螺栓球角度测量仪的设计与测量

近年来，建筑行业一种新型的网架结构很快得到普及。其特点是零件容易加工，安装灵活方便，造型别致。网架结构是应用力学原理，把重力按一定的角度进行分散作用，它是靠钢管和螺栓球节点连接实现的。螺栓球是这一结构的重要零件，其加工质量直接影响网架结构的力学性能。

　　螺栓球的质量控制有六项指标：1.球毛坯直径；2.球的圆度；3.螺栓球螺孔端面与球心距；4.同一轴线上两螺孔端面平行度；5.相邻两螺孔轴线间夹角；6.螺孔端面与轴线的垂直度。我们可以看出：相邻两螺孔轴线间夹角要求±30＇,这个参数很重要，但用传统的方法测量很烦琐，为此我们设计了螺栓球角度测量仪。该测量仪除可测量角度外，配合一些工具也可以测量螺栓球的其它参数。

　　在国家标准中，螺栓球直径规格一般是从100mm至260mm。螺孔个数多少不等，一般3-9个孔。每个螺孔的轴心线都通过球心。螺栓球上的螺孔位置，在图纸上是采用角坐标空间标注的。螺栓球角度测量仪也是采用角坐标方法读数。测量仪的两个坐标分别通过球心的水平坐标（X坐标）和球心的垂直坐标（Z坐标），并通过测量仪定位杆的移动定位，读出测量仪的转动角度实现测量。测量仪的结构原理如图所示。

螺栓球角度测量仪器原理图

　　测量仪的底座1上设置了转盘2,这两个部件的作用是形成一个平面角度转动系统。转动轴系可以采用滚珠结构，转动精度比较高，承载能力也能达到要求。同时在底座上安装了分度值为2＇的游标3,还设置了锁紧手轮5。在水平转盘2外圆周上镶有分度值为30'的360o的度盘。整个水平转盘系统精度指标控制在 3＇～4＇。在水平转盘2上固定了弧形臂架6,在臂架上镶有齿轮和齿条，转动导向手轮8,通过齿轮齿条作用，带动定位杆部件7一起在弧臂架上移动。另外在弧形臂架和定位杆部件上也镶有度盘4和游标3,其通过螺栓球心的水平轴线为0刻度，向上为正刻度，向下为负刻度，测量范围为±75°,精度控制在3＇～4＇。上下螺纹芯杆9分别可在圆弧臂架和基座上里外拉动，并可固定。要求两螺纹芯杆在同一轴线上，并且芯杆轴线方向刻有圆周指标线毫米刻度。

　　测量时，首先在下螺纹芯杆上拧上螺栓球10,并加以固定，然后拧入上芯杆，并且调整上下芯杆的指示刻度一样大小。这样做的目的是，通过标准芯杆端面定位，使得螺栓球的水平轴线通过弧形臂架的实际0刻度线。这种调整在同一规格批量测量下，下芯杆可以不动，也不用调整了。具体读数时，首先转动转盘和弧形臂架上的定位杆部件，使定位杆插入第一个螺孔A1内，此定位杆前端带有1:10锥度，靠与内螺纹的牙顶接触定位，此方法定位已给定精度指标。这时可以读得水平转角α1和Z方向转角β1;接着可以用同样方法，将定位芯杆插入与第一个螺孔相邻的第二个螺孔A2内定位。再读得水平转角α2和Z方向转角β2。|α2-α1|=α,所得结果α即为第一个螺孔轴线与第二个螺孔轴线在水平面上的投影角，此角也是图纸上标注的角度。若α、β1、β2与图纸标注一样，则可认为所测角度合格了。若有偏差，还需进行计算。求出实测角度的空间角值和图纸上标注的空间角值γ,要求不超过±30＇。计算公式为γ=arccosα. cosβ。其中α为两螺孔轴线在水平面投影角；β为垂直于水平面的平面上的投影角（β=|β2-β1|）。

　　螺栓球角度测量仪的总体设计误差为6＇～8＇,完全满足测量精度要求。若有条件也可以增加一些装置，实现自动测量，微机数据处理。不仅使数据处理速度更快、更准确，而且可以留下测量记录以备查阅。