Завершается технолог чески й процесс завальцовкой усика в соответствующий паз винтового профиля и шлифованием наружной поверхности усика, выполняемым на круглошлифовальном станке при установке заготовки в центрах. Изготовленный ротор подвергают комплексному техническому контролю в соответствии с техническими требованиями на его изготовление. Чтобы получить однозначное заключение о качестве изготовленного ротора, необходимо провести комплексное измерение. На основании этого измерения можно сделать заключение о возможном коэффициенте полезного действия роторной пары. Для определения возможного КПД необходимы:

1)измерение поперечного сечения, которое показывает отклонение фактического профиля от теоретического;

2)измерение шага, провозимое по диаметру делительной окружности, которое показывает отклонение относительно заданного шага;

3)измерение цилиндричностн как у вершины, так и у основания профиля.

Все эти измерения выполняются с малой затратой времени на специальной измерительной машине с ЧПУ по соответствующей программе. Результаты измерения передаются для анализа в ЭВМ, встроенную в машину, н могут быть представлены графически в виде кривых с помощью графопостроителя ЭВМ или отпечатаны в виде таблиц с помощью быстродействующего печатного устройства.

Технологический процесс изготовления ведомого ротора аналогичен.

Оборудование и инструменты, применяемые при обработке роторов

Наиболее сложным и ответственным этапом технологического процесса изготовления роторов является обработка их винтовой части. Выше упоминались примеры станков, на которых возможно выполнение обработки винтовой части ротора. Их основные технические характеристики приведены в табл. 2.

Фирма «Адольф Волдрих» (ГДР) выпускает станки для строгания роторов винтовых компрессоров. Заданные профиль и угол подъема винтовой линии образуются в результате совмещения вращательного и продольного (поступательного) движения заготовки и соответствующей установки резца.

Таблица 1 Технические характеристики станков для обработки роторов

Строгание производится одним или несколькими резцами в зависимости от геометрической формы и размера ротора. Переход от одного витка к другому осуществляется автоматически после окончательной обработки профиля. При обработке роторов больших диаметров профиль ротора образуется с помощью двух и более резцов, следующих один за другим. Точность взаимного расположения резцов обеспечивается предварительной установкой их в кассету вне станка, последующим креплением кассеты в суппорте и настройкой суппорта с помощью оптического приспособления. На станках «Холройл» (Англия) (см. табл. 1) обработка винтовой части роторов осуществляется фрезерованием. Обрабатываемая заготовка устанавливается в центрах станка и, поддерживаемая люнетом, перемещается относительно фрезерной головки. Фрезерная головка настраивается на угол подъема с помощью сменных шестерен. Точность настройки контролируется специальным оптическим прибором. Станки имеют жесткую конструкцию, что обеспечивает точность обработки.

В формировании винтовой поверхности значительна роль режущего инструмента. Предварительная и окончательная обработка профиля зубьев и впадин ротора производится специальными острозаточенными профильными фрезами.

Острозаточенные фрезы имеют большие преимущества по сравнению с затылованными. Заточка таких фрез производится алмазным кругом на специальных копировально-заточных станках по задней грани. Задний угол у таких фрез на всем участке профиля остается постоянным. Острозаточенные фрезы применяют

Рис. 33. Комплект фрез для обработки профиля ведомого ротора винтового компрессора на станке Холройд

а -- фреза Дисковая черновая для предварительной обработки (1-- нож; 2 -- клин: 3 -- корпус): б -- фреза дисковая лучистовая (1-- иож; 2, 4 -- кольца; 3 -- клин; В -- корпус); в -- фреза Дисковая чистовая (1, 4 -- кольца; 2 -- нож; 3 -- клин; В -- резец; 6 -- корпус)

для нарезания роторов разных диаметров. Получение точного профиля обеспечивается при обработке 20--25 роторов. Для роторов диаметром до 500 мм применяют фрезы с полным профилем, а свыше 500 мм -- с половинным профилем.

Комплект фрез (рис. 23) для обработки ведомого ротора (рис. 24) состоит из трехсторонних дисковых фрез для черновой, получистовой и чистовой обработки и набора дисковых фрез для фрезерования уплотнительного пояска.

рис. 24. Ведомый ротор компрессора 14ВК Рис. 25. Фреза для черновой обработки роторов

Аналогичный комплект режущего инструмента применяют для обработки ведущего ротора (с некоторым отличием в профиле фрез).

