崔麗娟

（燕山大學(xué)里仁學(xué)院，河北秦皇島 066004）

在機(jī)器結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計(jì)中，圓錐配合有著廣泛的應(yīng)用。這主要是因?yàn)閮?nèi)圓錐孔和外圓錐具有較高的同軸度、良好的密封性、穩(wěn)定的配合自鎖性、間隙和過(guò)盈可以自由調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。在圓錐體配合中，影響互換性的因素很多。為了分析和研究其互換性，一般把圓錐角、圓錐直徑、圓錐長(zhǎng)度和圓錐錐度作為主要參數(shù)進(jìn)行研究。在生產(chǎn)實(shí)際中，也經(jīng)常結(jié)合具體情況選擇上述參數(shù)中的一項(xiàng)或者幾項(xiàng)進(jìn)行檢測(cè)。

1 常規(guī)測(cè)量方法簡(jiǎn)介

圖1是常見(jiàn)的一種錐孔結(jié)構(gòu)示意圖。其中大端直徑D、圓錐高度H、錐角α是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，也是經(jīng)常需要檢測(cè)的數(shù)值。在圖1中，由于圓錐孔外形呈錐形，錐孔兩端與相鄰表面（端面和圓柱面）的交點(diǎn)不容易識(shí)別、捕捉，同時(shí)在錐孔的末端往往還存在圓角R或者殘余毛刺，這都給上述參數(shù)的檢測(cè)帶來(lái)不便，其測(cè)量工作比圓柱測(cè)量更顯費(fèi)事。

目前，常規(guī)的測(cè)量方法主要分3類(lèi)，即比較測(cè)量法、直接測(cè)量法、間接測(cè)量法。

比較測(cè)量法就是將標(biāo)準(zhǔn)錐度量具如圓錐塞規(guī)或環(huán)規(guī)與被測(cè)錐度相比較，用光隙法或者涂色法進(jìn)行檢查，通過(guò)檢查塞規(guī)或環(huán)規(guī)與被測(cè)錐度的接觸面積和接觸部位來(lái)判斷錐度是否合格，這種測(cè)量方法只能判斷被測(cè)錐度是否在允許的公差范圍內(nèi)，而不能得出錐度的具體數(shù)值。

直接測(cè)量法就是直接從計(jì)量器具上讀出被測(cè)錐度，常用的工具有工具顯微鏡、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等，測(cè)量方便但操作復(fù)雜、設(shè)備價(jià)格昂貴。

間接測(cè)量法則是測(cè)量與被測(cè)錐度有關(guān)的線性尺寸，通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算出被測(cè)錐度的相關(guān)參數(shù)。與比較測(cè)量法和直接測(cè)量法比較，間接測(cè)量法往往采用一些特定的結(jié)構(gòu)，并借助常規(guī)測(cè)量器具進(jìn)行，具有測(cè)量針對(duì)性強(qiáng)、成本低、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、精度能滿足檢測(cè)要求等優(yōu)點(diǎn)，因此被機(jī)械加工企業(yè)廣為使用。本文介紹的就是利用間接測(cè)量法檢測(cè)錐孔參數(shù)的一種圓錐孔測(cè)量裝置。

2 錐孔測(cè)量的原理和計(jì)算公式

文中錐孔測(cè)量裝置仍屬于間接測(cè)量法的范疇，是根據(jù)錐孔的幾何形狀特點(diǎn)，利用三角函數(shù)計(jì)算出被測(cè)錐度的相關(guān)參數(shù)的，其設(shè)計(jì)原理利用圖2證明如下。

圖2中，錐孔的所有參數(shù)如大端直徑D1、圓錐高度H1、錐角α都可以通過(guò)公式計(jì)算出來(lái)。具體公式為

根據(jù)公式可知，只要測(cè)量D2、D4、H2、H3、ΔD，就可以計(jì)算出錐孔的相關(guān)參數(shù)了。

3 測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)

