内径百分表故障分析及改进方法

彭 丽，陈天宇，袁自友，邹高华

(成都工业学院 机械工程学院，成都 611730)

内径百分表故障分析及改进方法

彭 丽，陈天宇，袁自友，邹高华

(成都工业学院 机械工程学院，成都 611730)

针对内径百分表在使用中出现的测量误差大、使用寿命短问题，对内径百分表的结构及测量精度进行分析，发现活动测头最易造成测量误差，也容易损坏，提出一种有效的改进方法。实践证明，此方法能提高测量精度及延长使用寿命。

内径百分表；测量精度；活动测头；改进；方法

内径百分表、齿轮双面啮合检查仪、立式光学计、工具显微镜、双管显微镜等精密测量仪器可对机械加工零件的尺寸、形位误差、角度与锥度、表面粗糙度、螺纹参数、齿轮加工精度等进行测量和误差分析，从而进一步改善机床的加工性能。内径百分表是高校测量技术实验室精密内孔的常用测量仪器之一，主要用于测量孔、槽等的尺寸和圆度误差等，尤其是深孔测量和不便使用光滑极限量规的场合。调查发现，许多内径百分表在使用不到一年后就出现了测量精度下降以及表杆中活动测头无法弹起的情况。本文针对这些现象，通过内径百分表的拆卸与组装，找到内径百分表活动测头无法弹起的原因，从而制定出修复方法以提高内径百分表的测量精度及延长其使用寿命。

1 问题及分析

1.1 内径百分表的结构及工作原理

内径百分表是一种杠杆式传动仪表[1-2]，其外型如图1所示，其结构如图2所示：主体2是一个三通管，在一端装有活动测头8，另一端装有可换测头1，管口的一端通过直管3安装百分表6，弹簧5是控制测力的。百分表6的量杆与传动量杆4始终接触，通过弹簧5经传动杆4，杠杆7向外顶着活动测头8。测量时，活动测头8的移动，使杠杆7回转，并通过传动杆4推动百分表6的量杆，使百分表6回转。由于杠杆7是等臂的，当活动测头移动1 mm时，传动杆4也移动1 mm，推动百分表6指针回转一圈。因此活动测头的移动量就可以在百分表上读出。其工作原理简图如图3所示。

图1 内径百分表外型

图2 内径百分表结构

1—百分表；2—接长杆；3—活动测头；4—等臂及定心锁紧装置；5—可换测头。图3 内径百分表工作原理

图4 内径百分表测量孔径

内径百分表的测量范围一般有：6～10 mm、10～18 mm、18～35 mm、35～50 mm、50～160 mm、100～250 mm、250～450 mm等，其分度值为0.01 mm。本文针对常用测量范围18～35 mm进行研究和分析。

实验室中的内径百分表均按计量法的相关规定进行定期标定，并保证内径百分表按相关规定保存和维护，测量过程中测量人员操作准确。但在使用一段时间之后，部分内径百分表出现了活动测头无法弹起和测量精度下降的现象。在详细了解内径百分表结构及原理[3-4]的基础上，通过拆卸内径百分表，发现造成测量精度下降的主要原因可能是由于等臂杠杆的一头与推杆连接紧密但另一头并未和活动测头连接，或者活动测头有锈点而造成活动测头无法自如弹起。

为进一步确定并验证内径百分表精度下降的原因，首先根据拆解结果初步判断活测头无法自如弹起的原因，替换其中有疑问的组件后组装还原，然后测试测头是否可以使用。然后通过不同结构的内径百分表对比实验，进行误差分析。最后通过测量结果分析得出结论。

3 解决方案

3.1 对测头的拆装

拆装内径百分表时，选用了测量范围为18～35 mm、分度值为0.01 mm的百分表。重点对测头部分进行了拆解：

1)拧下测头；

2)拆除定位护桥；

3)拆除测头套；

4)拆除活动测头盖；

5)拆除销钉；

6)取出等臂杠杆(见图5)。

a.平面图 b.三维图图5 等臂杠杆

3.2 活动测头存在的问题

1)在测头主体内部有一个等臂杠杆，它是连接活测头和推杆的重要部分(见图5)。通过等臂杠杆能改变力的方向，将力传给推杆，推动表盘，读出孔径。在拆卸测头时，等臂杠杆一头与推杆连接紧密，另一头并未和活测头连接，都是点接触，在长时间的使用中，接触的位置发生倾斜，影响测量精度；当磨损过大时，造成推杆与角形杠杆的错位，导致配合性质发生改变，活动测头无法弹起。

