CN108827117B - 一种测量大圆筒内径的装置 - Google Patents

Abstract

一种测量大圆筒内径的装置涉及内径测量，技术方案是：一个平面部件的上表面和下表面相互平行，一个平面部件有一个贯穿上表面和下表面的长方形通孔，平面部件左端的下表面固定两个小圆柱，两个小圆柱与下表面接触形成的两个接触圆的圆心的连线被长方形通孔的中轴线垂直平分；小圆柱的直径为2‑3mm；一个游标卡尺的主尺的两侧与长方形通孔内部两侧相互接触并能够滑动，游标卡尺的主尺的中心有一个主尺滑槽，一个直径小于主尺滑槽宽度的圆柱体通过中轴线纵剖成相同的2个“半圆柱”形成左测量爪和右侧测量爪。有益效果是：比较准确地测量圆筒的内径。

Description

一种测量大圆筒内径的装置

技术领域

本发明涉及内径测量，特别是大圆筒内径的测量。

背景技术

由于在测量圆筒内径的时候，圆筒的直径方向无法准确确定，导致大多数只能测量到弦长，无法准确测量到圆筒的内径。

发明内容

为准确测量内径大于3cm圆筒的内部直径，本发明设计一种测量大圆筒内径的装置。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种测量大圆筒内径的装置，大圆筒是指内径大于3cm的圆筒，包括一个长方形通孔和一个游标卡尺，其特征是：一个平面部件的上表面和下表面相互平行，一个平面部件有一个贯穿上表面和下表面的长方形通孔，长方形通孔的四个侧面都垂直于平面部件的上表面；平面部件左端的下表面固定两个小圆柱，两个小圆柱的中轴线都垂直于平面部件的下表面，两个小圆柱与下表面接触形成的两个接触圆的圆心的连线被长方形通孔的中轴线垂直平分；小圆柱的直径为2-3mm；一个游标卡尺的主尺的两侧与长方形通孔内部两侧相互接触并能够滑动，游标卡尺的主尺的中心有一个主尺滑槽，即主尺滑槽的中轴线与长方形通孔的中轴线重合，主尺滑槽的两侧主尺上表面都有主尺刻度，一个直径小于主尺滑槽宽度的圆柱体通过中轴线纵剖成相同的2个“半圆柱”形成左测量爪和右侧测量爪，左测量爪固定在主尺的下表面且左测量爪的右侧平面与主尺滑槽内侧的左端面重合（指有形的平面延展成数学平面后都在一个平面内），右侧测量爪固定在游标下表面、游标左侧端面与右测量爪的左侧平面重合（指有形的平面延展成数学平面后都在一个平面内），主尺左端的刻度、即主尺滑槽左端面所对应的主尺刻度为左侧测量爪和右侧测量爪相互靠拢形成圆柱体的直径大小，也就是右测量爪与左测量爪接触时、游标的零刻度线（组成左测量爪5和右测量爪5的圆柱体的纵剖线与游标9的零刻度线重合）对应的主尺的刻度（主尺最小刻度）为组成左测量爪和右测量爪的圆柱体的直径大小，游标嵌套在主尺滑槽内部、游标的两侧与主尺滑槽的两侧接触，主尺滑槽的两侧的主尺上表面有主尺刻度、游标上表面的两侧有游标刻度分别靠拢同一侧的主尺刻度；左侧的测量爪左侧接触大圆筒的左端内侧面，同时两个小圆柱都接触大圆筒左端的内侧面，右侧的测量爪右侧接触大圆筒右端的内侧面，左侧测量爪左侧和右侧测量爪右侧之间的距离为大圆筒的直径。

两个小圆柱与平面部件下表面接触形成两个圆（接触面为圆形），两个圆中心之间的连线的长度为2.0cm。理论上讲，长方形通孔的宽度等于主尺的宽度，为减少相互接触的摩擦力的影响，长方形通孔的宽度略微大于主尺的宽度使主尺的两侧能够接触长方形通孔内部的两侧并且主尺能够在长方形通孔自由移动。长方形通孔内侧左端面到两个小圆柱中心连线的距离大于1.5cm，即两个小圆柱与平面部件下表面接触的两个圆的圆心的连线、连线的中心作一条垂线、垂线与圆筒内侧的交点与连线中心的距离大于1.5cm。

