专利名称：特深内孔洛氏硬度计的制作方法
一、概述我们研制的特深孔洛氏硬度计，是为解决石油泵管(直径Φ38～Φ100.5)内孔硬度专用的洛氏硬度计。本仪器也可测除石油泵管以外的其它管件的内孔硬度。它克服了类似仪器加工工艺复杂，以及负荷弹簧加力不准，测量孔深度小等缺点，为成品无损和现场检测带来方便。
二、主要技术参数1测量孔径Φ38～100.52深量深度0～8003固紧力150Kg4深量硬度范围HRC25～725初载允差10Kg±2%变动度<1.5%6总载允差60Kg±1%变动度<0.5%7仪器示值误差±1.5HR8仪器示值变动度2HR三、工作原理(
图1示)本仪器是根据洛氏原理设计的，采用园锥角120°，顶端园弧半径为0.2mm的金刚石压头。初负荷为10公斤，主荷负为50公斤，总荷为60公斤的非传统洛氏载荷(传统150公斤)。其具体方法是先后在被测工件表面上旋加初负荷，让金刚石压头慢慢压入试件表面，再加主荷保持一定时间，卸去主荷，保留初荷，整个过程深度，由位移传感器测得后，即可根据洛氏公式得出HR硬度值，其原理见图1。
1旋加初负荷F0＝10公斤，金刚石压头压入工件表面h02旋加总负荷F＝60公斤，金刚石压入深度为h23卸去主负荷，保留初负荷时，金刚石的压入深度为h1HR＝100－ (｜h1-h0｜)/(c) ×n
HR为硬度单位100-指示器量程值C-常数为0.002mmn＝1四、仪器的结构特点及主要部件结构计算本仪器是根据石油泵管的测试要求而设计的，主要特点是测量工件孔径范围大(Φ38～100.5)进入工件深度长，而且都是作成品检测，破坏性要小，根据这些要求在研制中，从原理和结构上克服了现有内孔硬度计靠负荷弹簧加力，因弹簧工艺性能难以保证，从而造成加力不准影响测量精度等缺点。而且能够测量HRA、HRC、HR15N、HR30N、HR45N。通过求解得出模拟曲线及方程。通过微机还可得出相应的HRB、HB、HV等硬度值。
本仪器主要由压头组、套筒、传动系统、支撑架、控制器、微处理机系统。见图2。
1、压头组(图3)压头组由传感器支持架1、位移传感器2、固定板3、滑块4、凸轮5、压力传感器6、滚珠8、金刚石压头9、弹簧帽10、回位弹簧11、连接角板12等件组成。
位移传感器2通过位移传感器支持架1和固定支板3相固定，力传感器6右端的固定滑块4，它可在压板13和固定板组成的导轨内上下平滑地运动。位移传感器2和力传感器6通过角板12相联系。凸轮5转动时压力传感器6可上下运动。金刚石压头9直接固定在力传感器6的前下端，当凸轮作用于力传感器6时，金刚石压头9压入工件表面，同时位移传感器2的测头运动可测出金刚石压头9的压入深度。这种结构保证了金刚石压头9竖直上下运动，而不是作小园弧运动，从而提高了测量精度。为了消除凸轮5旋转时加力产生的无用的切向力和保持力传感器6加力力臂不发生改变，在凸轮5和力传感器6之间沿金刚石压头9的轴线安装滚珠8，滚珠直径为Φ2.3。为了减少金刚石压头冲击和使位移传感器2上下运动平稳，在滑块4与套筒7之间装有缓冲弹簧11。
