轉塔式布氏硬度計主軸測量單元的製作方法

2023-06-04 08:54:11

專利名稱：轉塔式布氏硬度計主軸測量單元的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及布氏硬度計，更詳細地講是轉塔式布氏硬度計主軸測量單元。
二背景技術：
傳統的布氏硬度計是將硬度計專用壓頭直接裝在硬度計的主軸上，傳力壓 軸通過過渡彈簧將試驗力傳遞到主軸上，主軸本身結構簡單，但需要在硬度計 的工作檯手輪上增設限力裝置，實際操作麻煩。對試件進行一點的試驗過程是
(1) 旋轉工作檯手輪，讓試件通過壓頭將主軸頂起，消除主軸軸向間隙。
(2) 當手輪與絲母發生相對轉動後，按動試驗按鈕開始施加試驗力。
(3) 當保荷時間到達後，卸除試驗力，在試件表面形成了一個壓痕。
(4) 反向旋轉工作檯手輪取走試件，通過光學測量裝置測得壓痕直徑，查表
獲得布氏硬度值， 一點試驗結束。
上述傳統的布氏硬度計存在的問題是
(1) 主軸機構過於簡單，不能安裝光學測量機構，造成硬度計與光學測量 機構分置。
(2) 主軸機構必須通過過渡彈簧與傳力壓軸相連，主軸軸向留有間隙，要 求硬度計的工作檯手輪上必須設置限力機構，由此可見主軸雖然簡單了，但要 求配套卻複雜了。
(3) 試驗操作繁瑣，勞動強度高，效率低。三
實用新型內容
本實用新型的目的就是要提供一種實現了壓頭與兩個光學鏡頭之間的精確位置轉換，實現了硬度計與精密光電測量系統的一體化以及能夠完成壓痕精確測量的轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，本實用新型能夠承受較大的試驗力，試驗操作簡單，便於實現自動化，減輕了勞動強度，提高了工作效率。
為了達到上述目的，本實用新型的技術解決方案是轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，包括主軸機構、轉塔機構、主軸防轉機構、精密光電測量系統和電控系統；所述主軸機構包括上導向軸、傳力軸、上導向軸固定帽、傳力支座和下導向軸；其中上導向軸的下端與傳力軸的上端螺孔形成螺紋連接並由上導向軸固定帽緊固；該傳力軸的下端與傳力支座的上部形成固定連接，該傳力支座的下部固裝有下導向軸；所述轉塔機構包括轉塔、壓頭杆、壓頭、光電開關、轉塔定位器和轉塔定位塊；其中轉塔設置在下導向軸內腔中，所述下導向軸的內腔與下導向軸的導向外圓的中心是偏心的，其偏心距等於壓頭與兩個光學鏡頭組成的同一個圓周直徑的一半；該轉塔上設有一個裝有壓頭杆的軸向內孔以及兩個裝有兩個光學鏡頭的軸向內孔，該壓頭杆與壓頭形成固定連接；所述壓頭與兩個光學鏡頭的旋轉中心位於同一個圓周上，上述圓周的中心與轉塔的旋轉中心是同心的；上述壓頭與一個光學鏡頭之間的夾角等於壓頭與另一個光學鏡頭之間的夾角；該轉塔的下端固裝有光電開關以及與設置在下導向軸下端的轉塔定位器相配合的轉塔定位塊；所述精密光電測量系統包括上述兩個光學鏡頭以及設置在硬度計機架上的光電測微計。
所述主軸防轉機構中的主軸防轉導向杆的內端與傳力支座相連接，該主軸防轉導向杆的外端裝有軸承；當主軸上下移動時，上述軸承能夠在硬度計機架上設有的豎直導向槽中上下移動；設在硬度計機架上的豎直導向槽的長度要大 於壓頭的最大位移量。
所述電控系統為設置在硬度計機架上的操控顯示面板，該操控顯示面板通 過導線與兩個光電開關相連接。
