基于不完整铰链结构的圆锥孔口直径检测量具设计与分析

　　本文设计了一种基于不完整铰链结构的圆锥孔口尺寸检测量具，该量具不依靠尺脚测量面与孔口面的点接触来进行测量，而是通过定位面和测量卡脚刀口分别与锥孔端面和锥孔内表面接触，将原来测量卡脚与孔口的接触点转化成空间交点( 虚交点) 来测定，避开了圆锥孔口毛刺或倒角的影响，可在机上直接测量，数显直读，且结构简单，有一定的通用性，可有效地解决生产现场定量检测圆锥孔口尺寸的问题，并可间接测量圆锥孔的锥度。

　　1 测量原理

　　由于圆锥的母线与端面不垂直，导致其直径( 尤其是大端直径) 不易准确测量。如: 卡尺( 或内径千分尺) 的测量卡脚与内锥面接触面过小，则易脱落，接触面过大，则测出的数值已不是锥孔口的直径; 若圆锥孔口有毛刺或倒角时，更是无法准确测得其直径。如图1 所示，以圆锥孔大端面直径测量为例，平面Ⅰ、Ⅲ为过圆锥孔大端直径两端点 a、b 为分别与圆锥面相切的平面( 切线为 ac、bd，Ⅰ、Ⅲ同时也与圆锥孔大端圆相切) ，平面Ⅱ与圆锥孔大端面共面。显然平面Ⅰ、Ⅱ的交线 MN 与平面Ⅱ、Ⅲ的交线 PQ 平行，且均与 AB 垂直，则测圆锥孔大端直径 ab 可转化为测两直线 MN 和PQ 间距离。在设计检测量具时，卡脚上的刀口就是平面Ⅰ、Ⅲ( 可绕铰链旋转，自动适应锥体的锥度的变化，时刻保持与锥面相切，见图 2) ，主尺和游标上的定位面就是平面Ⅱ，所以铰链的中心线就是 MN 和 PQ。因是在内锥面上测量，故平面Ⅰ、Ⅲ演化为卡脚的刀口ac 和 bd( 与游标卡尺测量卡脚结构相同) 。同时为避开 a、b 处毛刺的影响，需将a、b 附近的铰链( 图中沙纹面和斜纹面处) 切除一部分，成为不完整铰链结构。另外，测得锥孔大、小端面直径后，再测得锥体长度，通过计算即可得到锥体的锥度。

　　2 量具结构

　　如图2，量具主要由主尺部件、游标部件组成。主尺部件包括主尺体 1、磁尺 2、主尺铰链体 9、主测量卡脚 7、簧片 11、压簧杆 12、铰链端盖 8、螺栓 10等。主尺体、主铰链体间通过两互相垂直的平面定位，使用螺栓连接。主铰链体、主测量卡脚之间通过不完整铰链连接，主测量卡脚的刀口 K1( 平面Ⅰ) 通过主铰链中心线，主铰链体上的定位面 L1( 平面Ⅱ) 也通过铰链中心线，则铰链的中心线就是 MN。由于主铰链体孔和主测量卡脚上的圆柱面均非完整圆柱面( 构成不完整铰链) ，随着测量锥孔的锥度变化，主铰链体、主测量卡脚之间的铰链配合面会小于 180°，为防止二者脱开，二者之间通过压簧杆和簧片连接。主测量卡脚在铰链内旋转时，簧片在主铰链体的外圆柱面上滑动，压簧杆在主铰链体的周向槽内摆动。游标部件组包括游标铰链体 4、副测量卡脚 5、铰链端盖、数显装置 3、压簧杆、簧片、螺栓等。游标铰链体、副测量卡脚之间也通过不完整铰链连接。副测量卡脚的刀口 K2( 平面Ⅲ) 通过铰链中心线，游标铰链体上的定位面 L2( 平面Ⅱ) 也通过铰链中心线，则铰链的中心线就是 PQ。同理游标铰链体、副测量卡脚之间也采用压簧杆和簧片连接。