CN101393004A - 轴键槽专用卡尺 - Google Patents

Abstract

一种能够测量轴键槽几何尺寸的轴键槽专用卡尺。它包括主尺、副尺、显示器、测深附件、测深尺、尺框等部分。主尺由主尺上量爪、主尺下量爪、主尺尺身组成，主尺下量爪较短，且呈长方体状。副尺由副尺尺身、副尺下量爪、副尺上量爪组成，副尺下量爪较长。副尺、尺框、测深附件安装在主尺尺身上，并且均可以做相对运动。显示器、测深尺安装在副尺上，随副尺一起移动。主尺下量爪的测面、底面分别与键槽的侧面、底面接触，副尺下量爪与轴外圆接触，测量键槽的对称度误差。主尺上量爪测面、副尺上量爪测面分别与键槽的两侧面接触，测量键槽的宽度尺寸。测深附件放在轴上，测深尺与键槽底面接触，测量键槽深度。

Description

轴键槽专用卡尺

技术领域

本发明涉及一种轴键槽的测量装置，尤其是测量轴键槽对称度、键槽宽度和键槽深度等尺寸的专用卡尺。

背景技术

目前，公知轴键槽对称度误差测量有两种方法，即定位块法(或称假键法)、轴对称度测量仪法。

定位块法：将V形块放在平板上，被测轴放在V形块上，定位块插入键槽内(过盈配合)，百分表测头接触定位块，转动被测轴，使定位块沿径向方向与平板平行，记下百分表读数a1，然后把被测轴旋转180°，在同一截面内用同样方向测量，记下百分表第二次读数a2，取两次读数差的绝对值a，代入下式计算径向剖面的对称度误差。f＝ah/(d-h)，式中f-对称度误差，h-键槽深，d-轴直径。该方法以平板为测量基准，基准轴线用V形块模拟，被测中心平面由定位块模拟。该方法测量所用的量具工具包括平板、百分表、定位块、V形块、磁性百分表表座，数量较多，并且测试出的数据代入对称度误差公式计算，才能得出误差值，效率低，不适合工作现场使用。

轴对称度测量仪法：使用轴键槽对称度检查仪。按被测工件直径，调节直径调节杆的位置，调整杠杆表测头角度，将微分头后退一段距离，将仪器的固定测头挂在被测轴键槽的一侧，并使被测键槽向仪器悬挂的一侧倾斜25°左右，两固定测头应紧靠键槽的侧面和底面，旋进微分筒，测微杆端面与轴接触，使杠杆表压缩半圈左右，且使微分筒对准一整数(避免估读误差)，并调整表盘使指针对“零”，再拧动微分筒复核一次，记下测微头的第一次读数E；后退微分筒约一圈，将仪器取下转过180°悬挂在键槽的另一侧并倾斜25°，旋进微分筒使杠杆表指针重新到达零位，记下测微头的第二次读数F；按以下公式计算对称度误差f＝ah/(d-h)，式中f-对称度误差，h-键槽深，d-轴直径，a-E、F差值的绝对值。该仪器通过测出键槽两侧面至圆柱面最大距离的差值，以差值大小判断轴键槽对称度是否合格。由于该仪器由杠杆表、主体、测微部分等组成，结构复杂，使用仍有较多不便。特别是杠杆表测头垂直于键槽底面，旋转微分筒使杠杆表测头与键槽底面的距离减小，由于较多的连接部件没有铰连接，致使微分筒拧进的距离与杠杆表测头移动的距离比不是定比，尽管二者的距离都非常小，仍会造成仪器的重复性很大。

键槽宽度测量方法：通常有两种，内测千分尺测量法、塞规测量法。

内测千分尺测量法就是用内测千分尺测量键槽宽度。内测千分尺主要由柱面形量爪、导向套管、微分部分等组成。微分部分与外径千分尺相同，由微分筒、固定套筒、丝杆和测力装置等组成。内测千分尺的一量爪与导向套筒连接在一起，为移动量爪，另一量爪固定，转动微分筒，导向管移动，相应地移动量爪也跟着移动，当两量爪与键槽侧面接触时，可从微分部分读出两量爪移动的距离，即键槽宽度。

