距离与相对转角同步测控量仪结构设计

韦晓航

（柳州铁道职业技术学院，广西 柳州545616）

在机械结构设计中，有时会出现两轴（或两支架）之间既需要控制距离又需要控制相对转动的转角的结构关系，独立的控制距离或者控制转角的结构很常见，但若要求距离与转角可同时进行测量控制，则目前尚无简单有效的技术方案。本设计即针对距离与转角同步测量控制这一现实问题，提出距离与转角同步测量控制组合量仪解决方案。该量仪设计思路巧妙、结构简单、操作方便，制作成本低，可广泛应用于机械工程、建筑工程、家具设计制造等行业中各种需要同时测量距离与转角的场合，具有显著的实用意义。

1 总体结构方案与工作原理

距离与转角同步测控组合量仪结构原理图如下图1所示。

图1 距离与相对转角同步测控组合量仪结构原理图

距离与相对转角同步测控组合量仪结构由可相对移动和转动的构件1和构件2两大部分组成，由构件1与构件2两部分相互配合实现被测量对象的距离和相对转角的数据检测。其中，如图1所示，长度刻度管（5）通过连接套筒1（4）与可拆卸抓举套管（1）连接为一体，构成相对独立的活动构件1；角度读数盘刻度管（8）通过连接套筒2（9）与右端可拆卸抓举套管（1）连接为一体，构成相对独立的构件2.各连接件之间均进行定位紧固，两端被测对象可分别固定在构件1和2两端的可拆卸抓举套管（1）中。

其工作原理为：测量时，以构件2为基准件，旋出圆柱头螺钉（7），构件1的长度刻度管（5）可在构件2的角度读数盘刻度管（8）孔中自由地移动和转动。当被固定于量仪两端的被测对象处于同一平面内且保持平行时，安装在长度刻度管（5）中定位槽中央的基准窄缝中的角度指针（6）指向角度读数盘刻度管（8）上角度读数盘的0度；当两端被测对象产生相对转动时，构件1和构件2随着被测对象同步同向转动，此时，移动位于长度刻度管（5）上的角度指针（6）沿着如图2所示滑移槽移动至靠近角度刻度盘，其相对于固定在构件2上的角度读数盘的转动角度即为两被测对象的相对转动角度。两被测对象间的距离则可由构件1和构件2二者刻度管读数组合读出，即两被测对象间距离L的读数为长度刻度管（5）上读数L1加上基准构件2中被测对象中心线（即可拆卸抓举套管中心线）到角度读数盘左端面的距离L2.

图2 长度刻度管与角度指针

2 关键结构设计与分析

2.1 被测对象相对距离测控结构设计

距离与相对转角同步测控组合量仪可测量控制在一定尺寸范围内变化的被测对象间距离。可测控的最小间距为图1所示长度刻度管（5）外圆柱与角度读数盘刻度管（8）内孔完全重叠时距离，可测控的最大间距为长度刻度管（5）外圆柱完全伸出角度读数盘刻度管（8）内孔时距离，而被测对象的实际距离L由可相对移动的构件1和构件2二者刻度管读数组合读出，即L=L1+L2.

为方便检测，构件1中的长度刻度管（5）圆柱外表面与构件2中的角度读数盘刻度管（8）的圆柱内孔采用间隙配合以便于长度刻度管滑移和转动顺畅。在长度刻度管（5）与角度读数盘刻度管（8）配合段切割出如图2及图3所示与圆柱头螺钉（7）尺寸匹配的定位槽，当距离测定需要固定量仪时，将圆柱头螺钉（7）从角度读数盘刻度管（8）上的螺纹孔旋入定位槽，即可实现测量距离的固定，方便准确读数。该量仪中构件2的长度读数L2可根据被测对象测量范围预先设计确定，作为量仪的测控基准件，在计量中L2为固定值；构件1部分长度读数L1可由长度刻度管（5）上刻度读出，长度刻度管（5）上刻度起始值由可拆卸抓举套管（1）中心线至刻度起始线的设计距离决定。

在连接结构中，长度刻度管（5）及角度读数盘刻度管（8）与连接套筒之间可采用过盈配合、粘接或紧定螺钉、圆锥销连接以及组合方式连接。角度读数盘可与角度读数盘刻度管制作成整体式的，也可制作成分离式的，通过过盈、粘接、螺钉连接、销连接等方式组合为一体。

图3 图2的A向放大视图

2.2 相对转角测控结构设计

距离与相对转角同步测控组合量仪要求在测控位于量仪两端的被测对象的距离的同时，还可测出量仪两端被测对象的相对转角。如果按照常规的角度测量方法，则仅在量仪一端安装角度分度盘，靠目测另一端被测对象投影到角度分度盘上来读出转角即可。但是考虑到被测对象有一定的体积，完全依靠目测的投影读数误差很大，为提高读数的准确性，设计了位置与被测对象中心线重合的角度读数指针，该指针要能与角度分度盘配合读数，其位置既要能随着被测对象的距离的变化而沿着读数刻度管移动，还要能与产生相对转动的被测对象同步转动，由此提出设计方案如下：

在构件1中长度刻度管（5）定位槽的对称中心切割出作为角度基准线兼角度指针滑移槽的窄缝，窄缝穿越定位槽全长，角度指针（6）安装固定在滑块上，滑块与长度刻度管（5）内孔采用间隙配合，可沿长度刻度管（5）内孔顺畅地往复滑移，角度指针（6）从基准窄缝中伸出，在滑块的引导下可沿窄缝滑移，如图2及图3所示；为方便准确读数，将角度读数盘固定在角度读数盘刻度管（8）的左端，以便于角度指针（6）可沿滑移槽与其直接接触读数，如图4所示；角度读数盘刻度管（8）通过连接套筒2（9）与右端可拆卸抓举套管（1）连接形成构件2，作为量仪的测控基准件。在测量或控制相对转角前，调整角度指针对零或记录测量前角度读数，两端被测对象定位定距后，将角度指针沿长度刻度管（5）滑移槽窄缝移动至靠近角度读数盘，即可读出被测对象的相对转动角度。角度读数盘刻度精密程度可根据需要制作，可参照一般角度量具刻度精确到1°。图4中刻度仅为示意图。

图4 角度读数盘及角度指针

3 结束语

该距离与相对转角同步测控组合量仪是针对工程实际应用需要而设计，可在一定量程范围内测控两被测对象的距离及相对转动角度，该量仪的量程可根据需要在基本结构设计相同基础上加长构件1和构件2中刻度管进行分段设定，组成不同规格大小的成套量仪。该设计充分考虑了一般量具量仪应具备的结构简单、使用方便灵活、便于掌控等常规特质，经实践验证可靠实用，成本低廉，具有推广应用价值。

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