防主尺磨损的游标卡尺的设计与应用

防主尺磨损的游标卡尺的设计与应用

孔宪慧1 ,段宏悦2 ,庞权1, 金磊1

1.通奥检测集团股份有限公司 864100   2.鼎佳达知识产权代理事务所 100013

摘要：此种带有防主尺磨损并可拆卸装置的数显游标卡尺，包括主尺、数显游标和防磨装置，数显游标滑动地套设于主尺上，主尺上设有刻度线，主尺的底部设有第一量爪，数显游标的底部设有第二量爪；防磨装置可拆卸地卡接于主尺背离刻度线的一侧，且位于第一量爪和第二量爪之间，防磨装置至少覆盖主尺的底部。本设计开发的可拆卸防磨卡尺，通过防磨装置卡接于主尺，可以在进行转动工件一周检测其外径最小值的检验方法时，对主尺进行保护，避免主尺被磨损，同时由于防磨装置为可拆卸连接，既可以在进行其它工件检测或卡尺调零时，将防磨装置拆卸而不影响游标的移动，也可以根据不同需要卡接于主尺的任意位置，便于携带存放和使用，从而提高卡尺的适用性。

关键词：主尺磨损 可拆卸 防磨装置 卡扣

一、背景概述

游标卡尺是一种量具，由主尺和在主尺上滑动的游标构成，主尺上具有测量刻度，游标以及主尺的底部各有一个量爪，用于夹持被检工件来工件尺寸，本公司主要用于石油钻具尺寸测的量。

在测量石油钻具外径时，依据相关标准的规定，其中一种测量方法是采用游标卡尺在工件的同一圆周处按120°角测量三次，取最小值作为该工件的直径尺寸，然后与标准规定允许值进行比较其是否符合使用要求。但是这种测量方法得到的数值不一定是该圆周上的最小值，因此，在实际测量过程中，检验人员使用数显游标卡尺，用一只手手持卡尺，把卡尺卡在石油钻具管体的外壁上，然后另一只手转动工件至少一周，通过手感及数显游标卡尺的即时读数来确定该圆周方向上的最小值作为该钻具的外径尺寸，通过这种测量方式可以得到被测圆周处较为准确的最小值，且该最小值小于或等于通过120°角测量三次的检测方式获取的最小值。

这种转动工件一周检测外径最小值的检验方法，是采用游标卡尺的两个量爪的内缘、主尺的底部与工件接触进行三点限位。卡尺的第一量爪、第二量爪是特殊定购的，其内缘镶嵌高硬度金属耐磨材，而主尺的硬度值不高，导致在检测过程中，主尺相对于量爪易产生磨损，尤其大批量检测时，游标卡尺的主尺磨损非常大，容易导致游标卡尺在主尺磨损部位进行测量时，易造成因游标不稳而导致的测量误差，影响检测结果，造成卡尺报废。因此，需要设计一种可拆卸防主尺磨损的组件的卡尺，来解决游标卡尺在进行转动工件一周检测外径最小值的检验方式过程中，主尺易磨损的问题。

二、设计目的

本设计的主要目的在于，解决游标卡尺在测量过程中主尺磨损的问题。

三、设计内容

为了实现上述目的，本设计提供一种防主尺磨损的可拆卸防磨装置的数显游标卡尺。

1、主尺带可拆卸防磨装置卡尺结构及原理

卡尺结构详见图1、图2。此种带有防主尺磨损并可拆卸装置的数显游标卡尺，包括主尺、数显游标和防磨装置，数显游标滑动地套设于主尺上，主尺上设有刻度线，主尺的底部设有第一量爪，数显游标的底部设有第二量爪；防磨装置可拆卸地卡接于主尺背离刻度线的一侧，且位于第一量爪和第二量爪之间，防磨装置至少覆盖主尺的底部。

本设计涉及的可拆卸防磨卡尺，通过防磨装置卡接于主尺，可以在进行转动工件一周检测其外径最小值的检验方法时，由防磨装置代替主尺而与工件接触，从而对主尺进行保护，避免主尺被磨损，同时由于防磨装置为可拆卸连接，既可以在进行其它较小工件检测或卡尺调零时，可以将防磨装置拆卸而不影响游标的移动，也可以根据不同需要卡接于主尺的任意位置，便于携带存放和使用，从而提高卡尺的适用性。