塞规测量法是用塞规对键槽宽度进行检测。对于一定宽度的键槽，若塞规的通端过去，止端过不去，则宽度尺寸合格，否则键槽宽度不合格。塞规的止端、通端分别是根据键槽宽度的最大几何尺寸、最小几何尺寸确定的，需工艺员专门设计，通常由工具车间制造，并且需要热处理加工。所以小的企业较难制造塞规。

键槽深度测量通常采用间接测量法。键槽深度是指键槽底面至主轴外圆的最大距离。由于键槽加工是去重加工，在加工完后轴上出现键槽，从而使键槽的高度变成一个虚拟尺寸，特别是由盘铣刀加工出的键槽有圆弧面过渡，直接测量有一定难度，通常用键槽底面沿直径方向到对面母线的距离来间接表示键槽深度，并用千分尺来测量这个尺寸。

发明内容

为了克服现有轴键槽对称度、宽度、深度测量需要较多的计量器具、且不方便的不足，本发明提供一种新型量具——轴键槽专用卡尺，用一把该尺即方便地测出键槽的对称度、宽度、深度等多个尺寸。

本发明的技术方案是：采用卡尺原理，整体由主尺、副尺、测深尺、显示器、测深附件、尺框等部分组成。副尺、测深附件、尺框安装在主尺尺身上，可移动也可固定，显示器、测深尺固定在副尺上，各部分结构及其相互作用如下。

轴键槽对称度部分。包括主尺下量爪、副尺下量爪和显示器部分。主尺下量爪最下端呈长方体，包含有定位面和测量面；副尺的下量爪较长，超过被测轴的半径尺寸；显示器部分又有电子数显和游标读数两种方式。主尺下量爪定位有磁铁定位和指杆定位两种方式，磁铁定位用于能够被磁铁吸引的材料的轴，而磁铁不能吸引的材料的轴，则采用指杆定位。主尺下量爪定位面镶嵌磁铁或安装指杆，通过磁铁吸引键槽底面产生的磁力使主尺固定从而达到定位的目的；或通过指杆的上端面、主尺下量爪的上平面在同一个平面上实现定位。测量时主尺下量爪放入键槽内，主尺下量爪测面与键槽侧面充分接触，移动副尺，使副尺下量爪与轴的表面接触，从显示器读出数值，该值就是键槽一侧面与轴表面的距离。同样方法测出键槽另一侧面与轴表面的距离值。两距离值的差的绝对值即为键槽的对称度值。

相关原理：对称度误差是指被测中心要素(中心平面、中心线或轴线)对具有确定位置的理想中心要素(中心平面、中心线或轴线)的变动量。如果被测量要素与基准要素的理想形状不一致，如一为直线而另一为平面，则要求被测要素的理想要素通过基准要素的理想要素，评定对称度误差直接用理想要素定位，以包容被测实际要素而得到的定位最小包容区域表示，被测要素的理想要素通过基准，组成定位最小区域的每一平面与被测实际要素至少应有一点接触，对称度误差为被测量要素对理想要素最大变化量的2倍，轴键槽为被测要素，中心要素为键槽中心平面，基准要素为轴的轴线，被测理想中心要素通过基准要素，此时对称度误差为零。反之，键槽中心平面不通过轴线，二者之间有h的距离，则对称度误差为2h。如图1、图2。

在图1中，键槽中心平面通过轴的轴线，键槽两侧面到轴表面的距离a₁、a₂相等，a₁-a₂＝0，|a₁-a₂|＝0对称度误差为零。若键槽右移一距离h，如图2所示，a₁变为a₁+h，a₂变为a₂-h，键槽中心平面与轴线的距离为h，|(a₁+h)-(a₂-h)|＝|a₁-a₂+2h|＝2h，对称度误差为2h。这与上述定义完全相符。

