專利名稱：特深內(nèi)孔洛氏硬度計的制作方法
一、概述我們研制的特深孔洛氏硬度計，是為解決石油泵管(直徑Φ38～Φ100.5)內(nèi)孔硬度專用的洛氏硬度計。本儀器也可測除石油泵管以外的其它管件的內(nèi)孔硬度。它克服了類似儀器加工工藝復雜，以及負荷彈簧加力不準，測量孔深度小等缺點，為成品無損和現(xiàn)場檢測帶來方便。
二、主要技術參數(shù)1測量孔徑Φ38～100.52深量深度0～8003固緊力150Kg4深量硬度范圍HRC25～725初載允差10Kg±2%變動度<1.5%6總載允差60Kg±1%變動度<0.5%7儀器示值誤差±1.5HR8儀器示值變動度2HR三、工作原理(

圖1示)本儀器是根據(jù)洛氏原理設計的，采用園錐角120°，頂端園弧半徑為0.2mm的金剛石壓頭。初負荷為10公斤，主荷負為50公斤，總荷為60公斤的非傳統(tǒng)洛氏載荷(傳統(tǒng)150公斤)。其具體方法是先后在被測工件表面上旋加初負荷，讓金剛石壓頭慢慢壓入試件表面，再加主荷保持一定時間，卸去主荷，保留初荷，整個過程深度，由位移傳感器測得后，即可根據(jù)洛氏公式得出HR硬度值，其原理見圖1。
1旋加初負荷F0＝10公斤，金剛石壓頭壓入工件表面h02旋加總負荷F＝60公斤，金剛石壓入深度為h23卸去主負荷，保留初負荷時，金剛石的壓入深度為h1HR＝100－ (｜h1-h0｜)/(c) ×n
HR為硬度單位100-指示器量程值C-常數(shù)為0.002mmn＝1四、儀器的結(jié)構(gòu)特點及主要部件結(jié)構(gòu)計算本儀器是根據(jù)石油泵管的測試要求而設計的，主要特點是測量工件孔徑范圍大(Φ38～100.5)進入工件深度長，而且都是作成品檢測，破壞性要小，根據(jù)這些要求在研制中，從原理和結(jié)構(gòu)上克服了現(xiàn)有內(nèi)孔硬度計靠負荷彈簧加力，因彈簧工藝性能難以保證，從而造成加力不準影響測量精度等缺點。而且能夠測量HRA、HRC、HR15N、HR30N、HR45N。通過求解得出模擬曲線及方程。通過微機還可得出相應的HRB、HB、HV等硬度值。
本儀器主要由壓頭組、套筒、傳動系統(tǒng)、支撐架、控制器、微處理機系統(tǒng)。見圖2。
1、壓頭組(圖3)壓頭組由傳感器支持架1、位移傳感器2、固定板3、滑塊4、凸輪5、壓力傳感器6、滾珠8、金剛石壓頭9、彈簧帽10、回位彈簧11、連接角板12等件組成。
位移傳感器2通過位移傳感器支持架1和固定支板3相固定，力傳感器6右端的固定滑塊4，它可在壓板13和固定板組成的導軌內(nèi)上下平滑地運動。位移傳感器2和力傳感器6通過角板12相聯(lián)系。凸輪5轉(zhuǎn)動時壓力傳感器6可上下運動。金剛石壓頭9直接固定在力傳感器6的前下端，當凸輪作用于力傳感器6時，金剛石壓頭9壓入工件表面，同時位移傳感器2的測頭運動可測出金剛石壓頭9的壓入深度。這種結(jié)構(gòu)保證了金剛石壓頭9豎直上下運動，而不是作小園弧運動，從而提高了測量精度。為了消除凸輪5旋轉(zhuǎn)時加力產(chǎn)生的無用的切向力和保持力傳感器6加力力臂不發(fā)生改變，在凸輪5和力傳感器6之間沿金剛石壓頭9的軸線安裝滾珠8，滾珠直徑為Φ2.3。為了減少金剛石壓頭沖擊和使位移傳感器2上下運動平穩(wěn)，在滑塊4與套筒7之間裝有緩沖彈簧11。
幾個主要零件的幾何參數(shù)(1)回位彈簧11鋼絲直徑φ0.5碳素彈簧鋼絲Ⅱ－φ0.5中徑 D2＝2.8mm總?cè)?shù) n1=16有效圈數(shù)n=14自由高度 H0=15.6mm節(jié)距t＝1.03mm外角α=7°展開長度L＝124mm(2)金剛石壓頭9直徑φ＝6mm頂角α＝120°±30錐頂園弧半徑R＝0.2±0.01(3)凸輪5基園半徑r＝4.5mm在180°內(nèi)開程 h＝2.3mm運動方程S= (h)/(Φ) φ= 2.3/(π) =0.73φφ轉(zhuǎn)動的角度(弧度制)2.套筒如圖中7和26所示，起到保護壓頭及傳動撐架之作用，同時在測量硬度時，起到堅固支撐架的用作，以保證壓頭與工件垂直。壓頭系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)等幾十個零件都裝配在它里面。同時為了能保證測量小內(nèi)孔Φ38，套筒的外徑限制在Φ38以內(nèi)，套筒長度為900。為減輕重量套筒加工成階梯型。
