[发明专利]特深内孔洛氏硬度计

说明书

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    Φ38～100.5

2深量深度    0～800

3固紧力    150Kg

4深量硬度范围    HRC25～72

5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    ±1.5HR

8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h₀

2旋加总负荷F＝60公斤，金刚石压入深度为h₂

3卸去主负荷，保留初负荷时，金刚石的压入深度为h₁

HR＝100－ (｜h₁-h₀｜)/(c) ×n

HR为硬度单位

100-指示器量程值

C-常数为0.002mm

n＝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