键槽实际加工过程。轴键槽通常采用立式铣床和卧式铣床，用圆柱铣刀和盘铣刀来加工。对于立式铣床，主轴轴线与圆柱铣刀轴线重合，主轴位于工作台上方，主轴轴线垂直于工作台平面，被加工轴在平行于工作台横向移动方向上固定，工作台横向移动的距离就是键槽的长度，按照相对运动的理论，若把工作台看作相对不动，则主轴相对移动键槽的长度，主轴轴线移动形成键槽中心平面。工作台纵向移动带动轴纵向移动，出现主轴轴线与加工轴轴线位于同平面内，二者距离为零；或主轴轴线与加工轴轴线不在一个平面内，二者距离为S，这就产生了对称度误差。卧式铣床加工轴键槽，无论是加工过程还是对称度误差产生的过程与立式铣床均相似，特别是采用盘铣刀加工键槽与立式铣床加工键槽对称度误差形成过程完全相同。卧式铣床采用圆柱形铣刀加工键槽，主轴位于工作台的前方，主轴轴线可以与工作台平面平行，也可以在一个平面内，被加工轴沿平行于工作台横向移动方向固定在工作台上，被加工轴轴线平行于工作台平面，可以实现主轴轴线与被加工轴轴线在一个平面内，具体操作是调整工作台的升降高度，而主轴轴线是形成键槽中心平面的基线，所以可以通过调整工作台的垂直高度来保证键槽对称度大小符合要求。

键槽对称度误差的进一步说明。图3中ABCD是键槽对称度误差的极限位置，PQ是键槽的对称中心线，BC是键槽宽度。A′B′C′D是理想基准位置，OS是理想中心线基准。OS与PQ交于G点，OS、PQ分别与BC交于E、F两点，则GF＝h/2，EF＝f/2，式中h—键槽深度值，f—键槽对称度值。作一平行于BC的直径MN，UM、VN为两切线，AB与UM、CD与VN的距离分别为a₁、a₂。R为轴半径，AB与MN交于I，DC与MN交于J，则MI＝a₁，NJ＝a₂，OP＝OI+IP＝(a₁-R)+(2R-a₁-a₂)/2＝(a₁-a₂)/2。GP＝GF+FP＝(h/2)+(R-h)＝R-h/2。由于ΔGEF∽ΔGOP，则EF/OP＝GF/GP，有EF＝OP·GF/GP＝(a₁-a₂)/2·h/2/(R-h/2)，令a＝a₁-a₂，则有2EF＝ah/(2R-h)，即f＝ah/(2R-h)，此公式为“GB1958—80”键槽对称度误差计算公式。从上面的推理可知，利用此公式的前提是键槽底面与水平方向的直径有夹角β，即键槽中心线与垂直直径的夹角。在图3中，当β＝0时，EF＝OP。β＝0可以通过轴顺时针旋转实现。而β＝0，则图3变成图2。理论上一个加工完的键槽对称度误差值是固定的，不应随轴旋转不同位置而变化，如果有变化应是测量误差造成的。按照对称度误差定义，对称度误差是被测中心要素对理想中心要素的变动量。具体到键槽对称度，被测中心要素是键槽的中心平面，理想中心要素是轴的轴线，键槽的对称度误差是键槽中心平面到轴线的距离，考虑到键槽中心平面可以在理想中心轴线的两侧，取键槽对称度误差是键槽中心平面到轴轴线距离的两倍。

轴键槽宽度部分。主尺部分除有下量爪外，还有上量爪，副尺部分也有上量爪，两上量爪各有一测量面，这两测量面平行，并且当主尺、副尺的两下量爪接触时，两上量爪的两测量面在同一平面内，显示器显示值为零。若显示器为游标显示时，游标零刻线与主尺尺身的零刻线对齐。若显示器为电子数显时，通过按动置零按钮，使显示值为零，移动副尺、而上量爪的两测量面有一距离，该距离值可以从显示器中读出。若上量爪的两测量面均与键槽的两侧面接触，读数值即为键槽的宽度。

