Модернизация автоматизированной системы научных исследований контактной жесткости на основе усовершенствованной нормализованной методики испытаний

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модернизация автоматизированной системы научных исследований контактной жесткости на основе усовершенствованной нормализованной методики испытаний

При проведении экспериментальных исследований в последние годы широкое применение находят автоматизированные системы научных исследований. В кандидатской диссертации А.Е. Захарова была разработана автоматизированная установка для измерения контактной жесткости в соответствии с методическими указаниями [1]. В указанном источнике предлагается измерять контактную жесткость стыка, в котором одна из поверхностей принята идеальной (гладкой и недеформируемой), с использованием конкретных нагрузок, определяемых в зависимости от твердости и высотного параметра шероховатости Rz (по ГОСТ 2789-73) поверхности. При этом указания [1] распространяются на поверхности с шероховатостью от Ra = 0,32 до Rz = 320 мкм при изменении твердости от 20 до 300 НВ. Ограничение по твердости объясняется допущением, что индентор гладкий и недеформируемый. Для этого он подвергается термообработке (цементации) с последующими шлифованием и доводкой.

Согласно литературным данным, упругая деформация волнистости и подложки в несколько раз меньше пластической деформации.

Согласно [2] пластическая деформация поверхностных слоев определяется по формуле (1), упругая - по формуле (2).

, (1)

(2)

где y_пл1 - пластическая деформация одной из поверхностей в контакте; y_уп1 - упругая деформация одной из поверхностей в контакте.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Из (1) видно, что с увеличением микротвердости Hо поверхности увеличивается контактная жесткость. Тогда, принимая во внимание то обстоятельство, что индентор не имеет пластической составляющей, можно с известной степенью точности определять контактную жесткость для указанного диапазона твердостей.

Анализ поверхностей, для которых имеет значение контактная жесткость (в первую очередь, детали станков: привалочные плоскости корпусных деталей; торцовые поверхности гильз, стаканов, фланцев, регулировочных колец; детали универсально-сборных приспособлений и т.д.[3]), показал, что их шероховатость изменяется от Ra = 0,04 до Ra = 3,2 мкм. Все эти детали подвергаются термообработке, и твердость их рабочих поверхностей составляет 30-55 HRC.

Однако для таких условий рекомендации [2] неприменимы, поскольку допущение о недеформируемости индентора вызовет погрешность, сопоставимую с измеряемой величиной.

В существующую АСНИ контактной жесткости входит электрический привод постоянного тока с высокомоментным двигателем, управляемый от платы сбора данных и управления NVL-03. Данная плата также выполняет оцифровку сигнала с усилителей тензодатчиков и индуктивного датчика перемещений. Для программирования данной платы поставляются драйверы, программируемые в операционной системе MS-DOS на языках С и С++.

В настоящее время существуют SCADA-системы, такие как LabVIEW, которые позволяют создавать виртуальные инструменты специально для работы с платами сбора данных. Такие системы позволяют быстро создавать программу для считывания информации с датчиков с удобным графическим оформлением. В дальнейшем возможна передача результатов эксперимента в файл с их статистической обработкой в системах Mathcad или Statistica.

При модернизации АСНИ планируется применение современной платы сбора данных PCI-1202 фирмы ICP DAS. Плата представляет собой низкочастотный (110 кГц) 12-разрядный 16-канальный аналого-цифровой преобразователь. Помимо этого, имеются два цифроаналоговых преобразователя и по 16 цифровых входов и выходов. С платой поставляются драйвера-функции для программирования каналов сбора данных и управления в LabVIEW.

Модернизация АСНИ также необходима и в отношении точности измерений силы и контактных перемещений.

Анализ систем электронных динамометров показал, что для заданного диапазона нагрузок (от 10 г. до 300 кг) нет серийно выпускаемых динамометров сжатия. Возможно их изготовление на заказ или собственными силами. Предлагаемая схема измерений (рис. 1) достаточно проста, а динамометр несложно изготовить.

Тензодатчики соединены в полномостовую схему. Для усиления сигнала с тензомоста динамометра используется серийно изготовляемый тензометрический модуль I7016P. Для изменения диапазона измерений применяется сменная тензобалка.

Заданная точность измерения перемещений - 0,1 мкм - принципиально недостижима в базовой конструкции узла измерения перемещений, так как только теоретическая точность датчика составляет 0,1 мкм. Анализ современных датчиков перемещений показывает, что требуемой точности можно достичь с помощью индуктивных и емкостных датчиков, причем наиболее высокую точность обеспечивают емкостные датчики. Так, фирма MicroEpsilon предлагает высокоточный емкостной датчик DT6630 с точностью измерения 0,1 нм. Недостатком его применения является необходимость поддержания идеальной чистоты в контакте между электродами.

Предлагается индуктивный датчик перемещений transSENSOR фирмы MicroEpsilon с точностью 2 мкм. Заданная точность будет обеспечиваться установкой промежуточной балки (рис. 2).

Принципиальным его отличием от индуктивного датчика линейных перемещений М-30 с Ш-образной системой завода «Калибр», применяемого в базовой АСНИ, является отсутствие изнашивающихся частей. Контроллер transCON содержит генератор питания первичной обмотки датчика, выпрямитель и усилитель сигнала.

На рис. 3 представлена структурная схема модернизированного варианта АСНИ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

По программе от ПЭВМ цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) управляет двигателем посредством комплектного электропривода. Механизм нагружения включает червячный редуктор, в червячном колесе которого перемещается винт. При нагружении индентор упирается в образец, деформируя его. В это время датчик перемещений transSENSOR измеряет контактное сближение, а электронный динамометр - нагрузку. Программа, имея исходные данные об эксперименте - вид поверхностей в контакте «плоскость-плоскость», «плоскость-сфера», «цилиндр-сфера» и др.), размеры контактирующих площадок, количество инденторов, - определяет давление и контактную жесткость, формируя протокол эксперимента. В реальном времени программа сравнивает текущую нагрузку с заданной и в момент их совпадения реверсирует двигатель. Процесс нагружения происходит 6 раз. Программой фиксируется контактная жесткость при первом (пластическая + упругая деформация) и при повторных нагружениях (только упругая деформация).

Список литературы

электронный динамометр датчик индуктивный

1. Метод определения нормальной контактной жесткости неподвижных стыков: метод. рекомендации. - М.:ВНИИМАШ, 1982.

2. Суслов, А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей машин/ А.Г. Суслов. - М.: Машиностроение, 1987.- 208 с.

3. ЭНИМС. Основные нормы. Нормали станкостроения и руководящие материалы.- М., 1969.

Размещено на Allbest.ru