключение из результатов контроля толщины детали (размер Ь) случайных перемещений базовой поверхности осуще­ствляется двумя преобразователями (рис. 42, д), измерительные камеры которых включены в противоположные ветви дифференциального ма­нометра. Аналогичная схема, предназначенная для контроля разности двух размеров Dj и Z)₂, показана на рис. 42, е.

1. Расчет дроссельно-эжекторных преобра­зователей 1-й группы (см. рис. 42, а). Форма торца измери­тельного сопла (рис. 43) влияет на характер зависимости измерительного давления h от зазора Z. При исполнении измерительного сопла (рис. 43, а, б) с большим плоским торцом D—d₂ ^ I мм на рабочем участке характеристики возникают скачки давлений (точка А). Экспе­риментальные исследования с эжекторными соплами показали, что при ширине плоского торца 0,5 (D—d₃) 0,5 мм скачок давления на кри­вой h= f (Z) не наблюдается. Поэтому ширину плоского торца сопла выполняют не более 0,5 мм.

Проходное сечение измерительного сопла длиной I (рис. 43, б), как дополнительное сопротивление истечению воздушного потока, а главное, как звено выравнивания поля скоростей и давлений потока, может оказать влияние на характер кривой h = f (Z). Оптимальная длина проходного сечения измерительного сопла, при которой обеспе­чивается максимально прямолинейный участок характеристики, может быть принята / 10d₂, где d₃ — диаметр отверстия измерительного сопла.

Расстояние /₂ (см. рис. 43, б) между входным и измерительным соп­лом также оказывает существенное влияние на зависимость h = f (Z), так как струя воздуха, истекающая из входного сопла, по мере удале­ния от него расширяется и в зависимости от величины /₂ входит в изме­рительное сопло с большей или меньшей площадью поперечного се­чения. Если расстояние ^достаточно велико, то сечение свободной струи У входа в измерительное сопло может быть больше его проходного се­чения. В результате этого входная кромка измерительного сопла ока­зывает дополнительное Сопротивление струе, поэтому расстояние /_а между входным и измерительным соплами определяется из следующего условия: конечное сечение свободной струи, вытекающей из входного сопла, должно быть равно или меньше площади проходного сечения измерительного сопла. Это условие выполняется при

(2-10)

где й_г —- диаметр входного сопла.

Длина калиброванной части входного сопла слабо влияет на ха< рактеристику преобразователя, поэтому эта длина принимается частй из технологических соображений 2-J-4 d_v Характеристика дроссельно- sjKCKTopnoro преобразователя приближенно описывается следующим выражением:

где p_h = h р_а — абсолютное измерительное давление; р_а — атмо­сферное давление; е = —; pj и р₂ — соответственно плотность soa­ps

духа, истекающего из входного и измерительного сопл.

Экспериментально найдена эмпирическая формула этой зависи­мости

где k = — коэффициент пропорциональности; р_н = II -j- р_а —

абсолютное давление питания, МПа; Р_л — ird₂Z — проходная пло­щадь дросселирующей кольцевой щели, образованной торцом измери­тельного сопла с диаметром d₂ и плоской заслонкой; F_t = ----------------------------------- про»

ходная площадь входного сопла.

Чувствительность дроссельпо-эжекторного преобразователя

_г. V; *, (2.12)

[»(£-)-№) J

где Н — избыточное давление питания.

В табл. 15 приведены экспериментальные характеристики наиболее широко используемых дроссельно-эжекторных преобразователей.

(5. Характеристики дроссельно-эжекторных преобразователей

(эжектор — плоская заслонка, рис. 43, а)

Диа­метры сопл эжектора d2X dlt мм	а £	Н, МПа	А	zcp	S „ к » S о " С •«?	Диа­метры сопл эжектора d2Xdlt мм	Я я	« С S 1;	А	zcp	Я . к
мкм	мкм
1,0X0,6		0,05 0,10 0,15 0,20	70 70 85 85	55 75 95 80	4,4 7,6 11,0 14,0	1,5Х 1,2		0,15 0,20	170 170	245 255	4,5 6,4
1,5Х 1,4		0,05 0,10 0,15 0,20	230 180 160 180	265 290 320 320	0,8 2,2 2,8 3.6
1,0Х 0,8		0,05 0,10 0,15 0,20	95 105 112 116	87 107 112	2,9 5,1 7,0 9,3
2,ОХ 1,5		0,05 0,10 0,15 0,20	320 200 160 120	280 380 380 380	1,2 2.6 4,6 5.2
1,5Х 1,0		0,05 0,10 0,15 0,20	160 170 140 110	195 230 275	1,8 3,7 6,3 8,5
2,0Х 1,75		0,10 0,15 0,20	350 320 320	410 420 420	2,0 3,0 4,0
1,5Х 1,2		0,05 0,10	175 170	200 235	1.4 3.1

 

Примечание. Расстояние между соплами эжектора 1₂ составляет 1,(№0,7 мм.

Обоаначення: Н — давление питания преобразователя; t — длина проходного сечения измерительного сопла; А — прямолинейный участок характеристики при нелинейности 3%; Z_c — измерительный зазор в сере­дине прямолинейного участка} к_г — чувствительность преобразователя.

