一種圓錐孔測量裝置

崔麗娟

（燕山大學里仁學院，河北秦皇島 066004）

在機器結構和機械設計中，圓錐配合有著廣泛的應用。這主要是因為內圓錐孔和外圓錐具有較高的同軸度、良好的密封性、穩定的配合自鎖性、間隙和過盈可以自由調整等優點。在圓錐體配合中，影響互換性的因素很多。為了分析和研究其互換性，一般把圓錐角、圓錐直徑、圓錐長度和圓錐錐度作為主要參數進行研究。在生產實際中，也經常結合具體情況選擇上述參數中的一項或者幾項進行檢測。

1 常規測量方法簡介

圖1是常見的一種錐孔結構示意圖。其中大端直徑D、圓錐高度H、錐角α是重要的設計參數，也是經常需要檢測的數值。在圖1中，由于圓錐孔外形呈錐形，錐孔兩端與相鄰表面（端面和圓柱面）的交點不容易識別、捕捉，同時在錐孔的末端往往還存在圓角R或者殘余毛刺，這都給上述參數的檢測帶來不便，其測量工作比圓柱測量更顯費事。

目前，常規的測量方法主要分3類，即比較測量法、直接測量法、間接測量法。

比較測量法就是將標準錐度量具如圓錐塞規或環規與被測錐度相比較，用光隙法或者涂色法進行檢查，通過檢查塞規或環規與被測錐度的接觸面積和接觸部位來判斷錐度是否合格，這種測量方法只能判斷被測錐度是否在允許的公差范圍內，而不能得出錐度的具體數值。

直接測量法就是直接從計量器具上讀出被測錐度，常用的工具有工具顯微鏡、三坐標測量機等，測量方便但操作復雜、設備價格昂貴。

間接測量法則是測量與被測錐度有關的線性尺寸，通過三角函數計算出被測錐度的相關參數。與比較測量法和直接測量法比較，間接測量法往往采用一些特定的結構，并借助常規測量器具進行，具有測量針對性強、成本低、測量結果準確、精度能滿足檢測要求等優點，因此被機械加工企業廣為使用。本文介紹的就是利用間接測量法檢測錐孔參數的一種圓錐孔測量裝置。

2 錐孔測量的原理和計算公式

文中錐孔測量裝置仍屬于間接測量法的范疇，是根據錐孔的幾何形狀特點，利用三角函數計算出被測錐度的相關參數的，其設計原理利用圖2證明如下。

圖2中，錐孔的所有參數如大端直徑D1、圓錐高度H1、錐角α都可以通過公式計算出來。具體公式為

根據公式可知，只要測量D2、D4、H2、H3、ΔD，就可以計算出錐孔的相關參數了。

3 測量裝置的結構

下面結合圖3詳細說明本裝置的細節和工作情況。

該裝置中觸頭1安裝在滑動桿5下端的孔中，滑芯8安裝在滑動桿5內部，百分表6通過漲環10安裝在滑動桿5上端，滑動桿5上的鎖緊螺釘4用來限制滑芯8和滑動桿5的相互位置，滑動桿5內部的彈簧7、9保證觸頭1和滑芯8接觸可靠，滑動桿5安裝在基座2中間，通過基座2側面的窗口3能看到滑動桿5，基座窗口部位3和滑動桿上面都有刻度，基座2和滑動桿5二者組成游標深度尺，能準確測量出滑動桿5相對基座2的位置變化。

為了測量方便和后期計算時的數據處理，制作本測量裝置時，可以根據需要將一些結構或尺寸進行專門確定。例如將觸頭1軸線到基座2下端的距離確定為游標深度尺的起始讀數，將觸頭1最外側時所在圓的直徑確定為D2，將觸頭1內側和滑芯8下端錐角確定為 45°。

使用前，先將基座2和滑動桿5組成的游標深度尺讀數置于起始位，并鎖緊滑動桿5上的鎖緊螺釘4（這時游標深度尺讀數為觸頭軸線到基座下端的距離，而不是“0”，觸頭最外側所在圓的直徑為D2），然后將基座2底面擦拭干凈平放在被測錐孔上，此時就可以進行測量了，如圖4a所示。

測量時，先將滑動桿5向下推，此時滑動桿5及其上面的百分表6、內部的滑芯8、下端的觸頭1同時下移，當觸頭1接觸到錐孔內表面時，由于鎖緊螺釘4已經將滑芯8固定，而滑芯8下端限制了觸頭1向中間移動，于是滑動桿5停止下移，此時游標深度尺顯示的數值H2就是觸頭1軸心線到基座2底面的距離，這時的觸頭1外側所在錐孔直徑就是D2，如圖4b所示;然后松開鎖緊螺釘4，并將百分表6置零，接著繼續向下推動滑動桿5一段合適距離H3，此時觸頭1向滑動桿5中心移動，并利用內側的錐度推動滑芯8向上移動，使百分表6的示值發生變化，用ΔD表示，如圖4c所示;最后使用標準量具（如游標卡尺或內徑千分尺）測量得到D4。

至此，計算錐孔所需要的所有數據就全部測量出來了，代入前面的計算公式就可計算出需要檢測的錐孔參數了。

在圖4中，D2=90 mm，H2=13.2 mm，H3=16.4 mm，ΔD=2 mm，D4=44.5 mm，則根據前面公式，可得α=64°;D1=106.5 mm;H1=49.6 mm。

4 結語

本裝置在使用中能滿足錐孔的測量精度要求，對操作者的技術要求不高，能在機械零件加工后使用，也能在加工過程中使用，并具有適應性廣、結構簡單、方便制作等特點，尤其適合中小企業使用。

［1］李柱.互換性與技術測量基礎［M］.北京:中國計量出版社，1984.