1——主尺

2——数显游标

3——防磨装置

4——刻度线

5——第一量爪

6——第二量爪

7——卡扣

8——防磨层

图1 游标卡尺结构正面示意图

图2 游标卡尺结构背面示意图

本设计涉及的可拆卸防磨卡尺，通过防磨装置卡接于主尺，可以在进行转动工件一周检测其外径最小值的检验方法时，由防磨装置代替主尺而与工件接触，从而对主尺进行保护，避免主尺被磨损，同时由于防磨装置为可拆卸连接，既可以在进行其它较小工件检测或卡尺调零时，可以将防磨装置拆卸而不影响游标的移动，也可以根据不同需要卡接于主尺的任意位置，便于携带存放和使用，从而提高卡尺的适用性。

本设计涉及的可拆卸防磨卡尺，既能够适用于如图1、图2所示的数显游标卡尺，也能够适用于如图3所示的刻度型游标卡尺，各游标卡尺均为现有产品，第一量爪和第二量爪用于检测长度或外径，主尺和游标的顶部还设有用于检测工件内径的量爪，第一量爪、第二量爪以及其余主尺及游标的结构以及检测原理均不再赘述。

1——主尺

2——刻度型游标

3——防磨装置

4——刻度线

5——第一量爪

6——第二量爪

7——卡扣

8——防磨层

图3 刻度型游标卡尺结构正面示意图

2、防磨装置结构及原理

如图1所示，防磨装置包括卡扣和防磨层，卡扣的顶部卡接于主尺的顶部，卡扣的底部卡接于主尺的底部，防磨层贴合设置于卡扣的底部之下。卡扣自主尺的顶部覆盖并卡接于主尺、自主尺的底部覆盖并卡接于主尺，用于实现组件的固定，防磨层用于固定于卡扣，用于防止卡扣磨损。

在本设计的一个实际应用中，卡扣由聚氯乙烯或聚乙烯等塑料制成，卡扣由塑料材质制成，使卡扣一方面不会对主尺造成磨损，另一方面使卡扣可以弯曲，便于拆卸。

在本设计的其它实例中，卡扣也可以由金属制成，且卡扣与主尺的贴合面铺设有软质保护层，软质保护层可以由橡胶、海绵等具有弹性缓冲作用的材质制成，从而保护卡尺。

3、卡口结构及原理

如图4所示，卡扣包括顶板、底板和连接于顶板和底板之间的连接板，顶板和底板相互平行，顶板位于主尺上方，底板位于主尺下方，顶板和底板的一端相对的表面分别相向伸出形成卡台，顶板的卡台与连接板用于夹持主尺的顶部，底板的卡台与连接板用于夹持主尺的底部。

8——防磨层

9——顶板

10——底板

11——连接板

12——卡台

图4 防磨装置结构示意图

卡扣以顶板、连接板、底板和一对卡台围成卡接区域，该卡接区域与主尺的厚度和高度相适配，从而可以使主尺卡接于该卡接区域内，使卡扣固定于主尺上。

卡台朝向连接板的一侧与连接板平行设置，卡台背离连接板的一侧与顶板或底板形成夹角a，夹角a不大于60°，从而可以便于观测主尺上的刻度线，主尺上设有一对滑槽，游标滑动连接于主尺的一对滑槽，主尺上的刻度线设于一对滑槽之间，卡台的高度小于位于下方的滑槽与主尺的底部之间的距离，即防磨装置卡接于主尺上时，卡台不凸出于滑槽，从而可以不遮挡刻度线，便于观测测量刻度，将夹角a设置在小于或等于60°，从而可以利于向卡台提供一定的厚度，以提高连接强度，又便于多角度观测刻度线，而避免视线被卡台挡住。

4、卡口背面圆角设计结构与原理

如图4所示，顶板和底板的另一端凸出于连接板，且顶板和底板的另一端与连接板通过圆角过渡连接，避免应力集中而导致顶板或底板断裂；顶板的一端与连接板之间形成的夹角、底板一端与连接板之间形成的夹角分别接近直角，以使顶板和底板与连接板之间形成的卡接区域与主尺适配。通过捏合顶板和底板背离卡台的一端，从而可以使顶板与底板的具有卡台的一端张开，而实现防磨装置的整体拆卸。

