彭 麗，陳天宇，袁自友，鄒高華

(成都工業(yè)學(xué)院 機械工程學(xué)院，成都 611730)

內(nèi)徑百分表故障分析及改進方法

彭 麗，陳天宇，袁自友，鄒高華

(成都工業(yè)學(xué)院 機械工程學(xué)院，成都 611730)

針對內(nèi)徑百分表在使用中出現(xiàn)的測量誤差大、使用壽命短問題，對內(nèi)徑百分表的結(jié)構(gòu)及測量精度進行分析，發(fā)現(xiàn)活動測頭最易造成測量誤差，也容易損壞，提出一種有效的改進方法。實踐證明，此方法能提高測量精度及延長使用壽命。

內(nèi)徑百分表；測量精度；活動測頭；改進；方法

內(nèi)徑百分表、齒輪雙面嚙合檢查儀、立式光學(xué)計、工具顯微鏡、雙管顯微鏡等精密測量儀器可對機械加工零件的尺寸、形位誤差、角度與錐度、表面粗糙度、螺紋參數(shù)、齒輪加工精度等進行測量和誤差分析，從而進一步改善機床的加工性能。內(nèi)徑百分表是高校測量技術(shù)實驗室精密內(nèi)孔的常用測量儀器之一，主要用于測量孔、槽等的尺寸和圓度誤差等，尤其是深孔測量和不便使用光滑極限量規(guī)的場合。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，許多內(nèi)徑百分表在使用不到一年后就出現(xiàn)了測量精度下降以及表桿中活動測頭無法彈起的情況。本文針對這些現(xiàn)象，通過內(nèi)徑百分表的拆卸與組裝，找到內(nèi)徑百分表活動測頭無法彈起的原因，從而制定出修復(fù)方法以提高內(nèi)徑百分表的測量精度及延長其使用壽命。

1 問題及分析

1.1 內(nèi)徑百分表的結(jié)構(gòu)及工作原理

內(nèi)徑百分表是一種杠桿式傳動儀表[1-2]，其外型如圖1所示，其結(jié)構(gòu)如圖2所示：主體2是一個三通管，在一端裝有活動測頭8，另一端裝有可換測頭1，管口的一端通過直管3安裝百分表6，彈簧5是控制測力的。百分表6的量桿與傳動量桿4始終接觸，通過彈簧5經(jīng)傳動桿4，杠桿7向外頂著活動測頭8。測量時，活動測頭8的移動，使杠桿7回轉(zhuǎn)，并通過傳動桿4推動百分表6的量桿，使百分表6回轉(zhuǎn)。由于杠桿7是等臂的，當(dāng)活動測頭移動1 mm時，傳動桿4也移動1 mm，推動百分表6指針回轉(zhuǎn)一圈。因此活動測頭的移動量就可以在百分表上讀出。其工作原理簡圖如圖3所示。

圖1 內(nèi)徑百分表外型

圖2 內(nèi)徑百分表結(jié)構(gòu)

1—百分表；2—接長桿；3—活動測頭；4—等臂及定心鎖緊裝置；5—可換測頭。圖3 內(nèi)徑百分表工作原理

圖4 內(nèi)徑百分表測量孔徑

內(nèi)徑百分表的測量范圍一般有：6～10 mm、10～18 mm、18～35 mm、35～50 mm、50～160 mm、100～250 mm、250～450 mm等，其分度值為0.01 mm。本文針對常用測量范圍18～35 mm進行研究和分析。

實驗室中的內(nèi)徑百分表均按計量法的相關(guān)規(guī)定進行定期標(biāo)定，并保證內(nèi)徑百分表按相關(guān)規(guī)定保存和維護，測量過程中測量人員操作準(zhǔn)確。但在使用一段時間之后，部分內(nèi)徑百分表出現(xiàn)了活動測頭無法彈起和測量精度下降的現(xiàn)象。在詳細(xì)了解內(nèi)徑百分表結(jié)構(gòu)及原理[3-4]的基礎(chǔ)上，通過拆卸內(nèi)徑百分表，發(fā)現(xiàn)造成測量精度下降的主要原因可能是由于等臂杠桿的一頭與推桿連接緊密但另一頭并未和活動測頭連接，或者活動測頭有銹點而造成活動測頭無法自如彈起。