所述轉塔定位器包括設置在轉塔定位器座上的螺孔中的定位力調整螺釘、 定位力調整彈簧和球端定位碰頭；該定位力調整彈簧的一端套裝在定位力調整 螺釘上，其另一端與球端定位碰頭的內端面相接觸；該球端定位碰頭的外端呈 球面形狀並能夠從轉塔定位器座上的螺孔中伸出；所述轉塔定位塊有三個並帶 有V型缺口，上述三個轉塔定位塊位於同一圓周上，且相鄰的兩個轉塔定位塊 之間的夾角等於壓頭與任一個光學鏡頭之間的夾角；在彈簧力的作用下，球端 定位碰頭能夠插入或者脫離轉塔定位塊上設有的V型缺口 。
所述轉塔的上端固裝有轉塔齒輪，該轉塔齒輪與驅動轉塔機構中的驅動齒 輪相嚙合；該轉塔齒輪與驅動齒輪的嚙合長度大於主軸最大位移量的3倍。
所述轉塔齒輪與下導向軸3之間設有套裝在轉塔外圓上的波型墊圈2。
所述光電開關有兩個，固裝在光電開關板的周邊，該光電開關板固裝在轉 塔的下端，上述兩個光電開關與轉塔的旋轉中心之間的夾角等於壓頭與任一個 光學鏡頭之間的夾角。
所述上導向軸的頂端設置有呈倒扣盒形的試驗力傳力墊塊。
所述上導向軸的外圓依次套裝有上導向架和上導向套，該上導向架上沿圓 周均布有多個通孔，在上述多個通孔中設置有多個小鋼球；所述上導向套的外 圓上套裝有主軸上安裝座，該主軸上安裝座固裝在硬度計機架上；所述上導向 軸固定帽的外圓套裝有主軸託起板，該主軸託起板通過位於主軸託起板三角頂點上的三個螺栓和套裝在上述三個螺栓上的三個主軸復位彈簧而吊裝在主軸上 安裝座上。
所述下導向軸的外圓上依次套裝有下導向架和固裝在硬度計機架上的下導
向套；該下導向架上沿圓周均布有多個通孔，並在上述多個通孔中設置有多個 小鋼球。
本實用新型與已有技術相比，具有以下優點和積極效果。
(1) 本實用新型實現了壓頭與兩個光學鏡頭之間的精確位置轉換，實現了 硬度計與精密光電測量系統的一體化，實現了壓痕的精確測量。在試件上打完 壓痕後，不必移走試件，就能利用精密光電測量系統迅速完成壓痕測量，並能 夠直接計算出布氏硬度值。
(2) 結構簡單，性能穩定可靠，具有較高的剛性，能夠承受較大的試驗力， 操作方便，便於實現自動化，減輕了勞動強度，提高了工作效率，定位準確， 測試精度高。
四

圖1為本實用新型的主視剖面圖 圖2為圖1中A處的局部放大圖 圖3為圖1的K向視圖
附圖標記說明1、傳力支座；2、波型墊圈；3、下導向軸；4、轉塔定位 器；5、轉塔定位塊；6、轉塔；7、壓頭杆；8、壓頭；9、光學鏡頭；10、轉塔 齒輪；11、光電開關板；12、下導向架；13、下導向套；14、 度計機架；15、 驅動齒輪；16、轉塔驅動機構；17、傳力軸；18、主軸上安裝座；19、主軸託 起板；20、上導向軸固定帽；21、上導向套；22、上導向軸；23、上導向架；24、試驗力傳力墊塊；25、主軸防轉導向杆；26、主軸復位彈簧；27、軸承；28、操控顯示面板；29、光電測微計；30、定位力調整螺釘；31、定位力調整彈簧；32、球端定位碰頭；33、螺釘；34、光電開關；35、光學鏡頭。五具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步詳細地說明。由圖l、圖2和圖3可知，本實用新型由五部分組成，分別是主軸機構、主軸防轉機構、轉塔機構、精密光電測量系統和電控系統；其中(一)主軸機構
主軸機構包括上導向軸22、上導向軸固定帽24、傳力軸17、傳力支座l和下導向軸3。
所述上導向軸22的上端設有呈倒扣盒形的試驗力傳力墊塊24，上述試驗力傳力墊塊的作用是傳遞施力機構傳來的力，擴大上導向軸頂端的受力面積。
