距離與相對轉(zhuǎn)角同步測控量儀結(jié)構(gòu)設(shè)計

韋曉航

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州545616）

在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有時會出現(xiàn)兩軸（或兩支架）之間既需要控制距離又需要控制相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角的結(jié)構(gòu)關(guān)系，獨(dú)立的控制距離或者控制轉(zhuǎn)角的結(jié)構(gòu)很常見，但若要求距離與轉(zhuǎn)角可同時進(jìn)行測量控制，則目前尚無簡單有效的技術(shù)方案。本設(shè)計即針對距離與轉(zhuǎn)角同步測量控制這一現(xiàn)實問題，提出距離與轉(zhuǎn)角同步測量控制組合量儀解決方案。該量儀設(shè)計思路巧妙、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，制作成本低，可廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程、建筑工程、家具設(shè)計制造等行業(yè)中各種需要同時測量距離與轉(zhuǎn)角的場合，具有顯著的實用意義。

1 總體結(jié)構(gòu)方案與工作原理

距離與轉(zhuǎn)角同步測控組合量儀結(jié)構(gòu)原理圖如下圖1所示。

圖1 距離與相對轉(zhuǎn)角同步測控組合量儀結(jié)構(gòu)原理圖

距離與相對轉(zhuǎn)角同步測控組合量儀結(jié)構(gòu)由可相對移動和轉(zhuǎn)動的構(gòu)件1和構(gòu)件2兩大部分組成，由構(gòu)件1與構(gòu)件2兩部分相互配合實現(xiàn)被測量對象的距離和相對轉(zhuǎn)角的數(shù)據(jù)檢測。其中，如圖1所示，長度刻度管（5）通過連接套筒1（4）與可拆卸抓舉套管（1）連接為一體，構(gòu)成相對獨(dú)立的活動構(gòu)件1；角度讀數(shù)盤刻度管（8）通過連接套筒2（9）與右端可拆卸抓舉套管（1）連接為一體，構(gòu)成相對獨(dú)立的構(gòu)件2.各連接件之間均進(jìn)行定位緊固，兩端被測對象可分別固定在構(gòu)件1和2兩端的可拆卸抓舉套管（1）中。

其工作原理為：測量時，以構(gòu)件2為基準(zhǔn)件，旋出圓柱頭螺釘（7），構(gòu)件1的長度刻度管（5）可在構(gòu)件2的角度讀數(shù)盤刻度管（8）孔中自由地移動和轉(zhuǎn)動。當(dāng)被固定于量儀兩端的被測對象處于同一平面內(nèi)且保持平行時，安裝在長度刻度管（5）中定位槽中央的基準(zhǔn)窄縫中的角度指針（6）指向角度讀數(shù)盤刻度管（8）上角度讀數(shù)盤的0度；當(dāng)兩端被測對象產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動時，構(gòu)件1和構(gòu)件2隨著被測對象同步同向轉(zhuǎn)動，此時，移動位于長度刻度管（5）上的角度指針（6）沿著如圖2所示滑移槽移動至靠近角度刻度盤，其相對于固定在構(gòu)件2上的角度讀數(shù)盤的轉(zhuǎn)動角度即為兩被測對象的相對轉(zhuǎn)動角度。兩被測對象間的距離則可由構(gòu)件1和構(gòu)件2二者刻度管讀數(shù)組合讀出，即兩被測對象間距離L的讀數(shù)為長度刻度管（5）上讀數(shù)L1加上基準(zhǔn)構(gòu)件2中被測對象中心線（即可拆卸抓舉套管中心線）到角度讀數(shù)盤左端面的距離L2.

圖2 長度刻度管與角度指針

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

2.1 被測對象相對距離測控結(jié)構(gòu)設(shè)計

距離與相對轉(zhuǎn)角同步測控組合量儀可測量控制在一定尺寸范圍內(nèi)變化的被測對象間距離。可測控的最小間距為圖1所示長度刻度管（5）外圓柱與角度讀數(shù)盤刻度管（8）內(nèi)孔完全重疊時距離，可測控的最大間距為長度刻度管（5）外圓柱完全伸出角度讀數(shù)盤刻度管（8）內(nèi)孔時距離，而被測對象的實際距離L由可相對移動的構(gòu)件1和構(gòu)件2二者刻度管讀數(shù)組合讀出，即L=L1+L2.

