Измерение подшипникового кольца

Путешествие подшипникового кольца

Чтобы представить себе работу некоторых измерительных приборов, проследим путь одной детали перед отправкой ее на сборку. Для этой цели выберем, например, кольцо обыкновенного подшипника и проследим, как измеряются его наружный и внутренний диаметры. Эта операция вполне по силам микрокатору — представителю самых простых приборов с механическими преобразователями. Измерения производятся рычажными, винтовыми, пружинными и другими механизмами. Микрокатор — рычажно-пружинный прибор. Крепится он на жесткой стойке и имеет столик для детали, измерительный стержень, угловой рычаг, скрученную пружину со стрелкой и шкалу. Действует он так же просто, как и устроен. Положив кольцо подшипника под измерительный стержень, мы увидим, что тот под влиянием детали переместится вверх и повернет рычаг вокруг неподвижного центра. При этом скрученная пружина растянется, повернув стрелку относительно шкалы. Нам остается взглянуть на шкалу, чтобы узнать величину наружного диаметра кольца подшипника.

Измерить внутренний диаметр кольца также несложно, если надеть на стержень прибора специальное передаточное устройство, состоящее из подвижного и неподвижного наконечников, приспособленных для удобного ввода в отверстие. Как видите, принцип работы прибора очень несложен. Кроме того, прибор удобен в эксплуатации и надежен. Именно этим качествам он обязан своему большому успеху на машиностроительных заводах и в научных лабораториях. Однако для полноты характеристики нужно сказать и о недостатках прибора. Главный из них — механический контакт измерительного стержня с деталью, и как следствие этого — его изнашиваемость и появление ошибок в измерении. Кроме того, микрокатором нельзя измерять очень тонкие изделия, например металлическую фольгу, а также детали из мягких материалов и с очень чистыми поверхностями, так как у стержня измерительное усилие 200—400 г и он может поцарапать или прогнуть измеряемую деталь.

Микрокатор, как и многие другие приборы для точных измерений, имеет интересную особенность: несмотря на то что предельное перемещение его стержня невелико (0,06 мм), на нем можно измерять детали в сотни миллиметров с точностью до 1 мк. Это достигается применением так называемого относительного метода измерения. Он состоит в том, что по шкале прибора оценивается не сам размер, а его отклонение от размера установочной детали, по которой настраивается прибор до начала измерений. В роли установочных деталей часто используют упоминавшиеся ранее концевые меры длины. При абсолютном же методе оценивается весь измеряемый размер по шкале. Им пользуются, например, при измерении обыкновенной масштабной линейкой или штангенциркулем.

Но вернемся к нашему кольцу. Итак, мы измерили его наружный и внутренний диаметры. Если они оказались в допуске, не спешите отправлять кольцо на сборку. Чтобы составить полное представление о качестве изделия, нужно проверить и другие его характеристики. Поместим кольцо снова под измерительный стержень микрокатора и медленно повернем его на один-два оборота. Если кольцо имеет правильную круглую форму, то стрелка прибора застынет в одном положении. В противном случае вслед за поворотом кольца будет двигаться и стрелка по шкале, показывая тем самым, что кольцо имеет не круглую форму, а, например, овальную. Если стрелка ушла за установленную границу, значит, форма кольца сильно искажена и его нужно забраковать.

Но допустим, кольцо выдержало предыдущие проверки. Теперь подвергнем его еще одному испытанию и определим степень шероховатости его поверхности. Эту задачу микрокатор выполнить не в силах. Дело в том, что ширина и глубина бороздок неровностей на поверхности кольца исчисляются несколькими микронами. Примерно такой же толщины должен быть и измерительный наконечник прибора, у микрокатора же толщина наконечников — несколько миллиметров. Для этой операции гораздо больше подойдет п р о-филометр — прибор с электрическим преобразователем. Состоит он из датчика и усилительной электросхемы. Измерительным наконечником у него служит тонкая алмазная игла.

По принципу действия и внешнему виду датчик напоминает звукосниматель радиолы. Накладываем его на поверхность кольца подшипника и перемещаем на небольшое расстояние взад и вперед поперек бороздок неровностей. Игла то поднимается на гребешки неровностей, то опускается во впадины. При этом меняется воздушный зазор между верхним концом иглы — якорем и магнитным сердечником. Сердечник охватывает проволочная катушка, в которой наводится индуктивный ток. В зависимости от воздушного зазора между иглой и сердечником (а значит, и от глубины неровностей) меняются показания отсчетного устройства, включенного в электросхему. Взглянув на шкалу прибора и убедившись, что стрелка не перешла за установленную границу, кольцо признаем годным. А так как оно успешно прошло все предыдущие проверки, передаем его на сборку.

Завидная точность

Для настройки микрокатора на требуемый размер нам были нужны установочные детали — концевые меры длины, изготавливаемые с высокой точностью.  Раз  так,  то,  очевидно,  их  и контролировать необходимо очень точно? Да, ни микрокатор, ни профилометр здесь не годятся: требуется прибор по меньшей мере на порядок точнее. Роль надежного контролера в этом случае может сыграть интерферометр, работа которого основана на широко известном физическом явлении — интерференции света, возникающей при взаимодействии двух его пучков. При определенной разности хода двух лучей свет усиливается и образуются светлые полосы, при другой разности хода — ослабляется и получаются теневые полосы. Ширина полос равна половине длины волны света, что составляет примерно 0,3 мк.

В интерферометре два пучка света получаются от одного источника при помощи разделительной призмы. Один пучок проходит призму и отражается от зеркала, другой отражается от измерительного столика. Затем пучки снова сходятся в призме. Здесь они и образуют интерференционную картину из чередующихся мелкоизломанных светлых и темных полос, которые видны в зрительную трубу прибора. Если поместить концевую меру длины на столик интерферометра и взглянуть в зрительную трубу, то можно увидеть не одну систему полос, а две. Вторая интерференционная картина, возникшая в момент установки концевой меры на столик,  смещена  относительно  первой.

Теперь остается подсчитать число сместившихся полос и узнать длину концевой меры. Число полос можно определить с точностью до  / ,0 полосы и даже еще точнее, если использовать специальные счетчики, т. е длину концевой меры можно определить с точностью до сотых долей микрона.

Обе рабочие поверхности концевых мер должны быть строго горизонтальны и параллельны друг другу, о чем сообщают интерференционные полосы в объективе. Если они горизонтальны — значит, все в порядке, рабочие поверхности параллельны. Если вдруг появились наклонные полосы — поверхности меры не параллельны и ее нужно браковать. Если же полосы изогнуты, значит, искажена форма концевой меры и ее ждет та же участь — брак.

Как видите, интерференционные приборы точнее механических в сотни раз! Но не спешите с выводами. Эти приборы требуют очень аккуратного обращения. Если вы нечаянно ударите по столу рядом с прибором, интерференционная картина может исчезнуть и появится вновь только после долгой и кропотливой наладки.