3、傳動系統(tǒng)(圖4)傳動系統(tǒng)由手輪14、蝸輪17、蝸桿16和驅(qū)動桿19組成。
為了使凸輪加力均勻，易于控制加力的準確程度，同時能在停止驅(qū)動時不打滑而自鎖，采用了蝸輪、蝸桿機構(gòu)。當驅(qū)動手輪14轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動桿19帶動凸輪(5號件)轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)速比的大小，又是蝸輪蝸桿系統(tǒng)加力控制的關鍵。此儀器需要1∶30的速比較為合適。速比增大，分度園直徑增大，和推拉桿20的裝配空間發(fā)生矛盾。所以本結(jié)構(gòu)采取了件17所示的扇形蝸輪，既解決了裝配空間的矛盾，又解決了防止壓力過載(P＞60公斤)造成工件壓痕過大的限位作用，讓凸輪在164°的空間轉(zhuǎn)動。
傳動機構(gòu)的幾何尺寸中心距a′＝19模數(shù)m＝1速比i＝1∶30蝸輪分度園直徑d＝30蝸輪齒頂園直徑 d1＝32蝸輪最大園直徑 dw2＝33蝸輪齒根園直徑 df2＝27.5蝸輪寬度B＝4.21蝸桿分度園直徑 d1＝8蝸桿最大園直徑 dw1＝10蝸桿頭數(shù)1蝸桿長度L＝14驅(qū)動桿直徑Φ9驅(qū)動桿長度L＝7714、支撐夾緊系(圖5)夾緊系統(tǒng)由推拉桿27、移動板23、支撐座24、柱銷28、支撐角板21組成。
內(nèi)孔硬度測量的支撐夾緊系統(tǒng)是決定測量精度和可靠性的關鍵問題之一，由于最小內(nèi)孔Φ38的限制，采用圖5的結(jié)構(gòu)合理地解決了裝配空間小的矛盾。
移動板23是有兩個對稱型的長臂，兩臂上分別固定Φ4的柱銷，當帶有梯型螺紋的推拉桿27轉(zhuǎn)動時，移動板23可前后運動，在外筒支撐架26上有兩個水平槽，支撐角板21(兩個)上邊分別有與水平夾角15°的斜槽，當移動角板21此時繞軸銷28可上下張合。測量時張開和內(nèi)孔表面夾緊，測量完畢閉合測頭可從工件內(nèi)抽入。夾緊力約120公斤。在測量不同的口徑時，可利用工字頭29和Φ4的柱銷30(見圖6)和支撐角板21相連接可測量Φ44、Φ57、Φ70、Φ83、Φ88、Φ95、Φ100.5等內(nèi)孔的硬度。
五、控制器在控制面板上有開關、通路選擇開關、數(shù)據(jù)碼顯示、調(diào)零旋鈕等。其電路原理見圖7。
六、微機處理系統(tǒng)微機處理系統(tǒng)由接口板、計算機和繪圖儀組成。由硬度測頭采集的信號經(jīng)接口板進入計算機進行數(shù)據(jù)處理。計算機屏幕上可同時顯示HRC、HRA、HRB三種硬度值，由打印機打印出測量結(jié)果。其數(shù)據(jù)采集與處理原理見硬度數(shù)據(jù)采集與處理程序框圖。(見圖8)
權(quán)利要求
