CN104897713B - 一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，属于精密仪器领域。一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，包括：一个具有水平调节功能的水平安装台；设置于水平安装台下方的高温恒温箱；通过主轴悬空设置于水平安装台下方并伸入高温恒温箱中的转台，沿转台的圆周设有呈中心对称的若干用于夹持热双金属片的定位夹具，水平安装台上设有与主轴相连的旋转电机；设置于水平安装台上并分别位于主轴两侧的热变形力测量机构和挠度测量机构；所述水平安装台和高温恒温箱的上表面均开有与热变形力测量机构和挠度测量机构的位置相对应的U型槽。本发明的测量更具科学性，测试结果误差小，且测试效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量装置，特别涉及一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置。
背景技术
面对当今全球能源短缺的现状下，各国相继提出″智能电网″的概念。我国″智能电网″中的目标有″确保电力供应的安全性、可靠性和经济性″。断路器作为电网开断及保护装置，热双金属片为断路器热脱扣机构核心元件。热双金属片的形变与形变力不一致性，直接影响到断路器的安全性、可靠性和经济性。一方面降低了热双金属片生产厂家产品的合格率；另一方面导致断路器制造厂家在断路器出厂检测时，会有一定数量的断路器未能在规定的时间内脱扣，需重新返回生产线手工调节热双金属片与脱扣机构的位置，不仅影响工厂生产效率，也会影响到热双金属片的脱扣性能。
断路器制造厂家及热双金属片生产厂家亟需解决热双金属片热形变导致弯曲与形变力不一致性问题。检测热双金属片一致性测试设备大都基于油槽接触式测量方法；其测量系统采用加热油槽为温度场，将热双金属片置于油槽里，位置传导杆与热双金属片接触，通过热双金属片在不同温度下热形变导致挠度变化使传递杆上升或下降，激光传感器与压力传感器通过对传递杆的测量读出热双金属片的形变及热变形力。
油槽接触式测量方法具有在温度场中温度分布均匀等优点，但升降温测试导致位移传递杆热变形，温变引起油液粘度变化致使油液中位移传递杆所受浮力发生变化，传递杆与传递杆定位架之间摩擦力也会变化。由以上因素可知，温度变化所导致传递杆受力及形变所导致的多力耦合，会导致过大的测量误差及精度稳定性。另外油槽中油介质需经常更换；导致油槽接触式测量装置不仅使用效率低，而且每次换油需要重新标定。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其效率高，精度高，又环保。
本发明的目的是这样实现的：
一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，包括：
一个具有水平调节功能的水平安装台；
设置于水平安装台下方的高温恒温箱；
通过主轴悬空设置于水平安装台下方并伸入高温恒温箱中的转台，沿转台的圆周设有呈中心对称的若干用于夹持热双金属片的定位夹具，水平安装台上设有与主轴相连的旋转电机；
设置于水平安装台上并分别位于主轴两侧的热变形力测量机构和挠度测量机构；
所述水平安装台和高温恒温箱的上表面均开有与热变形力测量机构和挠度测量机构的位置相对应的U型槽。
其中，所述热变形力测量机构包括压力传感器、力传递杆和两轴微动平台；所述两轴微动平台固定在水平安装台上，力传递杆与压力传感器相连，压力传感器固定于两轴微动平台的前侧并保持力传递杆垂直向下伸入高温恒温箱中，所述压力传感器和力传递杆可在两轴微动平台的带动下在竖直平面内移动。
其中，所述挠度测量机构包括激光传感器、直线导轨、驱动电机和四轴微动平台；所述四轴微动平台固定在水平安装台上，直线导轨固定在四轴微动平台的前侧并可在四轴微动平台的带动下在水平面内移动；所述激光传感器固定在直线导轨上，激光传感器发射的激光垂直向下射入高温恒温箱中；所述驱动电机设置于直线导轨的端部，用于驱动激光传感器沿直线导轨平移。
