內(nèi)徑百分表故障分析及改進(jìn)方法

彭 麗，陳天宇，袁自友，鄒高華

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

內(nèi)徑百分表故障分析及改進(jìn)方法

彭 麗，陳天宇，袁自友，鄒高華

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

針對(duì)內(nèi)徑百分表在使用中出現(xiàn)的測(cè)量誤差大、使用壽命短問(wèn)題，對(duì)內(nèi)徑百分表的結(jié)構(gòu)及測(cè)量精度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)活動(dòng)測(cè)頭最易造成測(cè)量誤差，也容易損壞，提出一種有效的改進(jìn)方法。實(shí)踐證明，此方法能提高測(cè)量精度及延長(zhǎng)使用壽命。

內(nèi)徑百分表；測(cè)量精度；活動(dòng)測(cè)頭；改進(jìn)；方法

內(nèi)徑百分表、齒輪雙面嚙合檢查儀、立式光學(xué)計(jì)、工具顯微鏡、雙管顯微鏡等精密測(cè)量?jī)x器可對(duì)機(jī)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(jìn)行測(cè)量和誤差分析，從而進(jìn)一步改善機(jī)床的加工性能。內(nèi)徑百分表是高校測(cè)量技術(shù)實(shí)驗(yàn)室精密內(nèi)孔的常用測(cè)量?jī)x器之一，主要用于測(cè)量孔、槽等的尺寸和圓度誤差等，尤其是深孔測(cè)量和不便使用光滑極限量規(guī)的場(chǎng)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(cè)量精度下降以及表?xiàng)U中活動(dòng)測(cè)頭無(wú)法彈起的情況。本文針對(duì)這些現(xiàn)象，通過(guò)內(nèi)徑百分表的拆卸與組裝，找到內(nèi)徑百分表活動(dòng)測(cè)頭無(wú)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(cè)量精度及延長(zhǎng)其使用壽命。

1 問(wèn)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(dòng)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(gè)三通管，在一端裝有活動(dòng)測(cè)頭8，另一端裝有可換測(cè)頭1，管口的一端通過(guò)直管3安裝百分表6，彈簧5是控制測(cè)力的。百分表6的量桿與傳動(dòng)量桿4始終接觸，通過(guò)彈簧5經(jīng)傳動(dòng)桿4，杠桿7向外頂著活動(dòng)測(cè)頭8。測(cè)量時(shí)，活動(dòng)測(cè)頭8的移動(dòng)，使杠桿7回轉(zhuǎn)，并通過(guò)傳動(dòng)桿4推動(dòng)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(dòng)測(cè)頭移動(dòng)1 mm時(shí)，傳動(dòng)桿4也移動(dòng)1 mm，推動(dòng)百分表6指針回轉(zhuǎn)一圈。因此活動(dòng)測(cè)頭的移動(dòng)量就可以在百分表上讀出。其工作原理簡(jiǎn)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(zhǎng)桿；3—活動(dòng)測(cè)頭；4—等臂及定心鎖緊裝置；5—可換測(cè)頭。圖3 內(nèi)徑百分表工作原理

圖4 內(nèi)徑百分表測(cè)量孔徑

內(nèi)徑百分表的測(cè)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(duì)常用測(cè)量范圍18～35 mm進(jìn)行研究和分析。

實(shí)驗(yàn)室中的內(nèi)徑百分表均按計(jì)量法的相關(guān)規(guī)定進(jìn)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(hù)，測(cè)量過(guò)程中測(cè)量人員操作準(zhǔn)確。但在使用一段時(shí)間之后，部分內(nèi)徑百分表出現(xiàn)了活動(dòng)測(cè)頭無(wú)法彈起和測(cè)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(guò)拆卸內(nèi)徑百分表，發(fā)現(xiàn)造成測(cè)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(dòng)測(cè)頭連接，或者活動(dòng)測(cè)頭有銹點(diǎn)而造成活動(dòng)測(cè)頭無(wú)法自如彈起。

為進(jìn)一步確定并驗(yàn)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(cè)頭無(wú)法自如彈起的原因，替換其中有疑問(wèn)的組件后組裝還原，然后測(cè)試測(cè)頭是否可以使用。然后通過(guò)不同結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑百分表對(duì)比實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行誤差分析。最后通過(guò)測(cè)量結(jié)果分析得出結(jié)論。

3 解決方案

3.1 對(duì)測(cè)頭的拆裝

拆裝內(nèi)徑百分表時(shí)，選用了測(cè)量范圍為18～35 mm、分度值為0.01 mm的百分表。重點(diǎn)對(duì)測(cè)頭部分進(jìn)行了拆解：