1.一種特深內(nèi)孔洛氏硬度計其特征在于由壓頭組、套筒、傳動系統(tǒng)、支撐架、控制器和微機處理系統(tǒng)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1)所說的壓頭組，其特征在于由傳感器支持架、位移傳感器、固定板、滑塊、凸輪、壓力傳感器、滾珠、金剛石壓頭、彈簧帽、回位彈簧和連接角板組成。位移傳感器通過位移傳感器支架和固定支板相固定。力傳感器右端的固定滑塊，它可在壓板和固定板組成的導軌內(nèi)上下平滑地運動。位移傳感器和力傳感器通過角板相聯(lián)系。凸輪轉(zhuǎn)動時可上下運動。金剛石壓頭固定在力傳感器的前下端，當凸輪作用于力傳感器時，金剛石壓頭壓入工件表面，同時位移傳感器測頭運動可測出金剛石壓頭的壓入深度。為了消除凸輪旋轉(zhuǎn)時加力產(chǎn)生的切向力和保持力臂不發(fā)生改變，在凸輪和力傳感器之間沿金剛石軸線方向裝有滾珠，滾珠直徑為Φ2.3。為了減少金剛石壓頭沖擊和使位移傳感器上下運動平穩(wěn)，在滑塊與套角之間裝有緩沖彈簧。幾個主要零件的幾何參數(shù)回位彈簧鋼絲直徑 Φ0.5mm碳素彈簧鋼絲 Ⅱ-Φ0.5中徑 D2＝2.8mm總?cè)?shù) n1＝14mm有效圈數(shù) n＝14mm自由高度 H0＝15.6mm節(jié)距 t＝1.03mm升角 α＝7°展開長度 L＝124mm金剛石壓頭直徑 Φ6mm頂角 α＝120°±30′錐頂園弧半徑 R＝0.2±0.01mm凸輪基園半徑 r＝4.5mm 在180°內(nèi)升程 h＝2.3mm
3.根據(jù)權(quán)利要求1)所說的套筒，其特征在于外徑限制在Φ38以間，套筒長度為900。
4.權(quán)利要求1)所說的傳動系統(tǒng)其特征在于由手輪、蝸輪、蝸桿和驅(qū)動桿組成。驅(qū)動手輪轉(zhuǎn)動時，蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動桿轉(zhuǎn)動并帶動凸輪轉(zhuǎn)動。蝸輪為扇形，解決了壓力過載造成工件壓痕過大的限位作用。傳動機構(gòu)各零件幾何尺寸蝸輪蝸桿的中心距 a′＝19蝸輪蝸桿模數(shù) m＝1速比 i＝1∶30蝸輪分度園直徑 d＝30mm蝸輪齒頂園直徑 da2＝32mm蝸輪最大園直徑 dw2＝33mm蝸輪齒根園直徑 df2＝27.5mm蝸輪寬度 B＝4.21mm蝸桿的分度園直徑 d1＝8mm蝸桿的最大園直徑 dw1＝10mm蝸桿頭數(shù) 1蝸桿螺紋長度 L＝14mm驅(qū)動桿直徑 Φ9mm驅(qū)動桿長度 L＝771mm
5.根據(jù)權(quán)利要求1)所說的支撐夾緊系統(tǒng)其特征在于由推拉桿、移動板、支撐座、柱銷、軸銷和支撐角板組成。移動板是有兩個對稱型的長臂，兩臂上分別固定Φ8的柱銷，當帶有梯型螺紋的推拉桿轉(zhuǎn)動時，移動板可前后運動，在外角支撐架上有兩個水平槽，支撐角板上邊分別有與水平夾角15°的斜槽，當移動板水平運動時，柱銷也水平運動，支撐角板此時繞軸銷可上下張合，測量時張開和內(nèi)孔表面夾緊，測量完畢閉合，測頭可從工作內(nèi)抽出。夾緊力約120公斤。在測量不同的口徑時，可利用工字頭、柱銷和支撐角板相連接可測量Φ44、Φ57、Φ70、Φ83、Φ88、Φ95、Φ100.5等內(nèi)孔的硬度。
全文摘要
HD1-60特深內(nèi)孔洛氏硬度計如圖示。本儀器由壓頭組、套筒、傳動系統(tǒng)、支撐架、控制器和微處理機系統(tǒng)組成。是測量通(盲)孔硬度的新型測量儀器。主要技術參數(shù)測量孔徑38～100.5測量深度0～800測量硬度范圍HRC25～72儀器示值誤差±1.5HR儀器示值變動度2HRC本儀器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、使用方便的特點。適合成品管件內(nèi)孔硬度的測量，用計算機采集和數(shù)據(jù)處理屏幕上可同時顯示HRA、HRB、HRC、HB、HV和自動打印測量結(jié)果。該儀器的特點是不用增加任何附件，已實現(xiàn)了四種負荷的測量。
文檔編號G01N3/42GK1070478SQ9110871
公開日1993年3月31日 申請日期1991年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月10日
發(fā)明者高鳳武, 張志杰, 杜漢華, 徐航, 欒占友 申請人:裝甲兵工程學院四室