Ведомые и ведущие роторы можно обрабатывать на разных станках; при этом обеспечивается полная взаимозаменяемость деталей. Это достигается благодаря точности оборудования, инструмента и взаимного расположения деталей и инструментов в процессе обработки. На станках фирмы «Боле» (ФРГ) производится черновая и чистовая обработка фрезерованием роторов диаметром до 875 мм (см. табл. 2). Станки снабжены трехкоординатными системами ЧПУ. Имеются системы абсолютного измерения по каждой координате оси. Узлы станка, включая делительную головку, имеют высокую жесткость.

Фрезерование роторов выполняется профильными фрезами с неперстачиваемыми твердосплавными пластинками за один проход. Для чистовой обработки используют перетачиваемый инструмент. На рис. 25 показана фреза для черновой обработки роторов. Отличительная особенность конструкции фрезы -- тангенциальное расположение по отношению к корпусу фрезы твердосплавной пластинки. Тем самым усилие резания передается в том месте пластинки, в котором находится наибольшее поперечное сечение, что обеспечивает ее высокую прочность и жесткость. Число пластин выбрано таким образом, чтобы обеспечить максимальное число режущих кромок в части фрезы, формирующей профиль для винтовой канавки

Для обеспечения мягкого врезания инструмента боковые пластинки расположены спиралеобразно.

Ножи фрез для чистовой обработки изготовлены из быстрорежущей стали или твердого сплава. Допускают 20--30 переточек. Заточку фрез производят на специальных заточных станках с использованием профильных шаблонов. Обеспечивается точность профиля не менее 0,01 мм. Качество заточки контролируется специальными оптическими приборами.

Методы контроля роторов винтовых компрессоров

Классификация погрешностей роторов. Контроль и измерение деталей со сложными пространственными криволинейными поверхностями, к которым относятся лопатки турбин, центробежных и осевых компрессоров, роторы воздуходувок и винтовых компрессоров, весьма затруднен из-за особенностей их геометрии. Как правило, профили таких деталей задаются координатным способом и поэтому использование для их контроля и измерения универсальных измерительных средств не всегда возможно.

При проектировании изделий со сложной геометрией рабочих органов наряду с разработкой рациональной технологии изготовления важным моментом является разработка метрологического обеспечения, т. е. технологии контроля и измерения деталей, обеспечивающей требуемое качество функционирования изделия в целом.

В настоящее время достаточно четко разработана классификация погрешностей размеров деталей винтовых компрессоров, возникающих в процессе их изготовления. Погрешности винтовой части роторов принято оценивать комплексными и дифференцированными (поэлементными) показателями. К комплексным относят показатели, определяющие степень годности детали по какому-либо одному параметру, а к дифференцированным -- по комплексу параметров.

К комплексным показателям точности изготовления роторов относятся величины профильных зазоров в зацеплении винтов, которые обычно проверяют в собранной машине различными измерительными и контролирующими средствами. К дифференцированным показателям, по аналогии с ГОСТ 1643--81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски», относятся показатели, регламентируемые допусками формы, расположения и суммарными допусками формы и расположения. Допуском формы Fr ограничена погрешность Ffr профиля зуба винта (рис. 26, а), определяемая как расстояние по нормали между двумя ближайшими номинальными торцовыми профилями, между которыми находится действительный торцовый профиль зуба. Допусками расположения регламентированы погрешности отклонения шага винта, угла наклона винтовой линии, отклонение от параллельности, перекос осей, смещение торцовых плоскостей

Рис. 26. Основные геометрические погрешности роторов винтовых компрессоров:

а --погрешность профиля зуба винта; б -- отклонение шага винта; е -- погрешность угла наклона винтовой линии; г -- отклонение от параллельности и перекос осей; д -- радиальное биение впадины винта

