一種可穩(wěn)定接觸“小尺寸針和孔”的伸縮式萬(wàn)用表表筆輔具

趙博雅，趙波

（1.長(zhǎng)春吉大附中實(shí)驗(yàn)學(xué)校，吉林長(zhǎng)春，130000；2.長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春，130000）

1 萬(wàn)用表表筆測(cè)量的局限性及常見(jiàn)解決方式

萬(wàn)用表作為最普遍使用的電氣測(cè)量?jī)x表，有廣泛的使用場(chǎng)合，但在實(shí)際使用中也有“英雄無(wú)用武之地”的時(shí)候。因?yàn)槿f(wàn)用表表筆針是直徑Ф2mm左右的金屬圓柱體，測(cè)量小尺寸的針和孔型端子時(shí)，有些測(cè)量場(chǎng)合會(huì)有如下問(wèn)題：

①如測(cè)量航空插頭的座孔時(shí)，座孔內(nèi)徑尺寸很小，只有1mm～1.2mm左右，表筆針無(wú)法伸入而不能測(cè)量。②測(cè)量航空插頭的頭針時(shí)，航空插頭的頭針間距很近，表筆針和頭針之間容易滑動(dòng)，造成接觸不良或?qū)讉€(gè)頭針相連造成短路。③隨著電子線(xiàn)路集成度的提高，各種電子器件的管腳間距很近，電路板上的印刷導(dǎo)線(xiàn)間距也很近。用萬(wàn)用表的兩表筆測(cè)量相鄰的管腳或?qū)Ь€(xiàn)時(shí)，過(guò)粗的金屬表筆針易使兩筆尖相碰而短接，使讀數(shù)為零，造成測(cè)量不準(zhǔn)確；在帶電測(cè)量時(shí)，被測(cè)部分如果存在電位差，很可能出現(xiàn)短路現(xiàn)象，造成儀表或被測(cè)量部分損壞。

為了解決萬(wàn)用表在實(shí)際使用中測(cè)量的局限性，人們想出很多辦法，批量生產(chǎn)時(shí)，常采用專(zhuān)用夾具將待測(cè)小尺寸部分轉(zhuǎn)接成易于測(cè)量的狀態(tài)；在單件生產(chǎn)或維修工作中，操作者一般采用以下方式解決測(cè)量問(wèn)題：

（1）自制臨時(shí)性表筆：很多電子設(shè)備維修人員采用廢舊的材料自制萬(wàn)用表表筆，如用圓珠筆筒、細(xì)的絕緣銅線(xiàn)、鋼針等自制簡(jiǎn)易表筆，利用鋼針的細(xì)尖進(jìn)行測(cè)量，這種表筆從萬(wàn)用表的連接插孔處開(kāi)始，測(cè)量精度受導(dǎo)體材質(zhì)和連接穩(wěn)固程度影響很大。

（2）自制臨時(shí)性表筆筆尖：一般選用較細(xì)的金屬針，如大頭針、曲別針通過(guò)一定方式與萬(wàn)用表表筆針相連接形成更細(xì)小的尖形筆尖；這種筆尖從萬(wàn)用表表筆針和自制筆尖連接處開(kāi)始，測(cè)量精度受筆尖導(dǎo)體材質(zhì)和連接穩(wěn)固程度的影響，由于測(cè)量線(xiàn)路在原表筆上增加的附件少，測(cè)量精度的可靠性?xún)?yōu)于第一種方式，但筆尖的制作略顯粗糙。

（3）市場(chǎng)上也有一些廠(chǎng)家生產(chǎn)出筆尖特尖形的萬(wàn)用表表筆，顯然測(cè)量精度優(yōu)于上述方式。

但上述三種尖形表筆在測(cè)量間距很近的頭針時(shí)，易滑動(dòng)而造成接觸不良或短路。通過(guò)查新，目前萬(wàn)用表附件的專(zhuān)利中，在仍使用原來(lái)萬(wàn)用表表筆與附件連接的情況下，有多種結(jié)構(gòu)的測(cè)量小孔型接線(xiàn)端的萬(wàn)用表附件，測(cè)量密排小針型接線(xiàn)端的附件還沒(méi)有。

