百分表的工作原理和构造
来源：郑州中控计量有限公司
一,工作原理
百分表的工作原理,是将测尺寸(或误差)引起的测杆微小直线移动,经过齿轮传动和放大,变为指针在刻度盘上的转动,从而读出被测尺寸(或误差)的大小图5-2百分表传动系数示意图如下
百分表的传动系统最常见的是二级传动,如图5-2所示,其传动原理如下:当测杆被工件抬高1毫米时,齿条上升1.6齿,由于齿轮Z2是16齿所以齿条推动齿轮Z2转动/10转.与Z2同轴的大齿轮Z3转过 1×1/10=100齿。小齿轮Z1是10齿,经Z3带动后,Z1及固定在其轴上的长指针下好转一周.因为刻度盘为100等分,故当测杆移动1毫米时,长指走100分度.由此可知,指针转过一个分度,相当于测杆移动0.01毫米.
上述关系也可以用数学式来表示.设齿条的节距为t则齿条移动１毫米所走过的齿数（也即１６齿齿轮走过的齿数）等于Ｚ＝1／t，16齿齿轮每个齿相对的弧度为2 /Z2,故此时1／t个齿轮过的弧度为这个弧度乘上大齿轮Z3与中心齿轮Z1的传动比,就是Z3转过的弧度.根据齿条移动1毫米.指针转1圈的设计要求知,这个弧度应为2 (即360o)把图5-2中的齿数Z1,Z2,Z3代入上式,可求出齿条的节距t= =0.625毫米;齿轮的模数m= =0.199毫米;百分表的放大比K= ·Z3/Z2=2 R根据国产百分表的指针长度R=25毫米可算出K≈150,故分度值为0.01毫米时,刻线间距为0.01×150≈1.5毫米.百分表有多种结构形式,齿轮传动中所采用的参数也不完全相同.例如二级传动的齿轮也有做成Z1=13,Z2=20,Z3=130的,齿条的节距t=0.5毫米,模数m=0.159(哈量产品百分表Z1=12,Z2=20,Z3=120).三级传动的齿轮数一般分别为12,60,15和16,放大比K=232,刻线间距是2.32毫米.有些小型百分表的传动比为104.尽管百分表的结构,参数不同,但是工作原理和计算方法是一样的.
二,百分表的构造
下面以哈量和成量生产的百分表为例,说明其各部分的图5-3百分表结构图
百分表主要由三个部件组成;
第一个部件是表体部分.在表体25的上端压配上套筒12,下端压配下套筒27.测杆17可在铜套11和26中上下滑动.挡帽5用螺纹装在测杆的上端,起限位作用,也可在测量时用来提起测杆,测头29用螺纹装在测杆的下端.挡块18用螺钉固定在测杆上,用来限制测杆的行程.导杆1用来导向和防止测杆转动.它的一端以螺纹和测杆相连,另一端在导槽块2的槽中滑动.拉力弹簧31拉测杆向下产生测力.它的两端分别挂在导杆1和螺钉3上.
第二个部件是传动系统.轴承座10用销钉22和螺钉28固定在圆座板20上.轴承板6用三只螺钉32固定在圆座板上的立柱上.齿轮4,7,9和23装在圆座板和轴承座之间.游丝3一端用销子固定在齿轮4的轴上,另一端用销子固定在圆座板上的立柱上.小刻度盘21用两只销子固定在圆座板上.短指针固定在齿轮4的轴上.长指针16与指针套19压配,指针套装在齿轮7的轴上.
第三个部件是读数装置部分.13是滚花表圈,表蒙15用弹簧胀圈14固定在表圈中,刻度盘24嵌在表圈内.
