同轴度量规的设计及误差分析

同轴度量规的设计及测量误差分析

摘要：阐述一种典型的功能量规——同轴度量规的设计步骤，并分析用同轴度量规测量时产生误差的原因及减小误差的方法。

关键词：同轴度量规误差

1、前言

功能量规是检验零件关联被测要素的实际轮廓是否超越规定边界（最大实体边界或实效边界）的量规。边界的方向由基准确定，位置由基准的理论正确尺寸确定。一般情况下，在被测要素和基准要表素的尺寸（如孔和轴的直径、槽和凸台的宽度等）检验合格后，再使用位置量规检验，若位置量规能自由通过，则表示被测的实际轮廓未超越规定边界。

GB/T8069-1998《功能量规》国家标准适用于按GB1182~1184《形状和位置公差》，GB4249《公差原则》所规定的被测要素遵守相关原则（最大实体原则、包容原则）的平行度、垂直度，倾斜度、同轴度、对称度和位置度的量规。

同轴度量规是实际生产中广泛使用的一种位置量规，具有设计加工简单，使用方便，成本低廉等优点。下面对同轴度量规的设计方法及使用同轴度量规测量时可能产生的误差作简单的阐述与分析。

2、同轴度量规的设计

同轴度误差是指被测实际轴线对基准轴线（或公共轴线）同轴度程度的定位误差。因此，同轴度误差是包容被测实际轴线，且与基准轴线（或公共基准轴线）同轴的定位最小包容区域的直径，即要素的实际轴线对基准轴线的允许变动量。公差带定义为直径为公差值t，且与基准轴线同轴（重合）的圆柱面内的区域。如图1所示：

（图1）

同轴度误差可用圆度仪测量、坐标法测量，打表测量以及综合量规检验。

用综合量规测量时综合量规的直径分别为基准孔的最大实体尺寸和被测孔的实效尺寸。若综合量规能通过，表示被测零件的同轴度合格。

综合量规的工作部分尺寸则可以按照GB/T8069-1998《功能量规》的设计公式来计算，即：

定位部分：

（1）基本尺寸d BP＝D1MMC

（2）极限尺寸d LP＝D BP0 -TP

（3）磨损极限尺寸d WP＝D BP－（TP＋WP）

测量部分：

（1）基本尺寸d BM＝D2MMC－t

（2）极限尺寸d LM＝（D BM＋FM）0 -TP

（3）磨损极限尺寸d WM＝（D BM＋FM）－（TM ＋WM）

其中TP、WP、TM、WM及FM可以从GB/T8069-1998中查出。

必须指出，上述所列量规设计公式只适用于分

别检验场合，即是在零件基准孔本身的形位公差和尺寸公差检验合格后再作为基准检测其它要素。量规能够完全插入，则制件该检测项目合格。

我们可以看一个典型的例子：如图2所示为制件YT6126Z.010151（气缸盖）上的一组孔。要求测量的Φ12.4孔对Φ25.4的同轴度为Φ0.1。

（图2）

量规简图如图3所示：

（图3）

量规工作部分尺寸计算如下：

（1）量规公差：

a．定位部位根据Tt＝0.052由表查得：TP＝0.003，WP＝0.003

b．测量部位根据Tt＝0.043＋0.1＝0.143由表查得：TM＝0.005，WM＝0.005

c．测量部位根据Tt＝0.143由表查得：FM＝0.016 （2）按公式计算量规工作部位的尺寸：

a．定位部分：

d BP＝D1MMC＝25.4

d LP＝D BP0 –TP＝25.40

-0.003

d WP＝D BP－（TP＋WP）＝25.4－（0.003＋0.003）

＝25.394

b．测量部分：

d BM＝D2MMC－t＝12.4－0.1＝12.3

d LM＝（D BM＋FM）0 –TP＝（12.3＋0.016）0

－0.005

＝12.3160

－0.005

d WM＝(D BM＋FM)－(TM＋WM)

＝（12.3＋0.016）－（0.005＋0.005）＝12.306 这是最基本的同轴度量规型式，在实际生产过程中，会遇到许多复杂的零件，其同轴度要求也会有所不同，例如：内孔对外园的同轴度、几个孔或轴间的同轴度、对公共轴线的同轴度等，所设计的同轴度量规外形及结构尺寸会有所不同，但其工作部分的计算原理都是相同的。

3、同轴度量规测量的误差分析：

3.1、误差原因分析：

此时我们所计算的量规定位部分尺寸为制件定位孔的最大实体尺体尺寸，理论上我们所模拟的中心线应与定位孔的实际中心线重合，只要被测孔的中心线在绕模拟（理论）中心线半径小于等于t/2的圆范围内变化都是合格的，如图4所示。

（图4）

但实际上由于定位孔自身存在公差，且定位孔与量规间存在间隙，导致我们所模拟的中心线与定位孔实际中心线有误差，如图5所示。

（图5）

当定位孔实际尺寸不是公差范围内的最小尺寸时，用量规测量时量规中心会产生一定的偏移，与定位孔中心线产生一个夹角α，被测孔中心线与定位孔中心线也随之产生一个误差t’/2，不考虑其它因素的影响，被测孔中心线在绕理论中心线半径为t’/2的圆柱范围内变化都有可能被检测为合格零件，由此产生了误判，会把一部分不合格产品判断为合格产品。

这种误差的产生原因就是量规的模拟中心线与定位孔实际中心线不重合，误差的大小与定位孔公差的大小、定位孔的长度、定位孔与测量孔间的轴向距离等因素有关。

3.2、减小误差的方法：

针对同轴度量规误差产生的原因，可以采取以下措施来减小测量误差（当然我们并不能完全消除误差，只是尽可能的将误判率降低）：

（1）设计产品时选择长度较长、精度较高的孔作为基准；

（2）如定位孔公差过大，可将量规分组，即将量规定位部分按制件孔的公差分成几种尺寸，使用前先测量制件定位孔的实际尺寸，然后选择配合较紧的量规进行测量；

（3）轴向距离较大的两孔在要求其同轴度时，尽可能以两孔公共轴线作为基准，测量时量规的工作情况能反映其装配要求，所以这种测量合格的零件都能满足使用要求。

4、结束语

在实际生产中使用的同轴度量规结构形式多种多样，但理论上也不外乎轴线对轴线的同轴度、对公共轴线的同轴度等，这里我们只是简单地阐述轴线对轴线同轴度的量规的设计及产生误差的原因，希望能对量规的设计者及使用者有所帮助。