為此設(shè)計(jì)一種既能測(cè)量小尺寸針形又能測(cè)量小尺寸孔形接線(xiàn)端的萬(wàn)用表表筆輔具。

2 可穩(wěn)定接觸“小尺寸針和孔”的伸縮式萬(wàn)用表表筆輔具的設(shè)計(jì)方案

輔具有兩類(lèi)，每類(lèi)輔具都由套筒、彈簧、緊定螺釘和可移動(dòng)筆尖四個(gè)零件組成，為加工使用方便，這兩類(lèi)表筆輔具中的套筒、彈簧、緊定螺釘相同，只是可移動(dòng)筆尖不同。兩類(lèi)可移動(dòng)筆尖均有導(dǎo)向大端和測(cè)量頭部組成，兩類(lèi)筆尖的導(dǎo)向大端部分相同，只是筆尖測(cè)量頭部不同，分別做成針型和孔型，見(jiàn)圖1；測(cè)量小尺寸的針型端子時(shí)用孔型筆尖，孔型筆尖測(cè)量頭部的內(nèi)圓柱孔尺寸稍大于被測(cè)量針型端子的尺寸，可以套在被測(cè)量針上進(jìn)行測(cè)量，接觸可靠，它能杜絕檢測(cè)時(shí)接觸不良和短路事故的發(fā)生，如果在孔型筆尖的測(cè)量頭部沿軸向?qū)ΨQ(chēng)切割出兩個(gè)通槽，測(cè)量稍大一些的針時(shí)，孔型筆尖能自動(dòng)漲開(kāi)，能進(jìn)一步擴(kuò)大測(cè)量尺寸范圍；孔型筆尖測(cè)量頭部的外圓柱徑向尺寸也很小，測(cè)量中心間距1.8MM以上的相鄰密排的針型端子，其測(cè)量頭部外徑也不至于相碰而短路；測(cè)量小尺寸的孔型接線(xiàn)端和印制線(xiàn)路板上密排的細(xì)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)用針型筆尖,針型筆尖測(cè)量頭部是圓錐體，測(cè)量頭部的尖端外徑尺寸小，即使測(cè)量相鄰密排的細(xì)導(dǎo)線(xiàn)也不易相碰而短路。

兩類(lèi)可移動(dòng)筆尖都分別裝在同樣的套筒中，此內(nèi)孔內(nèi)徑大于萬(wàn)用表表筆針外徑；并稍大于可移動(dòng)筆尖導(dǎo)向大端的外徑，此內(nèi)孔既是輔具和萬(wàn)用表表筆的連接處，也是可移動(dòng)筆尖的收容腔,為避免扎人和損壞可移動(dòng)筆尖，不用輔具時(shí)可移動(dòng)筆尖在彈簧作用下自動(dòng)回縮進(jìn)套筒中。套筒的另一底端中心開(kāi)有底孔，此底孔的外徑大于可移動(dòng)筆尖測(cè)量頭部的外徑，可移動(dòng)筆尖的導(dǎo)向大端可在圓柱形套筒內(nèi)孔中滑動(dòng)，可移動(dòng)筆尖的測(cè)量頭部可在套筒底端圓柱形底孔中滑動(dòng)，套筒底端厚度取1mm。套筒的內(nèi)孔內(nèi)徑與筆尖導(dǎo)向大端外徑和套筒底孔內(nèi)徑與筆尖測(cè)量頭部外徑均有導(dǎo)向作用，但導(dǎo)向作用的實(shí)現(xiàn)由可移動(dòng)筆尖的導(dǎo)向大端與套筒內(nèi)孔內(nèi)徑的配合尺寸及套筒和可移動(dòng)筆尖的加工精度來(lái)保障。

