Широкое применение в контрольных приспособлениях находят узлы и детали с прямолинейным перемещением. К ним можно отнести различные планки, направляемые щупы, скалки, каретки и т. д. В отличии от прямых передач, описанных в гл. VII, они характеризуются, как правило, значительной длиной перемещения – до нескольких десятков миллиметров.
Точность направляющих для деталей прямолинейного перемещения определяется величиной боковых зазоров, т. е. посадкой и длиной направления.
Чувствительность направляющих определяется коэффициентом трения между поверхностями перемещаемого и направляющего элементов, соотношением длины и ширины направляющей и, наконец, точкой и направлением приложения перемещающей силы.
В случае приложения перемещающей силы по оси подвижного элемента не возникает усилий, вызывающих заедание. Однако достаточно приложить перемещающую силу под углом к направлению движения или вынести точку приложения перемещающей силы на некоторое плечо с оси направляющей, как возникают перекосы и заедания подвижного элемента. Особенно сильно подвержены заеданию направляющие, построенные на трении скольжения.
Поэтому при конструировании контрольных приспособлений необходимо учитывать направление усилий, прилагаемых к подвижным элементам и, исходя из этого, применять ту или иную конструкцию направляющей.
Анализ направляющих с этой точки зрения заимствован из справочника конструктора точных приборов под редакцией И. Я. Левина [19].
При работе направляющей по схеме, приведенной на фиг. 278, заедание может вызываться неудачным соотношением рабочей длины l направляющей и плеча Y приложения силы Р.
При этом нормальная реакция N определится из равенства моментов:
(66)
сила трения R1 получится
(67)
где μ – коэффициент трения.
Из этой формулу видно, что для нормальной, без заеданий, работы направляющей необходимо обеспечить, чтобы
При правильном выборе материала и чистоты поверхности (μ 
0,2) призматические направляющие скольжения надежно работают, если выдержано отношение
Для цилиндрических направляющих скольжения должно быть
Таким образом, в ряде случаев целесообразнее применять направляющие, построенные на трении качения, которые, помимо повышения чувствительности, позволяют прилагать перемещающую силу на значительном вылете, не увеличивая длины самой направляющей (за счет уменьшения величины μ до 0,01).
На фиг. 279 показана схема распределения сил при случае, когда перемещающая сила Р направлена под углом α к оси и приложена на расстоянии h вне длины l поверхности направляющей.
Силу Р разлагаем на составляющие Р·соs α (перемещающая) и Р·sinα (перекашивающая). За счет зазора в направляющей подвижная деталь перекашивается, что вызывает силы реакции N1 и N 2.
Величины этих сил определяются из уравнений:
N1 = N2 + P·sinα;
N2·l = P·sinα·h;
преобразуя эти уравнения, получаем
; (68)
; (69)
Эти силы определяют силу трения
(70)
где μ – коэффициент трения.
Сила трения противодействует составляющей Р·cosα, так что заедание появится при возникновении неравенства
Следовательно, если сила трения
(71)
то заедания в направляющей не будет.
Преобразуя это соотношение и подставляя в него ранее найденные величины, получим:
откуда
(72)
Принимая 
, получим
или
(73)
При заедании направляющей, если принять λ = ∞, получится
Для случая μ = 0,2 получим α< 78°.
Следовательно, при угле α 
78° в этом случае будет происходить заедание и направляющая не будет работать.
Естественно, что в данном случае, как и в описанном выше, уменьшение коэффициента трения μ за счет применения трения качения (шариковая направляющая) также повышает чувствительность направляющей и гарантирует от заеданий. При этом за величину l принимают расстояние между двумя крайними (вдоль оси) парами шариков.
По конструктивному оформлению различают три основных типа направляющих скольжения с прямолинейным перемещением:
а) открытые направляющие,
б) полузакрытые направляющие,
в) закрытые направляющие.
Открытые направляющие конструктивно наиболее просты. Примером их может служить планка, вдоль которой перемещается стойка или плитка, как показано на фиг. 280.
Подобная конструкция односторонней направляющей широко применяется в контрольных приспособлениях. Она удобна тем, что позволяет производить быструю установку и снятие перемещаемого элемента приспособления. Ею пользуются для направления универсальных передвижных стоек с индикаторами.
Односторонняя направляющая планка ограничивает от сдвигания направляемого узла только в одном направлении и требует при измерении постоянного прижима направляемого узла рукой, что может оказаться неудобным.
Этого недостатка лишена двусторонняя открытая направляющая (фиг. 281), которая очень проста по конструкции и удобна в применении. Эта направляющая ограничивает смещение направляемой детали в двух боковых направлениях, не предохраняя от смещения ее вверх.
Двустороннюю направляющую можно выполнять по типу фиг. 281, а, где направлением служат две боковые планки, и по типу фиг. 281, б, т. е. в виде шпоночной направляющей.
Исходя из приведенных выше расчетов возможного «заедания» направляющих, надо сделать вывод, что вторую конструкцию следует применять при малой длине направляемой детали, в то время как первая — предназначена для направления деталей большой длины.
Недостатком открытых направляющих является возможность вертикального смещения (приподнимания, перекосов), незащищенность против пыли и грязи, отсутствие регулирования и сложность ремонта при износе и появлении бокового зазора.
Полузакрытые направляющие предохраняют направляемый узел от вертикального смещения.
Полузакрытые направляющие, построенные на трении скольжения, применяют в контрольных приспособлениях в тех случаях, когда не требуется высокой точности и чувствительности перемещения.
На фиг. 282 показана простейшая конструкция этого типа, в которой направляемая планка имеет посадку одновременно по боковым сторонам и высоте заплечиков.
Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности регулирования при появлении зазоров по мере износа. Зазоры, снижающие точность и допускающие боковую качку, можно устранить лишь при ремонте.
