Механические индикаторы

Механические зубчатые и рычажные индикаторы широко применяют для сравнительных измерений размеров деталей, малых перемещений и отклонений формы (например, биений). При измерениях индикаторы устанавливают на стойки или штативы или в контрольные приспособления, (например, широко распространенные приспособления для проверки размеров деталей подшипников качения), на приборы для проверки зубчатых колес и зацеплений, на индикаторные нутромеры, а также на магнитные стойки при наладке металлорежущих станков и др.

Механические индикаторы выпускают ведущие зарубежные фирмы США, Европы и Японии - Tesa (Швейцария), Mahr (Германия), MITUTOYO (Япония), и др. В России механические индикаторы выпускает Кировский инструментальный завод (г. Киров). Каждая фирма предлагает большую гамму индикаторов для решения различных измерительных задач.

Индикаторы часового типа (рис. 33) являются измерительными головками с зубчатой передачей.

Рис.33. Механический индикатор часового типа

Механические индикаторы часового типа выпускают по международному стандарту ISO 463:2006 с учетом требований стандарта ISO 14978:2006.

Принципиальная схема индикатора часового типа показана на рис. 34.

Рис. 34 Кинематическая схема индикатора часового типа

Индикатор имеет жесткий цилиндрический корпус, в котором размещен измерительный механизм. Измерительный стальной закаленный стержень установлен в точной направляющей скольжения. Стержень перемещается в бронзовых втулках и притерт к ним без зазора. На измерительном стержне нарезана зубчатая рейка, зацепляющаяся с трибом. На одной оси с ним посажено зубчатое колесо, передающее вращение другому трибу, на оси которого закреплена основная стрелка. На оси первого триба насажена маленькая стрелка указателя числа оборотов основной стрелки. С первым трибом зацепляется также зубчатое колесо, на ось которого напрессована втулка с пружинным спиральным волоском. Волосок создает натяг во всех зубчатых зацеплениях индикатора, заставляя их работать одной стороной профиля зуба, устраняя тем самым влияние зазоров в зацеплении на показания индикатора. В современных индикаторах часового типа оси зубчатых колес и трибов установлены на твердокаменных опорах (рубиновых подшипниках) и повышена точность изготовления профиля зубчатых колес. Это обеспечивает большой срок службы и высокие метрологические характеристики. Измерительное усилие создается пружиной растяжения. На измерительном стержне закреплена шпонка с большим вылетом, исключающая возможность поворота измерительного стержня. Во многих моделях циферблат-шкала может повертываться с целью установки индикатора на нуль при настройке его на размер. Большинство индикаторов снабжено противоударной защитой измерительного механизма.

Передаточное отношение индикатора определяют как отношение линейного перемещения конца стрелки к вызвавшему его перемещению измерительного стержня

i=R α / S,

где R - радиус стрелки;

α - угол поворота стрелки в радианах;

S - перемещение измерительного стержня, вызвавшее поворот стрелки на угол α.

Угол поворота стрелки определяют как произведение угла β поворота триба z₁ на передаточное отношение следующей зубчатой пары, равное отношению чисел зубьев ведущего и ведомого колес:

α = β z₂ / z₃.

Так как β =2S/ m z₁ рад,

то

α =2S z₂ / m z₁ z₃ , рад.

Следовательно, передаточное отношение индикатора будет

i=2R z₂/m z₁ z₃

Индикаторы, у которых стрелка совершает полный оборот или несколько оборотов, первое и последнее деления на круглой шкале индикато­ра совпадают, т.е. при перемещении измерительного стержня на 1 мм стрелка совершала ровно один оборот. Для выполнения этого условия числа зубьев и модуль зацепления выбраны так, чтобы при S = 1 мм получился угол поворота стрелки α = 2π рад:

2π = 2 z₂/m z₁ z₃

или

m = z₂ / π z₁ z₃

Цену деления шкалы определяют по формуле

c = a /I,

где a интервал деления шкалы.

