千分尺示值误差分析及修正方法

　　1　千分尺示值误差产生的原因

　　千分尺是测量机械零件几何尺寸的计量器具之一,其示值误差的产生主要与零配件制造的不标准、零配件在使用中磨损以及装配不到位等原因有关。

　　1.1　影响千分尺示值误差的因素

　　影响千分尺示值误差的因素有以下几方面:①螺旋副的丝杆不均匀磨损;②测量面平面性超差;③丝杆轴向窜动;④测杆径向摆动;⑤刻线不精确;⑥测力过大或过小。

　　根据计量检修工作中获得的大量数据,可以给出各种因素对千分尺示值误差产生的影响,结果见表1。由表1可以看出,其中丝杆不均匀磨损是影响示值误差的最主要原因,也是千分尺常见的故障之一,所以本文对丝杆不均匀磨损造成的示值误差进行详细分析。

　　1.2　千分尺丝杆螺距误差对示值误差的影响

　　千分尺螺旋副的传动误差对示值误差有着直接的影响,它决定于丝杆和螺母在旋接长度上的螺距误差,而这个误差与丝杆和螺母本身的螺距误差以及二者的配合情况有关。

　　1.2.1　螺旋副的误差

　　螺旋副产生的螺距误差有以下三种情况:①螺母螺距正确,丝杆螺距有误差时,螺旋副的螺距误差只决定于丝杆;②丝杆螺距正确,螺母螺距有误差时,螺旋副的螺距误差只决定于螺母;③丝杆和螺母均有误差时,如果二者误差方向相反,则螺旋副螺距误差为其和,方向相同则为其差。

　　修理中发现,千分尺螺旋副的丝杆和螺母的磨损情况不一样,螺母是均匀磨损,而丝杆上各部分的磨损不均匀,经常使用的部位磨损过多,使用少的部位磨损较少。由图1可看出,在均匀磨损的情况下螺距h是不变的(图1(a));而不均匀磨损才产生螺距误差Δh(图1(b))。因此,千分尺螺旋副的误差大多属于第一种情况。

图1　螺纹磨损时螺距的变化

　　1.2.2　丝杆螺距误差对千分尺示值误差的影响

　　由螺旋传动原理可知,丝杆螺距与测杆位移有下列关系:

式中:S为测杆在旋转轴线上的位移;h为丝杆螺距;φ为丝杆转角。

　　若丝杆螺距误差为Δh,那么测杆位移也将相应变化(即千分尺示值误差)ΔS,(1)式即可写成

　　(3)式是螺距误差与测杆位移的变化关系式。式中,ΔS和Δh前面的正负号分别表示测杆位移和螺距的增大和减小。

　　由(2),(3)式可看出,若丝杆转角(既微分筒转过角度或示值)不变,则螺距变大时,测杆位移也增大。

　　当丝杆未磨损时,螺距为h,这时丝杆逆时针转一周(φ/(2π)=1),螺纹牙廊上的点1就跑到点2位置,活动测杆刚好移动一个螺距S=h=0.5 mm(图3(a));但当丝杆磨损后,螺距为h+Δh,丝杆同样转一周时(微分筒仍指零位),螺纹牙廊上的点3跑到点2位置,测杆移动量则为S+ΔS=h+Δh。假若Δh=0.01 mm,那么ΔS=Δh=0.01 mm(图3(b))。这时若将测杆顺时针回旋到图3(a)的位置,微分筒的指针值则由0变为-0.01mm,即示值误差为-0.01 mm(图3(c))。同理可知,当螺距变小,测杆移动量也变小,示值误差则为正。