Этот дефект частично уменьшается в направляющей, показанной на фиг. 283, где боковой (наиболее важный) зазор выбирается регулируемым клином. Это увеличивает срок службы между ремонтами, так как регулировать положение клина можно прямо в цеховых условиях. Вертикальный зазор, возникающий в одном заплечике направляемой планки, в данной конструкции также не устраняется.
Регулирование с полной ликвидацией как боковых, так и вертикальных зазоров обеспечивается применением направляющей в виде ласточкина хвоста, конструкция которой общеизвестна и потому не рассматривается. Применение их в контрольных приспособлениях ограничено меньшей чувствительностью и некоторой технологической сложностью конструкции.
Легкость перемещения в полузакрытых направляющих должна обеспечиваться установкой масленок так, чтобы смазывались все трущиеся поверхности.
Для направления всевозможных щупов, планок, пальцев и других легких перемещаемых деталей небольшого размера по сечению применяют закрытые направляющие, охватывающие направляемую деталь с четырех сторон (или по окружности). Тем самым такая направляющая достаточно надежно предохранена от загрязнения при работе в механообрабатывающих цехах.
Закрытые направляющие могут быть прямоугольного и круглого сечения.
На фиг. 284 показана закрытая прямоугольная направляющая. Конструктивно она выполнена в виде открытого паза в корпусе В, в который помещается перемещаемая планка А, затем закрываемая крышкой С на болтах. Как по ширине паза, так и по его высоте обеспечивается скользящая посадка по 2-му классу точности.
При работе в условиях механообрабатывающих цехов такая закрытая направляющая достаточно надежно предохранена от загрязнения и попадания пыли.
При пользовании подобными конструкциями в кузнечных и особенно литейных цехах, где воздух загрязнен большим количеством пыли, рекомендуется оснащать направляющие с двух сторон фетровыми сальниками, как это показано на фиг. 285. Сальник, хотя несколько и затруднит перемещение направляемой планки, но будет снимать пыль и грязь, попадающие на открытую шлифованную поверхность, предохранит ее от заедания и удлинит срок службы узла между ремонтами.
Недостатком данной конструкции является, то, что в процессе ремонта необходимо производить хромирование по ширине направляемой планки.
При подгонке по высоте может быть подшлифована поверхность прилегания крышки, в результате чего уменьшится глубина паза и восстановится посадка направляемой планки в пазу.
Ремонт трапециевидной направляющей (фиг. 286), в которой направляемая планка имеет посадку только по трем поверхностям, проще. По мере возникновения зазоров их можно ликвидировать подшлифовыванием плоскости А.
Угол между боковыми сторонами трапеции должен быть достаточно велик (порядка 300 — 45°) для того, чтобы не возникало произвольного заклинивания и торможения.
Кроме того, необходимо помнить, что по мере износа положение перемещаемой детали по высоте изменяется на величину, значительно большую, чем при прямоугольной направляющей. Поэтому, при необходимости точного положения направляемой детали по высоте, применения трапециевидной направляющей следует избегать.
Очень удобными, более технологичными и чувствительными являются цилиндрические направляющие.
Цилиндрическая направляющая представляет собой обычно палец, перемещающийся к каленой втулке. Для предотвращения от поворачивания направляемой детали вокруг оси применяют шпоночное устройство. Конструкция шпоночного устройства определяется требованиями, предъявляемыми к точности угловой фиксации направляемой детали. Эти требования будут тем выше, чем меньше радиус расположения шпонки направляемой детали и чем больше радиус, на котором может возникать погрешность угловой качки. Следовательно, для уменьшения угловой качки в цилиндрической направляющей шпонка должна быть вынесена на возможно большее расстояние от оси цилиндрической направляющей.
Другой возможностью повышения точности шпоночного устройства является применение конструкций шпонок-с регулированием, позволяющим устранять зазоры, имеющиеся в новом приспособлении и появляющиеся в дальнейшем по мере износа.
В качестве примера может быть приведено приспособление, предназначенное для проверки колодки тормоза грузового автомобиля (см. фиг. 16), описанное выше.
Если применить обычную стандартную призматическую шпонку, то, проанализировав узел, можно определить линейную величину боковой качки на конце планки 7.
Ниже приводится сводная табл. 30 примера, расчета размеров приспособления, влияющих на образование качки, и расчет вероятной качки А на полном вылете R планки 7.
Полученная вероятная качка (0,4 мм) чрезмерно велика. Поэтому необходимо сделать на приспособлении шпоночное устройство по другому принципу.
Из этих соображений в данной конструкции шпоночное устройство выполнено в виде каленой опоры 11, скользящей по шлифованной плоскости державки и винта 12, также скользящего по этой плоскости, но уже по другую сторону от оси оправки 6.
Наличие винта позволяет регулировать зазор в шпоночном устройстве, уменьшая его по мере износа, а увеличение радиуса шпоночного направления уменьшает качку на вылете.
Наиболее простым шпоночным устройством является обычный винт с цилиндрическим концом, входящим во фрезерованный паз направляемой детали (фиг. 287). Подобная конструкция не обеспечивает точной угловой фиксации за счет неточности центрирования по резьбе, большого зазора конца винта в пазу и т. д. Поэтому ее применяют только для грубого ограничения вращения.
Значительно более точной является конструкция, в которой шпонка точно фиксируется по цилиндрическому отверстию корпуса, чем достигается определенность ее положения.
На цилиндрической части шпонки имеются две шлифованные лыски, образующие направляющий хвостовик, входящий в паз направляемой детали (фиг. 288). Шпонку крепят в корпусе двумя винтами. Среднее резьбовое отверстие, расположенное по оси шпонки, служит для ее вытаскивания из гнезда. Посадка шпонки в корпусе : и хвостовика в пазу выполняется скользящей по 2-му классу точности. Для этого конструктивное оформление направляемой детали должно обеспечивать технологическую возможность шлифования шпоночного паза.
