对一种螺纹环规中径检测装置的探讨
[作者] 陈康 [摘要]
关键词：螺纹环规 中径检测 检测效率
一、概述
在机械产品生产中，对于螺纹量规的检测，特别是螺纹环规中径的检测就目前相关专业书籍中介绍的方法，在实际工作中，较为普遍地存着不尽人意之处。我设计了一套专用螺纹环规中径的测量装置，具有以下几个特点：(1)结构简单，制作方便；(2)体积小，重量轻，便于携带，可随时实施测量；(3)测量方便，效率高，避免了检测前后的复杂计算工作；(4)检测全面，便于反映螺纹环规各道螺纹的中径磨损情况；(5)实现了相对较高的测量精度。 二、装置及其原理 （一）检测装置如图1。
制造该装置比较简单，主要是保证圆槽底面与四个测量面的垂直度以及两对测量面的平行度。前者只要工艺合理，用普通机床即可达到，后者则经磨床加工后手工研磨，也不难完成。 （二）测量原理如图2。从图中可以看出，通过测量M，t1，t2值，按公式可以求出螺纹环规的中径：
D中=M-(t1+t2)+2×[(dk/2]×(1/sinα/2-1)-P/4tgα/2] 式(1)
其中：dk—测量球头直径(mm)；P—螺距(mm)；α/2—牙型半角(°)；t1，t2—分别是在螺纹轴线两侧测得的距离(mm)
因此有：对于α=60。的普通螺纹环规，式(1)可转化为： D中=M-(t1+t2)+ dk -0.866025×P
对于α=55。的螺纹环规，式(1)可转化为：
D中=M-(t1+t2)+1.1657×dk -0.96049×P
（三）实施检测时，只需松开两蝶形螺母，将被检螺纹环规放入中间圆槽内，用压板固定即可，测量时，既可对同一道螺纹成90度的方向分别进行测量，然后取其算术平均值，求出其中径测量结果；也可由外而内对各道螺纹进行测量，全面检测各道螺纹中径的磨损情况。
为了进一步简化测量工作，可事先根据上述中径计算公式，结合事先已测量出的M值及
ｄｋ的值，将需要经常检测的螺纹环规的有关参数算出，列成表格，如下表：
有了此表，则可根据实际测量所得t1+t2值与表中t1+t2的范围比较，有方便地得到检测结论。
三、误差分析及修正
用此方法测量，因检测装置对加的距离M值和测量球的直径(dk)可事先用测长仪等精密量仪标定，所以该方法主要的误差来源是微米千分尺(0级)的误差和检测人员操作不熟悉带来的误差。微米千分尺(0级)的最低精度是±2μm，我们可以在使用前对其进行精确检定，列出其每毫米刻度值上的修正值，这样我们在实施测量时就可以考虑修正量，从而可适量地提高测量精度。对于人员操作不熟带来的误差，可以通过多次反复实践，掌握检测技巧而逐步减少；另外，在测量时也不必担心两测量点连线偏离螺纹环规轴线，事实上，通过理论计算，如图3。 △L=30-L=0.00067mm
以环规中径30mm为例，即使两测量点连线偏离量规轴线0.1mm，带来的误差△L为0.00067mm，可见影响甚小。
检测中，我们用万能测长仪对该装置的测量结果进行验证表明该装置可有效地将测量不确定度控制在0.004mm以内。
四、结论
该检测装置原理正确，结构简单，操作方便，精度较高，对于大批量，高效率地检测使用中的螺纹环规中径，具有较大的应用和推广价值。 （作者单位：台州市质量技术监督检测研究院）
螺纹环规是机械工业中应用最广泛的机械零件结构，它们的制造精度直接影响机件的连接可靠性、装配精度。
螺纹环规的检测通常用校对塞规，其配合性质是通端量规应当旋合，止端量规则不应旋合。由于受螺距误差、牙形半角误差和旋合力大小的影响，使用量规检测比较合理，但是，螺纹环规的精度等级很多，自行制造校对塞规，其使用效率低，即不理实，又不经济。通过我们的分析测量，摸索出用检验其磨损的办法对螺纹环规进行检定。大家知道，螺纹环规有一个磨损极限，在实际使用和周期检定中，环规磨损了多少？实际中径多大？这些都是我们需要知道的。 测量方法
由于螺纹环规存在牙形角，在水平方向无法找准实际中径测量点，我们需要增加一套圆形平台辅助装置，如图(1)所示。测钩在150g外力作用下，与螺纹环规保持良好接触状态，与之相连动的工作台在水平方向能作自动定位，这就解决了螺纹环规中径在水平方向的测量点，通过调节仪器手轮找到垂直方向的测量点，为螺纹环规中径的测量打下基础。
在万能卧式测长仪上安装好圆形平台、内测钩及螺纹测头，测头直径dk根据公式(1)计算，并得出计算结果。
..................(1)
