專利名稱：可控間隙活塞壓力計(jì)用的低外壓活塞套筒組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可控間隙活塞壓力計(jì)用的低外壓活塞套筒組。
背景技術(shù)：
活塞壓力計(jì)是高準(zhǔn)確度高穩(wěn)定性的壓力計(jì)量儀器，普遍用來作為國家基準(zhǔn)和一、二等計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，但在工作壓力升高時(shí)，其套筒受內(nèi)壓作用而內(nèi)徑有所增大，因而導(dǎo)致活塞與套筒的配合間隙增加，當(dāng)內(nèi)壓與砝碼的重力平衡時(shí)，由于間隙中不斷流出液體而造成活塞下降速度太快甚至不能達(dá)到平衡，盡管現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)已能制造出用碳化鎢材料加工的套筒，但是在壓力超過500MPa時(shí)，套筒的變形仍然不可忽視。
如圖1所示，在1953年美國就研發(fā)了一種可控間隙的活塞壓力計(jì)，其工作原理為在套筒20的外壁再施加一路壓力30使套筒20變形而內(nèi)徑縮小，使活塞10與套筒20的配合間隙40在高壓下仍然保持較小。
如圖2所示，目前常用的超高壓活塞壓力計(jì)產(chǎn)品為Harwood-1400MPa可控間隙活塞壓力計(jì)，該壓力計(jì)的活塞50與套筒60的配合段自套筒60頂端起約長16mm，而套筒60受均勻的外套壓力70作用時(shí)變形最大的區(qū)域在離頂端約24mm處，這樣的結(jié)構(gòu)就使得外套壓力70的作用效果較差，當(dāng)活塞壓力計(jì)的平衡壓力80達(dá)到1400MPa時(shí)，外套壓力70達(dá)到1032MPa，對外套缸90的強(qiáng)度要求很高，若要將平衡壓力80提高到1500MPa，外套壓力70就要達(dá)到1100MPa，一般雙層過盈配合的外套缸90也滿足不了強(qiáng)度要求。
另外，如圖3所示，在Harwood-1400MPa活塞壓力計(jì)中，活塞50的頂端制成60°截頭錐形，與之相配的承壓頭51則做成一個(gè)帶圓弧的錐孔，在承壓頭51帶動(dòng)活塞50轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不可避免的有一些晃動(dòng)，而活塞50的直徑為2.060mm，由碳化鎢材料制成，承受的砝碼載荷為512kg，工作時(shí)所有重力都由活塞頂端一個(gè)支樞來承受，當(dāng)砝碼與承壓頭稍有晃動(dòng)時(shí)很容易將活塞折斷。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中外套壓力的作用效果較差，活塞容易被折斷的缺陷，提供了一種可控間隙活塞壓力計(jì)用的低外壓活塞套筒組。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種可控間隙活塞壓力計(jì)用的低外壓活塞套筒組，其包括一個(gè)套筒、一個(gè)設(shè)在該套筒內(nèi)的活塞及一個(gè)與該活塞配合的承壓頭，該承壓頭的下端設(shè)有一個(gè)內(nèi)沉式圓柱孔，該內(nèi)沉式圓柱孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)滾珠，且該滾珠置于該活塞上端。
其中，該活塞上端設(shè)有一個(gè)活塞頭，該活塞頭的上部為130°錐面。
其中，該套筒的頂端設(shè)有一個(gè)下沉段，該活塞頭置于該下沉段內(nèi)。
本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于在均勻分布的外套壓力作用下，套筒的下沉段，使套筒中變形最大處正處于活塞與套筒的配合段之內(nèi)，這樣在不改變套筒外徑、活塞與套筒的配合段長度等關(guān)鍵參數(shù)的條件下，降低了外套壓力，并且套筒在外套壓力下把活塞抱得更緊；活塞頂端裝了一個(gè)活塞頭通過一粒滾珠與承壓頭配合，便于加工，能適應(yīng)輕微的砝碼晃動(dòng)，即使承壓頭有較大晃動(dòng)，也不容易把活塞折斷，活塞壓力計(jì)的受力情況不變，壓力計(jì)的靈敏閾也不會(huì)改變。


圖1為常見的可控間隙活塞壓力計(jì)工作原理圖。
圖2為Harwood-1400MPa活塞壓力計(jì)的活塞與套筒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中活塞與承壓頭的局部放大圖。
圖4為本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例活塞與套筒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實(shí)用新型配合入壓力計(jì)后的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
如圖4、圖5所示，一種可控間隙活塞壓力計(jì)用的低外壓活塞套筒組，其包括一個(gè)套筒1、一個(gè)設(shè)在該套筒1內(nèi)的活塞2及一個(gè)與該活塞2配合的承壓頭3，該承壓頭3的下端設(shè)有一個(gè)內(nèi)沉式圓柱孔31，該內(nèi)沉式圓柱孔31內(nèi)有一個(gè)滾珠4，且該滾珠4置于該活塞2上端。
套筒1的頂端設(shè)有一個(gè)直徑10mm的下沉段11，盡管配合段長度仍為16mm，套筒1外壁的密封圈5位置不變，在均勻分布的外套壓力6作用下，內(nèi)孔變形最大的位置仍在兩個(gè)密封圈5的中間位置，即距離套筒1頂端24mm處，在套筒1中變形最大處正處于活塞2與套筒1的配合段之內(nèi)，這樣在同樣的外套壓力6下套筒1將把活塞2抱得更緊一些。
