CN103954503A - 一种用于测量环件刚度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量刚度的量具，具体地指一种用于测量环件刚度的装置。包括工作台板，待测环件置于在工作台板上，还包括力加载组件，力加载组件固定在工作台板上；施力测量单元，施力测量单元架设在工作台板上，一端与力加载组件连接，另一端与待测环件连接；环件形变测量单元，环件形变测量单元设置于工作台板上。本发明结构简单，计算方便，且适应不同大小的环件，能够快速准确的测量环件的刚度。

Description

一种用于测量环件刚度的装置

技术领域

本发明涉及测量刚度的量具，具体地指一种用于测量环件刚度的装置。

背景技术

在机电、航空、汽车、工程机械等领域的生产中，金属环件广泛应用。目前，生产环件的主要方法有传统的机械加工、如锻造、切削等，轧制，如传统轧制、多辊轧制等。在环件的加工过程中，夹具、驱动辊、抱辊等机构对环件的作用力会对使环件产生变形，特别是对刚度较小的薄壁环件，刚度不足会直接影响到环件的加工精度。另外，在环件成品的使用过程中，如滚动轴承、车轮等，在多点受力的状态下，亦对环件的刚度有要求，目前国内还没有专门在环件多点受力状态下测量环件刚度的装置。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种用于测量环件刚度的装置，包括工作台板，所述的工作台板上设有导向装置，其特征在于：还包括力加载组件，所述的力加载组件设有至少两组，以工作台板的中点为圆心均匀固定在导向装置上；

施力测量单元，所述的施力测量单元架设在工作台面上，一端连接力加载组件；所述的施力测量单元包括连接轴、弹簧、外套筒、内套筒，所述的连接轴一端固定连接有内套筒；所述的外套筒套设于连接轴的另一端；所述的内套筒、外套筒之间连接有弹簧；所述弹簧套接在连接轴上；所述的施力测量单元上设有反应弹簧形变的测量装置；

形变刻度，所述的形变刻度为设置于工作台板上测量待测环件弹性形变的均匀环形刻度。

进一步的所述的导向装置为设置于工作台板上的滑槽。

进一步的所述的力加载组件包括螺杆和定滑块，所述的定滑块固定在滑槽中，定滑块上设置有与螺杆配套的螺孔；所述的螺杆穿过螺孔与之配合连接，螺杆前端与施力测量单元连接。

进一步的所述的力加载组件设有两组；所述的力加载组件以工作台面的中心为圆点两两相对的均匀分布于工作台面上，两组力加载组件之间夹角为180°。

进一步的所述的力加载组件设有三组；所述的力加载组件以工作台面的中心为圆点均匀分布于工作台面上，相邻力加载组件之间的夹角为120°。

进一步的所述的力加载组件设有四组；所述的力加载组件以工作台面的中心为圆点均匀分布于工作台面上，相邻力加载组件之间的夹角为90°。

进一步的所述的测量装置包括观察孔和弹簧刻度，所述的观察孔设置于外套筒上，透过观察孔对应的连接轴上设有弹簧刻度。

本发明结构简单，计算方便，且适应不同大小的环件，能够快速准确的测量环件的刚度。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明的工作台板结构示意图；

图3：本发明的力加载组件结构示意图；

图4：本发明的施力测量单元结构示意图；

图5：本发明的定滑块固定结构示意图；

图6：本发明的动滑块结构示意图；

图7：本发明的施力测量单元与力加载组件连接结构示意图；

其中：1—工作台板；2—力加载组件；3—测量单元；4—待测环件；5—滑槽；6—形变刻度；2-1—螺杆；2-2—定滑块；2-3—螺孔；2-4—定位杆；3-1—连接轴；3-2—弹簧；3-3—外套筒；3-4—内套筒；3-5—垫圈；3-6—外封盖；3-7—内封盖；3-8—观察口；3-9—施力刻度；3-10—动滑块；3-11—凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～7所示一种用于测量环件刚度的装置，包括工作台板1、力加载组件2和施力测量单元3。

如图2所示的工作台板1，待测环件4置于在工作台板1上，待测环件4的中心与工作台板1的中心重合，工作台板1上设有环形的形变刻度6，待测环件4在外力作用下发生形变后，形变刻度6可以通过具体的数字反应形变的程度。

