Во-первых, он является прямым методом диагностирования, что позволяет без разборки механизма по результатам измерений определять не только вид дефекта того или иного из его звеньев, но и оценивать величину и степень развития данного дефекта. Полученные с использованием этого метода данные о величине кинематической погрешности и её отдельных составляющих могут быть легко сопоставлены с допусками, установленными для контролируемых механизмов в нормативной и/или конструкторской документации, что существенно облегчает постановку диагноза. Кроме того эти же данные могут быть использованы для расчета динамических нагрузок, возникающих при работе машины, что повышает достоверность прогнозирования её эксплуатационного ресурса.

Во-вторых, кинематометрия обеспечивает возможность контроля и диагностирования низкооборотных машин и механизмов (зубообрабатывающих станков, редукторов антенных приводов и т.п.), что практически невозможно в случае использования виброакустических методов. Кроме того, при необходимости, современные кинематомеры могут применяться при проведении статических измерений, позволяющих, например, выявлять деформации валов или величины зазоров в механических передачах.

Третьим важным достоинством данного метода является то, что он обладает повышенной чувствительностью, позволяющей измерять геометрические погрешности кинематических звеньев с разрешающей способностью для угловых перемещений до 0.3 угловых секунд, а для линейных до 0.1 мкм. Эта особенность позволяет использовать контроль кинематической точности для выявления дефектов машин на самой ранней стадии их развития.

Ещё одним (четвёртым) положительным качеством кинематометрии является то, что данный метод обладает высокой помехозащищённостью. С одной стороны это проявляется в том, что на результаты измерения кинематической погрешности диагностируемого механизма практически не оказывает влияние работа соседних механизмов. С другой стороны в спектре сигнала кинематической погрешности механизма полностью отсутствуют паразитные составляющие, связанные с резонансными колебаниями его корпусных деталей. В случае использования виброакустических методов диагностирования эти составляющие в той или иной степени обязательно присутствуют. Более того, при определённых условиях они могут существенно искажать реальную картину и приводить к ошибочным выводам при постановке диагноза.

Для проведения работ по контролю кинематической точности различных видов машин и механизмов используются специальные приборы – кинематомеры. В последнее время всё большее распространение получают цифровые кинематомеры, позволяющие не только осуществлять измерения кинематической погрешности, но и выполнять в полном объёме всю последующую обработку результатов измерения с использованием ЭВМ. К классу таких приборов относится, разработанный в СКБ «Индикатор» приборный комплекс (кинематомер) «Диакин-3» Данный прибор предназначен для проверки в автоматизированном режиме кинематической точности следующих механизмов:

Пример диагностирования волнового редуктора с использованием кинематомера Диакин-3

В качестве примера практического использования кинематомера «Диакин 3» для контроля зубчатых передач и редукторов рассмотрим результаты проверки кинематической точности волнового редуктора. Проверяемый редуктор имел в своём составе ведущий вал, на котором установлен волновой генератор h с двумя роликами,неподвижное жёсткое зубчатое колесо b c чиcлом зубьев Zb=204 и подвижное гибкое зубчатое колесо g c числом зубьев Zg=202, объединённое с ведомым выходным валом. Передаточное отношение редуктора i =101.

На рис. п.1.1. представлена фотография кинематомера «Диакин 3», использованного при проверке редуктора. На фотографии показаны измерительный блок кинематомера и дисплей компьютера, на котором представлены графики временной функции и спектра кинематической погрешности. (Системный блок компьютера, также входящий в комплект кинематомера, на рисунке не показан.)

На рис. п.1.2., п.1.3. и п.1.4. представлены фотографии подготовленного к проверке волнового редуктора. На фотографиях видно, что на выходном (тихоходном) вале редуктора установлен инкрементный датчик углового перемещения ЛИР 190А, а на входном (быстроходном) вале - датчик углового перемещения ЛИР 350. Датчики помощью кабелей подключены к ответствующим входам измерительного блока.

РE3УЛЬТАТЫ ПРOBEРKИ

1.В результате проверки выявлены следующие дефекты кинематических звеньев волновой передачи редуктора:

1.1. Радиальный бой, перекос, люфт (до ± 0.5 мм) входного вала (вала генератора), проявляющийся на частоте 101 об./об.вых.вала.

1.2. Недостаточно высокая жесткость выходного вала, приводящая к тому, что выходной вал имеет дополнительное биение, вызванное воздействием генератора.

