内径百分表.docx

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内径百分表

摘要......................................................3

1引言.....................................................3

2内径百分表...............................................4

2.1内径百分表的结构及组成零件.............................4

2.2内径百分表的工作原理.................................19

2.3内径百分表的测量原理.................................19

3测量方法...........................................19

3.1内径百分表的校准零位.................................19

3.2测量方法.............................................22

3.3使用方法.............................................22

3.4读数.............................................23

3.5测量步骤.............................................23

4测量位置...........................................24

5数据分析处理.......................................28

设计总结.............................................29

参考文献.............................................29

附录一...................................................30

摘要

百分表利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用长度测量工具。

通常由测头、量杆、防震弹簧、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针等组成。

百分表是美国的B.C.艾姆斯于1890年制成的。

常用于形状和位置误差以及小位移的长度测量。

改变测头形状并配以相应的支架，可制成百分表的变形品种，如厚度百分表、深度百分表和内径百分表等。

如用杠杆代替齿条可制成杠杆百分表和杠杆千分表，其示值范围较小，但灵敏度较高。

此外，它们的测头可在一定角度内转动，能适应不同方向的测量，结构紧凑。

它们适用于测量普通百分表难以测量的外圆、小孔和沟槽等的形状和位置误差。

产品的质量和精度要求基本上都会伴随整个零部件的生产过程，随着时代和工业的飞速发展，对产品质量和精度的要求也越来越高。

内径百分表、外径千分尺、游标卡尺是机械制造工业中使用最广泛的三大精密量具。

其中内径百分表是由百分表和带有杠杆传动的表架组成。

内径百分表是采用比较法测量孔类零件的通用量具，精度较高，适合测量深孔。

内径百分表的传动原理较为简单，被测尺寸（偏差）的变化量，引起表架支承中的活动量柱做直线位移，经直角等臂传动杠杆的90°转换，传到主体导孔中的传动杆又推动百分表的测量杆，从而测出了工件的内径尺寸。

通常用千分尺对其进行校准零位，操作简便，能有效地控制测试成本，但降低了测试结果的准确性。

通过计算机上的三维绘图软件CATIA的绘制，我们可以很快的建立起孔径的检测平台，以便更加简单并且非常清晰直观的了解孔径尺寸测量的过程。

就虚拟检测技术而言，实际它就是真实测量技术的仿真与模拟，也是真实测量过程在计算机中的具体实现。

它不仅可以模拟实际的测量过程，而且可以仿真真实的测量仪器，从而可以根据需求，建立相应的虚拟测量环境，以便提供一种身临其境的感觉，并在实际操作中规避一些测量问题并提高测量效率。

关键词：

内径百分表千分尺虚拟检测平台数据处理CATIA

1引言

随着时代和工业的飞速发展，零部件的互换性已是机械和仪器制造业中不可忽视的组成部分，它不仅提高了生产效率和机器的使用价值，更是降低了产品生产的成本和时间。

产品的质量和精度要求基本上都会伴随整个零部件的生产过程，因此对产品的质量和精度的要求也越来越高。

内径百分表、外径千分尺、游标卡尺是机械制造工业中使用最广泛的三大量具。

其中内径百分表是采用比较法测量孔类零件的通用量具，精度较高，适合测量深孔。

内径百分表校零按规程应采用标准环规，但在生产应用中，由于百分表活动测头工作行程小、需用的标准环规规格多等因素，导致了操作者使用不便、检测成本高等问题。

用千分尺代替标准环规对内径百分表校零，操作简便，能有效地控制测试成本。

我们可以在实验室中通过观察和测量孔径，但是这样存在诸多不便。

而通过计算机上的三维绘图软件CATIA的绘制，以及CATIA里的DMU，我们可以很快的建立起孔径的检测平台，更加简单并且直观明了的了解孔径尺寸的检测过程。

就虚拟检测技术而言，实际它就是真实测量技术的仿真与模拟，也是真实测量过程在计算机中的具体实现。

它不仅可以模拟实际的测量过程，而且可以仿真真实的测量仪器，从而可以根据需求，建立相应的虚拟测量环境，以便提供一种身临其境的感觉，并在实际操作中规避一些测量问题并提高测量效率。