винтов, а также отклонение межосевого расстояния. Отклонение шага винта fptr представляет собой (рис. 26, б) наибольшую погрешность во взаимном расположении любых двух одноименных профилей зубьев по начальной окружности колеса. Погрешность угла наклона винтовой линии F$r (рис. 26, в) определяется наибольшей разностью действительного и номинального расстояний между двумя любыми одноименными поверхностями зубьев на одной и той же образующей цилиндра (соосно оси вращения винта), проходящего вблизи начальной окружности. Отсчитывается по нормали к направлению винтовой линии зубьев. Отклонение от параллельности fxr (см. рис. 26, г) оценивается отклонением от параллельности проекций осей винтов на плоскость, в которой лежит одна из осей и точка второй оси в средней плоскости винтов. Указанную погрешность определяют в линейных величинах на длине винта, причем в качестве средней плоскости выбирают плоскость, проходящую через середину винта. Перекос осей Ivr (см. рис. 26, г) -- это отклонение от параллельности проекций осей винтов на плоскость, проходящую через одну из осей и перпендикулярную плоскости, в которой лежит эта ось и точка второй оси в средней плоскости винтов. Определяется также в линейных величинах на длине винта. Под смещением торцовых плоскостей винтов понимается разность во взаимном расположении торцовых поверхностей винтов. Важным с точки зрения кинематики вращения является ограничение допуском отклонения межосевого расстояния Fxr (см. рис. 26, г), который оценивается разностью между действительным и номинальным межосевым расстоянием иа длине винта.

Радиальное биение впадины винта Fn (рис. 26, д) -- наибольшее колебание расстояний от впадины до оси вращения винта, регламентировано суммарным допуском формы и расположения.

Основные требования к точности геометрических параметров роторов винтовых компрессоров. Требования к точности изготовления и сборки винтовых компрессоров являются достаточно высокими. Так, винты по наружным диаметрам рекомендуется изготовлять по h6, расточки корпусов по Н7 (СТ СЭВ 144--75). Длина наружной части винтов должна быть ограничена h8, а длина рабочей части корпуса Н9. Контроль точности указанных геометрических параметров деталей, за исключением синхронизирующих шестерен, не представляет затруднений и может быть выполнен с применением универсальных измерительных средств подобно контролю других типовых деталей машин. Более высокие требования предъявляются к точности зазоров в зацеплении винтов, а также к точности дифференцированных показателей качества изготовления роторов, рассмотренных ранее.

Зазоры между профилями в зацеплении роторов при проектировании обычно назначают для характерных точек (зазоры s1.-6,s2,s3 рис. 27) по всей длине линии контакта 1--2--3--4--5--6 (рис. 28). Допуски профильных зазоров 5, мкм, для компрессоров «сухого сжатия» (числитель) и маслозаполненных компрессоров (знаменатель) в зависимости от наружного диаметра DH ведущего винта.

При сборке винтовых компрессоров для обеспечения столь высоких требований к точности зазоры между зубьями винтов контролируют или измеряют при любом относительном положении роторов. При этом винты последовательно ставят в такие взаимные

Рис. 27. Схема профильных - Рис. 28. Линии зацепления и контакта зубьев - винтов зазоров в нормальной плоскости положения, при которых каждый зуб побывал бы во всех возможных сочетаниях с зубьями другого винта. При этом число таких положений равно наименьшему кратному чисел зубьев. Например, при числе зубьев 3+3 число положений равно 3; при числе зубьев 4+6 число положений равно 12, при 5+7 число взаимных положений равно 35.

Таблица 2 Допуски на профильные зазоры компрессор

Для удобства установки винтов в нужные положения их зубья нумеруют по торцу со стороны всасывания. При каждом относительном положении зубьев по длине винтов встречаются несколько пар зубьев, между которыми также контролируется или измеряется зазор. Результаты измерения заносят в формуляр зазоров между уплотняющими кромками зубьев винтов, затем подсчитывают среднее интегральное значение зазоров, по которому рассчитывают эффективность работы компрессора.

Существующие методы и средства контроля и измерения зазоров между винтами в зацеплении роторов недостаточно эффективны. В основном они сводятся к контролю зазоров с помощью щупов в характерных точках профиля, что не дает достаточной точности и возможности сопоставлений фактической точности зазоров с требуемой. Известен и способ определения зазоров между сопряженными зубьями с помощью свинцовых выжимок при установке роторов в эксплуатационные базы, который, однако, также не обеспечивает требуемой точности. Более прогрессивным является функциональный принцип выбора и проектирования устройства1 для измерения зазоров между профильными поверхностями роторов компрессоров (рис. 29).

Измерительная головка 1 с преобразователями 2 устанавливается на каретке 4, которая перемещается по направляющей вдоль оси роторов Р1 и Р2 синхронно с их вращением посредством

Рис. 29. Принципиальная схема устройства для измерения зазоров между профильными поверхностями роторов 7-электродвигатели; 8-редуктор; 9-ходовой винт; 10- ползун;5,12,14- стальные ленты; 8,15- диски; 6, 11- поводковые муфты; 13-валик; 4- каретка;1-измерительная головка.