為保證可移動(dòng)筆尖能自由回縮進(jìn)套筒中，將圓柱形壓縮彈簧套在可移動(dòng)筆尖的測(cè)量頭部，彈簧的外徑大于套筒底端底孔直徑，小于可移動(dòng)筆尖導(dǎo)向大端直徑；距離套筒內(nèi)孔端面?zhèn)乳_(kāi)有公制M3的螺紋孔，其上裝入緊定螺釘，緊定螺釘一方面可以頂緊插入套筒的萬(wàn)用表表筆針，起連接表筆與輔具的作用，另一方面在撤出表筆時(shí)可以擋住可移動(dòng)筆尖導(dǎo)向大端，使可移動(dòng)筆尖和彈簧不至于滑出套筒內(nèi)孔，起到擋塊作用。

使用時(shí)，用萬(wàn)用表表筆針插入套筒內(nèi)孔中，將可移動(dòng)筆尖測(cè)量頭部頂出套筒底孔，調(diào)節(jié)萬(wàn)用表表筆針插入套筒的長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)測(cè)量頭部伸出套筒底孔的長(zhǎng)度。為接觸可靠，最好用萬(wàn)用表表筆頂緊可移動(dòng)筆尖。再旋緊緊定螺釘，將萬(wàn)用表輔具固定在萬(wàn)用表表筆針上，即可測(cè)量。

使用后，將緊定螺釘旋松移出萬(wàn)用表表筆針，可移動(dòng)筆尖在彈簧作用下全部收縮至套筒內(nèi)，且輔具中各零件軸向尺寸能使筆尖回縮后測(cè)量頭部最前端剛好與套筒底孔的外底面平行，這樣套筒對(duì)筆尖起到很好的保護(hù)作用。

表筆輔具共4個(gè)，分為兩類(lèi)，這4個(gè)輔具可以根據(jù)所測(cè)對(duì)象兩兩組合使用。

為了能更好的測(cè)量間距3mm以?xún)?nèi)的頭針和座孔，可將套筒外圓緊定螺釘對(duì)面且垂直于緊定螺釘中心孔處的部分磨平，磨削后尺寸保證測(cè)量相鄰頭針和座孔時(shí)表筆不干涉。

為保證良好的導(dǎo)電性和加工性，表筆輔具選擇H62黃銅作為制作材料，制作好的輔具外面套上絕緣護(hù)套。

3 相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)思路

（1）測(cè)量實(shí)際待測(cè)的小尺寸針和孔的具體尺寸，為產(chǎn)品的尺寸設(shè)計(jì)提供依據(jù)。如一種小尺寸對(duì)插航空插頭，航空插頭針的尺寸是針長(zhǎng)約為8mm，直徑約為Ф1.2mm；孔徑約為Ф1.2mm，孔長(zhǎng)為11mm；相鄰針或孔中心距是3mm。萬(wàn)用表表筆針直徑約Ф2mm，長(zhǎng)17mm。

圖1

（2）根據(jù)上述解決方案，在滿(mǎn)足使用可靠和方便實(shí)用的前提下，盡量選用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)件和通用設(shè)備，以便于加工和降低成本。為此對(duì)生產(chǎn)廠(chǎng)家銅棒，鉆頭、絲錐、彈簧等尺寸系列進(jìn)行了查閱。確定銅棒尺寸Ф5mm。彈簧尺寸為：外徑Ф2.4mm，內(nèi)徑Ф1.8mm，彈簧鋼絲直徑Ф0.3mm，其自由高度為8mm，壓并高度為2.4mm。

（3）基本尺寸設(shè)計(jì)如下：

①?gòu)较蚧境叽缭O(shè)計(jì)

由方案可知，套筒內(nèi)孔應(yīng)大于彈簧外徑和萬(wàn)用表表筆針直徑，取套筒內(nèi)孔直徑Ф2.5mm。

可移動(dòng)孔型筆尖徑向基本尺寸設(shè)計(jì)：為實(shí)現(xiàn)一定測(cè)量范圍，測(cè)量頭部?jī)?nèi)孔取Ф1.3mm，其測(cè)量頭部外圓柱面也是壓縮彈簧的工作桿徑，參照彈簧尺寸，取其外圓柱面直徑Ф1.75mm，小于彈簧內(nèi)徑Ф1.8mm，這時(shí)Ф1.3mm孔徑處的壁厚是0.225mm。其導(dǎo)向大端都是Ф2.45mm×5mm的圓柱體。