活塞2頂端上套入一個(gè)直徑為8mm的活塞頭21，活塞頭21的上部加工成130°錐面，當(dāng)一粒直徑9mm的滾珠4置于其上時(shí)可以使底部和側(cè)面同時(shí)與活塞頭21接觸，在承壓頭3上加工了一個(gè)內(nèi)沉式圓柱孔31，9mm直徑的滾珠4則埋入圓柱孔31中。這種結(jié)構(gòu)形式可以使承壓頭3在晃動(dòng)時(shí)不會(huì)有明顯的側(cè)向力施加到活塞2上，不容易把活塞2折斷。
本實(shí)用新型在1500MPa可控間隙活塞壓力計(jì)上實(shí)施，其活塞2的直徑為2.0616mm，長度為50mm，用YG-8碳化鎢制成，活塞頭21的直徑為8mm，高度為11mm，上端的錐度為130°，用1Cr18Ni9Ti不銹鋼制成，套筒1的外徑為26mm，內(nèi)徑為2.0630mm，與活塞2的配合間隙約為1.4μm，套筒1由40CrNiMo鋼制成，外套缸7的外徑為180mm，內(nèi)徑為30mm，外套缸7有兩種結(jié)構(gòu)形式，第一種是整體式，由40CrMnSiMoVA鋼制造，材料屈服強(qiáng)度σs1＝166kg/mm2，用最大剪切應(yīng)力理論計(jì)算最大容許內(nèi)壓Pi1max＝914MPa，第二種為雙層過盈配合式，由40CrNiMo鋼制造，材料屈服強(qiáng)度σs2＝130kg/mm2，用同樣方法計(jì)算最大容許內(nèi)壓Pi2max＝1022MPa。
針對Harwood-1400MPa活塞壓力計(jì)的活塞套筒結(jié)構(gòu)，外套缸采用整體式結(jié)構(gòu)，經(jīng)過大量試驗(yàn)得出了活塞下降率為每毫米10分鐘時(shí)外套壓力Pj10H與平衡壓力PmH之間的關(guān)系為Pj10H＝0.68PmH+80(1)式中參數(shù)均以MPa為單位，由上式即可算出下列結(jié)果PmH1＝1200MPa，Pj10H1＝896MPa；PmH2＝1400MPa，Pj10H2＝1032MPa；PmH3＝1500MPa，Pj10H3＝1100MPa；在實(shí)際試驗(yàn)中當(dāng)平衡壓力達(dá)到1300MPa，外套壓力達(dá)到910MPa時(shí)，外套缸就發(fā)生了開裂性的破壞，與最大剪切應(yīng)力法計(jì)算的結(jié)果相近。
實(shí)驗(yàn)證明，采取本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)后，外套壓力Pj10s與平衡壓力Pms之間的關(guān)系為Pj10s＝0.5249Pms+78.34(2)式中參數(shù)均以MPa為單位，當(dāng)Pms達(dá)到1500MPa時(shí)Pj10s為865.69MPa，不僅40CrNiMo鋼制造的雙層熱套式外套缸可以承受，而且40CrMnSiMoVA鋼制造的整體式外套缸也可以承受。
由上可見，本實(shí)用新型在不改變套筒外徑、活塞與套筒的配合段長度等關(guān)鍵參數(shù)的條件下，降低了外套壓力，并且套筒在外套壓力下把活塞抱得更緊，活塞頂端裝了一個(gè)活塞頭通過一粒滾珠與承壓頭配合，便于加工，能適應(yīng)輕微的砝碼晃動(dòng)，即使承壓頭有較大晃動(dòng)，也不容易把活塞折斷，活塞壓力計(jì)的受力情況不變，壓力計(jì)的靈敏閾也不會(huì)改變。
權(quán)利要求1.一種可控間隙活塞壓力計(jì)用的低外壓活塞套筒組，其包括一個(gè)套筒、一個(gè)設(shè)在該套筒內(nèi)的活塞及一個(gè)與該活塞配合的承壓頭，其特征在于，該承壓頭的下端設(shè)有一個(gè)內(nèi)沉式圓柱孔，該內(nèi)沉式圓柱孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)滾珠，且該滾珠置于該活塞上端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低外壓活塞套筒組，其特征在于，該活塞上端設(shè)有一個(gè)活塞頭，該活塞頭的上部為130°錐面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低外壓活塞套筒組，其特征在于，該套筒的頂端設(shè)有一個(gè)下沉段，該活塞頭置于該下沉段內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可控間隙活塞壓力計(jì)用的低外壓活塞套筒組，其包括一個(gè)套筒、一個(gè)設(shè)在該套筒內(nèi)的活塞及一個(gè)與該活塞配合的承壓頭，該承壓頭的下端設(shè)有一個(gè)內(nèi)沉式圓柱孔，該內(nèi)沉式圓柱孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)滾珠，且該滾珠置于該活塞上端。套筒的下沉段，使套筒中變形最大處正處于活塞與套筒的配合段之內(nèi)，這樣在外套壓力下套筒將把活塞抱得更緊，并且，活塞頂端裝了一個(gè)活塞頭通過一粒滾珠與承壓頭配合，即使承壓頭有較大晃動(dòng)，也不容易把活塞折斷。
文檔編號G01L19/00GK2898796SQ20062004038
公開日2007年5月9日 申請日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者顧世杰 申請人:上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院