Рис. 44. Конструктивная схема дроссельио-эжекторно- го преобразователя с вынос­ным соплом: I — подводящий канал входного сопла 2 с проход­ной площадью /V. 3 —- из­мерительное сопло эжектора с проходной площадью F,, 4 — выносное сопло с про­ходной площадью Рд, торец которого образует кольцевой зазор Z с контролируемой деталью 5

 

носного сопла позволяют получить множество характеристик с различ­ными диапазонами измерения и чувствительностью. Наиболее хоро­шими характеристиками обладают преобразователи, у которых отно­шение площадей сопл эжектора

для плоских эжекторов

 

(2.13)

Fi

1,18 + 1,3;

 

для эжекторов с цилиндрическими соплами

Ix.

1,4+1,5,

(2.14)

Fx

 

где F₂, Fi — соответственно площадь выходного и входного сопл эжек­тора.

Характеристика дроссельно-эжекторного преобразователя с вынос­ным соплом приближенно описывается следующим уравнением:

 

(2.15)

Ph =

у + (4г)^[1]

 

Л. F'{

где А ■■

Л. Fx

И-1)

конструктивный параметр эжектора; рн, р_н, р_а —

 

соответственно абсолютное измерительное, рабочее, атмосферное дав­ление; F1, F₂ — соответственно площадь входного и выходного сопл эжектора; F_R — площадь кольцевого зазора, образованного выносным цилиндрическим соплом и заслонкой (F_д = nd_sZ) или контролируе­мым отверстием, кольцевой щелью площадью F_n.

Используя уравнение статической характеристики преобразова­теля (2.15), можно иайти его чувствительность: по зазору

Ъг = —Щ--_Г—, ¹ * (²-^1С>

по площади

 

m

(2.17)

^kF *~ т:

 

Приведенные формулы (2.15)—(2.17) можно использовать для ориентировочных расчетов всех дроссельно-эжекторных преобразова­телей с выносным соплом. Можно более точно произвести выбор параметров преобразователей, если использовать экспериментальные данные.

3. Расчет дроссельно-эжекторных преобра­зователей с выносным измерительным кана­лом в виде отверстий, кольцевых щелей. Ниже рассмотрена методика расчета преобразователей, используемых при построении измерительных устройств, приведенных на рис. 42, в. Ра­счет данных преобразователей можно выполнить также с помощью безразмерных характеристик, которые использовались при расчете дроссельных преобразователей.

Для преобразователей, эжекторы которых образованы цилиндри­ческими соплами, а их конструктивные элементы выполнены согласно приведенным выше рекомендациям [см. (2.10)—(2.14)], эксперименталь­но найдена зависимость между безразмерным рабочим давлением е_а и безразмерной средней площадью истечения ф_ср через измерительный выносной канал

ф_ср= 1,6-0,9е_а, (2.18)

р

где фср = ^^с-; Р_д, _Ср— площадь истечения измерительного выносного

канала, соответствующая середине линейного участка статической ха­рактеристики; Fx — площадь истечения входного сопла эжектора;

8_а — -тгт--------- безразмерное рабочее давление.

" ~г Ра

Изменение безразмерной чувствительности в зависимости от ве­личины безразмерного давления питания показано на рис. 45.

Экспериментально также найдена зависимость безразмерного диа­пазона измерения £>_ф от безразмерного давления питания е_а (рис. 46). Необходимо иметь в виду, что указанные диапазоны измерения обеспе­чивают получение характеристики h = f (F^) с нелинейностью не более 3%. Уменьшение безразмерного диапазона измерения ведет к уменьше­нию нелинейности характеристики.

в* 1.1 1.0 0.9 0,8 0J

п*р„

. Ра

Ц* цв Ofie*=,

 

0,4 Ц5 0.6 С_а

Рис. 45. Изменение безразмерной чувствительности дроссельно-эжекторного преобразователя к^ в зависимости от величины безразмерного давления пита­ния е_а

Рис. 46. Изменение безразмерного диапазона измерения D^ в зависимости от величины безразмерного давления питания е_а (нелинейность характеристики 8%)

Пример расчета дроссельно-эжекторного преобразователя с вы­носным соплом.

Выбираем параметры дроссельно-эжекторного преобразователя д^1я контроля цилиндрического отверстия 0 1,5⁺">'мм. Давление питания 0,1 МЦа.

Определяем по формуле (2.18) безразмерную среднюю площадь <р_Ср для заданного давления питания, предварительно найдя безразмерное давление питания £_а:

____ 0,1

• о.1 + оТ^°-^5:

<Р,

1,6 — 0,9-0,5= 1,15.

^СР

Используя формулу перехода (2.4), определяем днаметр входного сопла эжектора

я-1.55"

 

д. ср

1.15

fi

СР

1,64 мм²;

 

л d?

.] г

1,64 мм^г; откуда d_t = 1,45 мм.

 

Используя рекомендацию (2.14), найдем диаметр выходного сопла эжек­тора d₂

dl ____________

Pi

.1,4=^|-; d,= ^1,4-1,45' да 1,72.

