устройство для контроля положения оси вала в вертикальной плоскости

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОСИ ВАЛА В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ, содержащее шкалу, цилиндрический уровень, ось которого перпендикулярна оси шкалы, и пятку, контактная поверхность которой выполнена в виде выреза с возможностью введения в контакт с поверхностью вала двух соответствующих точек, лежащих на оси, перпендикулярной оси пятки, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и точности за счет уменьшения ошибки, обусловленной непостоянством диаметра вала, оно снабжено противовесом с нитью, ось пятки расположена параллельно оси уровня и перпендикулярно оси шкалы, нить соединена своим свободным концом с пяткой в точке, совмещенной с проекцией центра тяжести устройства на ось пятки, и выполнена длиной, обеспечивающей возможность свободного огибания верхней части вала при вертикальном положении оси шкалы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геодезии, в частности к геодезическому контролю при монтаже и эксплуатации стационарных машин, и может использоваться для высокоточного определения угла наклона (уклона) валов.

При нивелировании вала необходимо определить разность высот его шеек.

Известна рейка, содержащая шкалу, уровень, плоскую пятку, перпендикулярную оси шкалы, и предназначенная для нивелирования цилиндрических поверхностей [1].

Однако при использовании такой рейки возникает необходимость измерения диаметра шеек вала (например, путем измерения рулеткой длины окружности каждой шейки), для чего приходится удалять с поверхности вала по всей его окружности краску, грязь и смазку или частично разбирать оборудование. Кроме того, нивелирование конических шеек вала с помощью известных устройств вообще невозможно (из-за переменного диаметра). В случае высокого расположения валов определенную трудность вызывает установка нивелира на значительной высоте (максимальная высота инструмента, обеспечиваемая стандартным нивелирным штативом, равна 1,6 м).

Известно устройство, содержащее шкалу, цилиндрический уровень, ось которого параллельна оси шкалы, пятку с выемкой, обеспечивающей контакт пятки с валом только в двух точках его направляющей, причем воображаемая линия, проходящая через эту пару точек контакта, параллельна оси шкалы и оси уровня [2]. При установке этого устройства на верхнюю часть вала любого диаметра ноль шкалы совмещается с вертикальной диаметральной осью вала, что позволяет использовать это устройство для бокового нивелирования, т.е. определения положения осей валов в горизонтальной плоскости (относительно друг друга, разбивочных осей и т.п.) без измерения их диаметров.

Однако такое устройство непригодно для собственно нивелирования валов (т.е. определения положения осей валов в вертикальной плоскости), так как в данном случае требуется совмещать ноль шкалы с горизонтальной диаметральной осью вала, а также фиксировать устройство на боковой поверхности вала.

Цель изобретения - уменьшение трудоемкости и повышение точности нивелирования валов за счет значительного уменьшения влияния ошибки, обусловленной различием диаметров шеек вала.

Цель достигается тем, что предлагаемое устройство содержит шкалу, цилиндрический уровень и пятку с выемкой, обеспечивающей контакт пятки с валом только в двух точках направляющей последнего, причем воображаемая линия, проходящая через эту пару точек, параллельна оси шкалы и перпендикулярна оси уровня, которая, в свою очередь, перпендикулярна оси шкалы. Для удержания пятки рейки на боковой поверхности вала рейка снабжена противовесом с нитью, свободный конец которой прикреплен к пятке в точке, совмещенной с проекцией центра тяжести рейки на ось симметрии пятки, при этом длина нити должна обеспечивать возможность огибания верхней части вала.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - выемчатая пятка рейки.

Устройство представляет собой установленную на валу 1 рейку, которая состоит из шкалы 2, пятки 3, балансира (необязательно), представляющего собой стержень 4 с грузом 5 на конце. Назначение балансира заключается в понижении центра тяжести рейки для обеспечения устойчивости ее в направлении, параллельном оси вала. В случае достаточной массивности пятки применения балансира не требуется. Для понижения горизонта инструмента (в случае нивелирования высоко расположенного вала) шкала 2 может быть выполнена подвижной относительно пятки 3. Рейка удерживается в равновесии на боковой поверхности вала 1 с помощью противовеса 6, соединенного с пяткой 3 нитью 7, огибающей верхнюю часть вала, при этом свободный конец нити 7 прикреплен к пятке 3 петлей, пропущенной через сквозное отверстие А, совмещенное с проекцией центра тяжести рейки на ось симметрии пятки 3. В верхней части пятки установлен цилиндрический уровень 8.

Основное геометрическое условие рейки: воображаемая линия, проходящая через пару точек контакта (В и С) пятки 3 с направляющей (в данном случае - окружностью) вала 1, должна быть параллельна оси шкалы 2, а ось уровня 8 - перпендикулярной обеим этим линиям. Покажем, что в этом случае при выведении пузырька уровня 8 на середину условный ноль шкалы 2 совместится с горизонтальной диаметральной осью вала независимо от величины диаметра последнего.