几个主要零件的几何参数(1)回位弹簧11钢丝直径φ0.5碳素弹簧钢丝Ⅱ－φ0.5中径 D2＝2.8mm总圈数 n1=16有效圈数n=14自由高度 H0=15.6mm节距t＝1.03mm外角α=7°展开长度L＝124mm(2)金刚石压头9直径φ＝6mm顶角α＝120°±30锥顶园弧半径R＝0.2±0.01(3)凸轮5基园半径r＝4.5mm在180°内开程 h＝2.3mm运动方程S= (h)/(Φ) φ= 2.3/(π) =0.73φφ转动的角度(弧度制)2.套筒如图中7和26所示，起到保护压头及传动撑架之作用，同时在测量硬度时，起到坚固支撑架的用作，以保证压头与工件垂直。压头系统、传动系统、夹紧系统等几十个零件都装配在它里面。同时为了能保证测量小内孔Φ38，套筒的外径限制在Φ38以内，套筒长度为900。为减轻重量套筒加工成阶梯型。
3、传动系统(图4)传动系统由手轮14、蜗轮17、蜗杆16和驱动杆19组成。
为了使凸轮加力均匀，易于控制加力的准确程度，同时能在停止驱动时不打滑而自锁，采用了蜗轮、蜗杆机构。当驱动手轮14转动时，驱动杆19带动凸轮(5号件)转动。转速比的大小，又是蜗轮蜗杆系统加力控制的关键。此仪器需要1∶30的速比较为合适。速比增大，分度园直径增大，和推拉杆20的装配空间发生矛盾。所以本结构采取了件17所示的扇形蜗轮，既解决了装配空间的矛盾，又解决了防止压力过载(P＞60公斤)造成工件压痕过大的限位作用，让凸轮在164°的空间转动。
传动机构的几何尺寸中心距a′＝19模数m＝1速比i＝1∶30蜗轮分度园直径d＝30蜗轮齿顶园直径 d1＝32蜗轮最大园直径 dw2＝33蜗轮齿根园直径 df2＝27.5蜗轮宽度B＝4.21蜗杆分度园直径 d1＝8蜗杆最大园直径 dw1＝10蜗杆头数1蜗杆长度L＝14驱动杆直径Φ9驱动杆长度L＝7714、支撑夹紧系(图5)夹紧系统由推拉杆27、移动板23、支撑座24、柱销28、支撑角板21组成。
内孔硬度测量的支撑夹紧系统是决定测量精度和可靠性的关键问题之一，由于最小内孔Φ38的限制，采用图5的结构合理地解决了装配空间小的矛盾。
移动板23是有两个对称型的长臂，两臂上分别固定Φ4的柱销，当带有梯型螺纹的推拉杆27转动时，移动板23可前后运动，在外筒支撑架26上有两个水平槽，支撑角板21(两个)上边分别有与水平夹角15°的斜槽，当移动角板21此时绕轴销28可上下张合。测量时张开和内孔表面夹紧，测量完毕闭合测头可从工件内抽入。夹紧力约120公斤。在测量不同的口径时，可利用工字头29和Φ4的柱销30(见图6)和支撑角板21相连接可测量Φ44、Φ57、Φ70、Φ83、Φ88、Φ95、Φ100.5等内孔的硬度。
五、控制器在控制面板上有开关、通路选择开关、数据码显示、调零旋钮等。其电路原理见图7。
六、微机处理系统微机处理系统由接口板、计算机和绘图仪组成。由硬度测头采集的信号经接口板进入计算机进行数据处理。计算机屏幕上可同时显示HRC、HRA、HRB三种硬度值，由打印机打印出测量结果。其数据采集与处理原理见硬度数据采集与处理程序框图。(见图8)
权利要求
1.一种特深内孔洛氏硬度计其特征在于由压头组、套筒、传动系统、支撑架、控制器和微机处理系统组成。