套筒底孔直徑取Ф1.8mm，小于彈簧外徑Ф2.4mm，筆尖導(dǎo)向大端直徑取Ф2.45mm；按上述數(shù)據(jù)選取有如下關(guān)系：套筒底孔直徑-頭部圓柱部分外徑=Ф1.8mm-Ф1.75mm=0.05mm，套筒內(nèi)孔直徑-筆尖導(dǎo)向大端直徑=Ф2.5mm-Ф2.45mm=0.05mm，均小于0.3mm。因此彈簧不會(huì)從孔隙滑出。

因套筒外徑取Ф5mm，套筒內(nèi)徑取Ф2.5mm，則套筒壁厚是1.25mm，其上鉆M3螺紋孔，公制單頭M3螺紋，其底孔直徑也是Ф2.5mm，其牙距是0.5mm，此壁厚可以保證至少兩個(gè)牙受力；如選細(xì)牙單頭M3螺紋，其牙距是0.35mm，此壁厚可以保證至少3個(gè)牙受力，由于是手?jǐn)Q螺絲，可以選用通用的公制M3螺紋。

可移動(dòng)針型筆尖基本尺寸設(shè)計(jì)：為統(tǒng)一尺寸標(biāo)準(zhǔn)，便于加工及裝配，兩類(lèi)筆尖導(dǎo)向大端部分相同，即導(dǎo)向大端都是Ф2.45mm×5mm的圓柱體，測(cè)量頭部緊鄰導(dǎo)向大端處是Ф1.75mm×1mm的圓柱，其余部分是10mm長(zhǎng)的針型筆尖。

②軸向基本尺寸設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向作用，兩類(lèi)可移動(dòng)筆尖的導(dǎo)向大端長(zhǎng)度取5mm，考慮零件強(qiáng)度，緊定螺孔中心距套筒端面距離2.5mm。

設(shè)可移動(dòng)筆尖外伸長(zhǎng)度為8mm時(shí)：長(zhǎng)度為5+2.4+1+8=16.4mm取整數(shù)值16mm。當(dāng)取可移動(dòng)筆尖外伸長(zhǎng)度為2mm時(shí)，套筒底端厚1mm，筆尖與緊定螺釘右側(cè)面接觸時(shí)，筆尖在套筒內(nèi)孔中長(zhǎng)度為：16-2-1=13mm如圖2所示。

則套筒內(nèi)孔長(zhǎng)度：1+3+13=17mm。

此時(shí)彈簧剛好處于無(wú)壓縮狀態(tài)。

圖2

此時(shí)，萬(wàn)用表表筆插入套筒最大深度：17-（5+2.4）=9.6mm。

由于9.6mm<17mm，所以萬(wàn)用表表筆能插入并頂緊可移動(dòng)筆尖。

由此可見(jiàn)套筒可以適當(dāng)加長(zhǎng)，如取套筒孔深19mm亦可。此時(shí)筆尖剛好完全回縮入套筒中。

由以上數(shù)據(jù)推出：套筒內(nèi)孔深選19mm，套筒全長(zhǎng)20mm，套筒內(nèi)孔直徑2.5mm，套筒外圓柱直徑5mm；兩類(lèi)可移動(dòng)筆尖導(dǎo)向大端都是Ф2.45mm×5mm的圓柱，筆尖總長(zhǎng)度選16mm，孔型筆尖測(cè)量頭部外圓是Ф1.75mm×11mm，其頭部小端鉆Ф1.3mm×10mm內(nèi)孔形成孔型筆尖，針型筆尖1緊鄰大端的頭部是Ф1.75mm×1mm的圓柱，其余10mm加工成針型筆尖形狀。