該上導向軸22的下端設有外螺紋，與傳力軸17上部的螺孔部分形成螺紋連接，該傳力軸17的下部用螺釘緊固在傳力支座1的上端。在上導向軸22的中間部分依次套裝有上導向架23和上導向套21;該上導向架上沿圓周均布有多個用於設置小鋼球的通孔，本實施例中，小鋼球為8個。上導向架23在測量與加力時能起到導向作用以及減小上導向軸22與上導向套21之間摩擦力的作用，保證主軸機構能夠垂直移動。
所述下導向軸3通過螺釘固裝在傳力支座1的下端，在下導向軸3的外圓依次套裝有下導向架12和下導向套13,該下導向架12由固定在下導向軸3上的軸用鋼絲擋圈定位；該下導向套13由螺釘緊固在硬度計機架14上，實現下導向軸的徑向定位。在下導向架12上均布有多個通孔，該通孔中能夠放置小鋼球，本實施例中小鋼球為32個；該下導向架12的作用是減小主軸機構上下移 動時的摩擦力，使其移動順暢、靈活，從而保證加力的準確性。
呈三角形的主軸託起板19套裝在上導向軸固定帽20的外圓上；嵌有上導 向套21的主軸上安裝座18由螺釘固裝在硬度計機架14上。通過主軸託起板19 位於三個角上的螺孔和與上述三個螺孔相配合的三個螺栓以及套裝在上述螺栓 上的主軸復位彈簧26，將主軸託起板19吊裝在主軸上安裝座18的下面。主軸 垂直度的調整即可通過調整主軸上安裝座18的位置完成，不必對相關零件提出 過高的精度要求。轉塔式布氏硬度計主軸測量單元由3個螺栓通過3個主軸復 位彈簧26安裝到硬度計機架14上，該主軸復位彈簧26必須有良好的柔性，即 在微量變形時力的大小隻產生微量的變化，用於託起整個主軸的重量。至此， 轉塔式布氏硬度計主軸測量單元的主軸機構完成。 (二)轉塔機構
轉塔機構包括轉塔6、壓頭杆7、壓頭8、光學鏡頭9、光學鏡頭35、光 電開關34、轉塔定位器4和轉塔定位塊5。
在轉塔6上不僅設有一個用於安裝壓頭杆7的軸向內孔，而且還另外設有 兩個用於安裝光學鏡頭9和光學鏡頭35的軸向內孔；上述用於安裝壓頭杆7的 軸向內孔與用於安裝光學鏡頭9的軸向內孔之間的夾角應等於用於安裝壓頭杆7 的軸向內孔與用於安裝光學鏡頭35的軸向內孔之間的夾角，本實施例中的上述 夾角的度數為100° 。壓頭8的上端插入壓頭杆7下部的中心孔內，並由頂絲鎖 定位置；壓頭杆上部設有的螺孔與套裝有墊圈的螺釘形成螺紋連接，從而使壓 頭8通過壓頭杆7而安裝在轉塔6上。也就是說， 一個壓頭與兩個光學鏡頭在 轉塔上的安裝位置要求是壓頭8與光學鏡頭9和光學鏡頭35的旋轉中心應位於同一個圓周上，該圓周的中心與轉塔6的旋轉中心應嚴格同心；而且壓頭8
與光學鏡頭9之間的夾角也應等於壓頭8與光學鏡頭35之間的夾角。
該轉塔6安裝在下導向軸3的內腔中，上述內腔與下導向軸3的導向外圓的中 心是偏心的；其偏心距嚴格等於壓頭8與光學鏡頭9和光學鏡頭35所組成的同一 個圓周直徑的一半，保證轉塔6旋轉時能將壓頭8或光學鏡頭9或光學鏡頭35旋轉 到下導向軸3的導向外圓的中心上，從而保證壓頭8或光學鏡頭9或光學鏡頭35處 於主軸的軸線上。該轉塔既能夠轉動，又能夠隨同主軸機構上下移動。
在轉塔6的下端面上固裝有光電開關板11，在光電開關板的周邊裝有兩個光 電開關34，上述兩個光電開關與轉塔的旋轉中心之間的夾角應等於壓頭杆8與光 學鏡頭9或光學鏡頭35之間的夾角。