1)擰下測(cè)頭；

2)拆除定位護(hù)橋；

3)拆除測(cè)頭套；

4)拆除活動(dòng)測(cè)頭蓋；

5)拆除銷釘；

6)取出等臂杠桿(見(jiàn)圖5)。

a.平面圖 b.三維圖圖5 等臂杠桿

3.2 活動(dòng)測(cè)頭存在的問(wèn)題

1)在測(cè)頭主體內(nèi)部有一個(gè)等臂杠桿，它是連接活測(cè)頭和推桿的重要部分(見(jiàn)圖5)。通過(guò)等臂杠桿能改變力的方向，將力傳給推桿，推動(dòng)表盤(pán)，讀出孔徑。在拆卸測(cè)頭時(shí)，等臂杠桿一頭與推桿連接緊密，另一頭并未和活測(cè)頭連接，都是點(diǎn)接觸，在長(zhǎng)時(shí)間的使用中，接觸的位置發(fā)生傾斜，影響測(cè)量精度；當(dāng)磨損過(guò)大時(shí)，造成推桿與角形杠桿的錯(cuò)位，導(dǎo)致配合性質(zhì)發(fā)生改變，活動(dòng)測(cè)頭無(wú)法彈起。

2)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)活動(dòng)測(cè)頭有少量銹跡，推測(cè)是否由于操作不當(dāng)，活測(cè)頭與其固定端蓋之間摩擦力過(guò)大，長(zhǎng)期摩擦導(dǎo)致活動(dòng)側(cè)頭桿體有劃傷，在保養(yǎng)時(shí)無(wú)法將其防銹油滲透進(jìn)入，或潮濕氣候?qū)е律P，以致活動(dòng)側(cè)頭無(wú)法彈起，從而不能進(jìn)行正常測(cè)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(dòng)。

3.3 對(duì)活動(dòng)測(cè)頭的處理

針對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題，根據(jù)問(wèn)題的難易程度不同，首先是對(duì)活動(dòng)測(cè)頭部分進(jìn)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(jìn)行除銹；

2)用航空汽油進(jìn)行浸泡；

3)調(diào)整活動(dòng)測(cè)頭與固定端蓋的間隙，直至不影響活動(dòng)測(cè)頭運(yùn)動(dòng)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(shí)間后并無(wú)異常。

有的內(nèi)徑百分表的活動(dòng)測(cè)頭并無(wú)銹跡，但出現(xiàn)活動(dòng)測(cè)頭卡死不能推動(dòng)或者活動(dòng)測(cè)頭不能彈起，分析是等臂杠桿未與活測(cè)頭未接觸造成測(cè)頭無(wú)法彈起或卡死。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，根據(jù)拆裝后對(duì)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(huì)移動(dòng)，影響推桿和等臂杠桿的接觸；說(shuō)明銷也磨損，使其配合性質(zhì)發(fā)生變化，由定位過(guò)渡配合磨損后變成小間隙配合，因而影響活動(dòng)測(cè)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(cè)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(dòng)；等臂杠桿上有兩個(gè)鋼珠，分別與推桿和活動(dòng)測(cè)頭接觸，但接觸是點(diǎn)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(gè)端面因長(zhǎng)時(shí)間的摩擦與撞擊造成一定的表面磨損，使得長(zhǎng)度變短，表面粗糙，無(wú)法與活動(dòng)測(cè)頭相連接，造成活動(dòng)測(cè)頭無(wú)法彈起。

為驗(yàn)證這些問(wèn)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(wèn)題的內(nèi)徑百分表中，活動(dòng)測(cè)頭正常彈起，使用一段時(shí)間并未出現(xiàn)問(wèn)題。

4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

我們?cè)趯ふ乙环N可以解決這些測(cè)頭問(wèn)題時(shí)，采用新舊內(nèi)徑百分表測(cè)量同一個(gè)孔徑，操作人員也相同的情況，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

對(duì)以上測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)新內(nèi)徑百分表測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差處理的中間數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 對(duì)比試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù) mm

表2 新內(nèi)徑百分表測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差處理過(guò)程 mm

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

計(jì)算算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ≈0.001 2 mm；單次測(cè)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(cè)量結(jié)果為d=0.004±0.003 6 mm。

同理，計(jì)算出舊的內(nèi)徑百分表(即活動(dòng)測(cè)頭測(cè)量不靈活時(shí))和更換磨損的等臂杠桿后的內(nèi)徑百分表的測(cè)量結(jié)果，如表3所示。

表3 對(duì)比試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果

從測(cè)量數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)活動(dòng)測(cè)頭無(wú)法自如彈出時(shí)，內(nèi)徑百分表測(cè)量出的數(shù)據(jù)變小，說(shuō)明等臂杠桿磨損嚴(yán)重，角度發(fā)生變化，測(cè)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(dòng)測(cè)頭磨損程度決定測(cè)量精度，當(dāng)排除粗大誤差后，出現(xiàn)嚴(yán)重偏離真值，說(shuō)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(cè)量精度得到一定改善，其使用壽命也得到延長(zhǎng)。

[1]彭麗.互換性與技術(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2015：26-29.

[2]梁國(guó)明.量具量?jī)x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(cè)量實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981：115-116.

[4]梁國(guó)明，張保勤.量具量?jī)x的使用和保養(yǎng)270問(wèn)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004：178-182.

[5]郭家興，楊伯培.幾何量測(cè)量?jī)x器檢定與調(diào)修[M].北京：中國(guó)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(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(2015sj05)

彭麗(1964—)，女，高級(jí)實(shí)驗(yàn)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