為進一步確定并驗證內(nèi)徑百分表精度下降的原因，首先根據(jù)拆解結(jié)果初步判斷活測頭無法自如彈起的原因，替換其中有疑問的組件后組裝還原，然后測試測頭是否可以使用。然后通過不同結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑百分表對比實驗，進行誤差分析。最后通過測量結(jié)果分析得出結(jié)論。

3 解決方案

3.1 對測頭的拆裝

拆裝內(nèi)徑百分表時，選用了測量范圍為18～35 mm、分度值為0.01 mm的百分表。重點對測頭部分進行了拆解：

1)擰下測頭；

2)拆除定位護橋；

3)拆除測頭套；

4)拆除活動測頭蓋；

5)拆除銷釘；

6)取出等臂杠桿(見圖5)。

a.平面圖 b.三維圖圖5 等臂杠桿

3.2 活動測頭存在的問題

1)在測頭主體內(nèi)部有一個等臂杠桿，它是連接活測頭和推桿的重要部分(見圖5)。通過等臂杠桿能改變力的方向，將力傳給推桿，推動表盤，讀出孔徑。在拆卸測頭時，等臂杠桿一頭與推桿連接緊密，另一頭并未和活測頭連接，都是點接觸，在長時間的使用中，接觸的位置發(fā)生傾斜，影響測量精度；當(dāng)磨損過大時，造成推桿與角形杠桿的錯位，導(dǎo)致配合性質(zhì)發(fā)生改變，活動測頭無法彈起。

2)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)活動測頭有少量銹跡，推測是否由于操作不當(dāng)，活測頭與其固定端蓋之間摩擦力過大，長期摩擦導(dǎo)致活動側(cè)頭桿體有劃傷，在保養(yǎng)時無法將其防銹油滲透進入，或潮濕氣候?qū)е律P，以致活動側(cè)頭無法彈起，從而不能進行正常測量。

3)等臂杠桿由一根直徑約為1 mm的銷固定，銷易磨損或受力變形，導(dǎo)致等臂杠桿移位或者不能正常轉(zhuǎn)動。

3.3 對活動測頭的處理

針對以上兩個問題，根據(jù)問題的難易程度不同，首先是對活動測頭部分進行除銹處理，調(diào)整與固定端蓋的間隙。

1)利用脫脂棉與除銹劑進行除銹；

2)用航空汽油進行浸泡；

3)調(diào)整活動測頭與固定端蓋的間隙，直至不影響活動測頭運動位置。將其裝入其他結(jié)構(gòu)完好的內(nèi)徑百分表中，使用一段時間后并無異常。

有的內(nèi)徑百分表的活動測頭并無銹跡，但出現(xiàn)活動測頭卡死不能推動或者活動測頭不能彈起，分析是等臂杠桿未與活測頭未接觸造成測頭無法彈起或卡死。針對這個問題，根據(jù)拆裝后對結(jié)構(gòu)的分析，等臂杠桿由一根銷固定，但等臂杠桿依然會移動，影響推桿和等臂杠桿的接觸；說明銷也磨損，使其配合性質(zhì)發(fā)生變化，由定位過渡配合磨損后變成小間隙配合，因而影響活動測頭正常使用；而且銷在受重復(fù)載荷的情況下容易發(fā)生變形，測量后發(fā)現(xiàn)直線度誤差超出規(guī)定要求，直接影響等臂杠桿的傳動；等臂杠桿上有兩個鋼珠，分別與推桿和活動測頭接觸，但接觸是點接觸，由于操作不準(zhǔn)確導(dǎo)致接觸不穩(wěn)定；還有經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)等臂杠桿的兩個端面因長時間的摩擦與撞擊造成一定的表面磨損，使得長度變短，表面粗糙，無法與活動測頭相連接，造成活動測頭無法彈起。