Рис. 30. Измерительная устройства для измерения зазоров между ловка с преобразователями профильными поверхностями роторов сигналов

Электродвигателя 7 и редуктора 8, выходная ось которого приводит во вращение ходовой винт 9. Винт 9 перемещает при своем вращении ползун 10 по направляющей. С винтом соединены три тонкие стальные ленты 5, 12, 14, две из которых (5 и 14) перекинуты через тонкие диски 8 и 15, передающие вращение на роторы с помощью поводковых муфт 6 и 11, а лента 12 перекинута через валик 13 и тянет каретку 4 с измерительной головкой 1. Выбором диаметров дисков подбирается передаточное отношение так, чтобы указанные движения были синхронными. Натяжение лент осуществляется с помощью грузов Qi и Qi. Установка роторов в начальное положение производится по измерительной головке 1, когда сигналы с преобразователей, расположенных симметрично, примерно одинаковы. Выводя каретку 4 с измерительной головкой из зацепления с роторами и поворачивая последние до положения, соответствующего следующей паре зуб--впадина, можно контролировать профильный зазор при всех возможных сочетаниях зубьев и впадин роторов. При проведении измерений преобразователи воспринимают отклонение формы и положения поверхностей по винтовым линиям, на которые они были настроены. Эти линии для обоих роторов должны быть сопряженными. Сигналы с преобразователей 2 поступают на трехканальные усилители 3 и далее на самописцы 4, перья которых, вычерчивают на бумаге кривые относительно нулевых уровней настройки, полученных при установке преобразователей на нуль по контршаблонам. Эти нулевые уровни в виде начальных отметок наносятся на бумагу самописцев. Полученные профилограммы обрабатываются и после обработки определяются значения площадей профильных зазоров при мгновенном значении угла поворота. Суммарная погрешность измерения при нормальном температурном режиме не превышает 0,005 мм, что соответствует требованиям к точности действительных зазоров, изложенным в табл. 3.

Таблица 3 Допуски геометрических параметров роторов

Для оценки профильных зазоров перспективно применение координатно-измерительных машин. Измерение дифференцированных показателей точности геометрических параметров роторов винтовых компрессоров, значения допусков которых приведены в табл. 4, в настоящее время проводится с использованием высокоточных координатно-измерительных машин.

Универсальные и специальные измерительные средства, применяемые, например, для оценки точности зубчатых передач и колес, для этой цели, как правило, не подходят из-за специфических особенностей геометрии винтов. Разработка измерительных средств для оценки указанных параметров является наиболее актуальной задачей для повышения качества винтовых компрессоров. Высокоточные измерительные средства необходимы не только для отладки технологического процесса изготовления винтов, но и для высокопроизводительного контроля винтов, что дает возможность применения принципа подбора роторов и тем самым значительно увеличивает точность сборки компрессора. В настоящее время при проведении научно-исследовательских работ, лабораторных измерениях, а иногда и в производственных условиях измерение некоторых дифференцированных показателей, таких, как радиальное биение впадины винта, погрешности шага и некоторых других, осуществляется с помощью однокоординатных измерительных машин (например, устройства с электроиндуктивной измерительной головкой) типа ЭДГ-3 (рис. 31, а) и двухкоординатных, например, ДИП-1 (рис. 31,6). Однако для измерения других параметров, в том числе погрешностей угла подъема винтовых линий на различных цилиндрах, указанные машины недостаточно информативны.

Рис. 31. Устройстве для измерения геометрических параметров роторов винтовых компрессоров

Наибольшее распространение для оценки качества изготовления винтов получают трехкоординатные измерительные машины (КИМ).

Координатная измерительная машина представляет собой измерительно-вычислительный комплекс различной степени автоматизации. Основными конструктивными элементами КИМ являются станина и стол для установки измеряемой детали. При необходимости деталь можно закреплять на столе. Большинство КИМ имеют плоский неподвижный стол; ряд машин оснащен поворотным столом.

Компоновка КИМ определяется расположением несущих элементов (стоек, порталов, консолей), обеспечивающих направление перемещения измерительной головки. Измерительные головки контактного типа имеют различную конструкцию. Принцип их действия основан на генерировании электрического сигнала при касании щупом поверхности измеряемой детали. Сигнал с измерительной головки подает команду на отсчетную систему координатных перемещений измерительной головки. Кроме указанных конструктивных элементов, КИМ имеют системы приводов перемещений измерительной головки, опорные узлы, системы ввода и вывода информации и др.

