距離與相對轉角同步測控量儀結構設計

韋曉航

（柳州鐵道職業(yè)技術學院，廣西 柳州545616）

在機械結構設計中，有時會出現兩軸（或兩支架）之間既需要控制距離又需要控制相對轉動的轉角的結構關系，獨立的控制距離或者控制轉角的結構很常見，但若要求距離與轉角可同時進行測量控制，則目前尚無簡單有效的技術方案。本設計即針對距離與轉角同步測量控制這一現實問題，提出距離與轉角同步測量控制組合量儀解決方案。該量儀設計思路巧妙、結構簡單、操作方便，制作成本低，可廣泛應用于機械工程、建筑工程、家具設計制造等行業(yè)中各種需要同時測量距離與轉角的場合，具有顯著的實用意義。

1 總體結構方案與工作原理

距離與轉角同步測控組合量儀結構原理圖如下圖1所示。

圖1 距離與相對轉角同步測控組合量儀結構原理圖

距離與相對轉角同步測控組合量儀結構由可相對移動和轉動的構件1和構件2兩大部分組成，由構件1與構件2兩部分相互配合實現被測量對象的距離和相對轉角的數據檢測。其中，如圖1所示，長度刻度管（5）通過連接套筒1（4）與可拆卸抓舉套管（1）連接為一體，構成相對獨立的活動構件1；角度讀數盤刻度管（8）通過連接套筒2（9）與右端可拆卸抓舉套管（1）連接為一體，構成相對獨立的構件2.各連接件之間均進行定位緊固，兩端被測對象可分別固定在構件1和2兩端的可拆卸抓舉套管（1）中。

其工作原理為：測量時，以構件2為基準件，旋出圓柱頭螺釘（7），構件1的長度刻度管（5）可在構件2的角度讀數盤刻度管（8）孔中自由地移動和轉動。當被固定于量儀兩端的被測對象處于同一平面內且保持平行時，安裝在長度刻度管（5）中定位槽中央的基準窄縫中的角度指針（6）指向角度讀數盤刻度管（8）上角度讀數盤的0度；當兩端被測對象產生相對轉動時，構件1和構件2隨著被測對象同步同向轉動，此時，移動位于長度刻度管（5）上的角度指針（6）沿著如圖2所示滑移槽移動至靠近角度刻度盤，其相對于固定在構件2上的角度讀數盤的轉動角度即為兩被測對象的相對轉動角度。兩被測對象間的距離則可由構件1和構件2二者刻度管讀數組合讀出，即兩被測對象間距離L的讀數為長度刻度管（5）上讀數L1加上基準構件2中被測對象中心線（即可拆卸抓舉套管中心線）到角度讀數盤左端面的距離L2.

圖2 長度刻度管與角度指針

2 關鍵結構設計與分析

2.1 被測對象相對距離測控結構設計

距離與相對轉角同步測控組合量儀可測量控制在一定尺寸范圍內變化的被測對象間距離。可測控的最小間距為圖1所示長度刻度管（5）外圓柱與角度讀數盤刻度管（8）內孔完全重疊時距離，可測控的最大間距為長度刻度管（5）外圓柱完全伸出角度讀數盤刻度管（8）內孔時距離，而被測對象的實際距離L由可相對移動的構件1和構件2二者刻度管讀數組合讀出，即L=L1+L2.

為方便檢測，構件1中的長度刻度管（5）圓柱外表面與構件2中的角度讀數盤刻度管（8）的圓柱內孔采用間隙配合以便于長度刻度管滑移和轉動順暢。在長度刻度管（5）與角度讀數盤刻度管（8）配合段切割出如圖2及圖3所示與圓柱頭螺釘（7）尺寸匹配的定位槽，當距離測定需要固定量儀時，將圓柱頭螺釘（7）從角度讀數盤刻度管（8）上的螺紋孔旋入定位槽，即可實現測量距離的固定，方便準確讀數。該量儀中構件2的長度讀數L2可根據被測對象測量范圍預先設計確定，作為量儀的測控基準件，在計量中L2為固定值；構件1部分長度讀數L1可由長度刻度管（5）上刻度讀出，長度刻度管（5）上刻度起始值由可拆卸抓舉套管（1）中心線至刻度起始線的設計距離決定。

在連接結構中，長度刻度管（5）及角度讀數盤刻度管（8）與連接套筒之間可采用過盈配合、粘接或緊定螺釘、圓錐銷連接以及組合方式連接。角度讀數盤可與角度讀數盤刻度管制作成整體式的，也可制作成分離式的，通過過盈、粘接、螺釘連接、銷連接等方式組合為一體。

圖3 圖2的A向放大視圖

2.2 相對轉角測控結構設計

距離與相對轉角同步測控組合量儀要求在測控位于量儀兩端的被測對象的距離的同時，還可測出量儀兩端被測對象的相對轉角。如果按照常規(guī)的角度測量方法，則僅在量儀一端安裝角度分度盤，靠目測另一端被測對象投影到角度分度盤上來讀出轉角即可。但是考慮到被測對象有一定的體積，完全依靠目測的投影讀數誤差很大，為提高讀數的準確性，設計了位置與被測對象中心線重合的角度讀數指針，該指針要能與角度分度盤配合讀數，其位置既要能隨著被測對象的距離的變化而沿著讀數刻度管移動，還要能與產生相對轉動的被測對象同步轉動，由此提出設計方案如下：

在構件1中長度刻度管（5）定位槽的對稱中心切割出作為角度基準線兼角度指針滑移槽的窄縫，窄縫穿越定位槽全長，角度指針（6）安裝固定在滑塊上，滑塊與長度刻度管（5）內孔采用間隙配合，可沿長度刻度管（5）內孔順暢地往復滑移，角度指針（6）從基準窄縫中伸出，在滑塊的引導下可沿窄縫滑移，如圖2及圖3所示；為方便準確讀數，將角度讀數盤固定在角度讀數盤刻度管（8）的左端，以便于角度指針（6）可沿滑移槽與其直接接觸讀數，如圖4所示；角度讀數盤刻度管（8）通過連接套筒2（9）與右端可拆卸抓舉套管（1）連接形成構件2，作為量儀的測控基準件。在測量或控制相對轉角前，調整角度指針對零或記錄測量前角度讀數，兩端被測對象定位定距后，將角度指針沿長度刻度管（5）滑移槽窄縫移動至靠近角度讀數盤，即可讀出被測對象的相對轉動角度。角度讀數盤刻度精密程度可根據需要制作，可參照一般角度量具刻度精確到1°。圖4中刻度僅為示意圖。

圖4 角度讀數盤及角度指針

3 結束語

該距離與相對轉角同步測控組合量儀是針對工程實際應用需要而設計，可在一定量程范圍內測控兩被測對象的距離及相對轉動角度，該量儀的量程可根據需要在基本結構設計相同基礎上加長構件1和構件2中刻度管進行分段設定，組成不同規(guī)格大小的成套量儀。該設計充分考慮了一般量具量儀應具備的結構簡單、使用方便靈活、便于掌控等常規(guī)特質，經實踐驗證可靠實用，成本低廉，具有推廣應用價值。

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