本文将介绍内径百分表的结构、工作原理、校准零位、测量方法以及数据分析处理。

2内径百分表

2.1内径百分表的结构及组成零件

2.1.1百分表

百分表是利用齿条齿轮或杠杆齿轮传动,将测量杆的直线位移变为指针的角位移的计量仪器。

其工作原理,是将被测尺寸引起的测杆微小直线移动,经过齿轮传动放大,从而引起齿条和游丝的变化，变为指计在刻度盘上的转动,读出被测尺寸的大小。

如下图所示为百分表外形图和传动原理图。

百分表的构造主要由3个部件组成：

表体部分、传动系统、读数装置。

百分表的分度值为0.01mm，表面刻度盘上共有100条等分刻线。

因此，百分表齿轮传动机构，应使量杆移动1mm时，指针回转一圈。

百分表的测量范围，有0-3mm，0-5mm，0-10mm三种。

1-表体2-表盘3-刻度盘4-小指针5-大指针6-套筒7-测量杆8-测量头

图2-1百分表外形图

图2-2百分表传动原理图

图2-3百分表三维图

2.1.2内径百分表的结构及组成零件

内径百分表实质是一种安装着百分表的专门测量内尺寸的表架。

其采用比较法测量孔类零件的通用量具，精度较高，适合测量深孔。

内径百分表的结构主要是指它的表架部分。

为了保证测量孔径时测量线通过孔径中心，所测值是孔的直径而不是弦。

为此，表架结构应包括如下部分：

1）定心装置：

即测孔时，自动通过孔中心的专用装置。

2）测量装置：

即将孔径（内尺寸）的变化量，正确地测量出来的机构。

3）传动装置：

即将内孔（内尺寸）的变化量，经传动杠杆90°转换，传至百分表进行读数的机构。

内径百分表所采用的读数表头带有反向刻字盘，因为测量时放开测头表示尺寸增大，所以在许多测量表头，特别是百分表的分度刻度盘上具有双重字盘（按钟表指针方向）：

顺时针方向的供外测用；逆时针方向的供内测用。

为了更加直观清晰的了解内径百分表的结构与组成，我做出了它的结构图、装配图、三维图和三维爆炸图。

1.固定（可换）量柱2.三通管3.表架套杆4.传动杆5.测力弹簧

6.百分表7.等臂杠杆8.活动量柱9.定位护桥（弦板）10.定位弹簧

图2-4内径百分表结构图

在三通管2的一端装着固定量柱1,另一端装着活动量柱8，垂直管口一端，通过传动杆4装有百分表6。

其中定位护桥9起到找回径向直径位置的作用。

量柱在孔的纵截面上也可能倾斜，其保证了活动量柱8和固定量柱1的轴线位于被测孔的直径位置中间。

1-百分表2-夹紧装置3-表架套杆4-绝热手柄5-定位护桥6-活动量柱7-固定量柱

图2-5内径百分表三视图

图2-6内径百分表三维图图2-7内径百分表测头三维图

图2-8内径百分表三维图

图2-9内径百分表测头三维图

重要零部件参数及三维图：

1三通管

图2-10三通管

②等臂杠杆

2-11等臂杠杆

③固定片

2-12固定片

④活动量柱

2-13活动量柱

⑤测力弹簧

2-14测头里的测力弹簧和量杆里的测力弹簧

⑥表架连接

2-15表架连接

⑦定位护桥

2-16定位护桥

2.2内径百分表的工作原理

内径百分表是内量杠杆式测量架和百分表的组合，用以测量或检验零件的内孔、深孔直径及其形状精度。

内径百分表是以同轴线的固定量柱1（图2-4中，零件1）和活动量柱8（图2-4中，零件8）与被测工件的孔壁相接触来进行测量的，传动原理也较为简单。

测量时，内径百分表测头先伸入被测工件，被测工件尺寸（偏差）的变化量，引起表架支承中的活动量柱8做直线位移，1∶1经直角等臂传动杠杆7（图2-4中，零件7）的90°转换，传到主体导孔中的传动杆4（图2-4中，零件4）。

