特深內孔洛氏硬度計的製作方法

2023-06-11 15:16:51 3

專利名稱：特深內孔洛氏硬度計的製作方法
一、概述我們研製的特深孔洛氏硬度計，是為解決石油泵管(直徑Φ38～Φ100.5)內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孔硬度。它克服了類似儀器加工工藝複雜，以及負荷彈簧加力不準，測量孔深度小等缺點，為成品無損和現場檢測帶來方便。
二、主要技術參數1測量孔徑Φ38～100.52深量深度0～8003固緊力150Kg4深量硬度範圍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)本儀器是根據洛氏原理設計的，採用園錐角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公斤的非傳統洛氏載荷(傳統150公斤)。其具體方法是先後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，由位移傳感器測得後，即可根據洛氏公式得出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-常數為0.002mmn＝1四、儀器的結構特點及主要部件結構計算本儀器是根據石油泵管的測試要求而設計的，主要特點是測量工件孔徑範圍大(Φ38～100.5)進入工件深度長，而且都是作成品檢測，破壞性要小，根據這些要求在研製中，從原理和結構上克服了現有內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、支撐架、控制器、微處理機系統。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相聯繫。凸輪5轉動時壓力傳感器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，當凸輪作用於力傳感器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。這種結構保證了金剛石壓頭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旋轉時加力產生的無用的切向力和保持力傳感器6加力力臂不發生改變，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衝擊和使位移傳感器2上下運動平穩，在滑塊4與套筒7之間裝有緩衝彈簧11。
幾個主要零件的幾何參數(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總圈數 n1=16有效圈數n=14自由高度 H0=15.6mm節距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°內開程 h＝2.3mm運動方程S= (h)/(Φ) φ= 2.3/(π) =0.73φφ轉動的角度(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、傳動系統、夾緊系統等幾十個零件都裝配在它裡面。同時為了能保證測量小內孔Φ38，套筒的外徑限制在Φ38以內，套筒長度為900。為減輕重量套筒加工成階梯型。
3、傳動系統(圖4)傳動系統由手輪14、蝸輪17、蝸杆16和驅動杆19組成。
為了使凸輪加力均勻，易於控制加力的準確程度，同時能在停止驅動時不打滑而自鎖，採用了蝸輪、蝸杆機構。當驅動手輪14轉動時，驅動杆19帶動凸輪(5號件)轉動。轉速比的大小，又是蝸輪蝸杆系統加力控制的關鍵。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，和推拉杆20的裝配空間發生矛盾。所以本結構採取了件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°的空間轉動。
傳動機構的幾何尺寸中心距a′＝19模數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蝸杆分度園直徑 d1＝8蝸杆最大園直徑 dw1＝10蝸桿頭數1蝸杆長度L＝14驅動杆直徑Φ9驅動杆長度L＝7714、支撐夾緊系(圖5)夾緊系統由推拉杆27、移動板23、支撐座24、柱銷28、支撐角板21組成。
內孔硬度測量的支撐夾緊系統是決定測量精度和可靠性的關鍵問題之一，由於最小內孔Φ38的限制，採用圖5的結構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杆27轉動時，移動板23可前後運動，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。測量時張開和內孔表面夾緊，測量完畢閉合測頭可從工件內抽入。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等內孔的硬度。
五、控制器在控制面板上有開關、通路選擇開關、數據碼顯示、調零旋鈕等。其電路原理見圖7。
六、微機處理系統微機處理系統由接口板、計算機和繪圖儀組成。由硬度測頭採集的信號經接口板進入計算機進行數據處理。計算機屏幕上可同時顯示HRC、HRA、HRB三種硬度值，由印表機列印出測量結果。其數據採集與處理原理見硬度數據採集與處理程序框圖。(見圖8)
權利要求
1.一種特深內孔洛氏硬度計其特徵在於由壓頭組、套筒、傳動系統、支撐架、控制器和微機處理系統組成。
2.根據權利要求1)所說的壓頭組，其特徵在於由傳感器支持架、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上下平滑地運動。位移傳感器和力傳感器通過角板相聯繫。凸輪轉動時可上下運動。金剛石壓頭固定在力傳感器的前下端，當凸輪作用於力傳感器時，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。為了消除凸輪旋轉時加力產生的切向力和保持力臂不發生改變，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衝擊和使位移傳感器上下運動平穩，在滑塊與套角之間裝有緩衝彈簧。幾個主要零件的幾何參數回位彈簧鋼絲直徑 Φ0.5mm碳素彈簧鋼絲 Ⅱ-Φ0.5中徑 D2＝2.8mm總圈數 n1＝14mm有效圈數 n＝14mm自由高度 H0＝15.6mm節距 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°內升程 h＝2.3mm
3.根據權利要求1)所說的套筒，其特徵在於外徑限制在Φ38以間，套筒長度為900。
4.權利要求1)所說的傳動系統其特徵在於由手輪、蝸輪、蝸杆和驅動杆組成。驅動手輪轉動時，蝸杆蝸輪轉動，驅動杆轉動並帶動凸輪轉動。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。傳動機構各零件幾何尺寸蝸輪蝸杆的中心距 a′＝19蝸輪蝸杆模數 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蝸杆的分度園直徑 d1＝8mm蝸杆的最大園直徑 dw1＝10mm蝸桿頭數 1蝸杆螺紋長度 L＝14mm驅動杆直徑 Φ9mm驅動杆長度 L＝771mm
5.根據權利要求1)所說的支撐夾緊系統其特徵在於由推拉杆、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杆轉動時，移動板可前後運動，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，測量時張開和內孔表面夾緊，測量完畢閉合，測頭可從工作內抽出。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等內孔的硬度。
全文摘要
HD1-60特深內孔洛氏硬度計如圖示。本儀器由壓頭組、套筒、傳動系統、支撐架、控制器和微處理機系統組成。是測量通(盲)孔硬度的新型測量儀器。主要技術參數測量孔徑38～100.5測量深度0～800測量硬度範圍HRC25～72儀器示值誤差±1.5HR儀器示值變動度2HRC本儀器具有結構緊湊、體積小、重量輕、使用方便的特點。適合成品管件內孔硬度的測量，用計算機採集和數據處理屏幕上可同時顯示HRA、HRB、HRC、HB、HV和自動列印測量結果。該儀器的特點是不用增加任何附件，已實現了四種負荷的測量。
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 優先權日1991年9月10日
發明者高鳳武, 張志傑, 杜漢華, 徐航, 欒佔友 申請人:裝甲兵工程學院四室