正弦規用量塊附件結構設計

■湖南化工職業技術學院 （株洲 412004） 孟少明 陳 晨

正弦規用量塊附件結構設計

■湖南化工職業技術學院 （株洲 412004） 孟少明 陳 晨

摘要：為解決正弦規測量角度及錐度時容易倒塌的問題，結合正弦規的工作使用特性，設計了一種全新的正弦規用量塊附件結構。該結構主要特點是采用磁力底座緊吸平板，底座中裝一固定支柱，采用一特殊的5mm量塊，使其能沿固定支柱上下活動而壓緊量塊，從而組合出需要墊高的尺寸h。

1. 正弦規的測量方法

間接測量法是通過測量與該角度有關的長度量（線值），再利用其相互函數關系式計算求得被測角度或錐度。因線值測量可達到很高的精度，故在角度、錐度測量中間接測量方法比同等條件下直接測量方法精度要高。

用正弦規測量角度、錐度是間接測量方法之一，測量原理如圖1所示。正弦規4利用正弦定義測量角度和錐度等的量規。它主要由一鋼制長方體和固定在其兩端的2個相同直徑的鋼圓柱體組成。2個圓柱的軸心線距離L一般為100mm、200mm和300mm共3種。正弦規4一般用于測量小于45°的角度，在測量小于30°的角度時，精確度可達3″～5″。

測量時，根據被測圓錐角α，按下式組合量塊5尺寸h，若正弦規兩圓柱中心距為L，則h=Lsinα。

圖1　正弦規原理圖

由指示表3讀出工件2上a、b兩點的差值Δh，當a、b兩點間的距離為l時，可按下式算出錐度誤差ΔC=Δh/l。

但在使用量塊墊高正弦規時，由于量塊外形尺寸細小，正弦規安放在量塊上不太穩定，測量a、b點數據時，容易把正弦規弄倒，從而有可能砸傷平板1及正弦規，特別是學生做測量實訓或墊高h較大以及量塊組合數較多時，更加容易出現這個問題。

2. 正弦規用量塊附件結構設計

為解決用正弦規測量角度、錐度時，正弦規容易倒塌的問題（墊高尺寸h較大、當量塊數量較多時更明顯），特設計正弦規用量塊附件，結構如圖2所示。

裝配原理為固定支柱2安裝在磁力底座5上，用一字槽螺釘7緊固；活動支架3套在固定支柱上，用鎖緊螺釘輔助定位。

使用原理：①通過磁力開關6，把磁力底座緊固在平板上。②松開鎖緊螺釘4，把活動支架移動到較高位置固定。③把量塊按計

算高度h進行組合（量塊高度尺寸h1為計算尺寸h減5mm）。④松開鎖緊螺釘，把活動支架壓緊在量塊上面，緊固螺釘進行輔助固定。⑤把正弦規的圓柱安放在活動支架的平臺1上。

圖2　正弦規用量塊附件結構圖

這樣，就算量塊數量較多，尺寸較高，也保證正弦規及量塊不會倒塌，但由于活動支架的平臺尺寸為標準5mm，因此，使用正弦規量塊附件測量角度、錐度時，h的最小值為5mm，小于5mm的，直接使用量塊（高度小、量塊數量少，不容易出現倒塌現象）。

3. 平臺結構設計

正弦規安放平臺是整個附件結構的核心元件，它的結構、材料、制造精度以及形位精度直接影響錐度、角度的測量準確性，為保證增加此結構后，仍然能獲得較高的測量精度，正弦規安放平臺設計厚度為5mm（按0級量塊要求制造），材料采用GCrl5軸承鋼，經淬火、回火、時效、冷處理及研磨而成，其硬度為64HRC，具體結構如圖3所示。其結構可直接精密鑄造成型（精密鑄造成型，平臺強度高，毛坯成本較低，原材料浪費少，但鑄模加工難度大，難以保證零件精度）或直接加工成型（用大塊毛坯直接去除材料法獲得平臺結構，零件精度易保證，但毛坯成本較高，材料浪費較多，平臺強度較小），考慮到平臺下方需墊量塊，有受力的支撐點，可不考慮強度問題，為保證精度，采用加工成型法為佳。但注意有尺寸精度及形位公差要求的表面需要預留精加工余量。加工表面粗糙度值Ra=0.008mm，其余表面粗糙度值Ra=0.4mm，5mm上下兩表面的平行度為0.4mm，且與固定支柱安裝導向孔的垂直度為1mm。

圖3　正弦規安放平臺結構設計圖

4. 工作原理

裝配工作及使用原理如圖4所示。量塊5在平板3上；量塊附件4利用電磁底座吸附在平板上，按量塊尺寸大小調整平臺高度壓緊在量塊上；正弦規2一個圓柱安放在量塊附件的平臺上，另一圓柱安放在平板上；檢測工件1安放在正弦規上。此時，如果檢測工件無誤差，則上表面與平板的表面平行，利用百分表分別測量兩端的讀數值，根據被檢測件兩檢測點的距離，即能檢測出零件的角度、錐度誤差。

圖4　工作原理圖

檢測工件的角度要求為7°±3′。則正弦規所墊高度h=sin7°×200=24.374（mm）。由于平臺具有標準5mm厚度，則量塊組合尺寸為2 4 . 3 7 4 -5=19.374（mm），選用91塊一套的標準量塊，可按1.004mm、1.37mm、7mm和10mm進行組合測量。

5. 結語

在使用正弦規測量錐度、角度過程中，采用此附件裝置，既能保證測量的效率，又能保證測量的準確性，且在測量過程中不會因量塊的倒塌而砸傷平板及正弦規。經學生測量實訓操作檢驗，該正弦規用量塊附件使用簡單、方便、靈活，特別適合新手及教學訓練的使用。

參考文獻：

[1] 鄒燕. 測量技術基本常識與技能訓練[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2] 濮良貴，紀名剛. 機械設計[M].北京：高等教育出版社，2004.

收稿日期：（20141016）