而传动杆4始终与百分表测头接触，故而推动百分表6（图2-4中，零件6）的测量杆，从而测出了工件的内径尺寸。

综上，活动量柱8每移动0.01mm，使传动杆4也移动0.01mm，从而使百分表指针转动1格，故活动量柱8的移动量可以在百分表6上读出。

内径百分表测量孔径的方法属于相对法，又称比较法，是指计量器具显示或指示出被测几何量相对于已知标准的偏差，测量结果为已知标准量与该偏差值的代数和。

2.3内径百分表的测量原理

用内径百分表测量内径是一种比较量法，测量前应根据被测孔径的大小，在专用的环规或百分尺上调整好尺寸后才能使用。

调整内径百分尺的尺寸时，选用可换测头的长度及其伸出的距离（大尺寸内径百分表的可换测头，是用螺纹旋上去的，故可调整伸出的距离，小尺寸的不能调整），应使被测尺寸在活动测头总移动量的中间位置。

内径百分表的示值误差比较大，如测量范围为35～50mm的，示值误差为±0.015mm。

为此，使用时应当经常的在专用环规或百分尺上校对尺寸（习惯上称校对零位），必要时可由块规附件装夹好的块规组上校对零位，并增加测量次数，以便提高测量精度。

内径百分表的指针摆动读数，刻度盘上每一格为0.01mm，盘上刻有100格，即指针每转一圈为1mm。

3测量方法

3.1内径百分表的校准零位

由于用内径百分表测量孔径的方法属于相对法，因此应根据孔径大小，合理选用不同长度的固定量柱1（图2-4中，零件1），并且在测量工件之前对内径百分表进行校准零位。

校准零位应采用标准环规或用量块组成标准尺寸置于量块夹中，但在生产应用中，由于百分表活动测头工作行程小，需用的标准环规规格多等因素，导致了操作者使用不便、检测成本高等问题。

因此，内径百分表通常用千分尺进行校准零位，操作简便，能有效地控制测试成本。

图3-1用外径千分尺校零内径百分表

图3-2用环规调整尺寸

内径百分表不使用时应该取下百分表，使其解除所有负荷，让测量杆处于自由状态。

（1）使用时，将百分表从保存盒中取出，装入测量表架内，压缩百分表使其小指针指在0～1的位置上。

百分表测量头轴线和表架轴线重合，刻度盘上的字应垂直向下，以便于测量时观察，装好后应用夹紧装置紧固。

（2）将外径千分尺调节至被测孔的最大极限尺寸，并锁紧。

然后把内径百分表侧头置于千分尺的两测量面之间，即使活动量柱和固定量柱与千分尺两测量面接触。

摆动内径百分表，观察百分表的示值变化，反复几次。

当百分表指针的最小值处转折摆向时，用手旋转百分表表盘，使其大指针指向0。

（3）为了验证校零是否成功，可以多摆动几次，观察是否指针是在同一零位转折。

3.2测量方法

1、使用内径量表时，一手拿住表杆绝热套，另一手托住表杆下部靠近测杆的部位。

2、测量时，使内径量表的测杆与孔径轴线保持垂直，才能测量准确。

沿内径量表的测杆方向摆动表杆，使圆表盘指针指示到最小数字即圆表盘指针顺时针偏转的终点时，表示测杆已垂直于孔径轴线。

3.3使用方法

粗加工时，最好先用游标卡尺或内卡钳测量。

因内径百分表同其它精密量具一样属贵重仪器，其好坏与精确直接影响到工件的加工精度和其使用寿命。

粗加工时工件加工表面粗糙不平而测量不准确，也使测头易磨损。

因此，须加以爱护和保养，精加工时再进行测量。

 测量前应根据被测孔径大小用外径百分尺调整好尺寸后才能使用。

在调整尺寸时，正确选用可换测头的长度及其伸出距离，应使被测尺寸在活动测头总移动量的中间位置。

 测量时，连杆中心线应与工件中心线平行，不得歪斜，同时应在圆周上多测几个点，找出孔径的实际尺寸，看是否在公差范围以内。

内径百分表测量孔径是一种相对的测量方法。

测量前应根据被测孔径的尺寸大小，在千分尺或环规上调整好尺寸后才能进行测量。

所以在内径百分表上的数值是被测孔径尺寸与标准孔径尺寸之差。

它的测量范围分为：

10～18、18～35、35～50、50～100、100～160、160～250、250～450。

3.4读数

1、百分表圆表盘刻度为100，长指针在圆表盘上转动一格为0.01毫米，转动一圈为1毫米；小指针偏动一格为1毫米。

2、测量时，当圆表盘指针顺时针方向离开“0”位，表示被测实际孔径小于标准孔径，它是标准孔径与表针离开“0”位格数的差；当圆表盘指针逆时针方向离开“0”位，表示被测实际孔径大于标准孔径，它是标准孔径与表针离开“0”位格数之和。