Недостатком приведенной конструкции является сложность восстановительного ремонта при появлении износа шпоночного соединения и возникновения вследствие этого угловой качки.
Этого недостатка лишено шпоночное направление с клиновой цилиндрической шпонкой (фиг. 289). Паз в направляемой детали делается не с параллельными боковыми сторонами, а призматический с углом 60°. Под этим же углом прошлифован клинообразный хвостовик шпонки. Осуществление необходимого зазора достигается за счет подбора суммарной толщины прокладок, подкладываемых под шляпку шпонки. Этим же методом осуществляется регулирование зазора и при ремонте. Клиновую шпонку рекомендуется применять в тех случаях, когда требуется угловая фиксация повышенной точности.
Кроме шпонок, входящих в продольный паз, можно применять шпонки, направляемые лыской. На фиг. 290 показана плоская, врезанная в корпус шпонка, по которой скользит шлифованная лыска направляемой детали.
Плоская шпонка обеспечивает надежную фиксацию и, кроме того, в результате замены паза лыской, технологичнее конструкций, описанных ранее.
Вследствие того что, их трущиеся поверхности хорошо закрыты от попадания пыли и грязи, шпонки всех приведенных выше конструкций можно применять также на приспособлениях, работающих в литейных и кузнечных цехах.
Этого преимущества лишена плоская шпонка, показанная на фиг. 291. Она врезана не в корпус, как это было сделано в предыдущей конструкции, а в паз направляемой цилиндрической детали и закреплена на ней винтом. Плоскостями концов шпонка скользит по шлифованной поверхности корпуса, чем достигается повышение точности фиксации за счет увеличения вылета направляющих поверхностей шпонки.
Для уменьшения износа направляющие плоскости корпуса и шпонку необходимо калить.
Ремонт обеих конструкций плоских шпонок очень удобен, благодаря тому, что его можно производить подшлифованием плоскости А, не изготовляя новых и не хромируя старых изношенных деталей.
В точных измерительных приборах применяют шпоночные устройства, в которых шпонку крепят в подвижной детали, но выполняют в виде длинного штифта, направляемого отнесенным от оси пазом. Вследствие этого увеличивается радиус шпоночного направления и меньшее влияние на погрешности оказывают зазоры между шпонкой и пазом.
Наиболее простая конструкция подобного типа [7] приведена на фиг. 292. Шпонкой служит штифт, запрессованный в направляемую деталь и скользящий своим свободным концом по направляющему пазу планки. Подобная конструкция применена в индикаторе часового типа, завода «Красный инструментальщик». Более точной и менее подверженной износу является конструкция со шпоночным штифтом, снабженным сферическим наконечником, направляемым пазом (фиг. 293) Наличие сферического наконечника снижает требования, которые в предыдущей конструкции предъявлялись к симметричности расположения паза относительно шпоночного штифта.
На фиг. 293, а показано [7 ] применение подобного шпоночного устройства конструкции рычажного микрометра завода «Красный инструментальщик», а на фиг. 293, б — в конструкции малогабаритного индикатора НИБВ. В последней конструкции заслуживает внимания оформление паза с крышкой, позволяющее по мере износа сферического наконечника подшлифованием плоскости прилегания крышки уменьшать ширину паза.
В качестве шпоночного устройства можно также использовать вторую цилиндрическую направляющую, расположенную параллельно основной. На фиг. 294 показана скальчатая направляющая для контрольных приспособлений. Основная ведущая скалка имеет больший диаметр, направляющая —меньший. По мере увеличения расстояния между осями скалок возрастает угловая точность, так как увеличивается радиус шпоночного направления.
При направлении обеих скалок по втулкам необходимо обеспечивать равенство межцентровых расстояний между осями направляющих втулок и между гнездами соединительной планки скалок.
Если направляющая скалка имеет не цилиндрическое, а ромбическое сечение с расположением направляющих ленточек в направлении, перпендикулярном общей плоскости скалок, то несовпадение межцентровых расстояний будет меньше влиять на легкость перемещения.
На фиг. 295 показано контрольное приспособление в виде специальных вертикальных центров с поворотным кронштейном, оснащенным индикаторной передачей.
Необходимость применения вертикальных центров вызывается тем, что проверяемая деталь в качестве базы имеет сферическое углубление, которым она опирается на сферическую опору приспособления, а верхнее центровое отверстие является второй базой. При горизонтальном расположении относительно тяжелой проверяемой детали сферическая опора не обеспечила бы достаточно надежного базирования.
Так как на данном приспособлении производят проверку одновременно двух одинаковых деталей, различающихся только длиной, то верхний кронштейн, несущий центр с отводящим механизмом, перемещается по двум скалкам одинакового диаметра и закрепляется на них в нужном положении.
На данном приспособлении кронштейн переставляется только в процессе переналадки. Однако двускальчатая направляющая, как более чувствительная, может быть подвижной во время работы. Шпоночные устройства всех описанных конструкций могут работать при значительных перемещениях направляемого узла. Поэтому ко всем шпоночным направляющим предъявляется требование не только отсутствия качки, но и обеспечения прямолинейного перемещения направляемого узла. Это может быть выполнено только при условии, что направляющий элемент шпоночного устройства будет строго параллелен оси основной цилиндрической направляющей. В случае невыполнения этого условия направляемый узел будет иметь движение по спирали, осью которой служит ось цилиндрической направляющей, а угол подъема определится величиной непараллельности основного и шпоночного направления.
Повышения чувствительности и легкости перемещения цилиндрической направляющей можно достигнуть, применяя шарики, помещаемые между направляемой деталью и направляющим отверстием.
Подобные конструкции приводились выше, в гл. VII, и потому они здесь не рассматриваются.