如图3所示的加载组件2，力加载组件2包括螺杆2-1和定滑块2-2，定滑块2-2固定在工作台板1上，定滑块2-2上设置有与螺杆2-1配套的螺孔2-3，螺杆2-1穿过螺孔2-3与之配合连接，螺杆2-1前端与施力测量单元3连接。力加载组件2主要是向待测环件4施加径向的推力，使待测环件4在推力的作用下发生弹性形变。

如图4所示的施力测量单元3，施力测量单元3包括连接轴3-1、弹簧3-2、外套筒3-3、内套筒3-4、垫圈3-5、外封盖3-6、内封盖3-7，所述的内套筒3-4固定在连接轴3-1的一端，外套筒3-3套接在连接轴3-1的另一端；内封盖3-7、外封盖3-6分别固定在内套筒3-4和外套筒3-3的外侧，外封盖3-6外侧与螺杆2-1前端连接，内封盖3-7外侧紧贴待测环件4；内套筒3-4和外套筒3-3内侧设有环形垫圈3-5，环形垫圈3-5套设于连接轴3-1上；两片环形垫圈3-5之间设有弹簧3-2；弹簧3-2套接在连接轴3-1上；外套筒3-3筒壁上开设有观察孔3-8，透过观察孔3-8对应的连接轴3-1上设有反应弹簧3-2形变的弹簧刻度3-9。

测量弹簧3-2的形变的测量装置有多种，例如可以使用一些传感器之类的测量装置反应弹簧3-2的形变。

连接轴3-1的两端与内封盖3-7、外封盖3-6不接触且之间有一定的距离，当弹簧3-2发生形变时，外套筒3-3可以在连接轴3-1上左右移动。

如图4～7所示，施力测量单元3通过两个动滑块3-10支撑架设在工作台板1上，动滑块3-10上端面设有对应内套筒3-4和外套筒3-3的凹槽3-11。

如图4～7所示，施力测量单元3和力加载组件2连接，力加载组件2向施力测量单元3施加推力，施力测量单元3向待测环件4传递径向的推力，使得待测环件4发生形变。力加载组件2中的定滑块2-2设有定位杆2-4，滑槽5设有对应定位杆2-4的定位孔5-1，将定位杆2-4插进定位孔5-1中即可将定滑块2-2固定在滑槽5中。可以在滑槽5中沿径向设置2个以上的定位孔5-1，这样可以调节力加载组件2与待测环件4的距离，以适应不同大小的待测环件4。

如图1和2所示的工作台板1上端面设有滑槽5，所述的动滑块3-10与定滑块2-2置于滑槽5中，动滑块3-10在滑槽5中滑动，必要时，可在两者之间添加润滑剂以减少摩擦力降低误差。滑槽5中开设有多个孔，定滑块2-2可以根据待测环件4直径的大小选择不同的孔固定，这样那个可以测量多种类型的待测环件4的刚度。

滑槽5有六个，以工作台面1中点为圆心分别设置于工作台面1上0°、90°、120°、180°、240°、270°六个方向。对应设置相同组数的力加载组件2和施力测量单元3，这样可以测量待测环件4在两个力、三个力和四个力下的弹性形变。

具体测量步骤为：将待测环件4置于工作台板1的中间，待测环件4与工作台板1的中点重合，施力测量单元3通过动滑轮3-10支撑架设在工作台板1上，动滑轮3-10置于滑槽5中。施力测量单元3向内的封盖与待测环件4连接。

定滑轮2-2通过定位杆2-4与定位孔5-1的卡合固定在滑槽5中，螺杆2-1的前端与施力测量单元3一端的封盖连接，并向封盖施加径向的推力，施力测量单元3向待测环件传输推力，使待测环件4产生形变量，通过标刻在工作台板1上的形变刻度6计量待测环件4的形变量X。

螺杆2-1向施力测量单元3施加推力时，施力测量单元3中的弹簧3-2会产生压缩形变，连接轴3-1进入到外侧套筒3-3的长度增加，则从观察口3-8可以看到连接轴3-1上的施力刻度3-9与观察口3-8的边沿发生位移变化，记录变化量，通过弹簧3-2的弹性模量与变化量的关系计算出施加的推力F。

测量两个力下的待测环件4的刚度时，需要启动方向相反相对的两个力加载组件2，转动螺杆2-1施加推力，两根螺杆2-1转动的圈数应该相同，这样施加的推力即相等。环件在受到大小相等，方向相反的一对力的作用时，在力Ｆ方向的变形量：

