游标卡尺的测量误差

　　游标卡尺结构简单、用途广泛、使用方便, 能满足一般精度的测量要求, 是机械行业用量最大的计量器具之一, 可以用来测量外尺寸和内尺寸、盲孔、阶梯形孔及凹槽等相关尺寸。

　　1 游标卡尺的结构及缺陷

　　游标卡尺主要由尺身、尺框和内外量卡构成,尺身上的主尺刻度为整数, 固定在尺框的上的刻度为分数部分, 游标卡尺的精度不同, 游框上的刻线距离也不同; 利用固定在尺框上的游标刻度, 读出主尺两个相邻刻度之间的分数部分的计量器具。

　　为了操作方便,游标卡尺尺身与尺框之间配合为间隙配合, 它们在结构上存有共同的缺点:(1)因游标刻线面与主尺刻线面有一定的距离, 易产生视差; 而且大部分游标类计量器具都存有阿贝误差。(2) 没有产生稳定测量力的装置, 操作者用力不同, 会使测量结果因测量力的不同而不同。(3)尺身、尺框间隙配合量大小直接影响测量结果的精度。

　　2 游标卡尺的测量误差

　　首先, 游标卡尺的测量误差除了刻线误差外,还存在游标卡尺的结构与原理不能满足阿贝原则, 要使计量器具得出正确的测量结果,则必须将计算器具的标尺(刻度尺)安装在被测件测量中心线的延长线上,这一原则就叫阿贝原则。违反阿贝原则所产生的误差叫做阿贝误差。游标卡尺的标准尺与被测物不在一条直线上,被测物与标准尺之间的偏离距离为L, 故不符合阿贝原则,测量力的作用产生的测量误差ΔL为:ΔL=Ltgφ≈L.φ, 如图1所示。

　　ΔL属一阶误差,L 越大,产生误差也越大。而通常我们在测量时会使用游标卡尺卡口位置来测量工件, 也就是 L 总在最大值位置来使用, 因此该分量的测量误差值也总是最大。

　　其次, 由于游标卡尺的尺身与尺框之间为间隙配合, 在测量时尺框受力不平衡, 极易产生尺框旋转移动, 造成测量误差, 现从尺框受力分析来看游标卡尺测量误差。

　　当测量工件时, 人为施加水平移动力N 于尺框右下方D作用点, 如图2所示, 对被测工件产生测量力F, 同时工件也对尺框外测量爪口产生反作用力F1, 此时尺框还受到尺框与尺身配合面上侧弹簧变形力Fc作用, 来保证尺身与尺框两基准面紧密接触。

　　在测量时对尺框在静止受力平衡状态下, 由于移动力N 与测量力F 的反作用力F1方向相反,且不在同一直线上, 根据右手规则存在顺时针方向力偶矢量M1, 由于力偶 M1的存在, 将使尺框产生顺时针旋转的趋势, 使尺框在A 点出现等效支点。

　　以0～150mm 游标卡尺为例, 根据《GB1214 中华人民共和国国家标准 游标卡尺》可知外测量爪最小伸出长度L1为30mm, 操作点与尺身之间距离L2为8mm, 移动力N 为6N, 移动力将在被测量工件上产生与之大小相等但方向相反的测量力F,由于移动力N 与测量力F 不在同一直线上, 二者将产生力偶矢量M1为