Каретки, перемещаемые на шариках, вообще являются наиболее чувствительными направляющими и широко применяются при проектировании контрольных приспособлений и измерительных приборов.
Наиболее распространены следующие два вида кареток, перемещаемых на шариках:
а) каретки, висящие на шариках,
б) каретки, лежащие на шариках.
На фиг. 266 показано конструктивное оформление каретки, висящей на шариках.
Каретка 1 имеет по боковым сторонам две призматические канавки. Подобные же призматические канавки имеются в двух направляющих планках — регулируемой 2 и неподвижной 3. Между призматическими канавками помещаются шарики 4. Таким образом, каретка / оказывается подвешенной на шариках 4.
Для обеспечения точной посадки каретки и шариков планку 2 можно регулировать двумя поперечными винтами 5 с последующей затяжкой винтами 6.
Каретка 1 в зависимости от ее размеров и веса может иметь с каждой стороны по два или три шарика. При этом расстояние между крайними шариками по длине должно приниматься в полтора-два раза больше расстояния между ними по ширине.
Для того чтобы шарики не смещались, их разделяет сепаратор в виде пластины толщиной 0,6—0,8 мм с отверстиями под шарики, превышающими на 0,2 мм диаметр шарика. Сепараторы могут помещаться как вертикально — в зазорах между кареткой и направляющими планками, так и горизонтально — в технологических канавках призматических направляющих (фиг. 297).
Для предохранения сепаратора и помещающихся в нем шариков от выпадания должно быть предусмотрено продольное ограничение движения сепаратора, которое проще всего осуществить отгибанием выступающих за пределы каретки концов под угол 90°.
Точность и чувствительность всего узла зависят от параллельности и нахождения в одной плоскости призматических канавок как самой каретки, так и направляющих планок.
Большим преимуществом приведенной конструкции является ее высокая чувствительность и в то же время жесткость, так как каретка надежно предохранена от боковых и вертикальных перемещений.
Некоторым недостатком является необходимость сравнительно частых подрегулирований винтов 5 (см. фиг. 296) по мере износа призм и появления зазоров и качки.
Необходимо отметить, что вследствие точечного контакта между шариками и плоскостями призм износ идет особенно интенсивно вначале до тех пор, пока не образуются небольшие лунки. Уменьшения износа можно добиться специальным предварительным получением этих лунок в виде продольных канавок при помощи цилиндрического притира, диаметр которого соответствует размеру шарика. Преимуществом этого метода обработки является то, что Канавка образуется по всей длине направляющих призм, в то время как износная лунка имеет длину хода шарика, что может иногда вызвать погрешности или заклинивание в перемещении каретки. Предварительную притирку призм следует рекомендовать только для приспособлений и приборов повышенной точности.
Значительно меньшее влияние на точность оказывает износ в конструкции каретки, лежащей на шариках (фиг. 298).
Каретка имеет на нижней плоскости два параллельных призматических паза. На верхней плоскости направляющей плиты приспособления имеются один призматический паз и плоскость, по которой катаются три шарика: два направляющих между призмами и один опорный между призмой и плоскостью. Каретка лежит на этих шариках, притягиваемая к ним пружиной, расположенной внутри опорного треугольника, образуемого тремя шариками в точке А.
Значительным преимуществом этой конструкции является ее простота, точность и технологичность. Каретка, лежащая на шариках, является конструкцией, в которой износ не вызывает качки, так как все зазоры постоянно выбираются центральной пружиной.
Некоторым недостатком данной конструкции является то, что каретка недостаточно предохранена от боковых и вертикальных смещений, которые могут возникнуть за счет приложения сил, направленных не по оси перемещения каретки, или сил, приложенных на значительном плече от самой каретки.
Обе конструкции кареток на шариках широко применяют в разнообразных контрольных приспособлениях и приборах.
Выше (см. фиг. 28) приведено и описано приспособление для проверки направляющего колеса трактора по биению литых необработанных поверхностей, ограниченных допусками порядка нескольких миллиметров.
Применение каретки, висящей на шариках, обеспечивает легкость ее перемещения как передающего элемента и гарантирует долговечность работы приспособления без износа.
Выбор в данном случае именно каретки, висящей на шариках, а не лежащей на них, определяется тем, что лапка, передающая проверяемое биение на индикатор 10, имеет большой вылет с оси каретки. Учитывая сравнительно большое измерительное усилие рычажного индикатора с ценой деления 0,2 мм, можно опасаться, что каретка, лежащая на шариках, при резких толчках, неизбежных при проверке литой необработанной поверхности, может сдвинуться с шариков в сторону, тем самым исказив показания индикаторов.
Каретку, подвешенную на шариках, применяют в известной конструкции прибора завода «Калибр» для контроля зубчатых колес в двухпрофильном зацеплении.
Для этой же цели успешно применяют различные конструкции универсальных и специальных контрольных приспособлений с каретками, лежащими на шариках. Выше, на фиг. 8, приведен пример такого приспособления. Каретка в подобных конструкциях делается сырой, но в местах движения шариков устанавливаются на призмы каленые пластины, которые крепятся к каретке и к чугунной плите винтами при помощи полуцилиндрических сухарей (фиг. 299). Такое крепление делает конструкцию более технологичной и значительно облегчает дальнейший ремонт приспособления. Нижняя пластина крепится непосредственно винтами.
Для установления расположения шариков на приспособлениях, определения величины их перемещения и расположения отогнутых ограничителей сепараторов необходимо учитывать соотношение хода шариков относительно хода каретки.
Из схемы, приведенной на фиг. 300, видно, что при перемещении каретки на величину 5 центр 
шарика переместится на величину S/2.
Для того чтобы гарантировать шарик от выпадания, необходимо увеличить длину каретки с каждой стороны на величину а, равную диаметру шарика и обеспечиваемую при крайних положениях каретки.