本发明的有益效果是：在理论上圆面的弦长的垂直平分线位于圆的直径方向，圆筒的上端是一个圆（形孔洞），两个小圆柱与圆筒内壁同时接触，两个小圆柱的顶部与圆筒上端的圆的两个点接触，两个小圆柱与圆同时接触的两个点的连线平行于圆面上两个小圆柱中心的连线，长方形通孔的中轴线垂直平分两个小圆柱中心的连线（也就同时垂直平分两个小圆柱与圆同时接触的两个点的连线），实现对游标卡尺的内径测量爪定向在圆筒内侧上端所在圆的直径方向上移动，从而测定圆筒上端所在圆的直径，圆筒上端所在圆的直径也就是圆筒的内径。当小圆柱的直径为2mm、游标卡尺的测量爪的厚度为2mm，两个小圆柱和游标卡尺测量爪并排的总宽度为6mm，理论上能够做到测量内径6mm以上的圆筒内径；即两个小圆柱之间的缝隙要能够容纳下游标卡尺测量爪的厚度，测量的下限由两个小圆柱直径和两个小圆柱之间的间隔决定。

附图说明

图1是平面部件上表面示意图；图2是平面部件下表面示意图；图3是游标卡尺示意图；

其中， 1、平面部件，2、上表面，3、下表面，4、小圆柱，5、测量爪，6、主尺，7、主尺滑槽，8、通孔，9、游标。

具体实施方式

使用游标卡尺测量大圆筒内径，本来测量圆筒的内径对圆筒内径的大小没有限制，由于本发明需要两个小圆柱4位于平面部件1的长方形通孔8的两侧，游标卡尺的测量内径的测量爪5位于长方形通孔8的内部，因此较小的内径测量不太方便，将本发明的量程的下限确定在3cm则有利于比较从容的布置小圆柱4和长方形通孔8，因此大圆筒是指内径大于3cm的圆筒，其上限受到游标卡尺量程的约束，即上限为游标卡尺的测量上限（内径测量量程的上限），

一种测量大圆筒内径的装置，大圆筒是指内径大于3cm的圆筒，其特征是：一个平面部件1的上表面和下表面相互平行，一个平面部件1有一个贯穿上表面2和下表面3的长方形通孔8，长方形通孔8的四个侧面都垂直于平面部件1的上表面；平面部件1左端的下表面3固定两个小圆柱4，两个小圆柱4的中轴线都垂直于平面部件1的下表面3，两个小圆柱4与下表面接触形成的两个接触圆的圆心的连线被长方形通孔8的中轴线垂直平分；小圆柱的直径为2-3mm，小圆柱4通过螺纹固定在平面部件1的下表面，螺帽露在平面部件的上表面，小圆柱也能够采用其它固定方式，比如螺钉或者摩擦力或者焊接或者铆接；一个游标卡尺的主尺6的两侧与长方形通孔8内部两侧相互接触并能够滑动（主尺6与长方形通孔8嵌套），游标卡尺的主尺的中心有一个主尺滑槽7，即主尺滑槽7的中轴线与长方形通孔8的中轴线重合（可以降低到相互平行即可），主尺滑槽7的两侧主尺上表面都有主尺刻度（可以降低到与一般游标卡尺一样：单侧有主尺刻度），一个直径小于主尺滑槽宽度的圆柱体通过中轴线纵剖成相同的2个“半圆柱”形成左测量爪5和右侧测量爪5，左测量爪5固定在主尺6的下表面且左测量爪5的右侧平面与主尺滑槽内侧的左端面重合（指有形的平面延展成数学平面后都在一个平面内），右侧测量爪5固定在游标9下表面、游标左侧端面与右测量爪5的左侧平面重合（指有形的平面延展成数学平面后都在一个平面内），主尺6左端的刻度，即主尺滑槽7左端面所对应的主尺刻度为左侧测量爪5和右侧测量爪5相互靠拢形成圆柱体的直径大小，也就是右测量爪5与左测量爪5接触时、游标9的零刻度线（组成左测量爪5和右测量爪5的圆柱体的纵剖线与游标的游标9的零刻度线重合）对应的主尺的刻度为组成左测量爪5和右测量爪5的圆柱体的直径大小，游标9嵌套（嵌套连接是一种现有技术，比如现有游标卡尺测深度的尺子就嵌套在主尺后表面，游标嵌套在主尺刻度的下方）在主尺滑槽7内部、游标9的两侧与主尺滑槽的两侧接触，主尺滑槽7的两侧的主尺6上表面有主尺刻度、游标9上表面的两侧有游标刻度分别靠拢同一侧的主尺刻度（游标9与主尺刻度靠拢以便于确定是那根游标线对准主尺刻度是现有技术能够实现的，当游标9滑动过程中与主尺滑槽7之间存在缝隙，则能够在游标9的两侧同时读取两个比较接近的数值，两个数值的平均值更准确；当游标9与主尺滑槽7之间不存在缝隙，则游标9的滑动比较困难，当游标9与主尺滑槽7之间存在缝隙，则右侧测量爪的左侧平面与主尺滑槽7中轴线存在一定夹角，该夹角很小，导致游标一侧读数偏大、一侧读数偏小，通过两侧的读数取平均则更准确，在后面将阐述，在缝隙比较小的时候，该影响能够忽略）；左侧的测量爪5左侧接触大圆筒的左端内侧面，同时两个小圆柱4都接触大圆筒左端的内侧面，右侧的测量爪5右侧接触大圆筒右端的内侧面，左侧测量爪5和右侧测量爪5之间的距离为大圆筒的直径。