為方便檢測，構(gòu)件1中的長度刻度管（5）圓柱外表面與構(gòu)件2中的角度讀數(shù)盤刻度管（8）的圓柱內(nèi)孔采用間隙配合以便于長度刻度管滑移和轉(zhuǎn)動順暢。在長度刻度管（5）與角度讀數(shù)盤刻度管（8）配合段切割出如圖2及圖3所示與圓柱頭螺釘（7）尺寸匹配的定位槽，當(dāng)距離測定需要固定量儀時，將圓柱頭螺釘（7）從角度讀數(shù)盤刻度管（8）上的螺紋孔旋入定位槽，即可實現(xiàn)測量距離的固定，方便準(zhǔn)確讀數(shù)。該量儀中構(gòu)件2的長度讀數(shù)L2可根據(jù)被測對象測量范圍預(yù)先設(shè)計確定，作為量儀的測控基準(zhǔn)件，在計量中L2為固定值；構(gòu)件1部分長度讀數(shù)L1可由長度刻度管（5）上刻度讀出，長度刻度管（5）上刻度起始值由可拆卸抓舉套管（1）中心線至刻度起始線的設(shè)計距離決定。

在連接結(jié)構(gòu)中，長度刻度管（5）及角度讀數(shù)盤刻度管（8）與連接套筒之間可采用過盈配合、粘接或緊定螺釘、圓錐銷連接以及組合方式連接。角度讀數(shù)盤可與角度讀數(shù)盤刻度管制作成整體式的，也可制作成分離式的，通過過盈、粘接、螺釘連接、銷連接等方式組合為一體。

圖3 圖2的A向放大視圖

2.2 相對轉(zhuǎn)角測控結(jié)構(gòu)設(shè)計

距離與相對轉(zhuǎn)角同步測控組合量儀要求在測控位于量儀兩端的被測對象的距離的同時，還可測出量儀兩端被測對象的相對轉(zhuǎn)角。如果按照常規(guī)的角度測量方法，則僅在量儀一端安裝角度分度盤，靠目測另一端被測對象投影到角度分度盤上來讀出轉(zhuǎn)角即可。但是考慮到被測對象有一定的體積，完全依靠目測的投影讀數(shù)誤差很大，為提高讀數(shù)的準(zhǔn)確性，設(shè)計了位置與被測對象中心線重合的角度讀數(shù)指針，該指針要能與角度分度盤配合讀數(shù)，其位置既要能隨著被測對象的距離的變化而沿著讀數(shù)刻度管移動，還要能與產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動的被測對象同步轉(zhuǎn)動，由此提出設(shè)計方案如下：

在構(gòu)件1中長度刻度管（5）定位槽的對稱中心切割出作為角度基準(zhǔn)線兼角度指針滑移槽的窄縫，窄縫穿越定位槽全長，角度指針（6）安裝固定在滑塊上，滑塊與長度刻度管（5）內(nèi)孔采用間隙配合，可沿長度刻度管（5）內(nèi)孔順暢地往復(fù)滑移，角度指針（6）從基準(zhǔn)窄縫中伸出，在滑塊的引導(dǎo)下可沿窄縫滑移，如圖2及圖3所示；為方便準(zhǔn)確讀數(shù)，將角度讀數(shù)盤固定在角度讀數(shù)盤刻度管（8）的左端，以便于角度指針（6）可沿滑移槽與其直接接觸讀數(shù)，如圖4所示；角度讀數(shù)盤刻度管（8）通過連接套筒2（9）與右端可拆卸抓舉套管（1）連接形成構(gòu)件2，作為量儀的測控基準(zhǔn)件。在測量或控制相對轉(zhuǎn)角前，調(diào)整角度指針對零或記錄測量前角度讀數(shù)，兩端被測對象定位定距后，將角度指針沿長度刻度管（5）滑移槽窄縫移動至靠近角度讀數(shù)盤，即可讀出被測對象的相對轉(zhuǎn)動角度。角度讀數(shù)盤刻度精密程度可根據(jù)需要制作，可參照一般角度量具刻度精確到1°。圖4中刻度僅為示意圖。

圖4 角度讀數(shù)盤及角度指針

3 結(jié)束語

該距離與相對轉(zhuǎn)角同步測控組合量儀是針對工程實際應(yīng)用需要而設(shè)計，可在一定量程范圍內(nèi)測控兩被測對象的距離及相對轉(zhuǎn)動角度，該量儀的量程可根據(jù)需要在基本結(jié)構(gòu)設(shè)計相同基礎(chǔ)上加長構(gòu)件1和構(gòu)件2中刻度管進(jìn)行分段設(shè)定，組成不同規(guī)格大小的成套量儀。該設(shè)計充分考慮了一般量具量儀應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活、便于掌控等常規(guī)特質(zhì)，經(jīng)實踐驗證可靠實用，成本低廉，具有推廣應(yīng)用價值。

[1]陶 衛(wèi).角度測量技術(shù)的發(fā)展[J].激光雜志，2002，（2）：20-23.

[2]何生紅 林晶晶.一種拖曳桿四向偏轉(zhuǎn)角度的檢測方法[J].計量與測試技術(shù)，2014，（12）：30-35.

[3]周淑桂.跳動及長度組合測量裝置[J].工業(yè)計量，2014，（1）：50-53.