Для тяжелых столов крупных приспособлений может быть рекомендована конструкция (фиг. 301), в которой три призматические канавки заменены тремя парами стальных закаленных -цилиндрических стержней А, В и С, помещенных в прямоугольные пазы со строго параллельными сторонами.
Плоская направляющая опорного шарика представляет собой стальную закаленную пластину F . Вся каретка перемещается на шариках D и Е.
Согласно литературным данным [10] каретка измерительной машины, построенная по этому принципу, при весе 34 кг может быть приведена в движение из состояния покоя усилием
в 30—60 г.
Как пример удачной и компактной конструкции прибора с применением каретки, лежащей на шариках, на фиг. 302 приведен пневматический датчик, разработанный на Московском автозаводе имени Сталина. Датчик при работе в паре с пневматическим микромером может заменить в цеховых условиях точные измерительные приборы. Настройка датчика производится микрометрическим винтом с дифференциальной резьбой, дающей за один полный оборот головки винта подачу на 0,1 мм. Посадочный диаметр, трубки датчика выполнен в размер 28 Хз. Внутри этой трубки расположен передающий элемент датчика — каретка, перемещающаяся на трех шариках, к которым она притягивается пружиной. Измерительное усилие обеспечивается весом самой каретки. Конструкция обладает высокой чувствительностью и характеризуется малым измерительным усилием.
Если недостатком шариковых направляющих является то, что перемещение каретки ограничивается движением самих шариков, то этого недостатка лишены каретки и другие перемещаемые детали, направляемые шарикоподшипниками, укрепленными на неподвижных осях.
Шарикоподшипники могут быть закреплены как на неподвижных, так и на перемещающихся деталях приспособления.
На фиг. 303 показано конструктивное оформление стола прибора с шарикоподшипниковыми направляющими.
Как правило, подобные конструкции менее чувствительны и точны, чем шариковые направляющие. Это объясняется наличием зазоров в шарикоподшипниках и несколько большим трением во всем узле за счет большого количества сопряжений.
Применение прецизионных шарикоподшипников значительно повышает точность направляющей, что позволяет применять их и для точных измерительных приборов.
ГЛАВА Х УСТАНОВЫ И ОБРАЗЦОВЫЕ ДЕТАЛИ
Особое место в конструкциях контрольных приспособлений занимают установы и образцовые детали. Не являясь, как правило, элементами самого приспособления, они весьма часто определяют условия правильной его работы и эксплуатации.
Основным назначением установов и образцовых деталей является соответствующая настройка измерительных устройств приспособлений при относительных методах измерения. В этих случаях размер проверяемой детали определяется сопоставлением с известным размером установа или образцовой детали.
Однако применение их не ограничивается областью относительных измерений. В ряде случаев работы контрольных приспособлений по абсолютному методу измерения (при проверке отклонений от правильной геометрической формы и в других подобных случаях) оказывается необходимым использование установов и образцовых деталей для контроля надежности и стабильности работы .самого приспособления.
Применение установов и образцовых деталей позволяет не только хорошо подготовить контрольное приспособление к работе, но также быстро и удобно проверить общее его состояние и выявить нарушение правильной его наладки непосредственно в ходе эксплуатации.
Вместе с тем установ и образцовая деталь существенно между собой различаются.
Установ предназначается в основном лишь для настройки указателя измерительного устройства приспособления относительно шкалы в необходимое для работы положение.
Образцовая деталь имеет более широкое назначение. Повторяя (полностью или приближенно) форму и размеры проверяемой детали, она не только выполняет те же функции, что и установ, но одновременно дает возможность проверки правильности общего состояния приспособления в целом.
Различие между установами и образцовыми деталями определяет необходимость раздельного их рассмотрения.
Установы, как сказано выше, применяют для соответствующей настройки измерительных устройств приспособлений перед началом работы, а также для выявления возможных нарушений этой на-
стройки в ходе эксплуатации. Таким образом, установи связаны с работой в основном лишь одного элемента контрольного приспособления — измерительного устройства — и потому, естественно, не могут дать возможности оценить общее состояние всего приспособления, со всеми его элементами (базирующим, зажимным, передаточным и др.).
Установы широко применяют в конструкциях контрольных приспособлений с отсчетными измерительными устройствами, когда требуется определить действительные числовые значения отклонений проверяемых размеров деталей.
Все установы, применяемые в конструкциях контрольных приспособлений, можно разделить на следующие три группы:
1) установы, являющиеся самостоятельными добавлениями к приборам или приспособлениям и непосредственно с ними не связанные;
2) установы, которые при настройке измерительных устройств приспособлений ставят на вспомогательные поверхности, специально для них предусматриваемые и точно координированные относительно основных базирующих элементов приспособлений;
3) установы, стационарно закрепляемые в контрольных приспособлениях.
Простейшими примерами установов первой группы служат плоскопараллельные, концевые меры длины, по которым можно настраивать в нужном положении указатели универсальных измерительных приборов: рычажно-оптических и многих других.
Установы в виде колец и валиков широко применяют при наладке пневматических микромеров и тарировании их шкал для внутренних и наружных измерений. При этом используют наборы установочных колец или валиков. Комплект должен включать не менее двух штук, соответствующих предельным размерам проверяемой детали. Так, на фиг. 304, а приведен комплект из двух установочных колец, номинальные размеры которых соответствуют предельным значениям проверяемого диаметра (ø 90+0,035) детали.
При необходимости точного определения действительного размера проверяемой детали и работе на пневматическом микромере жидкостного типа, имеющем неравномерную шкалу, следует увеличить количество установов в комплекте так, чтобы помимо установов, соответствующих предельным размерам детали, иметь промежуточные, а также размеры, выходящие за пределы проверяемого поля допуска. Это дает возможность тарирования шкалы прибора с достаточной для работы точностью. Так, на фиг. 304, б приведен комплект из пяти установочных валиков для тарирования шкалы пневматического микромера, который в сочетании со специальной скобой [12] проверяет размер вала диаметром 29-0,045.