理论上主尺6在长方形通孔8内滑动，游标9在主尺滑槽7内滑动即可，因为圆筒是中空的，事实上主尺6和游标9会掉落，因此应该采用嵌套连接的方式，现有的游标卡尺的主尺与游标之间也是一种嵌套连接的方式，因此现有技术是可行的，只是本发明是遵从游标卡尺原理的一种简单的游标卡尺。嵌套方式可以设计为主尺的上表面向两侧延展，相当于在本设计主尺的接触上，上表面再固定一层更宽的附加表面，附加表面的宽度大于长方形通孔的宽度、附加表面的中轴线与上表面的中轴线重合，这样依靠附加表面将主尺搁在长方形通孔8的两侧，附加表面标注主尺刻度，这是分立式的主尺，也可以是主尺下表面的两侧通过刀片切除部分形成一个中心部分的突出块、突出块的宽度与长方形通孔8的宽度相同，即一体化设计，这些都是能够实现的；游标9与主尺6之间也能采用相同的方式搁在主尺滑槽7的上方。当然现有技术还有很多其他方式来实现，比如长方形通孔8的两侧各有一个凹槽、主尺的两侧各有一个凸出，主尺两侧的凸出分别插入到长方形通孔8两侧的凹槽，主尺6在长方形通孔8的凹槽中滑动；类似的主尺滑槽7的两侧有凹槽、游标的两侧有凸出，游标两侧的凸出分别插入到主尺滑槽7的两侧的凹槽中，这也是现有技术能够实现的一种方式。

由于已经将量程限制在3cm以上，因此两个小圆柱之间的距离应该小于3.0cm，还需要考虑小圆柱4本身的粗细（半径），因此两个小圆柱4中心之间的连线的长度为2.0cm。

理论上讲，长方形通孔8的宽度等于主尺6的宽度，为减少相互接触的摩擦力的影响，长方形通孔8的宽度略微大于主尺6的宽度使主尺6的两侧能够接触长方形通孔内部的两侧并且主尺6能够在长方形通孔6自由移动；只要主尺6的两侧和长方形通孔8的内部两侧比较光滑，从微观上讲光滑面也是粗糙的，表面有微小的凸起，大致在10^-8m的数量级，由于本发明采用游标卡尺的原理，因此控制在游标卡尺的精度即可，大多数的游标卡尺的精度为0.02mm，即10^-5m，其主尺6的两侧和长方形通孔8的内部两侧之间的两个缝隙都能够控制在0.01-0.02mm的大小，这样缝隙足够小，也能够达到足够光滑对缝隙大小的要求。