該轉塔定位器4包括設置在轉塔定位器座上的螺孔內的定位力調整螺釘30、 定位力調整彈簧31和球端定位碰頭32。該定位力調整彈簧31的一端套裝在定 位力調整螺釘上，其另一端與球端定位碰頭的內端面相接觸，該球端定位碰頭 的外端呈球面形狀且能夠從轉塔定位器座上的螺孔中伸出。該轉塔定位塊5由 螺釘33固裝在轉塔6下部且靠近周邊的位置，該轉塔定位器4通過轉塔定位器 座固裝在轉塔6下端面且靠近轉塔定位塊的旁邊；在彈簧力的作用下，可以左 右伸縮移動的球端定位碰頭32的外端能夠插入或脫離轉塔定位塊5上的V型缺 口，從而實現轉塔的轉動以及壓頭8與光學鏡頭9和光學鏡頭35之間完成位置 轉換時的精密定位。上述三個轉塔定位塊5位於同一圓周上，且相鄰的兩個轉 塔定位塊之間的夾角應等於壓頭8與光學鏡頭9或者光學鏡頭35之間的夾角。
在轉塔的上端面固裝有轉塔齒輪IO，該轉塔齒輪的下端面與下導向軸3的上 端面之間設有套裝在轉塔外圓上的波型墊圈2;該波型墊圈的橫斷面呈波紋形，其作用是消除轉塔與下導向軸3之間的軸向間隙，保證轉塔與下導向軸之間實現無間隙連接，增強主軸機構的剛性。
轉塔驅動機構16固裝在硬度計機架14上，上述轉塔驅動機構是自動式驅動
轉塔結構，其中的驅動齒輪15與固裝在轉塔上面的轉塔齒輪10相嚙合；其嚙合
長度應大於主軸機構最大位移量的3倍。當然，上述轉塔驅動機構也可以是手動
式驅動轉塔結構，即在轉塔下端面固裝有手柄座，該手柄座上通過螺釘固裝有與手柄相連接的墊塊，該手柄與轉塔的下端面相平行。自動式轉塔驅動機構和
手動式轉塔驅動機構的作用都是通過驅動轉塔6轉動，從而帶動設置在轉塔上的壓頭與兩個光學鏡頭之間實現精確的位置轉換。
(三) 主軸防轉機構主軸防轉導向杆25的外端裝有軸承27並由開口擋圈鎖定位置，其另一端具
有外螺紋，並與傳力支座l形成螺紋連接。上述主軸防轉導向杆25上的軸承端能夠在硬度計機架14上設有的豎直導向槽中上下移動，實現了主軸機構的防轉和導向；也就是說，主軸機構只能上下移動，但不能夠隨同轉塔轉動。設在硬度計機架14上的豎直導向槽的長度要大於壓頭8的最大位移量。
(四) 精密光電測量系統在硬度計機架14的前部裝有光電測微計29，該光電測微計29與上述安裝在
轉塔6上的兩個光學鏡頭9、 35共同構成了精密光電測量系統，實現壓痕的精密測量。當然，根據壓痕測量的實際需要，也可以增加光學鏡頭的數量。
(五) 電控系統
在光電測微計29上方的硬度計機架14上設有操控顯示面板28，該操控顯示面板通過導線與兩個光電開關34相連接。整個硬度計的所有動作和控制都設置在操控顯示面板28上。通過鍵盤可設置試驗條件，每點測量結束可同時顯示 硬度，試驗力保持時間為1一99秒可調，可設置硬度上下限，並進行測試、具 有聲光提示。通過RS232連接列印或電腦傳輸數據。可對試驗數據進行各種數 理統計、輸出要求的數據和圖表。
(六)本實用新型的自動測試過程如下
如圖1一圖3所示，本實用新型轉塔式布氏硬度計主軸測量單元(以下簡稱 主軸測量單元)在3個主軸復位彈簧26的作用下，處於復位狀態。此時壓頭8處 於主軸機構的軸線上。如果壓頭不在主軸機構的軸線上，當按動試驗鍵時，壓 頭8能夠自動到達主軸機構的軸線上。
當開始試驗時，在沿著加力點方向力的作用下，主軸測量單元開始下降， 對試件開始加力，試驗力通過試驗力傳力墊塊24和上導向軸22施加到傳力軸17 上，傳力軸17通過傳力支座1、下導向軸3、轉塔6、壓頭杆7和壓頭8傳遞到試件 上；當試驗力施加完畢時，電控系統依據布氏硬度試驗法的要求開始保持試驗 力一定時間。時間到達時，沿加力點相反方向開始卸除試驗力直至完成，此時 在被測試件上形成了 一個壓痕。