На фиг. 305 приведен пример использования установа, который ставится по тем же поверхностям приспособления, что и проверяемая деталь.
В данном случае показано приспособление для проверки толщины днища поршня. Проверяемый поршень по направляющим 1 подвигается до упора в призму 2. Измерение производится штоком 3, который, перемещаясь вниз, лапкой 5 нажимает на стержень индикатора 4. Контроль толщины днища производят относительным методом — сравнением с размером установочной пластины 6.
В данном случае для настройки индикатора установочную пластину ставят на направляющие 1, т. е. на основную базовую поверхность приспособления, вместо проверяемого поршня.
Подобный способ применения установов наиболее целесообразен, так как он исключает возможность дополнительных погрешностей за счет введения вспомогательных промежуточных поверхностей.
Однако не всегда возможно поставить уставов на приспособлении так, как встанет на нем проверяемая деталь; в этих случаях следует применять установи второй группы, которые базируются по специальным вспомогательным поверхностям. Характерны в этом отношении конструкции широко применяемых приспособлений для, проверки расстояний между осями отверстий во всевозможных корпусных деталях (блоки цилиндров двигателей, корпусы, станины и др.).
Как правило, подобные приспособления состоят из оправок (фиг. 306) и втулок, которые базируются в отверстиях проверяемой детали, и кронштейна с рычажной передачей. Конструктивно оправки могут быть ступенчатыми, разжимными и т. д. Кронштейн с передачей и индикатором надевается на цилиндрический хвостовик оправки попеременно с одной стороны, а затем с другой и, соприкасаясь с поверхностями хвостовиков второй оправки, проверяет тем самым расстояние между осями отверстий с двух сторон детали, т. е. одновременно выявляет отклонение от параллельности этих осей.
В данной конструкции приспособления при проверке расстояний между осями отверстий принят относительный метод измерения и для настройки индикатора предусмотрен установ. Однако у станов, выполненный в виде буквы П, требует в данном случае вспомогательной поверхности для своей работы на приспособлении, так как, очевидно, он не может быть поставлен на основные базовые элементы, — это привело бы к значительному усложнению его конструкции и к увеличению габаритных размеров. Поэтому приходится на кронштейне предусматривать вспомогательную площадку, до которой чертежом приспособления задается размер А, ограниченный узким допуском (порядка ±0,01). На самом установе должен быть выдержан размер В перепада между рабочими его поверхностями. При этом должно быть обеспечено равенство
а
где N — проверяемое расстояние между осями отверстий;
d — диаметр хвостовика оправки, по которому ведут измерение.
С аналогичным случаем применения установа с соответствующей ему вспомогательной поверхностью мы имеет дело в приспособлении для проверки тормозной колодки, приведенном на фиг. 16.
В данном случае, как и в предыдущем приспособлении, нецелесообразно делать довольно сложную и громоздкую образцовую деталь для настройки индикатора при проверке радиуса колодки. Для упрощения установ выполнен в виде простого шаблона, устанавливаемого на вспомогательную плоскость Б приспособления. Сумма размеров от оси скалки 3 до плоскости Б и рабочего перепада самого установа должна равняться величине проверяемого радиуса колодки.
Пользование подобными установами просто и удобно, но оно требует введения дополнительных вспомогательных поверхностей, положение которых относительно основных базовых элементов должно быть точно координировано.
Во всех приведенных примерах применялись накладные установы, которые после настройки или проверки измерительного устройства снимаются с контрольного приспособления и хранятся отдельно от него. Широкое применение имеют установы третьей группы — стационарные, постоянно находящиеся на контрольном приспособлении и не снимаемые с него после окончания настройки измерительного устройства и при проверке деталей.
Характерным примером установов такого типа являются установы, применяемые в конструкциях контрольных приспособлений для проверки зубчатых колес в двухпрофильном зацеплении с измерительными шестернями.
Так, в приспособлении, показанном на фиг. 8, предусмотрен установ из двух деталей: // и 12 (см. разрез Б—Б) для настройки индикатора на нулевое деление, соответствующее номинальному расстоянию между центрами проверяемого и измерительного колес. Стрелка индикатора устанавливается на нужное деление по шкале при соприкосновении торца штифта 11, закрепленного в подвижной каретке 9, с цилиндрической поверхностью поворотной установочной втулки 12. Это положение соответствует номинальной величине измерительного межцентрового расстояния.
После настройки индикатора втулка 12 поворачивается срезанной частью к штифту 11; в этом положении установочное устройство не препятствует свободным перемещениям подвижной каретки 9.
Следует обратить внимание на регулируемость приведенного установочного устройства. Регулируемым сделан штифт 11, который устанавливается - в нужном положении резьбовой пробкой и фиксируется замком. Самое регулирование установочного устройства и его проверку следует производить по плоско-параллельным концевым мерам длины.
Подобными установами целесообразно оснащать все контрольные приспособления для проверки в двухпрофильном зацеплении цилиндрических, конических и червячных зубчатых колес.
Как видно из всех приведенных примеров, конструктивное оформление самих установов и характер их связи с контрольными приспособлениями могут быть самыми различными. Вместе с тем в качестве установов следует использовать самые простые детали: всевозможные щупы, плитки, валики, втулки, «воротца» — шаблоны в виде буквы П и многие другие.
Установы необходимо изготавливать с высокой точностью, действительные их размеры следует измерить и паспортизовать в ЦИЛ, а также учесть при составлении рабочей инструкции с тем, чтобы предельно снизить возможность погрешностей в работе контрольных приспособлений за счет установов. Эти требования , очевидно, в равной степени распространяются на размеры, определяющие положение вспомогательных поверхностей под установил, которые иногда предусматриваются в конструкциях контрольных приспособлений.
Образцовая деталь повторяет основные проверяемые и установочные размеры контролируемой детали и при установке в приспособлении на его базирующих элементах может служить не только для настройки, но и для проверки самих измерительных устройств, а также общего состояния и работоспособности приспособления в целом. Поэтому образцовая деталь имеет несравненно более широкое назначение, чем установ. Вместе с тем, как правило, нет необходимости в том, чтобы конструктивно образцовая деталь повторяла всю конфигурацию (порой весьма сложную) проверяемой детали.
Необходимо лишь сосредоточить в образцовой детали все базовые и проверяемые поверхности, а также поверхности, на которые действуют зажимы приспособления. Это значит, что образцовая деталь должна иметь все те поверхности проверяемой детали, которые так или иначе используются в работе контрольного приспособления. Прочие элементы и поверхности проверяемой детали, не участвующие в работе контрольного приспособления, можно не повторять в образцовой детали. Поэтому образцовая деталь часто представляет собой или упрощенное повторение проверяемой детали, или же повторение только отдельных ее частей.
Выше, на фиг. 25, было приведено приспособление для контроля корпуса масляного насоса. В приспособлении предусмотрена образцовая деталь 8, которая служит для настройки индикаторов 2 (проверка расстояния между осями детали) и 6 (проверка скрещивания тех же осей).
Корпус масляного насоса проверяют на двух конических оправках 1 и 4, вставляемых в его отверстия. Повторять это условие в образцовой детали нецелесообразно: за счет возможной неправильности посадки оправок в отверстия может возникнуть нестабильность и погрешность настройки индикаторов. Кроме того, проверяемый корпус имеет сложную конфигурацию, повторять которую в образцовой детали нет необходимости. Поэтому образцовая деталь 5 сделана в виде небольшого корпуса, в котором неподвижно укреплены две оправки, имеющие диаметры измерительных поясков того же размера, что и на контрольных конических оправках 1 и 4. Приведенная образцовая деталь дает возможность не только настраивать шкалы индикаторов 2 и 6 в нужное положение, но и проверять само приспособление. Так, при помощи образцовой детали, установленной -в центры приспособления, индикатором 2 можно проверить отклонение от взаимной параллельности поверхности В и общей оси центров.
В приспособлении для проверки отверстия диаметром 110А корпусной детали, показанном выше на фиг. 17, применена образцовая деталь, сильно упрощенная в сравнении с проверяемой. Проверяемый корпус — большая, громоздкая деталь, большинство элементов которой не имеет никакого отношения к работе рассматриваемого контрольного приспособления. Поэтому в данном случае образцовая деталь 7 повторяет лишь незначительную часть проверяемой— она сделана в виде кольца с двумя рабочими поверхностями: отверстие диаметром 110 мм и торец.
Этот пример образцовой детали интересен и в том отношении, что он наглядно показывает трудность четкого разграничения между у становом и образцовой деталью.
Как указывалось в начале настоящей главы, иногда бывает необходимо предусмотреть специальные образцовые детали для контрольных приспособлений, построенных не на относительном, а на абсолютном методе измерения. Подобные образцовые детали предназначаются лишь для проверки общего состояния и правильности работы контрольного приспособления или его износа с эксплуатации.
Так, на фиг. 198 показано приспособление для проверки биения сферы конического зубчатого колеса, которое базируется по отверстию тремя кулачками разжимного мембранного патрона. Без образцовой детали, представляющей собой кольцо с отверстием того же размера, что и отверстие проверяемой детали вообще невозможно проверить правильность изготовления патрона. Кулачки патрона могут быть точно изготовлены, пока патрон находится в свободном состоянии, но, ввиду неравномерности толщины мембраны, в рабочем положении они могут центрировать неправильно. Если колебания т диаметра базового отверстия детали значительны за счет установленной чертежом величины допуска на его изготовление, то полную уверенность в том, что патрон центрирует правильно, может дать только применение двух образцовых деталей (в данном случае колец), отверстия которых имеют соответственно максимальный и минимальный диаметры базового отверстия проверяемой детали.
Значительная часть приспособлений для проверки заготовок (отливок и поковок) требует использования образцовых деталей. При этом чем сложнее конфигурация проверяемой заготовки, тем больше необходимость в образцовой детали, которая служит для размерной увязки базовых элементов приспособления с зажимными и измерительными.
На фиг. 307 показано приспособление для контроля наличия и величин припусков на механическую обработку в отливке небольшого картера сложной конфигурации. Приспособление построено на сложном базировании — положение отливки определяется тремя призмами 1, по которым она устанавливается тремя цилиндрическими поверхностями. Откидной пневматический зажим 2 обеспечивает стабильность установки отливки на приспособлении.
Измерительные устройства приспособления представляют собой дисковые шаблоны для проверки припусков на обработку отверстий и ступенчатые измерители для контроля припусков на обработку торцов фланцев отливки.
Шаблоны 3, укрепленные на подвижных угольнике 4 и стойках 5, подводятся вплотную к установленной на приспособлении проверяемой отливке. Ступенчатые измерители 6 расположены на подвижном угольнике 4, который перемещается в направлении к отливке до упора в палец 7.
Правильность работы приспособления требует, чтобы в нем были выдержаны следующие два условия:
а) оси дисковых шаблонов 5 должны находиться на заданных расстояниях от базовых призм приспособления;
б) при заданных размерах от базовых мест приспособления до измерительного наконечника ступенчатого измерителя 6 торец его стержня должен совпадать с соответствующей ступенькой его втулки.
Это условие должно быть выдержано при нахождении угольников 4 в рабочем положении.
Первое условие выдержать сравнительно легко, и проверка расположения осей шаблонов может быть произведена универсальными средствами. Однако второе условие значительно труднее обеспечить универсальными средствами измерений, особенно если учесть, что и угольники 4 и стержни ступенчатых измерителей 6 подвижны.
Применение образцовой детали облегчает проверку приспособления, позволяя выполнить ее быстро и, что более важно, точно. Образцовая деталь 5 представляет собой целый узел, сходный по конфигурации с проверяемой отливкой. Базовые бобышки образцовой детали шлифуют; от них до всех рабочих поверхностей задаются размеры с точными допусками. Конфигурация образцовой детали позволяет прижать ее пневматическим зажимом к базирующим элементам приспособления.
Для проверки приспособления по образцовой детали в чертеж вносят соответствующие технические условия. Так, на чертеже данного приспособления должны быть указаны следующие условия: «При установке образцовой детали на приспособлении:
а) отверстия всех дисковых шаблонов должны совпадать с соответствующими расточками с точностью 0,05;
б) торцы стержней всех ступенчатых измерителей, установленных в рабочее положение, должны совпадать с нижними ступеньками втулок в пределах ±0,05».
Для изготовления образцовых деталей особо сложной конфигурации и больших габаритов (блоки цилиндров двигателей, всевозможные корпусные детали и т. п.) целесообразно, когда это возможно, непосредственное использование рабочих деталей. При этом для повышения износоустойчивости и точности образцовых деталей в чугунные рабочие детали должны врезаться каленые стальные пластины, запрессовываться втулки и т. д. по всем базовым и измерительным поверхностям. Размеры этих поверхностей и их взаимная координация, разумеется, должны быть выдержаны более точно, чем в проверяемых рабочих деталях.
Как видно из приведенных примеров, образцовые детали по своей форме могут быть весьма разнообразны: от самых простых до крупногабаритных и сложных.
Все рабочие размеры образцовых деталей, как и установов, необходимо выдерживать с высокой точностью.
В отношении необходимой точности изготовления установов и образцовых деталей невозможно дать единое правило.
При изготовлении установа для настройки стрелки индикатора приспособления на нулевое деление можно допустить довольно значительные отклонения, которые должны быть точно установлены проверкой в ЦИЛ и учтены соответствующей поправкой при составлении инструкции на пользование приспособлением.
Кроме того, при изготовлении образцовой детали, по которой будут установлены ступенчатые измерители приспособления для контроля отливки, нельзя допустить значительных относительных отклонений, так как их несравненно труднее учесть при наладке. Вместе с тем в подобных случаях проверяемые допуски деталей обычно бывают более грубыми, что облегчает изготовление образцовых деталей.
В общем случае можно рекомендовать, чтобы допуски на изготовление установов и образцовых деталей не превышали 10% проверяемых допусков деталей.
Следует указать, что при конструировании установов и образцовых деталей выбор их рабочих размеров, используемых для настройки измерительных устройств приспособлений, не может быть произвольным относительно поля допуска проверяемых деталей.
Необходимо придерживаться следующего правила: рабочий размер установа или образцовой детали должен соответствовать номинальной или одной из предельных величин размера проверяемой детали.
Так, для настройки отсчетных измерительных устройств (индикаторов, миниметров и др.) размер установа или образцовой детали должен соответствовать номинальной величине размера проверяемой детали, если этот размер вписывается в пределы поля допуска. Если номинальный размер выходит за пределы проверяемого поля допуска, то размер установа или образцовой детали должен соответствовать одному из предельных размеров проверяемой детали.
Действительный размер установа или образцовой детали должен быть учтен при наладке приспособления в виде определенной поправки, значение же нулевого деления шкалы измерительного устройства всегда остается неизменным.
Этим будет обеспечена возможность постоянного сопоставления всех результатов проверок деталей на контрольном приспособлении, проведенных в разное время, независимо от состояния и износа приспособления и установа или образцовой детали.
Соблюдение этого требования совершенно необходимо для полноценного осуществления статистического метода контроля.
Для установки и наладки измерительных устройств не отсчетного типа (ступенчатые измерители, электроконтактные датчики и др.) размеры установов или образцовых деталей должны соответствовать одному из предельных размеров проверяемой детали.
Вполне очевидно, что фактические отклонения размеров установов и образцовых деталей, являющиеся систематическими (постоянными) погрешностями, могут быть учтены внесением соответствующих поправок при настройке измерительных устройств контрольных приспособлений.
Специфической группой образцовых деталей являются измерительные зубчатые колеса к контрольным приспособлениям для проверки зубчатых колес в зацеплении. Они не являются образцовыми деталями в обычном понимании, ибо служат не для настройки измерительных устройств приспособлений и не для проверки этих приспособлений. Измерительные шестерни являются элементами самих контрольных приспособлений и во время работы выполняют функции измерительных наконечников, находясь в постоянном контакте с проверяемыми колесами.
Цилиндрические измерительные зубчатые колеса должны соответствовать ГОСТ 6512-53.
Конические измерительные зубчатые колеса, как правило, должны нарезаться из тщательно сделанных заготовок при более строго выверенном и налаженном зуборезном оборудовании и инструменте с облегченной термической обработкой (цианирование, азотирование и т. п.) для того, чтобы избежать значительных деформаций зубьев, шлифование профилей которых весьма затруднительно.
Все основные размеры конических измерительных зубчатых колес как по зубьям, так и по общей конфигурации должны повторять размеры соответствующих производственных колес.
ГЛАВА XI ПРИМЕРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
В предыдущих главах рассматривались основные вопросы, с которыми должен иметь дело конструктор, проектирующий контрольные приспособления и приборы, начиная с анализа исходных данных и выбора оптимального метода измерения вплоть до конструктивного оформления приспособления или прибора в целом и каждого его элемента в отдельности с тем, чтобы обеспечить погрешности контроля в разумных пределах.
Для того чтобы полно и четко представить весь процесс проектирования контрольных приспособлений, проследим за ним на двух конкретных примерах.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 250.