长方形通孔8内侧左端面到两个小圆柱4中心连线的距离大于1.5cm，即两个小圆柱4与平面部件1下表面接触的两个圆的圆心的连线、连线的中心作一条垂线、垂线与圆筒内侧的交点与连线中心的距离大于1.5cm。大圆筒内侧表面的任何一根弦长的中心到圆的边缘都存在一定的距离，在弦长一定的情况下，直径越小、距离越大，在直径一定的情况下，弦长越长、距离越大，如果弦长为2.3cm（两个小圆柱4中心之间的连线的长度为2.0cm，加上小圆柱的直径2-3mm，取3mm，一半长度为1.15cm）、最小直径为3cm（半径为1.5cm），则该距离为（1.5*1.5-1.15*1.15）^0.5=0.96cm，即大圆筒向两个小圆柱连线的左侧最大凸出高度为0.96cm，因此建议长方形通孔8内侧左端面到两个小圆柱4中心连线的距离大于1.5cm（长方形通孔8的长度方向为直径方向，因此长方形通孔8内侧左端面垂直于直径方向，即平行于两个小圆柱4中心连线），这样确保游标卡尺的左侧测量爪5在长方形通孔8内移动能够接触到圆筒内部的左侧的内壁。

对于缝隙的影响：要能够滑动，应该存在一定缝隙，假设缝隙为x，精度0.02mm的游标刻度的长度为49mm，游标本身的长度大于49mm，为便于估计假定为50mm，缝隙就是使游标倾斜：一端接触主尺、一端偏离主尺，相当于三角形的斜边、缝隙相当于三角形的高，其对应的测量为斜边在主尺上的投影（50²-x²）^0.5，则缝隙带来的偏差为50-（50²-x²）^0.5，假定该偏差为50-（50²-x²）^0.5=0.02mm，则x=1.4mm，一般不需要这么大的缝隙，其实缝隙在0.1mm足够轻松滑动，现有技术缝隙做到0.01mm也是可能的。0.1mm带来的偏差为： 50-（50²-0.1²）^0.5=0.0001mm，远远小于游标卡尺的测量精度，因此，在现有技术下，能够避免缝隙对测量精度的影响。

Claims (1)

1.一种测量大圆筒内径的装置，大圆筒是指内径大于3cm的圆筒，包括一个长方形通孔和一个游标卡尺，其特征是：一个平面部件（1）的上表面和下表面相互平行，一个平面部件（1）有一个贯穿上表面（2）和下表面（3）的长方形通孔（8），长方形通孔（8）的四个侧面都垂直于平面部件（1）的上表面；平面部件（1）左端的下表面（3）固定两个小圆柱（4），两个小圆柱（4）的中轴线都垂直于平面部件（1）的下表面（3），两个小圆柱（4）与下表面接触形成的两个接触圆的圆心的连线被长方形通孔（8）的中轴线垂直平分；小圆柱的直径为2-3mm；一个游标卡尺的主尺（6）的两侧与长方形通孔（8）内部两侧相互接触并能够滑动，游标卡尺的主尺的中心有一个主尺滑槽（7），即主尺滑槽（7）的中轴线与长方形通孔（8）的中轴线重合，主尺滑槽（7）的两侧主尺上表面都有主尺刻度，一个直径小于主尺滑槽宽度的圆柱体通过中轴线纵剖成相同的2个“半圆柱”形成左测量爪（5）和右侧测量爪（5），左测量爪（5）固定在主尺（6）的下表面且左测量爪（5）的右侧平面与主尺滑槽内侧的左端面重合，右侧测量爪（5）固定在游标（9）下表面、游标左侧端面与右测量爪（5）的左侧平面重合，主尺（6）左端的刻度、即主尺滑槽（7）左端面所对应的主尺刻度为左侧测量爪（5）和右侧测量爪（5）相互靠拢形成圆柱体的直径大小，也就是右测量爪（5）与左测量爪（5）接触时、游标（9）的零刻度线对应的主尺的刻度为组成左测量爪（5）和右测量爪（5）的圆柱体的直径大小，游标（9）嵌套在主尺滑槽（7）内部、游标（9）的两侧与主尺滑槽的两侧接触，主尺滑槽（7）的两侧的主尺（6）上表面有主尺刻度、游标（9）上表面的两侧有游标刻度分别靠拢同一侧的主尺刻度；左侧的测量爪（5）左侧接触大圆筒的左端内侧面，同时两个小圆柱（4）都接触大圆筒左端的内侧面，右侧的测量爪（5）右侧接触大圆筒右端的内侧面，左侧测量爪（5）左侧和右侧测量爪（5）右侧之间的距离为大圆筒的直径；两个小圆柱（4）与平面部件（1）下表面接触形成两个圆，两个圆中心之间的连线的长度为2.0cm；长方形通孔（8）内侧左端面到两个小圆柱（4）中心连线的距离大于1.5cm。