装配第一个部件与第二个部件时,先使测杆上的齿条与齿轮23啮合好,然后用三只螺钉将这两个部件固紧.第三个部件是利用圆座板上的两只片状销子33插入表圈的环形槽中,从而使第二,第三两个部件结合在一起.片状销子用螺钉34固定在圆座板上.刻度盘与圆座板之间有一个环形片簧,用以避免表圈幌动,并使刻度盘与表圈紧密贴合，在表圈转动时带动刻度盘一起转动，以便调整百分表零位．百分表后盖是用三只螺钉８固定在表体上．齿轮４叫做补偿齿轮，与游丝配合使用．百分表的齿轮一般制成压力角为20o的渐开线齿线.
百分表除上述结构外,常见的还有图5-4. 图5-5.和 图5-6.所示见种.
图5-4.螺杆与蜗轮啮合式百分表传动机构
图5-5小型百分表结构
图5-4.为螺杆与蜗轮啮合式百分表的传动机构.它的第一级为带有螺旋线的螺杆与蜗轮传动.这种表的刻度盘一般是不可转动的,调零靠旋旋转螺杆来实现,
图5-5是小型百分表的结构,由于表体尺寸小,多用扇形齿轮代替整圆齿轮.它的示值范围小,一般为0～3毫米.这种百分表的结构形式,传动方式,工作原理等与普通百分表相同.图5-6是一种三级传动的小型百分表传动机构.它具有三个齿轮副,特点是传动比大(K=232),因此刻线间距也大,读数精度也高.
图5-6三级齿轮传动百分表机构
下面分别介绍百分表的各种装置
(一)缓冲装置 当百分表测杆受到突然冲击时,测杆上的齿轮的啮合点瞬时受力很大,容易损坏齿轮,为克服这一缺陷,有的百分表采用了图5-7所示的缓冲装置.图中固定块5由螺钉6固定在测杆8上,齿条7可以在测杆上滑动,并借助拉力弹簧3紧密地靠在固定块上,当测杆向上急速运动时,如果作用力大于弹簧的拉力,测杆与齿条便发生相对运动,产生缓冲作用,避免齿轮受损.
(二)测杆导向装置 测杆导向的方式很多,除图5-3所示的以外,常见的还有图5-7到图5-15所示的几种.在图5-7中,采用双导杆2导向.导杆的一端插入导槽块1的导槽中,另一端分别与固定块5和齿条7连接.导槽块由三块组成,用螺钉固定在表体4上(见A-A局部社图).此结构导向作用稳定可靠,并且便于调整和修理.在图5-8中,导槽直接做在表体的内圆上,修理较困难.在图5-9中,导槽做在表体中部的突台上.在图5-10中,用导板代替导杆,导板固定在测杆上.测杆移动时,导板两端的凸出部分沿着后盖内表面滑动(图5-10a),或导板沿着后盖上两个凸起的平面导轨滑动(图5-10b).这种导向装置的缺点是,卸下后盖就失去导向作用;优点是容易修理.图5-11是较理想的一种导向结构.导杆伸进导槽内的一端做成球形,导槽块可以拆卸,因而修理时容易使导槽与导杆得到良好的配合图5-12所示结构是用螺钉将导杆夹持在测杆上,导杆的位置可以调节.在图5-13所示的百分表中,后盖和表体制成一体,导槽1直接开在后盖的内平面上,导杆2固定在测杆5上,可沿导槽上下滑动.在图5-14中,导槽块4固定在圆座板上,导杆5在导槽中滑动. 图5-15所示的导向装置是利用导板5和导槽4导向,其结构与图5-8相似.
图5-7缓冲装置和测杆导向装置之一
图5-8测杆导向装置之二
(三)行程限制器 百分表限制测杆行程的结构常见的有图5-3,和图5-13.到 图5-15所示的几种.在图5-3中,是利用挡帽5和挡块18限制测杆行程.有时也用一只螺钉旋在测杆上代替挡块限制行程上限在图5-13中,表壳后盖内平面上有个环形槽4,槽中装有一个弹簧3.当测杆5移动时,固定在测杆上的导杆2受弹簧的限制,从而限制测杆的行程.