Для измерения деталей на КИМ должны быть выполнены следующие предварительные операции:

1.Выбор системы координат детали (СКД), в которой будут рассчитываться координаты точек измерения элементов деталей.

За начало СКД принимают какую-либо характерную точку детали (вершину, центр отверстия и т. п.). Положения осей СКД целесообразно выбирать совпадающими с осями деталей.

2.Выбор точек измерения и расчет их номинальных координат. Производится для составления программ измерительных перемещений исполнительных органов КИМ. Число точек измерения должно быть достаточным для оценки действительной точности детали по геометрическим параметрам, указанным на чертеже.

Для получения координатной модели на поверхностях и других элементах детали выбирается сеть (растр) точек, номинальные координаты которых отличаются друг от друга на определенные дискретные значения Ах, А у, А г. При расчете координат точек измерения в выбранной СКД используются номинальные размеры, допуски, допустимые отклонения формы, расположения поверхностей и осей, имеющиеся на рабочих и сборочных чертежах изделия.

Точкам измерения, поверхностям и другим элементам деталей присваиваются цифровые или буквенные обозначения в соответствии с языком системы программирования КИМ.

3.Выбор точки начала отсчета координатных перемещений. Для многих деталей измерение на КИМ можно начинать с любой из выбранных точек. Винтовые роторы являются парными сопрягаемыми деталями.

По результатам измерения каждого ротора вычисляют характеристики сопряжения -- значения профильных зазоров но линии контакта роторов. Так как линия контакта может быть представлена только при конкретном угловом положении сопрягающихся винтов, при измерении каждого ротора в отдельности необходимо обеспечить соответствие точек измерения на их поверхностях.

Поэтому точка начала отсчета перемещений измерительной головки и порядок обхода точек измерения должны быть заранее установлены.

4.Выбор траектории перемещения щупа измерительной головки.

Траектория перемещения щупа должна проходить по кратчайшему расстоянию между точками измерения.

Рис. 32. Принципиальная схема измерения геометрических параметров роторов винтовых компрессоров на КИМ с поворотным столом

При измерении винтовых роторов такими траекториями являются винтовые линии различных радиусов.

5.Выбор направления ориентации измерительного щупа КИМ. Направление ориентации щупа к поверхности детали зависит от типа измерительной головки и допустимой погрешности. Наименьшие погрешности измерения будут, если щуп направлен по нормали к измеряемой поверхности. Допускается также любое другое направление, если оно не изменяется в разных точках поверхности. В этом случае к измеренным значениям вводится постоянная поправка.

6.Составление программ обработки результатов измерений.

Действительные отклонения размеров, формы, расположения поверхностей и осей деталей находят в результате косвенного измерения, т. е. расчета по известным зависимостям на основе измеренных непосредственно координат точек действительной поверхности. Для такого расчета составляются программы обработки результатов измерений.

При измерении винтовых роторов на КИМ с поворотным столом в качестве траекторий перемещения щупа обычно выбирают винтовые линии различных радиусов, лежащие на профильных поверхностях зубьев роторов (рис. 32). Для реализации на КИМ таких траекторий необходимо осуществить согласованные движения -- вращение поворотного стола Вх и перемещение измерительной головки ИГ вдоль оси детали Пх (см. рис. 32). На этих траекториях и должны лежать измеряемые точки, в которых щуп подводится к поверхности детали (при сканирующем измерении дискретного ряда точек) или постоянно касается действительной поверхности (при непрерывном отслеживании).

Измеряемый ротор устанавливают в центрах КИМ и закрепляют таким образом, чтобы нулевое положение отсчетного устройства угловых поворотов совпадало с положением начала сжатия. Щуп измерительной головки подводится в эту точку до касания с поверхностью для снятия отсчета. Далее щуп отводится от действительной поверхности и по теоретической траектории перемещается к следующей точке измерения. Одновременно ротор поворачивается на соответствующий угол. После полного обхода точек, лежащих на одной винтовой линии, щуп возвращается к торцу всасывания и выводится в начало следующей винтовой линии. Далее процесс измерения повторяется.

Список используемой литературы

1) Н. А. Ястребова. И др. Технология компрессоростроения. М «Машиностроение» 1978

Размещено на Allbest.ru