2.根据权利要求1)所说的压头组，其特征在于由传感器支持架、位移传感器、固定板、滑块、凸轮、压力传感器、滚珠、金刚石压头、弹簧帽、回位弹簧和连接角板组成。位移传感器通过位移传感器支架和固定支板相固定。力传感器右端的固定滑块，它可在压板和固定板组成的导轨内上下平滑地运动。位移传感器和力传感器通过角板相联系。凸轮转动时可上下运动。金刚石压头固定在力传感器的前下端，当凸轮作用于力传感器时，金刚石压头压入工件表面，同时位移传感器测头运动可测出金刚石压头的压入深度。为了消除凸轮旋转时加力产生的切向力和保持力臂不发生改变，在凸轮和力传感器之间沿金刚石轴线方向装有滚珠，滚珠直径为Φ2.3。为了减少金刚石压头冲击和使位移传感器上下运动平稳，在滑块与套角之间装有缓冲弹簧。几个主要零件的几何参数回位弹簧钢丝直径 Φ0.5mm碳素弹簧钢丝 Ⅱ-Φ0.5中径 D2＝2.8mm总圈数 n1＝14mm有效圈数 n＝14mm自由高度 H0＝15.6mm节距 t＝1.03mm升角 α＝7°展开长度 L＝124mm金刚石压头直径 Φ6mm顶角 α＝120°±30′锥顶园弧半径 R＝0.2±0.01mm凸轮基园半径 r＝4.5mm 在180°内升程 h＝2.3mm
3.根据权利要求1)所说的套筒，其特征在于外径限制在Φ38以间，套筒长度为900。
4.权利要求1)所说的传动系统其特征在于由手轮、蜗轮、蜗杆和驱动杆组成。驱动手轮转动时，蜗杆蜗轮转动，驱动杆转动并带动凸轮转动。蜗轮为扇形，解决了压力过载造成工件压痕过大的限位作用。传动机构各零件几何尺寸蜗轮蜗杆的中心距 a′＝19蜗轮蜗杆模数 m＝1速比 i＝1∶30蜗轮分度园直径 d＝30mm蜗轮齿顶园直径 da2＝32mm蜗轮最大园直径 dw2＝33mm蜗轮齿根园直径 df2＝27.5mm蜗轮宽度 B＝4.21mm蜗杆的分度园直径 d1＝8mm蜗杆的最大园直径 dw1＝10mm蜗杆头数 1蜗杆螺纹长度 L＝14mm驱动杆直径 Φ9mm驱动杆长度 L＝771mm
5.根据权利要求1)所说的支撑夹紧系统其特征在于由推拉杆、移动板、支撑座、柱销、轴销和支撑角板组成。移动板是有两个对称型的长臂，两臂上分别固定Φ8的柱销，当带有梯型螺纹的推拉杆转动时，移动板可前后运动，在外角支撑架上有两个水平槽，支撑角板上边分别有与水平夹角15°的斜槽，当移动板水平运动时，柱销也水平运动，支撑角板此时绕轴销可上下张合，测量时张开和内孔表面夹紧，测量完毕闭合，测头可从工作内抽出。夹紧力约120公斤。在测量不同的口径时，可利用工字头、柱销和支撑角板相连接可测量Φ44、Φ57、Φ70、Φ83、Φ88、Φ95、Φ100.5等内孔的硬度。
全文摘要
HD1-60特深内孔洛氏硬度计如图示。本仪器由压头组、套筒、传动系统、支撑架、控制器和微处理机系统组成。是测量通(盲)孔硬度的新型测量仪器。主要技术参数测量孔径38～100.5测量深度0～800测量硬度范围HRC25～72仪器示值误差±1.5HR仪器示值变动度2HRC本仪器具有结构紧凑、体积小、重量轻、使用方便的特点。适合成品管件内孔硬度的测量，用计算机采集和数据处理屏幕上可同时显示HRA、HRB、HRC、HB、HV和自动打印测量结果。该仪器的特点是不用增加任何附件，已实现了四种负荷的测量。
文档编号G01N3/42GK1070478SQ9110871
公开日1993年3月31日 申请日期1991年9月10日 优先权日1991年9月10日
发明者高凤武, 张志杰, 杜汉华, 徐航, 栾占友 申请人:装甲兵工程学院四室