其中，所述定位夹具包括具有导向槽的底座、设置于导向槽内的主动滑块、两个定位滑块和前端定位滑块以及可上下垂直移动的压柱；所述压柱、前端定位滑块和主动滑块从前往后依次排列在底座的中心线上，且主动滑块和前端定位滑块均可在导向槽内作前后直线移动，两个定位滑块对称夹持于前端定位滑块的左右两侧并通过连杆与主动滑块联动，通过主动滑块在导向槽内前后移动带动两个定位滑块在导向槽内作左右移动。
其中，所述前端定位滑块通过调节螺栓与底座的前侧壁相连，并通过调节螺栓使前端定位滑块在导向槽内作前后直线移动。
其中，所述两个定位滑块的前端沿其相对方向分别设有两个相互啮合的梳齿，该梳齿的高度低于定位滑块的高度；所述前端定位滑块呈7字型，其顶端水平向前延伸出高于定位滑块的梳齿的凸台；所述热双金属片被夹持于两个定位滑块之间，其一端抵接于前端定位滑块，并被压柱固定于定位滑块的梳齿之上。
其中，所述主轴为阶梯轴，阶梯轴外套有轴套，轴套的两端分别设有上、下轴承端盖，轴套与下轴承端盖分别夹持于水平安装台的上下表面将阶梯轴固定在水平安装台上；所述上轴承端盖上盖有筒盖，上轴承端盖与筒盖之间设有与阶梯轴相连的联轴器；所述旋转电机固定于筒盖上并通过联轴器驱动阶梯轴转动。
其中，所述阶梯轴的两端分别套有上、下角接触球轴承，所述下角接触球轴承的下端抵接于下轴承端盖，所述阶梯轴伸出上角接触球轴承部分设有压紧螺母抵接于上轴承端盖。
其中，所述旋转电机和驱动电机均为伺服电机。
其中，所述水平安装台包括矩形框架和水平板，矩形框架底部的四角分别装有滚轮，水平板的四角通过螺栓和螺母的配合固定于矩形框架顶部。
本发明的有益效果为：
1)本发明中的挠度测量机构为空气温度场不接触式，在同一温度下激光传感器以很高频率发出测量光束，在一条热双金属片上测出很密集的近似一条线的点而不是只能测一个点，其测量更具科学性。
2)定位夹具适用于固定不同宽度和长度的热双金属片，保证了条形热双金属片的中心线位置与圆盘的法向重合，同时保证激光传感器与压力传感器测量位置为热双金属片的中心线，提高测量结果的准确性。
3)使用具有水平调节功能的水平安装台、四轴微动平台和两轴微动平台，最大可能减小测试误差。
4)转台上中心对称设置有若干定位夹具，一次可安装多个热双金属片，转动转台对热双金属片依次测试，大大提高了测试效率。
附图说明
图1为本发明整体示意图。
图2为图1中的热变形力测量机构示意图。
图3为图1中的挠度测量机构示意图。
图4为图1中的定位夹具示意图。
图5为图1中的主轴剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，包括一个具有水平调节功能的水平安装台1，设置于水平安装台1下方的高温恒温箱2，通过主轴3悬空设置于水平安装台1下方并伸入高温恒温箱2中的转台4，沿转台4的圆周设有呈中心对称的若干用于夹持热双金属片的定位夹具5，水平安装台1上设有与主轴3相连的旋转电机6，以及设置于水平安装台1上并分别位于主轴3两侧的热变形力测量机构7和挠度测量机构8。且水平安装台1和高温恒温箱2的上表面均开有与热变形力测量机构7和挠度测量机构8的位置相对应的U型槽。
其中，水平安装台1具体包括矩形框架和水平板。矩形框架由铝合金材料制成，矩形框架底部的四角分别装有滚轮，以便于移动本装置，滚轮优选为带自锁功能的滚轮，防止本装置在使用过程中发生移动影响测量结果。水平板的四角通过螺栓和螺母的配合固定于矩形框架顶部，通过调节螺栓以保证水平板与转台4的平行度。
为了便于装卸，可以将转台4设计成一个固定安装盘和套在固定安装盘外的圆环式安装盘，其中，固定安装盘与主轴固连，定位夹具5安装在圆环式安装盘上，圆环式安装盘与固定安装盘为可拆卸式连接。
如图2所示，热变形力测量机构7包括压力传感器72、力传递杆73和两轴微动平台71。两轴微动平台71固定在水平安装台1上，力传递杆73与压力传感器72相连，压力传感器72固定于两轴微动平台71的前侧并保持力传递杆73垂直向下依次穿过水平安装台1和高温恒温箱2的上表面的U型槽，伸入高温恒温箱2中。压力传感器72和力传递杆73可在两轴微动平台71的带动下在竖直平面内移动。
