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
(学习的目的是增长知识,提高能力,相信一分耕耘一分收获,努力就一定可以获得应有的回报)