提高滾輪法測(cè)量大直徑精度的研究
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大型機(jī)械設(shè)備，如水輪機(jī)、汽輪機(jī)、大型發(fā)電機(jī)組、大型軸承圈等，常需對(duì)其大直徑進(jìn)行高精度測(cè)量，以滿足加工過程中對(duì)直徑尺寸的控制。大直徑測(cè)量必須解決以小測(cè)大、在線測(cè)量等一系列特殊問題。目前所采用的方法有：①用π尺進(jìn)行測(cè)量，方法雖簡(jiǎn)單，但測(cè)量誤差較大，精度很難提高。②采用大型卡尺進(jìn)行測(cè)量，卡尺若隨被測(cè)直徑的增大而增大將會(huì)出現(xiàn)很多難以克服的困難。③電子卡尺測(cè)量精度雖然較高，但是測(cè)量范圍仍然有限。④座標(biāo)機(jī)是一種較先進(jìn)的測(cè)量方法，可是大型座標(biāo)機(jī)價(jià)格十分昂貴，且不便在線測(cè)量。⑤利用滾輪測(cè)量被測(cè)件的周長(zhǎng)，然后算出其直徑，此方法的優(yōu)點(diǎn)在于被測(cè)工件的幾何尺寸不受限制，能以小測(cè)大并可方便地進(jìn)行在線測(cè)量，這也是幾十年來(lái)，始終未被人們放棄的原因所在。滾輪法從理論上講是無(wú)原理誤差的，但由于技術(shù)未臻完善，如沒有解決好滾輪與被測(cè)工件接觸點(diǎn)的滑失問題，給測(cè)量帶來(lái)了誤差，限制了其測(cè)量精度的提高。如何解決滾輪與被測(cè)工件接觸點(diǎn)的滑失問題，是完善此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。
1 滾輪法測(cè)量原理及提高精度的措施
滾輪法測(cè)量大直徑的原理如圖1所示。它是利用滾輪測(cè)量出被測(cè)工件的圓周長(zhǎng)，利用圓周長(zhǎng)和直徑的函數(shù)關(guān)系,通過計(jì)算來(lái)求出被測(cè)件的直徑即：
圖1 滾輪法測(cè)直徑
n π d=N π D
D=(n/N) d(1)
式中：n 為滾輪轉(zhuǎn)數(shù)；N為被測(cè)件轉(zhuǎn)數(shù)；d為滾輪直徑；D為被測(cè)件直徑
滾輪法測(cè)量直徑較好地解決了以小測(cè)大的問題，且方便于在線檢測(cè)。但前提條件是：被測(cè)件（以下稱工件）與滾輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，它們之間應(yīng)是無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)，即沒有滑失現(xiàn)象。但是滑失現(xiàn)象一直是滾輪法測(cè)量大直徑讓人們所困擾的事情，也是較難解決的問題。為此，我們?cè)谶@種測(cè)量方法上采取了一些措施，以減小滑失的產(chǎn)生。
1.1 解決被測(cè)件軸與滾輪軸在安裝過程中的不平行問題
被測(cè)工件與滾輪在安裝過程中兩者的軸應(yīng)互相平行，如圖2（a）所示。
圖2 滾輪軸與被測(cè)件軸不平行對(duì)測(cè)量的影響
v滾=v工cosθ
滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度將小于工件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，滑失由此產(chǎn)生。它們轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)不再相等。測(cè)出的直徑將變小。若設(shè)計(jì)一個(gè)微調(diào)機(jī)構(gòu)，讓滾輪軸在與工件軸平行的位置附近擺動(dòng)，滾輪軸與工件軸之間的角度θ越大，測(cè)出的工件直徑就越小。調(diào)整微調(diào)機(jī)構(gòu)，使θ角逐漸減小，測(cè)出的工件直徑就逐漸變大。當(dāng)θ= 0時(shí)，兩軸平行，測(cè)出的直徑最大，繼續(xù)調(diào)整微調(diào)機(jī)構(gòu)使θ角向反的方向增大，測(cè)出的直徑又隨之減小，如圖3所示。只有當(dāng)測(cè)出的直徑為最大時(shí)，說明此時(shí)滾輪軸與工件軸是平行的，即圖中的極大值位置。將滾輪軸安裝在此位置可以避免滑失的產(chǎn)生。
圖3 滾輪軸與工件軸之間的夾角θ對(duì)測(cè)量直徑的影響
當(dāng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，滾輪軸與軸承要產(chǎn)生摩擦，此摩擦力直接影響著滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，我們希望這個(gè)摩擦力越小越好，達(dá)到減小滑失的目的。因此選用摩擦極小的空氣軸承是比較理想的，于是我們?cè)O(shè)計(jì)與構(gòu)思了氣浮頂尖的結(jié)構(gòu)，如圖4所示。頂尖制成空心，可以通氣，上下兩端分別通入高壓氣體。圖中采用孔式節(jié)流方式。當(dāng)壓縮空氣由頂尖中心孔通進(jìn)時(shí)，它會(huì)由間隙溢出。頂尖座和頂尖有一小段是經(jīng)過研磨而成的，在靜態(tài)下兩壁密合，當(dāng)氣體通入時(shí)，兩頂尖因氣體壓力而產(chǎn)生微量分離，形成錐形間隙，其余部分的頂尖座和頂尖，角度有極小的差異，形成楔形間隙。上下頂尖用同一壓力供氣，滾輪的自重使下頂尖的氣隙小于上頂尖，因此下頂尖溢出的氣體流量小，上頂尖流量大。另一方面高壓氣體是經(jīng)過孔式節(jié)流器進(jìn)入氣腔的，上下頂尖使用相同結(jié)構(gòu)的節(jié)流器，對(duì)流動(dòng)氣體的阻力相同。節(jié)流器產(chǎn)生的壓力降與氣體流量成正比，所以上端節(jié)流器的壓力降大，下端的壓力降小，即上端氣腔內(nèi)壓力小，而下端氣腔內(nèi)壓力大。上下氣腔內(nèi)存在著壓力差，這個(gè)壓力差與供氣壓力有關(guān)，當(dāng)供氣壓力達(dá)到某一值時(shí)，該壓力差作用在頂尖上的作用力等于滾輪的自重，就能把滾輪浮起。由于氣隙的存在，滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)自身的摩擦極小，因此可以說采用氣浮頂尖結(jié)構(gòu)比采用普通軸承在減少滑失方面又前進(jìn)了一步。
評(píng)論