5、防磨层结构与原理

防磨层与卡扣的底板通过胶粘固定，便于防磨层的更换，提高防磨装置的使用寿命，防磨层优选通过双面胶与底板相粘接，材料简单易寻，当防磨层磨损时可以直接将防磨层拆下，重新粘接新的防磨层，操作过程简单快捷。防磨层为平板结构，可以便于与卡扣的底板固定，且防磨层可由铝、铜、碳钢或不锈钢制成，优选由铝制成，一方面防磨层可以防止卡扣的底板被磨损，另一方面，由于铝的硬度小于被检金属棒材、钢管、钻具等工件的硬度，防磨层可以减少对被检工件的磨损。

6、夹持杆结构与原理

如图5和图6所示，卡扣还可以加装一对夹持杆，此设计是在连接板的两侧凸出于顶板和底板，顶板和底板位于卡台处分别设有贯穿的连接孔，连接孔的轴向与连接板平行，夹持杆以中部为中心、两端呈对称弯折设置，一对夹持杆的两端分别插接于顶板的连接孔的两端、以及底板的连接孔的两端，且接触于连接板，连接板为夹持杆提供旋转支点，一对夹持杆的中部上下齐平。连接板凸出于顶板和底板的部分分别与顶板的底部表面和底板的顶部表面齐平，以使顶板和底板能够分别贴合于主尺的顶部和底部。

8——防磨层

9——顶板

10——底板

11——连接板

12——卡台

13——夹持杆

图5

14——连绳

图6

夹持杆的中部平行于连接板设置，使用时，夹持一对夹持杆的中部，使夹持杆的另一端压于连接板并翻转张开，从而带动顶板和底板张开，而实现卡扣与主尺的拆卸和脱离，便于更换以及检测其它尺寸零件。夹持杆的两端相对弯折形成未封闭的环形，连接孔为通孔，夹持杆的未封闭端分别自连接孔的两端卡入顶板或底板，远离未封闭端的中部则用于捏合而使顶板和底板张开。一对夹持杆的中部之间可连接有连绳，以保持位于下方的夹持杆呈水平状态，避免因重力掉落而与工件接触，导致妨碍测量。该连绳优选为弹力绳。

7、量爪防磨结构

建议直接采购卡尺生产厂家制造的第一量爪和第二量爪相向的一侧贴合有防磨金属条的游标卡尺，原因是其防磨金属条结合牢靠、卡尺归零及测量时方便及精确。

三、应用

加装主尺防磨装置的数显卡尺，用于石油钻具测量外径，采用通过卡尺的第一量爪、第二量爪以及主尺三面接触于工件，并转动工件至少一周而检测工件在该圆周上最小外径值的方法，测量结果准确。

可以针对现有的不同规格的卡尺上进行加装相应的主尺防磨装置。此防磨装置易于加装、拆卸及携带保存，当使用时，可直接将防磨装置卡接于主尺上，且卡接在第一量爪和第二量爪之间，当需要保存或携带时，则可以将防磨装置拆下，将第一量爪和第二量爪贴合，并将防磨装置卡接于第二量爪外侧的主尺上，从而便于携带和存放，且不影响卡尺的使用，防磨装置操作制作简单、加装、拆卸方便快捷，防磨装置可以单独拆卸保存，也可以与卡尺一起卡接保存，使用时，防磨装置安装于卡尺上且与主尺之间不易相互滑动，通过防磨装置可以杜绝主尺的磨损，杜绝因主尺的磨损产生的卡尺报废，节约采购成本，以规格为300mm的数显游标卡尺为例，测量钻具外径约为4、5千根时，产生1把因主尺磨损报费的卡尺，当检测量为30万根时，可节约采购成本约6万元-9万元。

结束语

带防主尺磨损的可拆卸防磨装置的游标卡尺，不仅仅在石油钻具外径测量中应用，还可应用到所有圆筒型工件外径尺寸的测量中。

参考文献：

〔1〕塔里木油田分公司标准化技术委员会 石油钻具检测分级技术规程：Q/SY TZ 0382-2014[S].新疆 中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司 2014