千分尺（包括万量千分尺）是一种基于螺旋传动原理和精密刻度读数的高精度测量工具，主要用于测量物体的长度、厚度、外径等尺寸，精度可达 0.01mm（部分高精度型号可达 0.001mm）。其设计原理可从核心传动、结构组成、读数逻辑和精度保证四个方面展开：

一、核心传动原理：螺旋副的微小位移转换

千分尺的核心是测微螺杆与螺母的螺旋传动，利用螺旋结构将 “角位移” 转化为 “轴向直线位移”，实现微小距离的精确控制和测量。


  • 螺距设计：测微螺杆的螺纹螺距通常为 0.5mm（即螺杆每旋转 1 周，轴向移动 0.5mm）。

  • 微分筒刻度：套在测微螺杆上的 “微分筒”（可转动）表面刻有 50 等分刻度。当微分筒旋转 1 小格时，螺杆的轴向移动距离为：
    这就是千分尺能实现 0.01mm 精度的基础。

二、结构组成：各部件的功能设计

千分尺的结构需配合螺旋传动实现稳定测量，核心部件包括：


部件功能设计
固定套筒刻有主刻度（每格 1mm）和半毫米刻度（0.5mm），作为读数基准；与砧座刚性连接。
微分筒套在测微螺杆上，可随螺杆旋转；表面刻有 50 等分刻度，用于读取 0.01mm 级微小位移。
测微螺杆一端与微分筒固定，另一端为测量面（通常嵌硬质合金）；旋转时沿轴向移动，实现测量。
砧座固定测量面（嵌硬质合金），与固定套筒刚性连接，作为测量基准。
锁紧装置通常为棘爪或螺钉，可固定测微螺杆位置，防止读数时螺杆移动导致误差。
棘轮旋柄位于微分筒末端，转动时通过棘爪带动微分筒，避免过度用力导致工件或螺杆变形（保护精度）。

三、读数逻辑：双刻度叠加实现精确测量

千分尺的读数是固定套筒刻度与微分筒刻度的叠加，具体规则：


  1. 读取固定套筒整数部分：固定套筒上每格 1mm，若微分筒边缘超过某条 “半毫米刻度线”（0.5mm），则需额外加 0.5mm。

  2. 读取微分筒小数部分：找到微分筒上与固定套筒基线对齐的刻度线，该刻度数 ×0.01mm 即为小数部分。

  3. 总读数 = 固定套筒整数（+0.5mm，若超过）+ 微分筒读数。


示例：固定套筒显示 3mm，且微分筒边缘超过 0.5mm 刻度线，微分筒第 23 格与基线对齐，则总读数 = 3+0.5+23×0.01=3.73mm。

四、精度保证的设计细节

  1. 无间隙传动：测微螺杆与螺母采用高精度螺纹副（通常为梯形螺纹），部分型号通过 “双螺母调隙结构” 消除螺纹间隙（避免 “空程误差”—— 反向旋转时螺杆不立即移动）。

  2. 耐磨测量面：测微螺杆和砧座的测量面嵌硬质合金（如钨钴合金），硬度高、耐磨性强，保证长期使用后测量面不磨损变形。

  3. 刚性结构：固定套筒、砧座等主体采用高碳钢或工具钢（如 Cr12MoV），经热处理（淬火、回火）提高刚性，避免受力变形。

  4. 温度稳定性：核心部件选用热膨胀系数小的材料（如合金工具钢），并在标准温度（20℃）下校准，减少温度变化对测量的影响（温度每偏差 1℃，钢材长度约变化 0.012mm/m）。

  5. 零位校准：当测微螺杆与砧座并拢时，微分筒零刻度需与固定套筒基线对齐；若偏差，可通过调零螺钉（部分型号）校准，确保初始零位准确。

万能千分尺的特殊设计

万能千分尺在基础原理上增加了多功能测量适配性，例如：


  • 配备可更换测头（如球形、平面、尖形测头），可测量凹槽、球面、台阶等复杂形状工件；

  • 测砧可旋转或调整角度，适应不同测量场景（如测量管壁厚、键槽宽度等）；

  • 部分型号集成数显功能（电子千分尺），通过传感器直接显示数字读数，减少人为读数误差，但核心的螺旋传动原理仍适用。


综上，千分尺的设计核心是 “螺旋传动将角位移转化为微小直线位移”，配合精密刻度实现高精度测量，再通过结构优化（无间隙、耐磨、刚性）保证长期精度。万能千分尺则在基础结构上扩展了测量场景的适应性。