式中P——螺距 α——牙形角
在万能卧式测长仪上测量螺纹环规中径属于比较测量，，其标准件是由一对具有螺纹标准牙形的测规与量块组合而成，如图2所示。在测规B的下方垫入P/2的量块，是为了组合成的标准件具有与被测螺纹相同的螺纹升角，当然，也可以不垫量块，但计算复杂。两测规A、B之间所垫量块尺寸按公式(2)计算。
..................(2)
E——量块尺寸 d2——中径名义值 P——螺距 α——牙形角
（a+b）——常数，其值为6.160mm
例如测量M22×1.5——6h/t螺纹环规，根据螺纹量规手册查出其中径的名义尺寸为
，根据公式(2)计算量块尺寸E。
实际选用16mm的组合量块，根据量块检定证书查到该量块的修正量为-1.2μm。则总的修正量△E为：
将圆形平台固定在万能工作台上，调整万能卧式测微仪，进行测量。校对标准件，找到最小测量点，锁紧微倾手柄，并记下读数L1=23.255。取下标准件，安装螺纹环规并固定，升或降工作台，找到最大测量点，并记下读数L2=23.408。为了发现螺纹环规的园度和锥度误差，可以测量其几个不同部位。 最后，进行数据处理，被测中径偏差按公式(3)计算。
..................(3)
将以上测量的数据代人公式(3)
实际中径d2=21.009+0.0038=21.013mm
从《普通螺纹量规设计手册》上查到，该 被测螺纹量规的中径允许磨损到21.039mm，故该螺纹环规合格。
2.5 刚性转子的动平衡实验
2.5.1 实验目的
由于制造误差、转子内部物质分布的不均匀性，刚性转子的转动轴线不一定位于中心惯性主轴上，因而在两端支撑的轴承上产生附加的动压力，为了消除附加的动压力，需要找到刚性转子上不平衡质量的大小、位置与方位，寻找刚性转子上不平衡质量的大小、位置与方位是动平衡实验的目的。同时，了解动平衡试验机的组成、工作原理与转子不平衡质量的校正方法，通过参数化与可视化的方法，观察刚性转子动平衡虚拟实验的平衡效果。 2.5.2 实验原理
刚性转子动平衡试验机如图2.8(a)所示，原理简图如图2.8(b)所示。当刚性转子转动时，若刚性转子上存在不平衡质量，它将产生惯性力，其水平分量将在左、右两个支撑ZC1、ZC2上分别产生水平振动，只要拾取左、右两个支撑上的水平振动信号，经过一定的转换、变换与标定，就可以获得刚性转子左、右两个校正平面Ⅰ、Ⅱ上应增加或减少的质量的大小与相位。
LZ Ⅰ x1 ZC1 L1 Pi1 PiⅠ Ⅱ x2 Pi ω LⅠ θi L θi LⅡ θi ZC2 PiⅡ L2 Pi2
V1 (a) 刚性转子动平衡试验机 (b) 刚性转子动平衡试验机的原理简图
V2
图2.8 刚性转子动平衡试验机的结构与原理简图
由机械原理知道，刚性转子上任意不平衡质量mi将产生惯性力Pi，Pi＝miωri，mi与左、右两个校正平面Ⅰ、Ⅱ上的miⅠ、miⅡ等效，miⅠ＝miLⅡ/LZ，miⅡ＝miLⅠ/LZ；Pi与左、右两个校正平面Ⅰ、Ⅱ上的PiⅠ、PiⅡ等效，PiⅠ＝PiLⅡ/LZ＝miⅠω2riⅠ，PiⅡ＝PiLⅠ/LZ＝miⅡω2riⅡ；Pi在左、右两个支撑ZC1、ZC2上的水平分量分别为Pi1、Pi2，Pi1＝PicosθiL2/L，Pi2＝Pi cosθiL1/L。将所有的Pi1、Pi2作矢量相加，得左、右两个支撑ZC1、ZC2上总的惯性力的水平分量分别为∑Pi1、∑Pi2。∑Pi1、∑Pi2在左、右支撑ZC1、ZC2上产生振动的振幅分别为x1、x2，在安装传感器的位置上产生振动的振幅分别为xC1、xC2，xC1、xC2对应的电压信号分别为V1、V2。若将V1、V2与左、右两个校正平面Ⅰ、Ⅱ上的mⅠrⅠ、mⅡrⅡ建立起联系，则得到mⅠrⅠ与mⅡrⅡ的大小；若设置一个基准信号作为判断惯性力所在的相位，则得到mⅠrⅠ、mⅡrⅡ的相位分别为θⅠ、θⅡ，于是，在两个校正平面Ⅰ、Ⅱ上沿θⅠ、θⅡ方位去掉mⅠrⅠ、mⅡrⅡ或沿θⅠ＋π、θⅡ＋π方位增加mⅠrⅠ、mⅡrⅡ，即可实现刚性转子的动平衡。
动平衡试验机就是将V1、V2反演到mⅠrⅠ、mⅡrⅡ，借助于基准信号，判断mⅠrⅠ、mⅡrⅡ
的相位θⅠ、θⅡ。当然，需要通过分离与解算电路使左、右两个校正平面上的惯性力相互独
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