普通杠桿表的測量原理是將測頭轉動角度的正弦值轉換放大為表盤指針的轉角。在測量過程中,若被測平面與測桿軸線間的夾角超過5°,就會引起較明顯的附加示值誤差。為了解決這一問題,我們設計制造了一種梨形測頭,如圖1所示。通過對裝有梨形測頭的杠桿表進行實測試驗,結果表明,即使被測平面與測桿軸線間的夾角達30°,也不會引起較明顯的附加示值誤差。采用梨形測頭可提高杠桿百分表和杠桿千分表的使用精度,具有一定推廣價值。
圖1
1.梨形測頭曲面的數學模型
測量過程對梨形測頭曲面有兩點基本要求:(1)在測量范圍內,任意兩點之間的直線長度應有與之對應的一段弧長;(2)被測長度在曲面與被測平面的切點的法線上。由此可以判斷,梨形曲面應是一段漸開線的旋轉面,漸開線的基圓圓心在測桿的轉軸上,基圓半徑為測桿的理論長度,而測桿理論長度則應在消除了原測桿正弦機構理論誤差的情況下重新計算出來。
梨形測頭在基圓以內的部分仍然采用球面,其半徑為Sr,但該球面應與漸開線旋轉面吻合連接。
(1)基圓半徑Rd(即測桿長度)的計算
杠桿表測頭在圖2所示位置時,有
S=αR/sinα=c/sin(β-α) (1)
β=arcsin[(c/b)sin(S/Rd)]+S/Rdd
b
式中 S——杠桿表量程
α——測桿轉過的弧度
β——扇形齒輪轉過的弧度
圖2
由圖2所示傳動關系β/2π=Z1/Zf,Z1/Zx=Z2/Ze可得
Z1=βZ/2π
Z2=βZ/2πZxfZef
式中 Zf——扇形齒輪齒數
Zx——軸齒輪齒數
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