杠桿表梨形測頭的設計
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。
?。?font face="Times New Roman">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
Ze——端面齒輪齒數
Zn——指針軸齒輪齒數
Z1——Zf與Zx嚙合的齒數
Z2——Ze與Zn嚙合的齒數
若杠桿表指針轉過的弧度數為rad，則有
rad＝2πZ2／Zn＝βZ／ZxZnfZe
令rad＝2π，則有
β＝2πZxZn／ZfZe
將上式與（1）式比較可得
arcsin［（c／b）sin（S／Rd）］＋S／Rd＝2πZxZn／ZfZe
或?。?em>c／b）sin（S／Rd）－sin［（2πZxZn／Zfｓe）－（S／Rd）］＝0 （2）
由（2）式即可求解出Rd
用牛頓法求解Rd的Qbasic程序為：
10 INPUT b，c，S
20 LET Rd＝16
30 LET Bita＝ANT（1）?8?Zx?Zn／Zf／Ze
40 LET Y＝c／b?SIN（S／Rd）－SIN（Bita－S／Rd）
50 LET Yd＝S／Rd＾2?（COS（Bita－S／Rd）－c／b?COS（S／Rd））
60 LET Rd＝Rd－Y／Yd
70 IF ABS（－Y／Yd／Rd）
＝0．00001 THEN 90
80 GOTO 30
90 PRINT “Rd＝”；Rd
100 END
?。?font face="Times New Roman">2）極坐標方程的建立
如圖3所示，首先計算梨形曲面漸開線的起始角A。
圖3
θ＝arctg（Sr／Rd）
A＝（π／2）－θ＝（π／2）－arctg（Sr／Rd）
梨形曲面的極坐標方程為
ρ＝Rd／cost
invt＝tgt－ｓ
式中 ρ——極徑
t——壓力角（rad）
invt——展開角（極角）
?。?font face="Times New Roman">3）球面半徑Sr的計算
如圖1所示，如果設定允許測桿偏離軸線的角度為t0，則
θ0＝tgt0－t0
Sr＝Rdtgθ0＝Rdtg（tgt0－t0）
注意：測頭根部半徑為Sr的球面的球心高于基圓。
2．漸開線型面坐標點的計算
漸開線型面的直角坐標方程為
求漸開線型面坐標點的Qbasic程序如下：
10 INPUT Rd，Sr
20 LET A＝ATN（1）?2－ATN（Sr／Rd）
30 PRINT “t”，“x”，“y”
40 FOR t＝0 TO 1 STEP 0．01
50 LET p＝Rd／COS（t）
60 LET INVt＝TAN（t）－t
70 LET x＝p?COS（INVt＋A）
80 LET y＝p?SIN（INVt＋A）
90 PRINT t，x，y
100 IF x＝0 THEN 120
110 NEXT t
120 END
利用此程序求梨形測頭頂點的方法如下：運行一次程序后，用倒數**個t值代替第40語句中“＝”號后的數，并把“STEP”后的數乘以0．01。如此反復操作，直至y值在萬分位之前不發生變化為止。這一y值就是頂點M（0，Ymax）中的Ymax值。然后用求極值的方法求Xmax，計算公式為
令
，則
sin（tgt－t＋A）tgt＝cos（tgt－t＋A）
從而解出
代入（3）式得
由此可求出梨形測頭的腰徑為
φ＝2Rdarctg（Sr／Rd）＝2Rdarctg［tg（tgto－to）］＝2Rd（tgto－to）
為便于在數控車床上加工梨形測頭，在程序的40語句中選擇適當的STEP的值，得到60多個坐標點，并將含有Xmax的N點和含有Ymax的M點納入其中，在設計圖上制成表示坐標點的表格。**在視圖上標出與梨形測頭的頂點、腰徑和漸開線基圓等有關的其它尺寸。