$\mathrm{\δ}=0.0744\frac{{\mathrm{FR}}^3}{\mathrm{EI}}$

其中：E为环件材料的弹性模量，R为环件半径，I为环件截面的惯性矩。

测量三个力下的待测环件4的刚度时，需要启动0°、120°、240°三个方向上的力加载组件2。在受到方向各成120度，大小相等的三个力时，

$\mathrm{\δ}=0.0159\frac{{\mathrm{FR}}^3}{\mathrm{EI}}$

测量四个力下的待测环件4的刚度时，需要启动0°、90°、180°、270°四个方向上的力加载组件2。在受到相互成90度大小相等四力时，

$\mathrm{\δ}=0.006\frac{{\mathrm{FR}}^3}{\mathrm{EI}}$

综上所述：

$\mathrm{\δ}=\mathrm{\α}\frac{{\mathrm{FR}}^3}{\mathrm{EI}}(\mathrm{\α}=\mathrm{0.0744,0.0159,0.006}\·\·\·\·\·\·)$

即可知： $\frac{F}{\mathrm{\δ}}=\frac{\mathrm{EI}}{{\mathrm{\αR}}^3}$

等式左边为某个受力状态下环件的刚度，等式右边对一个具体的环件一个具体的受力状态而言是一个常数，这样我们只需测出多点受力状态下力F的大小及F方向的变形量。

本发明结构简单，计算方便，且适应不同大小的环件，能够快速准确的测量环件的刚度。

Claims (7)

1.一种用于测量环件刚度的装置，包括工作台板(1)，所述的工作台板(1)上设有导向装置；所述的导向装置沿圆周均匀分布在工作台板(1)上，其特征在于：

还包括力加载组件(2)，所述的力加载组件(2)设有至少两组，均固定在导向装置上；

施力测量单元(3)，所述的施力测量单元(3)架设在工作台面(1)上，一端连接力加载组件(2)；所述的施力测量单元(3)包括连接轴(3-1)、弹簧(3-2)、外套筒(3-3)、内套筒(3-4)，所述的连接轴(3-1)一端固定连接有内套筒(3-4)；所述的外套筒(3-3)套设于连接轴(3-1)的另一端；所述的内套筒(3-4)、外套筒(3-3)之间连接有弹簧(3-2)；所述弹簧(3-2)套接在连接轴(3-1)上；所述的施力测量单元(3)上设有反应弹簧(3-2)形变的测量装置；

形变刻度(6)，所述的形变刻度(6)为设置于工作台板(1)上测量待测环件(4)弹性形变的均匀环形刻度。

2.如权利要求1所述的一种用于测量环件刚度的装置，其特征在于：所述的导向装置为设置于工作台板(1)上的滑槽(5)。

3.如权利要求1所述的一种用于测量环件刚度的装置，其特征在于：所述的力加载组件(2)包括螺杆(2-1)和定滑块(2-2)，所述的定滑块(2-2)固定在滑槽(5)中，定滑块(2-2)上设置有与螺杆(2-1)配套的螺孔(2-3)；所述的螺杆(2-1)穿过螺孔(2-3)与之配合连接，螺杆(2-1)前端与施力测量单元(3)连接。

4.如权利要求1所述的一种用于测量环件刚度的装置，其特征在于：所述的力加载组件(2)设有两组；所述的力加载组件(2)以工作台面(1)的中心为圆点两两相对的均匀分布于工作台面(1)上，两组力加载组件(2)之间夹角为180°。

5.如权利要求1所述的一种用于测量环件刚度的装置，其特征在于：所述的力加载组件(2)设有三组；所述的力加载组件(2)以工作台面(1)的中心为圆点均匀分布于工作台面(1)上，相邻力加载组件(2)之间的夹角为120°。

6.如权利要求1所述的一种用于测量环件刚度的装置，其特征在于：所述的力加载组件(2)设有四组；所述的力加载组件(2)以工作台面(1)的中心为圆点均匀分布于工作台面(1)上，相邻力加载组件(2)之间的夹角为90°。

7.如权利要求1所述的一种用于测量环件刚度的装置，其特征在于：所述的测量装置包括观察孔(3-8)和弹簧刻度(3-9)，所述的观察孔(3-8)设置于外套筒(3-3)上，透过观察孔(3-8)对应的连接轴(3-1)上设有弹簧刻度(3-9)。