На фиг. 2, иллюстрирующей взаимодействие пятки рейки с поверхностью вала, схематически изображена выемчатая пятка рейки, касающаяся в точках В и С направляющей вала, изображенной в виде окружности с центром в точке 0. Изображены также горизонтальная х и вертикальная z диаметральные оси поперечного сечения вала. Через середину отрезка ВС - точку D проведен отрезок EDBC, совпадающий с осью симметрии пятки. Точка Е лежит на шкале рейки и принимается за условный ноль шкалы.

Когда ось уровня 8 горизонтальна, отрезок ВС (по условию) вертикален и, следовательно, перпендикулярен горизонтальной диаметральной оси х. Известная теорема планиметрии гласит, что любая хорда окружности, перпендикулярная диаметру, делится в точке пересечения с диаметром пополам. Следовательно, середина отрезков ВС (являющегося также хордой направляющей окружности) - точка D лежит на оси х. Поскольку EDBC, отрезок EDx, а так как точка D отрезка ED лежит на оси х, то и весь отрезок ED (в том числе и точка Е) лежит на оси х (так как параллельные линии могут иметь общие точки только при их совмещении), что и требовалось доказать.

Для того, чтобы рейка на валу находилась в равновесии, необходимо определить положение на пятке точки А, т.е. точки прикрепления нити 7 противовеса 6. На фиг. 2 изображены стрелками силы, действующие на пятку: вес рейки , вес противовеса , сила натяжения нити (силой трения нити о вал и пятки о вал пренебрегаем, поэтому = и реакции опоры и , направленные по нормали к поверхности вала. Положение точки А считаем неизвестным. Условимся, что сила прижатия пятки к валу должна быть одинаковой в точках В и С, поэтому == . Штриховой линией показана проекция центра тяжести рейки. Расстояние между ней и хордой ВС обозначим с, дину ВС - b, радиус вала ОМ - r. Отсюда можно определить расстояние между проекцией центра тяжести и вертикальной диаметральной осью z:

d=c+.

Как известно из теоретической механики, для равновесия плоской системы сил необходимо и достаточно, чтобы суммы проекций всех сил на каждую из двух координатных осей и сумма их моментов относительно любой точки, лежащей в плоскости действия этих ил, были равны нулю.

1). Уравнение проекций сил на ось z:

P - Qsin + N₂sin - N₁sin = 0 (1) Учитывая, что N₁ = N₂ (по условию), получаем

Р - Qsin = 0 где - угол наклона нити, или

= sin (2)

2). Уравнение проеции сил на ось х:

Qcos - N₁cos - N₂cos = 0 или

N = . (3)

3). Уравнение моментов сил относительно центра О:

Pd - Qr = 0 или

= . (4) Поскольку левые части выражений (2) и (4) равны, то должны быть равны и правые их части, т.е.

sin = . (5)

Полученное выражение (5) определяет угол наклона нити, при котором достигается равновесие рейки. Как видно из чертеже (фиг,2), где бы ни находилась точка А АОМ будет всегда прямоугольным, так как АМ - касательная к окружности и, следовательно, всегда AMOM . Условие (5) будет выполняться тогда, когда в АОМ гипотенуза АО = d, следовательно, точка А должна находиться на пересечении линии проекции центра тяжести рейки и оси симметрии пятки (совпадающей с осью х). Легко убедиться, что при различных значениях r любая попытка сместить точку А с указанного места вызовет нарушение условия равновесия (5).

Второй параметр, обеспечивающий равновесие рейки (вес противовеса G) можно определить из выражения (2) и АОМ:

а) без учета трения нити о вал

G=Q=P/sin = , (6)

б) с учетом трения нити о вал (f - коэффициент трения)

G=Qe = . (7)

Оценка точности

Ошибка совмещения оси симметрии пятки с горизонтальной диаметральной осью вала (M_o) обусловлена двумя причинами:

1). Случайной ошибкой выведения пузырька цилиндрического уровня на середину () при установке рейки в рабочее положение

m = (p+r), где р - ширина пятки рейки, мм;

r - радиус вала мм;

= 206265".

Принимая = 0,2 , где - цена деления уровня, = 30"; р = 50 мм; r = 200 мм, получаем

m= (50+200)=0,007 мм.

2) Систематической ошибкой , вызываемой неперпендикулярностью оси уровня хорде ВС ( ):

= (p+r).

Если при юстировке рейки принять допустимым сход пузырька не более 0,5 деления, то в этом случае = 0,5 : 2 = 0,25 и для предыдущего примера получим

= (50+200)=0,009 мм.

При нивелировании шеек вала уменьшается (а при равенстве радиусов шеек r_I и r_II полностью уничтожается

=_I-_II= (p+r_I)-(p+r_II) = (r_I-r_II).

Общая ошибка установки рейки при нивелировании вала

M_o= = . Подставляя сюда значения радиусов r_I и r_II конкретных валов, получим значения М_о в пределах (0,007-0,012) мм, что значительно меньше ошибки отсчитывания по шкале, а при использовании более точного уровня с меньшей ценой деления величину М_о можно уменьшить до 0,001 мм. Так как рейка устанавливается на вал стационарно, точность отсчитывания по ее шкале увеличивается, а трудоемкость нивелирования снижается, поскольку всю работу может выполнить один человек.

Поскольку для предлагаемой рейки величина диаметра вала не имеет значения, с ее помощью можно нивелировать валы с коническими шейками.