通过两轴微动平台71与水平安装台1的共同作用，可有效保证力传递杆73与被测热双金属片的垂直度。
如图3所示，挠度测量机构8包括激光传感器81、直线导轨82、驱动电机83和四轴微动平台84。四轴微动平台84固定在水平安装台1上，直线导轨82固定在四轴微动平台84的前侧并可在四轴微动平台84的带动下在水平面内移动。激光传感器81固定在直线导轨82上，激光传感器81发射的激光依次穿过水平安装台1和高温恒温箱2的上表面的U型槽，垂直向下射入高温恒温箱2中。驱动电机83设置于直线导轨82的端部，用于驱动激光传感器81沿直线导轨82平移。
如图4所示，定位夹具5包括具有导向槽52的底座51、设置于导向槽52内的主动滑块53、两个定位滑块54和前端定位滑块55以及可上下垂直移动的压柱58。压柱58、前端定位滑块55和主动滑块53从前往后依次排列在底座51的中心线上，且主动滑块53和前端定位滑块55均可在导向槽52内作前后直线移动，两个定位滑块54对称夹持于前端定位滑块55的左右两侧并通过连杆56与主动滑块53联动，通过主动滑块53在导向槽52内前后移动带动两个定位滑块54在导向槽52内作左右移动。
前端定位滑块55通过调节螺栓57与底座51的前侧壁相连，并通过拧转调节螺栓57使前端定位滑块55在导向槽52内作前后直线移动。
两个定位滑块54的前端沿其相对方向分别设有两个相互啮合的梳齿，该梳齿的高度低于定位滑块54的高度。前端定位滑块55呈7字型，其顶端水平向前延伸出高于定位滑块54的梳齿的凸台。热双金属片被夹持于两个定位滑块54之间，其后端抵接于前端定位滑块55，并被压柱58固定于定位滑块54的梳齿之上和前端定位滑块55的凸台之下。
通过主动滑块53、两个定位滑块54和前端定位滑块55进行定位，可适应不同宽度及长度的热双金属片。
如图5所示，主轴3为阶梯轴31，阶梯轴31外套有轴套32，轴套32的两端分别设有上、下轴承端盖33、34，轴套32与下轴承端盖34分别夹持于水平安装台1的上下表面将阶梯轴31固定在水平安装台1上。上轴承端盖33上盖有筒盖35，上轴承端盖33与筒盖35之间设有与阶梯轴31相连的联轴器36。旋转电机6固定于筒盖35上并通过联轴器36驱动阶梯轴31转动。
为保证阶梯轴31旋转的同心度，在阶梯轴31的两端分别套有上、下角接触球轴承37、38，下角接触球轴承38的下端抵接于下轴承端盖34，阶梯轴31伸出上角接触球轴承37部分设有压紧螺母39抵接于上轴承端盖33。
其中，旋转电机6和驱动电机83均为伺服电机。
使用本装置进行测试时，先将激光传感器81和压力传感器72的数据输出端与电脑相连，以便读取数据。具体测试步骤如下：
1)将转台4中的圆环式安装盘拆下，将待测热双金属片依次用定位夹具5固定在圆环式安装盘上，然后将圆环式安装盘固定在固定安装盘上；
2)调节水平板四角的连接螺栓，使水平板与转台保持平行；
3)调整热变形力测量机构7中的两轴微动平台71，使力传递杆73与被测热双金属片垂直，并控制初始状态下力传递杆73与被测热双金属片的接触力在一定范围内；
4)调整挠度测量机构8中的四轴微动平台84，确保激光传感器81沿直线导轨82移动时，激光传感器81发射出的激光点均打在热双金属片的中心线上；
5)热双金属片热形变的测量，使高温恒温箱2保持某一恒温，旋转电机6带动转台4转动，热变形力测量机构7对安装在转台4上的每条被测热双金属片依次进行测量，被测热双金属片热形变所产生的力通过力传递杆73传递到压力传感器72，并通过电脑读取压力传感器72测得的数据；
6)热双金属片热形变力一致性的测量，高温恒温箱2保持步骤5中的温度不变，旋转电机6带动转台4转动，激光传感器81在驱动电机83的带动下沿直线导轨82移动，同时以高频取样率对安装在转台4上的每条被测热双金属片的热形变量依次进行测量，通过电脑读取激光传感器81测得的数据，并通过软件对每条热双金属片在某一温度下所测出的点通过软件进行曲线拟合，再进行一致性比对；
7)完成测量后，拆下圆环式安装盘，换上下一批被测热双金属片进行测量。