2)仔细观察发现活动测头有少量锈迹，推测是否由于操作不当，活测头与其固定端盖之间摩擦力过大，长期摩擦导致活动侧头杆体有划伤，在保养时无法将其防锈油渗透进入，或潮湿气候导致生锈，以致活动侧头无法弹起，从而不能进行正常测量。

3)等臂杠杆由一根直径约为1 mm的销固定，销易磨损或受力变形，导致等臂杠杆移位或者不能正常转动。

3.3 对活动测头的处理

针对以上两个问题，根据问题的难易程度不同，首先是对活动测头部分进行除锈处理，调整与固定端盖的间隙。

1)利用脱脂棉与除锈剂进行除锈；

2)用航空汽油进行浸泡；

3)调整活动测头与固定端盖的间隙，直至不影响活动测头运动位置。将其装入其他结构完好的内径百分表中，使用一段时间后并无异常。

有的内径百分表的活动测头并无锈迹，但出现活动测头卡死不能推动或者活动测头不能弹起，分析是等臂杠杆未与活测头未接触造成测头无法弹起或卡死。针对这个问题，根据拆装后对结构的分析，等臂杠杆由一根销固定，但等臂杠杆依然会移动，影响推杆和等臂杠杆的接触；说明销也磨损，使其配合性质发生变化，由定位过渡配合磨损后变成小间隙配合，因而影响活动测头正常使用；而且销在受重复载荷的情况下容易发生变形，测量后发现直线度误差超出规定要求，直接影响等臂杠杆的传动；等臂杠杆上有两个钢珠，分别与推杆和活动测头接触，但接触是点接触，由于操作不准确导致接触不稳定；还有经分析发现等臂杠杆的两个端面因长时间的摩擦与撞击造成一定的表面磨损，使得长度变短，表面粗糙，无法与活动测头相连接，造成活动测头无法弹起。

为验证这些问题，将一只完好的内径百分表拆卸，将等臂杠杆和销钉装入之前有问题的内径百分表中，活动测头正常弹起，使用一段时间并未出现问题。

4 对比实验结果及分析

我们在寻找一种可以解决这些测头问题时，采用新旧内径百分表测量同一个孔径，操作人员也相同的情况，对测量数据进行对比。

对以上测量数据进行误差处理[5]，假设系统误差为0，首先排除粗大误差。对新内径百分表测量数据进行误差处理的中间数据如表2所示。

表1 对比试验测量数据 mm

表2 新内径百分表测量数据的误差处理过程 mm

由表2中的数据，计算得到单次测得值标准偏差σ≈0.004 mm，根据3σ准则可知：本次测量列无粗大误差。

计算算术平均值的标准偏差σ≈0.001 2 mm；单次测量的极限误差δlim=±0.012 mm；算术平均的极限误差：δlim≈±0.003 6 mm，则测量结果为d=0.004±0.003 6 mm。

同理，计算出旧的内径百分表(即活动测头测量不灵活时)和更换磨损的等臂杠杆后的内径百分表的测量结果，如表3所示。

表3 对比试验的测量结果

从测量数据中可以发现：当活动测头无法自如弹出时，内径百分表测量出的数据变小，说明等臂杠杆磨损严重，角度发生变化，测量精度下降。

由以上数据和理论结构分析可知：1)内径百分表内部的等臂及活动测头磨损程度决定测量精度，当排除粗大误差后，出现严重偏离真值，说明存在系统误差；2)经修复(更换新的等臂杠杆)的百分表降低了系统误差，其测量精度得到一定改善，其使用寿命也得到延长。

[1]彭丽.互换性与技术测量实验指导书[M].西安：西安电子科技大学出版社， 2015：26-29.

[2]梁国明.量具量仪的使用和保养[M].北京：北京出版社，1981：120-122.

[3]才家刚.图解常用量具的使用方法和测量实例[M].北京：机械工业出版社，1981：115-116.

[4]梁国明，张保勤.量具量仪的使用和保养270问[M].北京：国防工业出版社，2004：178-182.

[5]郭家兴，杨伯培.几何量测量仪器检定与调修[M].北京：中国质检出版社，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

成都工业学院实验室开放基金(2015sj05)

彭丽(1964—)，女，高级实验师，本科，研究方向：往复走丝线切割有色金属加工技术，电子邮箱：472675221@qq.com。

TH711

B

2095-5383(2017)04-0052-04