在轉塔驅動機構16的帶動下，轉塔6開始旋轉，主軸防轉機構對主軸實施防 轉功能。到達一定角度時停止，在轉塔定位器4的作用下，轉塔6被準確定位。 此時光學鏡頭處於主軸機構的軸線上，即光學鏡頭來到了壓頭8的位置，也就是 光學鏡頭轉到壓痕的正上方，通過光學成像，將壓痕呈現在操作者的視野之中。
依據布氏硬度試驗法的要求，通過光電測微計29測量壓痕的直徑並獲得布 氏硬度值，試驗結束。
權利要求1、轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，其特徵在於a、包括主軸機構、轉塔機構、主軸防轉機構、精密光電測量系統和電控系統；b、所述主軸機構包括上導向軸(22)、傳力軸(17)、上導向軸固定帽(20)、傳力支座(1)和下導向軸(3)；其中上導向軸(22)的下端與傳力軸(17)的上端螺孔形成螺紋連接並由上導向軸固定帽(20)緊固；該傳力軸(17)的下端與傳力支座(1)的上部形成固定連接，該傳力支座(1)的下部固裝有下導向軸；c、所述轉塔機構包括轉塔(6)、壓頭杆(7)、壓頭(8)、光電開關(34)、轉塔定位器(4)和轉塔定位塊(5)；其中轉塔(6)設置在下導向軸(3)內腔中，所述下導向軸的內腔與下導向軸的導向外圓的中心是偏心的，其偏心距等於壓頭(8)與光學鏡頭(9)和光學鏡頭(35)所組成的同一個圓周直徑的一半；該轉塔(6)上設有一個裝有壓頭杆(7)的軸向內孔以及兩個裝有光學鏡頭(9)和光學鏡頭(35)的軸向內孔，該壓頭杆與壓頭形成固定連接；所述壓頭(8)與光學鏡頭(9)和光學鏡頭(35)的旋轉中心位於同一個圓周上，上述圓周的中心與轉塔(6)的旋轉中心是同心的；上述壓頭(8)與光學鏡頭(9)之間的夾角等於壓頭(8)與光學鏡頭(35)之間的夾角；該轉塔下端固裝有光電開關(34)以及與設置在下導向軸(3)下端的塔定位器(4)相配合的轉塔定位塊(5)；d、所述精密光電測量系統包括光學鏡頭(9)和光學鏡頭(35)以及設置在硬度計機架(14)上的光電測微計(29)。
2、 根據權利要求l所述的轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，其特徵在於 所述主軸防轉機構中的主軸防轉導向杆(25)的內端與傳力支座(1)相連接， 該主軸防轉導向杆的外端裝有軸承(27);當主軸上下移動時，上述軸承(27) 能夠在硬度計機架(14)上設有的豎直導向槽中上下移動；設置在硬度計機架(14)上的豎直導向槽的長度要大於壓頭(8)的最大位移量。
3、 根據權利要求1或2所述的轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，其特徵在 於所述電控系統為設置在硬度計機架(14)上的操控顯示面板(28)，該操控 顯示面板通過導線與兩個光電開關(34)相連接。
4、 根據權利要求3所述的轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，其特徵在於 所述轉塔定位器(4)包括設置在轉塔定位器座上的螺孔中的定位力調整螺釘(30)、定位力調整彈簧(31)和球端定位碰頭(32);該定位力調整彈簧(31) 的一端套裝在定位力調整螺釘上，其另一端與球端定位碰頭的內端面相接觸； 該球端定位碰頭的外端呈球面形狀並能夠從轉塔定位器座上設有的螺孔中伸 出；所述轉塔定位塊(5)有三個並帶有V型缺口，上述三個轉塔定位塊位於同 一圓周上，且相鄰的兩個轉塔定位塊之間的夾角等於壓頭(8)與光學鏡頭(9) 或者光學鏡頭(35)之間的夾角；在彈簧力的作用下，球端定位碰頭(32)的 外端能夠插入或者脫離轉塔定位塊(5)上設有的V型缺口。
