起重机车轮多维量具的误差来源分析

王 皓 宋建华 陈燕燕

0 概述

起重机车轮是起重机重要的部件，但是长期以来受测量手段的局限，起重机车轮在检验和检查中得不到重视。为此，设计了一套起重机车轮多维综合检测量具（以下简称量具），见图1。

图1 起重机车轮多维综合检测量具

该量具与游标卡尺的原理相类似，可测参数覆盖了起重机车轮制造、安装、使用、检验各个环节所需测量的参数，但为了实现这些功能，该量具具有两维测量方向。该量具设置了2 个游标，可沿主尺左右横移；还在游标内设置了2 个副尺，副尺可沿游标上下纵移。因此，如何确保该量具的误差能满足测量要求成为一个困扰设计的重要课题。本文利用游标卡尺的误差来源理论结合本量具进行研究，验证该量具的精度误差是否与游标卡尺一致。

量具的误差来源是从结构原理和制造质量，以及量具自身所产生的随机误差出发，根据误差原理来分析和计算机构的各项误差，并研究这些误差对量具准确度的影响。因此，影响该量具准确度的主要因素有：由量具自身引起的误差( 包括主尺刻度的误差、副尺刻度的误差、游标刻度的误差、零值误差、由基准端面引起的误差、由测量面引起的误差）和由使用引起的人为误差 ( 包括由测量力引起的误差、视差引起的误差、由不准确的测量方法引起的误差）等。

1 引起游标卡尺测量误差的主要因素

1.1 主尺刻度误差的影响

主尺刻度误差直接反映到量具的示值误差上，若主尺刻度误差为Δ 主刻，则对量具示值误差的影响为Δ L 1=Δ 主刻

1.2 副尺刻度误差的影响

副尺刻度误差直接反映到量具的示值误差上，若副尺刻度误差为Δ 副刻，则对量具示值误差的影响为ΔL 2=Δ 副刻

1.3 游标刻度误差的影响

游标刻度误差直接反映到量具的示值误差上，若游标刻度误差为Δ 游标，则对量具示值误差的影响为ΔL 3=Δ 游标

1.4 刻线宽度误差的影响

1.4.1 刻线宽度

根据分度准确度的要求，线条细好，然而刻线最小宽度受眼睛生理的限制。此外，刻线最小宽度还受观察背景的影响，刻度表面质量低劣，实际能见的最小刻线宽度就要增大。为了方便研究，量具的刻线宽度参考JJG 30—2012《通用卡尺检定规程》，对刻线宽度的要求见表1。

1.4.2 刻线宽度误差的影响

如果主尺与游标的刻线宽度误差为Δ 线宽，则对量具示值误差的影响为

式中：a 为主尺刻线宽度，b 为游标刻线宽度。

1.5 视差的影响

量具是由主尺刻度和游标刻度作比较而进行读数的，但量具由于主尺刻度面和游标刻度面不在同一平面上，由此产生了视差Δ 视。

1.5.1 视差的计算方法

对于量具，明视距离为d ，两眼距离之半为m，主尺与游标两刻度面的距离为h， 则视差为

一般取明视距d =250 mm，两眼距离2m=60 mm，则Δ f = 0.12h。

1.5.2 视差的影响

游标标记表面棱边至主尺标记表面的距离为h， 根据公式

得，视差Δ 视对量具示值误差的影响为

1.6 基准面平面度误差的影响

见图2、图3，若主尺基准面相对于游标尺框于主尺配合长度L 1 的平面度误差为Δ 基平，则对于量具外测量示值误差的影响为

式中：L 2、L 3 分别为量具外量爪及内量爪长度。

图2 主尺基准面平面度误差

图3 副尺基准面平面度误差

1.7 测量面平面度误差的影响

若测量面平面度误差为Δ 面，则对量具示值误差的影响为

ΔL 7=2Δ 面

1.8 测量面平行度误差的影响

若测量面平行度误差为Δ 行，则对量具示值误差的影响为

ΔL 8=Δ 行

1.9 测量力引起卡尺弯曲变形的影响

在用卡尺进行测量时，夹在主尺和尺框两量爪之间的被测工件将被用力夹紧。如图2 所示，在测量力P 的作用下，将产生主尺本身及主尺与尺框量爪的弯曲而引起示值误差Δ L 9。

当主尺和尺框量爪之间加测量力P 时，主尺产生变形量为

1.10 零位调整不正确的影响

根据JJG 30—2012《通用卡尺检定规程》要求，游标卡尺零值误差为：游标卡尺量爪两测量面相接触时，游标上的“零”标记和“尾”标记与主标尺相应标记应相互重合。其重合度应符合表2 规定。

如果量具的零位调整误差为Δ 零，则ΔL 10=Δ 零。

2 量具的示值总误差

由于各误差相互独立，因此可以求出量具的示值总误差。

设量具的示值总误差为

式中：Δ Li 为量具的各项误差，i =1,2,···,9。根据以上分析， 且量具的测量范围为0 300mm，分度值0.02 mm，具体计算外测量时的量具示值总误差见表3。

3 结束语

根据计算结果，本量具的示值总误差为±42 μm，而游标卡尺的示值总误差为±42 μm。因此，本量具的加工精度与游标卡尺的要求一致，即可达到游标卡尺的精度。

来源：起重运输机械