一种外径千分尺的改进方案

林新星 唐睿琳 刘利海

【摘要】通过对外径千分尺测砧端和微分筒端的改进，从而减小千分尺的示值误差，使其测量能力能够满足公司部分产品的公差要求，并且减少因人为操作不当而引入的测量误差，提高测量稳定性。

【关键词】外径千分尺；车轴；测量能力；测量稳定性

引言

在公司生产现场，对于大尺寸车轴轴径的测量，通常都是使用外径千分尺进行测量的。但公司产品160mm和190mm车轴的公差要求为0.025mm，使用150mm-200mm的外径千分尺无法满足测量要求；同时，不同人员使用同一千分尺所测量结果有时也会存在较大差异。因此，提出一种外径千分尺的改进方法，通过使用指示表代替测砧和在微分筒螺杆前段加装锥套，增加与车轴的接触面积，并在测量时固定测微螺杆，减小示值误差，使其测量能力能够满足要求，并且提高其测量稳定性。

一、外径千分尺测量轴径误差来源分析

1.1外径千分尺的示值误差

由JJG 21-2008可知，150mm-200mm的外径千分尺最大允许示值误差为±0.007mm。

1.2外径千分尺两测量面的平行度误差

150mm-200mm量程的外径千分尺平行度的误差要求为0.005mm。如果其两测量面不平行，前端距离大，后端距离小，千分尺在对零时前端接触，而在检测时后端接触，则会在测量结果中引入平行度误差。

1.3操作人员使用不当所引入的误差

1.3.1如图1所示，测量时，微分测头沿轴向、径向匀速测量时，测量数据可以基本保持一致。但当测量力偏离轴向、径向时会形成一定的扭矩，使测量数据变化较大，不同的人使用外径千分尺时会有不同的测量力，会对测量结果造成一定的影响。

测力方向→

图1

1.3.2在使用外径千分尺测量轴径时，微分测头和固定测砧与轴颈都是线接触，如果使用千分尺方法不当，极易出现千分尺测头与轴颈接触面产生轴向偏差，造成测量误差增大。

1.3.3如图2所示，不同的测量位置也会对测量结果产生影响。

其中，AA1为实际外径，B、B1在A1点的轴向两侧；C、C1在A1点的径向两侧，那么：

由此可见，在用外径千分尺测量轴径时，测量位置的不同会造成测量结果有很大的差异。

二、外径千分尺的改进方案

针对上述误差来源，我们对外径千分尺做了一些改进。

图3

图4

2.1如图3所示，根据车轴直径做了直径分别为160mm，190mm的标准圆来代替校正杆作为对零的基准。

2.2如图4所示，将测微螺杆前端加工成具有一定锥度，并且套上与之相匹配的锥套，锥套前端是一个φ25mm的平面，增大了与轴颈的接触面积，用于减小测量偏移角差。同时，在测量时将锁死微分螺杆，避免测量结果中引入示值误差。

2.3将千分尺测砧端用一个指示表代替，变线线接触为点线接触。在测量过程中只需将微分测头测量面紧贴轴颈，知识指示表向±50C旋转，找到最大值即可。这样就很容易找到轴向最小转折点和径向最大转折点，避免了因为测量位置不正确而造成的测量误差，同时也避免了测量结果中引入平行度误差。由于不再转动千分尺棘轮，而是靠移动指示表测杆与轴颈接触，也就避免了因为测量人员不同而造成的测量力大小引起的误差。

三、测量方法

我们采用比对测量法，测量前先仔细清洗改进后的千分尺、标准圆、车轴轴颈；用标准圆校对千分尺。校对时，将微分测头测量面紧贴轴颈，指示表沿径向±50C旋转找到最大值，从指示表中得到一个读数a1，然后将测微螺杆端固定，取下标准圆，测量工件，得到读数a2，则被测工件的直径为：

式中：L为标准圆的实际尺寸。

四、测量结果比较

我们用外径千分尺、改进后的千分尺和三米测长机分别对190mm和160mm的车轴进行测量，得到测量结果如下：

更换人员后再次测量：

对φ160mm车轴进行测量。（单位：mm）

更换人员后再次测量：

由实验数据可知，测量φ190mm车轴，同一人使用外径千分尺的重复性为0.004mm，不同的人使用外径千分尺测量的数据相差0.004mm；同一人使用改进后的千分尺测量的数据没有变化，不同的人使用改进后的千分尺测量的数据只有0.001mm的误差；使用改进后的千分尺测量的数据与标准值相差0.003mm，使用外径千分尺测量的数据与标准值相差0.011mm。

测量φ160mm车轴，同一人使用外径千分尺的重复性为0.004mm，不同的人使用外径千分尺测量的数据相差0.005mm；同一人使用改进后的千分尺测量的数据没有变化，不同的人使用改进后的千分尺测量的数据没有变化；使用改进后的千分尺测量的数据与标准值相差0.003mm，使用外径千分尺测量的数据与标准值相差0.010mm。

五、结论

使用改进后的千分尺测量，无论是一个人多次测量的重复性，还是多人多次测量的数据相差都很小，与标准值比较也很接近。

改进后的千分尺完全能够满足车轴的检测要求。使用过程中，操作更简便，测量稳定性更好，避免了不同人员测量结果误差较大的情况出现。

参考文献

[1]【JJG21-2008千分尺检定规程】 黑龙江省计量检定测试院 吉林省计量科学研究院

[2]【JJG34-2008指示表检定规程】 中国测试技术研究院 江苏省计量科学研究院等