"f

Принимаем = 1,75 мм.

По графику ыа рис. 43 определяем безразмерную чувствительность пре­образователя при е_а = 0,5

*„ = 0,66.

Используя формулу перехода (2.8), найдем размерную чувствительность преобразователя к изменению площади контролируемого отверстия

k„ = -Д. *_ = -А* 0,66 = 0.04 «Ц-.

К с⁴ „ К =.

'д Ф 1.Й

Определяем безразмерный диапазон измерения и предполагаемую не­линейность характеристики на данном диапазоне

я^тах "^dmin я-1,6» я-1.6» 4 4 4 4 ^£,_ч> = ⁽Ршах-ч⁾ют F, ⁼ ~ТЬ5 Мб^-"""^0,16*

Согласно кривой = / (е_а) (см. рис. 46) для 8_а = 0,5 безразмерный диапазои измерения используется неполно, поэтому нелинейность характеристики на данном диапазоне измерения существенно меньше 3%.

16. Характеристики дроссельно-эжекторных преобразователей

с выносным соплом и плоской заслонкой

(эжектор с цилиндрическими соплами, см. рнс. 44)

Диаметры сопл эжектора d2x dx, мм	Диаметр вынос­ного сопла, мм	1, мм	Я, МПа	А	^ср	ft.10S МПа/мкм
мкм
	1,25		0,10 0,15 0,20	108 125 150	116 140 158	4,4 6,9 8.4
1,0X0,8	1,5		0,10 0,15 0,20	80 105 120	96 110 140	6,0 9,0 11,3
	2.0		0,10 0,15 0,20	50 80 70	100 100 110	9,7 13,7 16,5
1,5Х 1,25	1.5 2,0		0,10 0,15 0,20 0,10 0,15 0,20	240 240 240 230 260 185	280 300 320 300 340 340	1,40 2,00 2,65 2,00 4.0 5,15
2,0X1.7	2,0 2,4		0,10 0,15 0,20 0,10 0,15 0,20	280 320 280 300 320 320	320 360 380 320 360 400	1,1 1,85 2,40 1,85 3,15 4,45
2,0X1,7	Два сопла 2,0		0,10 0,15	200 160	240 240	2,8 5,0

Примечания: 1. Расстояние между соплами эжектора 0,5 мм. 2. ОСЪзначения см. в табл. 15.

 

17. Характеристики дроссельно-эжекторных преобразователей с выносным соплом и плоской заслонкой (плоские эжектора, см. рис. 47) OjXflzX Ь, мм Днаметр вынос­ н. Нелиней­ность ха­рактеристи­ки 1% Нелиней­ность ха­рактеристи­ки 3% k2. 10», МПа/мкм ного сопла, мм МПа А Zcp А zcp       мкм   1, IX 1,3X0,5   0,05 0,10 0,15 0,20 78 78 108 110 64 90 98 106 106 110 140 140 64 90 98 106 0,37 0,675 0,89 1,135 1,IX 1,3X0,8 1.6 0,05 0,10 0,15 0,20 124 110 130 130 94 126 152 160 164 152 185 196 94 126 152 160 0 197 0,38 0,525 0,695 ЫХ 1,3X1,0   0,05 0,10 0,15 0,20 136 134 160 162 108 146 164 174 172 196 208 182 108 146 164 174 0,14 0,26 0,368 0,50 1,IX 1,3X0,8   0,05 0,10 0,15 0,20 106 123 136 88 110 134 138 136 150 174 182 88 110 130 138 0,268 0,52 0,695 0,895 1,1Х 1.3Х 1.0 2.0 0,05 0,10 0,15 0,20 128 116 144 142 104 133 142 154 164 186 206 200 104 133 142 154 0,204. 0,368 0,51 0,675 1,1X1.3X1,2   0,05 0,10 0,15 0.20 128 148 162 150 108 158 182 174 135 222 264 108 158 182 174 0,164 0,291 0,41 0,555 1.IX 1.3Х 1,0 1,1Х I.8X 1,2 1.5X2 (два сопла) 0,05 0,10 0,15 0,20 0,05 0,10 0,15 0,20 80 02 112 120 100 02 120 108 65 90 102 112 68 106 116 124 100 114 160 150 130 116 168 184 65 90 102 112 74 106 116 124 0,348 0,035 0,85 ■ 1,09 0,272 0,525 0,72 0,'JI 1.1Х 1,ЗХ 1.0   0,05 0,10 0,15 0,20 68 84 02 134 50 60 86 110 80 110 130 156 50 66 86 100 0,455 0,805 1,14 1,39 1,1Х 1.3Х 1,2 2,0X2 или 1,0X4 0,05 0,10 0,15 0,20 65 90 120 120 58 82 94 108 96 120 148 160 65 82 94 108 0,368 0,665 0,91 1,16 1.1X1.3X1,5   0,05 0,10 0,15 0.20 82 95 144 100 72 98 118 120 122 135 164 160 72 93 118 120 0,278 0,50 0,685 0,89

Примечание. Обозначения см. в табл. 13.