螺栓球角度測量儀的設(shè)計(jì)與測量

近年來，建筑行業(yè)一種新型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)很快得到普及。其特點(diǎn)是零件容易加工，安裝靈活方便，造型別致。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是應(yīng)用力學(xué)原理，把重力按一定的角度進(jìn)行分散作用，它是靠鋼管和螺栓球節(jié)點(diǎn)連接實(shí)現(xiàn)的。螺栓球是這一結(jié)構(gòu)的重要零件，其加工質(zhì)量直接影響網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。

　　螺栓球的質(zhì)量控制有六項(xiàng)指標(biāo)：1.球毛坯直徑；2.球的圓度；3.螺栓球螺孔端面與球心距；4.同一軸線上兩螺孔端面平行度；5.相鄰兩螺孔軸線間夾角；6.螺孔端面與軸線的垂直度。我們可以看出：相鄰兩螺孔軸線間夾角要求±30＇,這個(gè)參數(shù)很重要，但用傳統(tǒng)的方法測量很煩瑣，為此我們設(shè)計(jì)了螺栓球角度測量儀。該測量儀除可測量角度外，配合一些工具也可以測量螺栓球的其它參數(shù)。

　　在國家標(biāo)準(zhǔn)中，螺栓球直徑規(guī)格一般是從100mm至260mm。螺孔個(gè)數(shù)多少不等，一般3-9個(gè)孔。每個(gè)螺孔的軸心線都通過球心。螺栓球上的螺孔位置，在圖紙上是采用角坐標(biāo)空間標(biāo)注的。螺栓球角度測量儀也是采用角坐標(biāo)方法讀數(shù)。測量儀的兩個(gè)坐標(biāo)分別通過球心的水平坐標(biāo)（X坐標(biāo)）和球心的垂直坐標(biāo)（Z坐標(biāo)），并通過測量儀定位桿的移動(dòng)定位，讀出測量儀的轉(zhuǎn)動(dòng)角度實(shí)現(xiàn)測量。測量儀的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。

螺栓球角度測量儀器原理圖

　　測量儀的底座1上設(shè)置了轉(zhuǎn)盤2,這兩個(gè)部件的作用是形成一個(gè)平面角度轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動(dòng)軸系可以采用滾珠結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)精度比較高，承載能力也能達(dá)到要求。同時(shí)在底座上安裝了分度值為2＇的游標(biāo)3,還設(shè)置了鎖緊手輪5。在水平轉(zhuǎn)盤2外圓周上鑲有分度值為30'的360o的度盤。整個(gè)水平轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)精度指標(biāo)控制在 3＇～4＇。在水平轉(zhuǎn)盤2上固定了弧形臂架6,在臂架上鑲有齒輪和齒條，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向手輪8,通過齒輪齒條作用，帶動(dòng)定位桿部件7一起在弧臂架上移動(dòng)。另外在弧形臂架和定位桿部件上也鑲有度盤4和游標(biāo)3,其通過螺栓球心的水平軸線為0刻度，向上為正刻度，向下為負(fù)刻度，測量范圍為±75°,精度控制在3＇～4＇。上下螺紋芯桿9分別可在圓弧臂架和基座上里外拉動(dòng)，并可固定。要求兩螺紋芯桿在同一軸線上，并且芯桿軸線方向刻有圓周指標(biāo)線毫米刻度。

　　測量時(shí)，首先在下螺紋芯桿上擰上螺栓球10,并加以固定，然后擰入上芯桿，并且調(diào)整上下芯桿的指示刻度一樣大小。這樣做的目的是，通過標(biāo)準(zhǔn)芯桿端面定位，使得螺栓球的水平軸線通過弧形臂架的實(shí)際0刻度線。這種調(diào)整在同一規(guī)格批量測量下，下芯桿可以不動(dòng)，也不用調(diào)整了。具體讀數(shù)時(shí)，首先轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤和弧形臂架上的定位桿部件，使定位桿插入第一個(gè)螺孔A1內(nèi)，此定位桿前端帶有1:10錐度，靠與內(nèi)螺紋的牙頂接觸定位，此方法定位已給定精度指標(biāo)。這時(shí)可以讀得水平轉(zhuǎn)角α1和Z方向轉(zhuǎn)角β1;接著可以用同樣方法，將定位芯桿插入與第一個(gè)螺孔相鄰的第二個(gè)螺孔A2內(nèi)定位。再讀得水平轉(zhuǎn)角α2和Z方向轉(zhuǎn)角β2。|α2-α1|=α,所得結(jié)果α即為第一個(gè)螺孔軸線與第二個(gè)螺孔軸線在水平面上的投影角，此角也是圖紙上標(biāo)注的角度。若α、β1、β2與圖紙標(biāo)注一樣，則可認(rèn)為所測角度合格了。若有偏差，還需進(jìn)行計(jì)算。求出實(shí)測角度的空間角值和圖紙上標(biāo)注的空間角值γ,要求不超過±30＇。計(jì)算公式為γ=arccosα. cosβ。其中α為兩螺孔軸線在水平面投影角；β為垂直于水平面的平面上的投影角（β=|β2-β1|）。

　　螺栓球角度測量儀的總體設(shè)計(jì)誤差為6＇～8＇,完全滿足測量精度要求。若有條件也可以增加一些裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量，微機(jī)數(shù)據(jù)處理。不僅使數(shù)據(jù)處理速度更快、更準(zhǔn)確，而且可以留下測量記錄以備查閱。