為驗證這些問題，將一只完好的內(nèi)徑百分表拆卸，將等臂杠桿和銷釘裝入之前有問題的內(nèi)徑百分表中，活動測頭正常彈起，使用一段時間并未出現(xiàn)問題。

4 對比實驗結(jié)果及分析

我們在尋找一種可以解決這些測頭問題時，采用新舊內(nèi)徑百分表測量同一個孔徑，操作人員也相同的情況，對測量數(shù)據(jù)進行對比。

對以上測量數(shù)據(jù)進行誤差處理[5]，假設(shè)系統(tǒng)誤差為0，首先排除粗大誤差。對新內(nèi)徑百分表測量數(shù)據(jù)進行誤差處理的中間數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 對比試驗測量數(shù)據(jù) mm

表2 新內(nèi)徑百分表測量數(shù)據(jù)的誤差處理過程 mm

由表2中的數(shù)據(jù)，計算得到單次測得值標(biāo)準(zhǔn)偏差σ≈0.004 mm，根據(jù)3σ準(zhǔn)則可知：本次測量列無粗大誤差。

計算算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ≈0.001 2 mm；單次測量的極限誤差δlim=±0.012 mm；算術(shù)平均的極限誤差：δlim≈±0.003 6 mm，則測量結(jié)果為d=0.004±0.003 6 mm。

同理，計算出舊的內(nèi)徑百分表(即活動測頭測量不靈活時)和更換磨損的等臂杠桿后的內(nèi)徑百分表的測量結(jié)果，如表3所示。

表3 對比試驗的測量結(jié)果

從測量數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)活動測頭無法自如彈出時，內(nèi)徑百分表測量出的數(shù)據(jù)變小，說明等臂杠桿磨損嚴(yán)重，角度發(fā)生變化，測量精度下降。

由以上數(shù)據(jù)和理論結(jié)構(gòu)分析可知：1)內(nèi)徑百分表內(nèi)部的等臂及活動測頭磨損程度決定測量精度，當(dāng)排除粗大誤差后，出現(xiàn)嚴(yán)重偏離真值，說明存在系統(tǒng)誤差；2)經(jīng)修復(fù)(更換新的等臂杠桿)的百分表降低了系統(tǒng)誤差，其測量精度得到一定改善，其使用壽命也得到延長。

[1]彭麗.互換性與技術(shù)測量實驗指導(dǎo)書[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2015：26-29.

[2]梁國明.量具量儀的使用和保養(yǎng)[M].北京：北京出版社，1981：120-122.

[3]才家剛.圖解常用量具的使用方法和測量實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，1981：115-116.

[4]梁國明，張保勤.量具量儀的使用和保養(yǎng)270問[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004：178-182.

[5]郭家興，楊伯培.幾何量測量儀器檢定與調(diào)修[M].北京：中國質(zhì)檢出版社，2013：103-104.

FailureAnalysisandImprovedMethodofDialBoreGage

PENGLi，CHENTianyu，YUANZiyou，ZOUGaohua

(College of Mechanical Engineering，Chengdu Technological University，Chengdu 611730，China)

Aiming at the problems of large measuring error and short service life of dial bore gage in use， the structure and measuring precision of it were analyzed. Analysis results show that the measuring head most likely to cause measurement error， but also easily damaged. An effective improvement method was proposed. Practice has proved that this method can improve the measurement accuracy and extend the service life.

dial bore gage; measurement accuracy; movable probe; improve; method

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2017.04.011

2017-03-03

成都工業(yè)學(xué)院實驗室開放基金(2015sj05)

彭麗(1964—)，女，高級實驗師，本科，研究方向：往復(fù)走絲線切割有色金屬加工技術(shù)，電子郵箱：472675221@qq.com。

TH711

B

2095-5383(2017)04-0052-04