周曉琳黃德群李桂香陳 軍

標槍軸線中點圓跳動公差檢測裝置的研究

周曉琳1,2黃德群1,2李桂香1,2陳 軍1,2

（1 廣東省醫(yī)療器械研究所，廣州 510500；2 廣東省質(zhì)量監(jiān)督體育用品檢驗站，廣州 510500）

標槍軸線中點的圓跳動公差值是影響飛行質(zhì)量的重要參數(shù)，研發(fā)一種標槍軸線中點圓跳動公差檢測裝置，以可靠、準確、快速的得出軸線中點的圓跳動公差值，控制比賽標槍質(zhì)量。使用本裝置時，只需將標槍裝入標槍上端以及下端定位機構(gòu)間并鎖緊彈性錐套，移動調(diào)節(jié)滑塊到標槍中點位置，調(diào)整圓跳動測量設(shè)備探針與標槍表面接觸，旋轉(zhuǎn)標槍即可測得標槍軸線中點的圓跳動量。實驗證明，本裝置使用方法比傳統(tǒng)方法更簡單，測量結(jié)果設(shè)備誤差和操作誤差小，重復(fù)性高，可滿足多規(guī)格標的測量要求。

標槍 圓跳動公差 同軸度 彈性錐套

引言

體育比賽用標槍是兩端為圓錐形的細長軸結(jié)構(gòu)，長度從2100mm到2700mm不等[1]。生產(chǎn)過程中的人為因素及加工誤差，以及長時間不適當?shù)臄[放方式都會造成標槍彎曲變形，影響標槍的同軸度。而同軸度是國際田聯(lián)控制標槍質(zhì)量的重要參數(shù)之一，對比賽成績起著不可忽視的作用[2]。徑向圓跳動公差是關(guān)聯(lián)實際被測要素繞基準軸線回轉(zhuǎn)一周或連續(xù)回轉(zhuǎn)時所允許的最大跳動量[3]，可以同時控制圓度誤差和同軸度誤差，具有綜合控制能力強且檢測方法簡單等特點[4]，因此使用標槍軸線中點的圓跳動公差來控制標槍質(zhì)量，已成為行業(yè)內(nèi)的共識。但是在標準GB/T 22765-2008《標槍》中沒有明確指定詳細的圓跳動量檢測裝置及方法，實際的檢測手段是由各檢測機構(gòu)及生產(chǎn)企業(yè)自行制定。沒有統(tǒng)一的標準檢測設(shè)備及質(zhì)量監(jiān)控手段，測量結(jié)果容易受到檢測裝置精度及操作人員的影響，認同度不高，爭議大，難以適應(yīng)比賽賽事對標槍質(zhì)量的控制要求。因此，設(shè)計一種高精度的標槍軸線中點圓跳動檢測裝置，適應(yīng)不同規(guī)格標槍的快速檢測要求，是目前我國體育用品檢測領(lǐng)域亟待解決的問題。

1 檢測裝置的設(shè)計

標槍規(guī)格型號多且兩端錐度不同，沒有中心定位孔，使用V型槽固定模式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝耗時且測量結(jié)果重復(fù)性差[5]。新型檢測裝置需要具有快速調(diào)節(jié)測量長度及固定錐形標槍軸線的功能；另外標槍為細長軸結(jié)構(gòu)，在水平放置的模式下，自身重力會產(chǎn)生較大的變形[6]，因此檢測裝置采用垂直夾裝模式，以克服重力引起的工件變形，提高檢測精度。

本檢測裝置由支架、標槍固定系統(tǒng)及圓跳動檢測系統(tǒng)組成。標槍固定系統(tǒng)分為定位裝置和緊固裝置兩部分。定位裝置用來確定標槍與地面垂直，同時保證標槍兩端處于同一軸線上；緊固裝置用來固定標槍，保持標槍在旋轉(zhuǎn)檢測過程中的兩端軸線位置不變。檢測系統(tǒng)由位置調(diào)節(jié)裝置和測量設(shè)備構(gòu)成。將標槍放入固定系統(tǒng)，調(diào)節(jié)固定好位置后，把檢測設(shè)備對準標槍槍身中點，轉(zhuǎn)動標槍即可科學(xué)、快速、準確地測量出標槍的圓跳動公差值，所得的測量結(jié)果設(shè)備誤差和操作誤差小，重復(fù)性高。本文設(shè)計的標槍軸線中點圓跳動公差檢測裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　標槍軸線中點圓跳動公差檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖

檢測裝置支架由底座及垂直于底座的方型導(dǎo)軌組成。定位裝置分為下端定位裝置及上端定位裝置，上下定位裝置內(nèi)置有高精度的滾動軸承及彈性錐套。彈性錐套是帶有圓錐外螺紋的高精度定心構(gòu)件，通過鍵固定于軸承內(nèi)孔上，形成與滾動軸承軸線重合的標槍端頭夾持孔。標槍下端定位裝置安裝在底座上，可在底座平面內(nèi)的X、Y方向微調(diào)，保證其中心軸線與上端定位裝置中心軸線重合。上端定位裝置安裝在方型導(dǎo)軌上，可上下移動，以適應(yīng)不同型號標槍的長度要求。圓跳動檢測系統(tǒng)安裝在上下端定位裝置間的方型導(dǎo)軌上，可快速移動到標槍的中點位置。緊固裝置是與彈性錐套配合的的錐形內(nèi)螺母，控制螺母的旋入長度，可以改變彈性錐套夾持孔的大小，從而將標槍端部與軸承內(nèi)圈鎖緊，確保兩者軸線的高度重合。

