大直径轴盘类工件直径测量的研究

　　1 问题的提出

　　泵、风机、汽轮机、水轮机、大型电动机的制造厂家、冶金、化工、电力、油田等部门都需对大直径(1.6~10 m,甚至更大)轴盘类工件或管道接口的内、外进行切削加工,并对其进行尺寸测量。当前国内大多数的测量还是利用大型螺旋测微器,这不仅使操作极其沉重和不便,而且由于各种因素的影响,测量误差颇大。如因为量具大而且重,操作人员臂力与握力有限,不能保证作为圆内的测微器小砧工作端面与工件的接触;而即使旋转运动无直线位移,也不能保证测微器工作端面与工件正确接触;再者由于量具大,被测工件直径大,当环境温度变化时,也会带来较大温度误差。当然采用光学测长仪、激光测长干涉仪、移式激光测长仪等可以获得很高的测量精度,但这些仪器结构复杂、价格昂贵、不宜用在生产现场。

　　由于国内大直径轴盘类工件直径的测量问题至今未能得到妥善解决,所以在工件、管道接口装配时,往往因为其内、外径尺寸不符合公差配合要求而返工,甚至报废。另外由于测量必须是在工件静止情况下,动力设备占用时间等方面的浪费更是无法避免,所以研制一种测量精度能够满足工艺要求、结构简单、价格低廉、适用于生产现场,能够实现在线测量的大直径轴盘类工件直径测量装置确属当务之急。

　　利用电测量的理论方法和技术装备将非电量转换成电量,对大直径轴盘类工件直径进行电测量具有一系列的优点:首先,便于充分利用电测技术、电子技术、自动化等方面的技术成果,从而使测量装置精度高、量限宽、形小体轻,能够进行自动测量与记录;其次,电信号便于传输,易于实现遥测遥控,并且便于与计算机连接,以实现测量装置的智能。基于该指导思想对大直径轴盘类工件直径的测量开展研究。

　　2 大直径轴盘类工件直径测量的弓高弦长法

　　中、小线位移的电测技术在国内外都相当成熟,电感式、差动变压器式、电位计式、霍尔式、电容式等位移测量变换器在各个领域都得到广泛应用。所以大直径电测法的核心问题是如何将巨型工件大直径的测量转换成中、小线位移的测量,如弓高弦长法。

　　根据平面几何知识,我们可以很容易地推导出弦高H与其直径D(参看图1a,用于内径测量)之间的关系,以及切线上某点至圆周的距离h与直径D(参看图1b,用于外径测量)之间的关系。

　　从而求得了直径D与弦高H之间的关系。同理可证,对于图1b,当f、d之间的距离恒定不变,而且其长度亦等于L时,使h1=h2=h,则必有:

　　式(2)、式(3)是单值连续函数,因此这一测量方案从理论上讲是可行的,而通过大量实践证明:当被测直径D在1.6~5 m之间时,弦长L取250 mm较适当,此时弦高H值在3.127~9.826 mm之间;当被测直径D在4~10 m之间时,则L取400 mm较适当,此时H值在4.002~10.025 mm之间。