Расстояние между штрихами шкалы выбирают в зависимости от диаметра шкалы 1,5 или 2,3 мм.

Индикатор часового типа не имеет погрешности схемы, и ход его кри­вой погрешности зависит от эксцентриситета колес и от местных дефектов контактных элементов передачи (главным образом, реечной пары).

Выпускают большое количество моделей индикаторов часового типа различного назначения с:

- ценой деления шкалы - 0,001; 0,002; 0,01; 0,1 мм;

- диапазоном измерения - 1,0; 3,0; 5,0; 10,0; 30,0; 50,0 100,0; 200,0 мм;

- диаметром шкалы - 40; 57; 58; 82 мм;

- с измерительным усилием - от 0,7 до 2,2 Н.

Индикаторы выпускают со степенью защиты от IP52 – до IP63 по стандарту DIN EN 60529 и ГОСТ 14254-96.

У индикаторов с большим диапазоном измерения измерительное усилие и его перепад больше.

Крепление индикаторов в стойках и приспособлениях производится за гильзу диаметром 8h6.

В настоящее время выпускают несколько моделей индикаторов с рычажно-зубчатым механизмом с ценой деления 0,5; 1,0 и 2,0 мкм, предназначенных для точных относительных измерений в небольших диапазонах. Индикатор на входе имеет один - два элементарных рычажных механизма, а на выходе одну-две зубчатых передачи. В качестве контактных звеньев рычажных переда используют шар-плоскость или цилиндр-цилиндр, изготовленных из закаленной стали или твердого сплава.

Пример кинематической схемы рычажно-зубчатого индикатора показан на рис. 35.

Рис. 35 Кинематическая схема рычажно-зубчатого индикатора

Механизм индикатора состоит из двух рычажных и одной зубчатой пары. Последняя расположена в конце кинематической цепи механизма. Поэтому погрешности зубчатого зацепления почти не влияют на суммарную погрешность прибора. В рычажной системе механизма индикатора предусмотрены регулировки передаточного отношения изменением длины малого плеча первого рычага и выбором участка с минимальной ошибкой - изменением положения опорного штифта второго рычага. Сначала изменением положения штифта добиваются симметричности погрешностей при наибольших отклонениях стрелки. Затем регулируется малое плечо первого рычага путем поворота втулки с эксцентричной сферической опорой до устранения погрешностей в заданных точках. Погрешность схемы правильно отрегулированного индикатора не превышает 0,1 мкм.

Передаточное отношение индикатора определяют по аналогии с индикатором часового типа

і= R·α/S

α = β r₂ z₁ /r₃ z₂

где β - угол поворота рычага r₁ при перемещении измерительного стержня на величину S;

r₂ /r₃ - передаточное отношение рычажной пары;

z₁/z₂ - передаточное отношение зубчатой пары.

Так как

β =S/ r₁.

То і = R r₂ z₁/ r₁ r₃ z₂.

Цена деления

c = a / i.

Для повышения точности и износоустойчивости механизма индикатора опоры всех передач выполнены на часовых твердокаменных камнях. Направляющие измерительного стержня выполнены на насыпных шарах. Из­мерительный стержень имеет свободный ход, предохраняющий механизм индикатора от повреждений при ударах по наконечнику.

Фирмы выпускают ограниченное число моделей механических индикаторов с рычажно-зубчатой передачей для точных относительных измерений в небольшом диапазоне:

- с ценой деления шкалы - 0,5; 1,0; 2,0 мкм;

- с диапазоном измерения - ± 40; ± 50; ±100 мкм.

Измерительное усилие не более 2,0 Н.

Установку прибора на нуль производят поворотом шкалы в пределах ±5 делений с последующим креплением стопорным винтом. Головка снабжена арретиром и указателями полей допус­ков. Головку устанавливают в стойку или приспособление за гильзу диаметром 8h6.