一种圆锥孔测量装置

2012-10-23崔丽娟

制造技术与机床 2012年7期

崔丽娟

（燕山大学里仁学院，河北秦皇岛 066004）

在机器结构和机械设计中，圆锥配合有着广泛的应用。这主要是因为内圆锥孔和外圆锥具有较高的同轴度、良好的密封性、稳定的配合自锁性、间隙和过盈可以自由调整等优点。在圆锥体配合中，影响互换性的因素很多。为了分析和研究其互换性，一般把圆锥角、圆锥直径、圆锥长度和圆锥锥度作为主要参数进行研究。在生产实际中，也经常结合具体情况选择上述参数中的一项或者几项进行检测。

1 常规测量方法简介

图1是常见的一种锥孔结构示意图。其中大端直径D、圆锥高度H、锥角α是重要的设计参数，也是经常需要检测的数值。在图1中，由于圆锥孔外形呈锥形，锥孔两端与相邻表面（端面和圆柱面）的交点不容易识别、捕捉，同时在锥孔的末端往往还存在圆角R或者残余毛刺，这都给上述参数的检测带来不便，其测量工作比圆柱测量更显费事。

目前，常规的测量方法主要分3类，即比较测量法、直接测量法、间接测量法。

比较测量法就是将标准锥度量具如圆锥塞规或环规与被测锥度相比较，用光隙法或者涂色法进行检查，通过检查塞规或环规与被测锥度的接触面积和接触部位来判断锥度是否合格，这种测量方法只能判断被测锥度是否在允许的公差范围内，而不能得出锥度的具体数值。

直接测量法就是直接从计量器具上读出被测锥度，常用的工具有工具显微镜、三坐标测量机等，测量方便但操作复杂、设备价格昂贵。

间接测量法则是测量与被测锥度有关的线性尺寸，通过三角函数计算出被测锥度的相关参数。与比较测量法和直接测量法比较，间接测量法往往采用一些特定的结构，并借助常规测量器具进行，具有测量针对性强、成本低、测量结果准确、精度能满足检测要求等优点，因此被机械加工企业广为使用。本文介绍的就是利用间接测量法检测锥孔参数的一种圆锥孔测量装置。

2 锥孔测量的原理和计算公式

文中锥孔测量装置仍属于间接测量法的范畴，是根据锥孔的几何形状特点，利用三角函数计算出被测锥度的相关参数的，其设计原理利用图2证明如下。

图2中，锥孔的所有参数如大端直径D1、圆锥高度H1、锥角α都可以通过公式计算出来。具体公式为

根据公式可知，只要测量D2、D4、H2、H3、ΔD，就可以计算出锥孔的相关参数了。

3 测量装置的结构

下面结合图3详细说明本装置的细节和工作情况。

该装置中触头1安装在滑动杆5下端的孔中，滑芯8安装在滑动杆5内部，百分表6通过涨环10安装在滑动杆5上端，滑动杆5上的锁紧螺钉4用来限制滑芯8和滑动杆5的相互位置，滑动杆5内部的弹簧7、9保证触头1和滑芯8接触可靠，滑动杆5安装在基座2中间，通过基座2侧面的窗口3能看到滑动杆5，基座窗口部位3和滑动杆上面都有刻度，基座2和滑动杆5二者组成游标深度尺，能准确测量出滑动杆5相对基座2的位置变化。

为了测量方便和后期计算时的数据处理，制作本测量装置时，可以根据需要将一些结构或尺寸进行专门确定。例如将触头1轴线到基座2下端的距离确定为游标深度尺的起始读数，将触头1最外侧时所在圆的直径确定为D2，将触头1内侧和滑芯8下端锥角确定为 45°。

使用前，先将基座2和滑动杆5组成的游标深度尺读数置于起始位，并锁紧滑动杆5上的锁紧螺钉4（这时游标深度尺读数为触头轴线到基座下端的距离，而不是“0”，触头最外侧所在圆的直径为D2），然后将基座2底面擦拭干净平放在被测锥孔上，此时就可以进行测量了，如图4a所示。

测量时，先将滑动杆5向下推，此时滑动杆5及其上面的百分表6、内部的滑芯8、下端的触头1同时下移，当触头1接触到锥孔内表面时，由于锁紧螺钉4已经将滑芯8固定，而滑芯8下端限制了触头1向中间移动，于是滑动杆5停止下移，此时游标深度尺显示的数值H2就是触头1轴心线到基座2底面的距离，这时的触头1外侧所在锥孔直径就是D2，如图4b所示;然后松开锁紧螺钉4，并将百分表6置零，接着继续向下推动滑动杆5一段合适距离H3，此时触头1向滑动杆5中心移动，并利用内侧的锥度推动滑芯8向上移动，使百分表6的示值发生变化，用ΔD表示，如图4c所示;最后使用标准量具（如游标卡尺或内径千分尺）测量得到D4。

至此，计算锥孔所需要的所有数据就全部测量出来了，代入前面的计算公式就可计算出需要检测的锥孔参数了。

在图4中，D2=90 mm，H2=13.2 mm，H3=16.4 mm，ΔD=2 mm，D4=44.5 mm，则根据前面公式，可得α=64°;D1=106.5 mm;H1=49.6 mm。