1.3. Вероятно имеют место эксцентриситет и/или повышенная накопленная погрешность неподвижного жесткого колеса. Этот дефект проявляется в виде накопленной погрешности волновой передачи. Кроме того наличие этого дефекта косвенно подтверждается наличием в спектре кинематической погрешности комбинационных частот, возникающих в результате модуляции зубцовой частоты передачи (204 об./об. вых. вала) и частоты вращения генератора (101 об./об. вых. вала) частотами, равными или кратными частоте вращения выходного вала.

1.4. Вероятно имеет место повышенная накопленная погрешность, а также эксцентриситет оси вращения гибкого колеса относительно оси жесткого колеса, что также может влиять на величину накопленной погрешности передачи. На это также указывает наличие в спектре погрешности комбинационных частот.

1.5. Вероятно имеют место погрешности профиля и шага зубьев жесткого и гибкого зубчатых колес передачи, следствием чего может являться наличие значительной циклической погрешности передачи на частоте 204 об./об. вых. вала и её гармониках.

1.6. Фактическая точность зубчатых колёс волновой передачи ниже 11 степени точности, что недопустимо для кинематических передач, используемых в сиcтемах управления.

Нашими специалистами проводилась проверка кинематической точности зубодолбёжного станка мод.5М150 ПФ, который прошёл модернизацию на одном из станкостроительных заводов С-Петербурга. Принципиальной особенностью данной модернизации являлось то, что согласованные угловые перемещения ветвей стола и долбяка станка были обеспечены с помощью двух независимых приводов, управляемых системой ЧПУ. При этом в значительной степени были сокращены механические звенья цепи обката-деления, в том числе: зубчатые колёса гитары деления, конические зубчатые колёса и т.д. Такая модернизация, по мнению разработчиков, должна была положительно сказаться как на производительности, так и на точности станка. Проверка подобного оборудования, имеющего « развязанную» кинематику цепи обката-деления, производилась нами впервые. В процессе её выполнения решались две основные задачи. Во-первых, проверялась принципиальная возможность достижения заявленного разработчиками класса точности станка, которая во многом зависела от согласованной работы приводов ветвей стола и штосселя, управляемых системой ЧПУ станка. Во-вторых, решались стандартные задачи по диагностированию технического состояния и оценке качества изготовления и сборки механических звеньев цепи обката-деления станка после ремонта.

Кинематическая схема зубодолбёжного станка мод. 5М150 ПФ представлена на рис.п.2.1. На схеме показаны две ветви цепи обката-деления станка – ветвь стола и ветвь штосселя, каждая из которых имеет свой собственный привод. Настройка и согласованная работа этих приводов обеспечивается программно с использованием системы ЧПУ станка. При проведении проверки цепь обката-деления станка была программно настроена на соотношение чисел зубьев нарезаемого колеса (Zk) и долбяка (Zд) равное Zk/Zд=3/1. Иными словами в процессе проверки за один оборот стола шпиндель штосселя совершал три полных оборота.

На рис. п.2.2 и п.2.3. представлены фотографии установленного на зубодолбёжном станке кинематомера.

Как видно из рисунков, на столе и шпинделе штосселя станка с помощью специальных юстировочных приспособлений были установлены датчики угловых перемещений. Конструкция указанных приспособлений позволяет проводить выставку датчиков в радиальном и торцовом направлениях точностью до 0.005 – 0.02 мм, что обеспечивает возможность измерения кинематической точности зубодолбёжного станка погрешностью не превышающей 2.5 – 3 угловых секунд . Датчики фиксируются от проворота с помощью пантографов, конструкция которых позволяет исключать дополнительную погрешность измерения, которая может иметь место при наличии оставшегося после выставки радиального биения датчика. На заднем плане рис. п.2.2 видна аппаратная часть кинематомера (измерительно-вычислительный блок и компьютер), которая соединена с датчиками с помощью кабелей.

Результаты, полученные при проведении контроля кинематической точности станка, приведены ниже в Протоколе проверки от 31 марта 2009 г., сформированным прибором в автоматизированном после завершения процесса измерений. Как видно из таблицы протокола п.2.1, в которой производилась «метрологическая» оценка соответствия точности станка требованиям ГОСТ 658-89 «Станки зубодолбёжные. Нормы точности», фактическая точность цепи обката станка на момент проверки удовлетворяла требованиям только нормального класса точности (класса «Н»). Это на один класс ниже паспортной точности станка (класс «П») , которую предполагалось достигнуть при проведении его модернизации и ремонта. Анализ данных, представленных на графиках временной функции и спектра кинематической погрешности (рис. п.2.4 – п.2.7), а также в диагностических таблицах 1 и 2, позволил выявить (диагностировать) основные причины неудовлетворительной точности станка. Перечень дефектов станка, на которые было обращено внимание Изготовителя в Выводах по результатам проверки, оказался довольно значительным и включал в себя: