Мусина Л.Р., Смаилова Г.С.
ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН *
Аннотация:
рассмотрены особенности планирования эксперимента при контроле качества сложнопрофильных поверхностей деталей машин. Предложена программа измерительного эксперимента и схема выборки для оценки геометрических отклонений профиля, формы и параметров шероховатости. В качестве объекта исследования выбран кулачок пневмогайковёрта ИП-3128, характеризующийся асимметричным профилем и высокой чувствительностью к износу. Определены контролируемые параметры, базирование, условия измерений, а также подходы к оценке повторяемости и воспроизводимости результатов.
Ключевые слова:
планирование эксперимента, контроль качества, сложнопрофильные поверхности, геометрические допуски, шероховатость, измерительный эксперимент
Введение. Контроль качества сложнопрофильных поверхностей (кулачков, эксцентриков, профилей зубьев) является сложной метрологической задачей, поскольку отклонения профиля распределены по поверхности неравномерно и часто проявляются локально в функционально значимых зонах. Для таких деталей недостаточно измерений по отдельным сечениям: необходим эксперимент, обеспечивающий полноту охвата поверхности, воспроизводимость результатов и прослеживаемость к требованиям допусков формы и шероховатости [3].В этой связи особую роль приобретает планирование измерительного эксперимента, включающее выбор схемы измерений, объёма выборки, параметров контроля, средств измерений и критериев обработки результатов.Объект исследования и контролируемые характеристики. В качестве объекта исследования выбран кулачок пневмогайковёрта ИП-3128, обеспечивающий преобразование вращательного движения в ударно-вращательное. Кулачок имеет сложный асимметричный профиль, рабочие поверхности которого подвергаются циклическим контактным нагрузкам и интенсивному износу [1, 2].Рис. 1. Кулачок.Для оценки качества были выделены следующие группы параметров:- геометрия профиля и формы:а) отклонение профиля заданной поверхности (по рабочему участку),б) отклонение формы сопряжённых радиусов (зоны перехода),в) отклонение базовой поверхности/посадочных элементов (для корректного базирования).- микрогеометрия:а) параметры шероховатости Ra, Rz (на рабочих дорожках),б) следы обработки (ориентация риски), влияющие на контакт и износ [4].Критические зоны контроля для кулачка ИП-3128 целесообразно выделять по функциональному признаку: участок подъёма и сопряжения радиусов, где формируются ударные нагрузки [5].Постановка задачи и принципы планирования эксперимента. Цель эксперимента – получить воспроизводимую оценку качества сложнопрофильной поверхности и статистически обоснованно выявить:- уровень и характер отклонений профиля,- вклад факторов измерения (базирование, режим сканирования/измерений),- различия между группами деталей (условно «новые / после эксплуатации / после восстановления»).Планирование эксперимента строится по принципам:- репрезентативность выборки (не менее трёх групп состояния),- повторяемость (повторы измерений одной детали),- воспроизводимость (разные операторы/смены),- единое базирование (одна схема установочных баз),- единые условия измерений (температура, очистка, подготовка поверхности).Планирование эксперимента и программа измерений. Рекомендуемый объем выборки: по 10–15 деталей на группу А1–А3 (итого 30–45).Рекомендуемая схема R&R: 2 оператора × 5 деталей × 2 повтора (минимум).а) формирование выборкиДля кулачка ИП-3128 рационально выделить 3 группы:- группа A (эталон/новые) — детали без признаков износа (n = 10–15).- группа B (после эксплуатации) — детали с рабочим износом (n = 10–15).- группа C (после восстановления) — детали после ремонта/шлифования/полировки (n = 10 –15).Итого n = 30–45 обеспечивает достаточную базу для сравнения и выявления закономерностей.б) схема базирования и ориентацииТаблица 1. План эксперимента (факторы, уровни, отклики). План эксперимента (факторы, уровни, отклики). Ключевым источником систематических ошибок при контроле сложнопрофильных деталей является неповторяемость базирования. Для снижения влияния этого фактора предлагается:- базирование по посадочным/установочным элементам (например, базовое отверстие + торец),- фиксированная ориентация детали относительно координатной системы,- регистрация баз и при необходимости применение установочного приспособления (кондуктор/держатель).Для сопоставимости данных каждая деталь измеряется в одной и той же системе координат.в) план точек/сечений контроляДля сложнопрофильной поверхности целесообразно комбинировать два уровня контроля:Уровень 1 — «криволинейный профиль»:- 6–10 сечений по углу/длине профиля (равномерно по рабочей зоне),- в каждом сечении измеряется отклонение профиля относительно номинала (или эталонного шаблона).Уровень 2 — «критические зоны»:- дополнительные сечения в области сопряжения радиусов и вершины профиля,- контроль локальных участков, где чаще формируются выкрашивания/задиры.Практически это обеспечивает выявление как равномерного, так и локального износа.г) контроль шероховатостиШероховатость на кулачке измеряют в функциональных направлениях скольжения. Для обеспечения сопоставимости необходимо:- фиксировать направление трассирования (по направлению контакта),- применять одинаковую базовую длину и фильтрацию,- выполнять не менее 3 измерений на одной зоне с усреднением.д) план факторов и оценка вклада измерительной системы (MSA)Для подтверждения качества измерений рекомендуется выполнить упрощённую процедуру:- 2 контролера,- 5 деталей (из разных групп),- 2 повтора измерения каждой детали каждым контролером.Оцениваются:- повторяемость,- воспроизводимость (между контролерами),- суммарная доля вариации измерений относительно допуска.Таблица 2. Карта измерений (зоны и сечения контроля). Сечения задаём по угловому шагу / по длине профиля:- базово: 6–10 сечений по рабочей зоне,- уплотнение в Z3: дополнительно +2 сечения.Это позволяет доказательно показать, что различия между группами деталей связаны с реальным состоянием поверхности, а не с погрешностями процедуры контроля.Расчётные формулы и обработка результатов. Отклонение профиля в сечении. Для i-й точки измерения в сечении j:∆
Номер журнала Вестник науки №12 (93) том 3
Ссылка для цитирования:
Мусина Л.Р., Смаилова Г.С. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН // Вестник науки №12 (93) том 3. С. 1469 - 1480. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/27667 (дата обращения: 09.02.2026 г.)
Вестник науки © 2025. 16+