5、 根據權利要求4所述的轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，其特徵在於 所述轉塔上端固裝有轉塔齒輪(10)，該轉塔齒輪與驅動轉塔機構(16)中的驅 動齒輪(15)相嚙合；該轉塔齒輪(10)與驅動齒輪(15)的嚙合長度大於主 軸最大位移量的3倍。
6、 根據權利要求5所述的轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，其特徵在於 所述轉塔齒輪(10)與下導向軸(3)之間設有套裝在轉塔外圓上的波型墊圈(2)。
7、 根據權利要求1所述的轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，其特徵在於所述光電開關(34)有兩個，固裝在光電開關板(11)的周邊，該光電開關板 固裝在轉塔(6)的下端，上述兩個光電開關(34)與轉塔(6)的旋轉中心之 間的夾角等於壓頭(8)與光學鏡頭(9)或光學鏡頭(35)之間的夾角。
8、 根據權利要求l所述的轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，其特徵在於 所述上導向軸(22)的頂端設置有呈倒扣盒形的試驗力傳力墊塊(24)。
9、 根據權利要求8所述的轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，其特徵在於 所述上導向軸(22)的外圓依次套裝有上導向架(23)和上導向套(21)，該上 導向架上沿圓周均布有多個通孔，在上述多個通孔中設置有多個小鋼球；所述 上導向套(21)的外圓上套裝有主軸上安裝座(18)，該主軸上安裝座固裝在硬 度計機架(14)上；所述上導向軸固定帽(20)的外圓套裝有主軸託起板(19)， 該主軸託起板通過位於主軸託起板三角頂點上的三個螺栓和套裝在上述三個螺 栓上的三個主軸復位彈簧(26)而吊裝在主軸上安裝座(18)上。
10、 根據權利要求9所述的轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，其特徵在於: 所述下導向軸(3)的外圓上依次套裝有下導向架(12)和固裝在硬度計機架(14) 上的下導向套(13);該下導向架上沿圓周均布有多個通孔，並在上述多個通孔 中設置有多個小鋼球。
專利摘要本實用新型公開了一種轉塔式布氏硬度計主軸測量單元，包括主軸機構、轉塔機構、主軸防轉機構、精密光電測量系統和電控系統，該主軸機構中的上導向軸下端依次通過傳力軸和傳力支座與下導向軸上端相連接；該轉塔機構既能轉動又能隨同主軸機構上下移動，該轉塔機構中的轉塔設置在下導向軸內腔中，在轉塔上裝有壓頭和兩個光學鏡頭，在轉塔下端裝有光電開關以及與設在下導向軸下端的轉塔定位器相配合的轉塔定位塊；該精密光電測量系統由兩個光學鏡頭和光電測微計組成。本實用新型使硬度計與精密光電測量系統一體化，實現壓頭與兩個光學鏡頭的精確位置轉換，能夠承受較大的試驗力，操作簡單，便於實現自動化，減輕勞動強度，提高工作效率。
文檔編號G01B11/08GK201392301SQ20092002100
公開日2010年1月27日 申請日期2009年4月16日 優先權日2009年4月16日
發明者王敬濤, 王英君, 賈雲朝 申請人:萊州華銀試驗儀器有限公司