3、若测量时，表盘小针偏移超过1毫米，则应在实际测量值中减去或加上1毫米。

特别注意：

测杆、测头、百分表等配套使用，不要与其它表混用。

3.5测量步骤

（1）合理选用固定量柱，并且以上述方法利用外径千分尺对内径百分表进行校准零位。

（2）将完成校零调整好的内径百分表测头伸入被测工件孔内，使固定量柱1（图2-4中，零件1）和活动量柱8（图2-4中，零件8）与被测工件的孔壁相接触。

表架中心轴线应与工件中心线平行，不得倾斜。

（3）在孔的纵截面内往复摆动内径百分表，如下图3.2-1，观察百分表的示值变化，反复几次。

当百分表指针的最小值处转折摆向时，读出并记录数据。

图3-3测量演示

（4）在孔的上、中、下三个截面内，互相垂直的两个方向，共测出6个点。

（5）将测量结果计入实验表格中，并进行相关数据分析处理。

按照是否超出工件设计公差所确定的最大与最小极限尺寸，判断其是否合格。

4测量位置

图4-1初始测量位置

图4-2左侧最大测量位置

图4-3右侧最大测量位置

5数据分析处理

本次设计我们以工件Φ200+0.050为测量目标。

按照是否超出工件设计公差所确定的最大与最小极限尺寸，判断其是否合格。

表5-1仪器及测量说明

仪

器

名称

分度值（mm）

内径百分表

0.01

工件名称

Φ200+0.050

测量示意图

工件基本尺寸极限偏差（mm）

公称尺寸D

上极限偏差ES

下极限偏差EI

20

0.050

0

极限尺寸（mm）

上极限尺寸

下极限尺寸

20.050

20

说明：

①公称尺寸D指由图样规范确定的理想形状要素的尺寸。

②极限偏差包括上极限偏差ES和下极限偏差EI。

③极限尺寸：

上极限尺寸：

Dmax=D+ES；

下极限尺寸：

Dmin=D+EI。

即工件Φ200+0.050的极限尺寸Dmax=D+ES=20+0.050=20.050mm；Dmin=D+EI=20+0=20mm。

即工件合格尺寸D范围为20-20.050mm。

设计总结

光阴荏苒，《仪器综合与项目实践》已接近尾声。

这次课程设计，让我学习了很多的机械设计的知识。

在做本次课程设计的过程中，我感触最深的就是查阅资料。

为了使自己的设计更加完善，更加符合工程标准，查阅大量的资料是十分必要的，也是必不可少的。

为此，我去图书馆查阅了许多相关的手册和书籍，以及上网查阅了百分表的相关资料。

此次设计利用到了solidworks软件，通过这次的课程设计，使我更加熟练的使用此制图软件。

参考文献

1.孔晓玲.公差与技术测量.北京：

北京大学出版社，2009

2.孔晓玲.几何量精度设计与测量技术.北京：

电子工业出版社，2013

3.洪水棕.现代检测技术.上海：

上海交通大学出版社，2002

4.庞学慧.互换性与测量技术基础.北京：

电子工业出版社，2009

5.江洪，李仲兴，陆利锋.CATIA基础教程.机械工业出版社.2011

6.秦树人.智能控件化虚拟检测仪器系统——原理与现实.北京：

科学出版社，2004

7.秦树人.虚拟仪器.北京：

中国计量出版社，2004

附录1

姓名

班级

学号

主要分工

王伟

测控11301

1302220105

画图、

编辑报告

郭鑫

测控11301

1302220106

查资料、

编辑报告

吕海锋

测控11301

1302220107

吴凡

测控11301

1302220108

郭熊

测控11301

1302220117