2 檢測實驗

檢測對象：標槍長度2700mm，類型：成年男子練習(xí)標槍，出廠檢驗符合標準GB/T 22765-2008《標槍》的要求，將此標槍采用本設(shè)計裝置進行實驗，測量其圓跳動公差。具體步驟如下：

（1）進行裝置校驗。用高精度標準軸校對下端定位裝置，使上下端定位裝置中的彈性錐套同軸；

（2）檢測圓跳動公差。根據(jù)標槍長度，沿導(dǎo)軌移動上端定位裝置到適合位置，放入標槍，旋入錐形內(nèi)螺母，鎖緊標槍兩端，再移動測量裝置到標槍槍身的中點位置，緩慢轉(zhuǎn)動標槍，快速完成標槍軸線中點圓跳動公差的檢測。

重復(fù)上述步驟10次，得到的圓跳動公差數(shù)據(jù)見表1。

表1　10次標槍軸線中點圓跳動公差檢測數(shù)據(jù)

從表1數(shù)據(jù)分析可知，本裝置檢測的標槍軸線中點圓跳動公差最大值為1.81mm，最小值為1.76mm。根據(jù)數(shù)學(xué)公式，可求得：

算術(shù)平均值L-=1.784，標準偏差σ=0.015，算術(shù)平均值的標準偏差σL-=0.0050mm。

根據(jù)拉依達準則，3σ=0.0474，故不存在粗大誤差，所有測量數(shù)據(jù)有效，可得該標槍軸線中點圓跳動公差測量結(jié)果為：L=L-±3σL-=31.784±0.015mm，其誤差在±0.015mm范圍的可能性達99.73%，說明本裝置檢測結(jié)果重復(fù)性較高，能有效減少隨機性誤差。

3 討論

本裝置利用定心精度高的彈性錐套來夾持固定標槍，槍身僅受軸線方向的壓力，避免了徑向力的干擾，使得標槍軸線與軸承旋轉(zhuǎn)軸線高度重合，保證了圓跳動公差檢測過程中基準軸線的一致性與穩(wěn)定性。滾動軸承低旋轉(zhuǎn)摩擦力的特性，可避免標槍滑動自轉(zhuǎn)摩擦力帶來的變形，能進一步提高測量精度。同時，標槍上端定位裝置及測量系統(tǒng)安裝在高精度的導(dǎo)軌上，可滿足不同長度標槍的測量要求，并保證了儀器精度的一致性。相對現(xiàn)有的檢測設(shè)備，本裝置具有穩(wěn)定、準確、快速等特點，可以最大限度地消除了人員操作、設(shè)備誤差等因素的影響，提高檢驗機構(gòu)數(shù)據(jù)的準確性和可重復(fù)性，提升不同檢測單位、檢測人員間檢驗結(jié)果的可比性，能滿足全國體育用品檢測機構(gòu)、標槍生產(chǎn)企業(yè)和上規(guī)模競技運動中心的檢定及日常檢測要求。

[1]GB/T 22765-2008，標槍[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2]王倩，于芳晏，佘軍標，左斌.決定標槍飛行遠度因素的系統(tǒng)分析[J].北京體育大學(xué)學(xué)報，1999，22(2)：106-110.

[3]胡國軍.淺析跳動公差的合理選用[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2001，21（4）：66-68.

[4]李蘭，彭偉，馬海榮.零件精度設(shè)計中跳動公差應(yīng)用研究[J].煤礦機械，2004，（7）：15-16.

[5]張燁.機針圓跳動測量儀的研制[J].機械設(shè)計，2004，（4）：77.

[6]張雄偉.一種細長軸跳動度檢測裝置：中國，CN203203579U[P]. 2013-09-18.

Research on the Axis Midpoint Circular Runout Tolerance Detection Device for Javelin

ZHOU Xiaolin,HUANG Dequn,LI Guixiang,CHEN Jun
(Guangdong institute of medical institution/Guangdong Provincial Quality Supervision Station for Sporting Goods Inspection,Guangzhou 510500)

To javelin axis midpoint circular runout tolerance value is an important parameter affecting the quality of flight, to develop a javelin axis midpoint circle runout tolerance test device, in a reliable, accurate and fast axis of midpoint circle runout tolerance value, control the quality of the javelin. Using this device, just put the javelin in javelin between top and bottom positioning and locking elastic taper sleeve, move to adjust the slider to the javelin neutral position, adjust the circular runout measuring equipment probe and javelin surface contact, rotate the javelin axis can be measured javelin midpoint circle to beat. Experiments show that this device using method is simpler than the traditional methods, the measurement error and the operation of equipment, high repeatability, can meet the measurement requirement of many specifications.

javelin,circle runout tolerance,concentricity, stretch taper sleeve

廣東省促進科技服務(wù)業(yè)發(fā)展計劃項目“標槍軸線中點圓跳動公差檢測裝置的研制”（2012B040302014）。