键槽深度部分。测深附件安装在主尺尺身上，底面有一磁铁用来辅助定位，调整它在主尺尺身上的位置，使底面与主尺尺身端面在同一平面内。测深尺安装在主尺尺身背面的槽内，并连接在副尺上，移动副尺，测深尺跟着移动，副尺移动量就是测深尺的移动量，具体数值可以从显示器中读出。

本发明的有益效果是：具有多种功能，能够测出键槽的对称度、宽度、深度等尺寸，并且结构简单，可靠性高，使用方便，不确定度满足轴键槽尺寸要求。

附图说明

图1、图2是说明轴键槽对称度产生原理。

图3是进一步说明轴键槽对称度产生原理，及GB1958-80中对称度误差公式的推导过程。

图4是本发明结构示意图，其上面的数字1-15分别代表零部件名称为：1—主尺上量爪；2—副尺上量爪；3—主尺；4—紧固钉；5—显示器；6—测力弹簧；7—导向杆；8—尺框；9—测深尺；10—主尺下量爪；11—副尺下量爪；12—副尺；13—显示数；14—主尺尺身；15—测深附件。

具体实施方式

如图4所示，轴键槽专用卡尺由主尺3、副尺12、显示器5、测深尺9、尺框8及测深附件15组成。主尺包含有主尺上量爪1、主尺下量爪10、主尺尺身14等部分。副尺包含有副尺上量爪2、副尺下量爪11等部分。显示器5分为电子数显和游标读数两种方式。副尺12、尺框8、测深附件15均可在主尺尺身14上移动或固定。测深尺9及显示器5固定在副尺12上。尺框8与副尺12通过导向杆7相连，并且导向杆可以在副尺的孔内移动一定距离来压缩测力弹6。

实施对称度测量。主尺下量爪10的底面有一磁铁，在主尺下量爪10的侧面与键槽的侧面充分接触后，磁力使主尺下量爪10的底面与键槽底面紧紧吸在一起，主尺尺身14、副尺12、尺框8等的重力合力不能使主尺下量爪转动，实现定位。尺框8根据键槽轴的直径在主尺尺身上移动适当的位置后固定，测力弹簧6和导向杆7的共同作用使副尺12向主尺量爪方向移动，轴外径接触副尺下量爪11，阻止了副尺的移动，测力弹簧6的对副尺12作用一弹力，该弹力通过副尺下量爪11作用于轴外径，即产生了测力。键槽的对称度相对于测力弹簧的压缩量是比较小的，可以认为测量一个键槽时测力是恒力。主尺下量爪10的测面与键槽侧面接触，副尺下量爪11与轴外径接触，显示器显示的数值即为键槽侧面与平行于键槽底面直径端点的距离。同理，可以测出键槽另一侧面与平行于键槽底面直径另一端点的距离，两距离差值即为键槽对称度误差值，从而完成键槽对称度测量。以上是针对磁铁能够吸引的材料的轴键槽的测量。对于磁铁不能吸引的材料的轴键槽则采用指杆定位测量。所谓指杆定位就是指杆在主尺下量爪内移动，自由状态下指杆受弹簧作用有一段露出下量爪底面，当主下量爪底面与键槽底面充分接触时，则指杆上平面与主尺下量爪上平面在一个平面上，如果主尺下量爪底面与键槽底面没有充分接触，则指杆上平面低于主尺下量爪上平面。接触愈不充分，指杆上平面低于主尺下量爪上平面的高度愈大。利用该特性实现主尺下量爪10的定位，其余方面与相应的磁铁定位方面相同。