下面結(jié)合圖3詳細(xì)說(shuō)明本裝置的細(xì)節(jié)和工作情況。

該裝置中觸頭1安裝在滑動(dòng)桿5下端的孔中，滑芯8安裝在滑動(dòng)桿5內(nèi)部，百分表6通過(guò)漲環(huán)10安裝在滑動(dòng)桿5上端，滑動(dòng)桿5上的鎖緊螺釘4用來(lái)限制滑芯8和滑動(dòng)桿5的相互位置，滑動(dòng)桿5內(nèi)部的彈簧7、9保證觸頭1和滑芯8接觸可靠，滑動(dòng)桿5安裝在基座2中間，通過(guò)基座2側(cè)面的窗口3能看到滑動(dòng)桿5，基座窗口部位3和滑動(dòng)桿上面都有刻度，基座2和滑動(dòng)桿5二者組成游標(biāo)深度尺，能準(zhǔn)確測(cè)量出滑動(dòng)桿5相對(duì)基座2的位置變化。

為了測(cè)量方便和后期計(jì)算時(shí)的數(shù)據(jù)處理，制作本測(cè)量裝置時(shí)，可以根據(jù)需要將一些結(jié)構(gòu)或尺寸進(jìn)行專(zhuān)門(mén)確定。例如將觸頭1軸線到基座2下端的距離確定為游標(biāo)深度尺的起始讀數(shù)，將觸頭1最外側(cè)時(shí)所在圓的直徑確定為D2，將觸頭1內(nèi)側(cè)和滑芯8下端錐角確定為 45°。

使用前，先將基座2和滑動(dòng)桿5組成的游標(biāo)深度尺讀數(shù)置于起始位，并鎖緊滑動(dòng)桿5上的鎖緊螺釘4（這時(shí)游標(biāo)深度尺讀數(shù)為觸頭軸線到基座下端的距離，而不是“0”，觸頭最外側(cè)所在圓的直徑為D2），然后將基座2底面擦拭干凈平放在被測(cè)錐孔上，此時(shí)就可以進(jìn)行測(cè)量了，如圖4a所示。

測(cè)量時(shí)，先將滑動(dòng)桿5向下推，此時(shí)滑動(dòng)桿5及其上面的百分表6、內(nèi)部的滑芯8、下端的觸頭1同時(shí)下移，當(dāng)觸頭1接觸到錐孔內(nèi)表面時(shí)，由于鎖緊螺釘4已經(jīng)將滑芯8固定，而滑芯8下端限制了觸頭1向中間移動(dòng)，于是滑動(dòng)桿5停止下移，此時(shí)游標(biāo)深度尺顯示的數(shù)值H2就是觸頭1軸心線到基座2底面的距離，這時(shí)的觸頭1外側(cè)所在錐孔直徑就是D2，如圖4b所示;然后松開(kāi)鎖緊螺釘4，并將百分表6置零，接著繼續(xù)向下推動(dòng)滑動(dòng)桿5一段合適距離H3，此時(shí)觸頭1向滑動(dòng)桿5中心移動(dòng)，并利用內(nèi)側(cè)的錐度推動(dòng)滑芯8向上移動(dòng)，使百分表6的示值發(fā)生變化，用ΔD表示，如圖4c所示;最后使用標(biāo)準(zhǔn)量具（如游標(biāo)卡尺或內(nèi)徑千分尺）測(cè)量得到D4。

至此，計(jì)算錐孔所需要的所有數(shù)據(jù)就全部測(cè)量出來(lái)了，代入前面的計(jì)算公式就可計(jì)算出需要檢測(cè)的錐孔參數(shù)了。

在圖4中，D2=90 mm，H2=13.2 mm，H3=16.4 mm，ΔD=2 mm，D4=44.5 mm，則根據(jù)前面公式，可得α=64°;D1=106.5 mm;H1=49.6 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

本裝置在使用中能滿足錐孔的測(cè)量精度要求，對(duì)操作者的技術(shù)要求不高，能在機(jī)械零件加工后使用，也能在加工過(guò)程中使用，并具有適應(yīng)性廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便制作等特點(diǎn)，尤其適合中小企業(yè)使用。

［1］李柱.互換性與技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ)［M］.北京:中國(guó)計(jì)量出版社，1984.