键槽宽度测量实施。主尺下量爪10与副尺下量爪11接触，显示器的读数为零，此时主尺上量爪1测面与副上量爪2测面在同一平面上，即两测量面的距离为零。由于副尺上量爪2与副尺12是一体，显示器固定在副尺上，主尺上量爪1与主尺下量爪10一体，故移动副尺12，主尺上量爪1副尺上量爪2的两测面距离等于显示器5移动的距离，显示器移动的距离可以直接读出。当主尺上量爪1的测面、副尺上量爪2的测面与键槽两侧面充分接触时，两量爪面的距离即为键槽宽度。

键槽深度测量实施。测深附件15安装在主尺尺身14上，使测深附件15与主尺尺身14端面在同一个平面上，并固定。测深尺9的一端固定在副尺12上，整个测深尺9在主尺尺身14槽中运动。主尺下量爪10、副尺下量爪11接触时，测深尺9的另一端面与主尺尺身3的端面在同一平面上，此时显示器5的显示值为零，亦即测深尺9的读数值是零。测深尺9的一端固定在副尺12上，副尺12在主尺尺身14移动的距离等于测深尺9移动的距离。当测深附件8的底面放在被测轴上，测深附件15底面上的磁铁吸引轴，测深附件被吸引在被测轴上，测深尺9进入键槽内并且端面与键槽底面充分接触，显示器的读数值即为键槽的深度值。

在说明书附图中：

图1、图2是说明轴键槽对称度产生原理。

图3是进一步说明轴键槽对称度产生原理，及GB1958-80中对称度误差公式的推导过程。

图4是本发明结构示意图，其上面的数字1-15分别代表零部件名称为：1—主尺上量爪；2—副尺上量爪；3—主尺；4—紧固钉；5—显示器；6—测力弹簧；7—导向杆；8—尺框；9—测深尺；10—主尺下量爪；11—副尺下量爪；12—副尺；13—显示数；14—主尺尺身；15—测深附件。

Claims (7)

1、一种轴键槽专用卡尺，它包括主尺、副尺、显示器、尺框、测深尺和测深附件等部分，其特征是：副尺、尺框、测深附件安装在主尺尺身上，并且均可以做相对运动及固定，显示器、测深尺安装在副尺上，主尺下量爪和副尺下量爪分别接触键槽和外径，主尺上量爪和副尺上量爪分别接触键槽的两侧面，测深附件和测深尺分别接触轴外圆和键槽底面。

2、根据权利要求1所述的轴键槽专用卡尺，其特征是：主尺下量爪呈长方体，主尺下量爪测面与轴键槽侧面接触，主尺下量爪底面与键槽底面接触，主尺下量爪底面镶嵌一块磁铁，对于磁铁能够吸引的材料的轴键槽，磁力使主尺尺身不能依靠自身重力转动，实现定位。

3、根据权利要求1所述的轴键槽专用卡尺，其特征是：主尺下量爪呈长方体，长方体内有垂直于下量爪底面的两指杆，不测量时指杆在弹簧作用下露出主尺下量爪底面当指杆底面与主尺下量爪底面在同一平面内时，指杆上平面与主尺下量爪上平面在同一平面内，当主尺下量爪底面部分与键槽底面接触时，指杆上平面低于主尺下量爪上平面，利用该特性实现定位。

4、根据权利要求1所述的轴键槽专用卡尺，其特征是：副尺下量爪的长度超过所测最大轴的半径，并且副尺下量爪与主尺下量接触是测量的零位。

5、根据权利要求1所述的轴键槽专用卡尺，其特征是：显示器可以是电子数显式的，也可以是游标式的。

6、根据权利要求1所述的轴键槽专用卡尺，其特征是：设有测深附件，并且测深附件上含有磁铁辅助定位。

7、根据权利要求1所述的轴键槽专用卡尺，其特征是：副尺尺身端面有上下两盲孔，孔内各放一弹簧，导向杆一端在盲孔内做限位移动，另一端固定在尺框上，而尺框根据键槽直径大小固定在主尺尺身的适当位置，利用弹簧推动副尺向前移动，使副尺下量爪对轴外径产生一个作用力。

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