Claims (10)
1.一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其特征在于，包括：
一个具有水平调节功能的水平安装台(1)；
设置于水平安装台(1)下方的高温恒温箱(2)；
通过主轴(3)悬空设置于水平安装台(1)下方并伸入高温恒温箱(2)中的转台(4)，沿转台(4)的圆周设有呈中心对称的若干用于夹持热双金属片的定位夹具(5)，水平安装台(1)上设有与主轴(3)相连的旋转电机(6)；
设置于水平安装台(1)上并分别位于主轴(3)两侧的热变形力测量机构(7)和挠度测量机构(8)；
所述水平安装台(1)和高温恒温箱(2)的上表面均开有与热变形力测量机构(7)和挠度测量机构(8)的位置相对应的U型槽。
2.根据权利要求1所述的一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其特征在于，所述热变形力测量机构(7)包括压力传感器(72)、力传递杆(73)和两轴微动平台(71)；所述两轴微动平台(71)固定在水平安装台(1)上，力传递杆(73)与压力传感器(72)相连，压力传感器(72)固定于两轴微动平台(71)的前侧并保持力传递杆(73)垂直向下伸入高温恒温箱(2)中，所述压力传感器(72)和力传递杆(73)可在两轴微动平台(71)的带动下在竖直平面内移动。
3.根据权利要求1所述的一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其特征在于，所述挠度测量机构(8)包括激光传感器(81)、直线导轨(82)、驱动电机(83)和四轴微动平台(84)；所述四轴微动平台(84)固定在水平安装台(1)上，直线导轨(82)固定在四轴微动平台(84)的前侧并可在四轴微动平台(84)的带动下在水平面内移动；所述激光传感器(81)固定在直线导轨(82)上，激光传感器(81)发射的激光垂直向下射入高温恒温箱(2)中；所述驱动电机(83)设置于直线导轨(82)的端部，用于驱动激光传感器(81)沿直线导轨(82)平移。
4.根据权利要求1所述的一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其特征在于，所述定位夹具(5)包括具有导向槽(52)的底座(51)、设置于导向槽(52)内的主动滑块(53)、两个定位滑块(54)和前端定位滑块(55)以及可上下垂直移动的压柱(58)；所述压柱(58)、前端定位滑块(55)和主动滑块(53)从前往后依次排列在底座(51)的中心线上，且主动滑块(53)和前端定位滑块(55)均可在导向槽(52)内作前后直线移动，两个定位滑块(54)对称夹持于前端定位滑块(55)的左右两侧并通过连杆(56)与主动滑块(53)联动，通过主动滑块(53)在导向槽(52)内前后移动带动两个定位滑块(54)在导向槽(52)内作左右移动。
5.根据权利要求4所述的一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其特征在于，所述前端定位滑块(55)通过调节螺栓(57)与底座(51)的前侧壁相连，并通过调节螺栓(57)使前端定位滑块(55)在导向槽(52)内作前后直线移动。
6.根据权利要求4所述的一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其特征在于，所述两个定位滑块(54)的前端沿其相对方向分别设有两个相互啮合的梳齿，该梳齿的高度低于定位滑块(54)的高度；所述前端定位滑块(55)呈7字型，其顶端水平向前延伸出高于定位滑块(54)的梳齿的凸台；所述热双金属片被夹持于两个定位滑块(54)之间，其一端抵接于前端定位滑块(55)，并被压柱(58)固定于定位滑块(54)的梳齿之上。
7.根据权利要求1所述的一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其特征在于，所述主轴(3)为阶梯轴(31)，阶梯轴(31)外套有轴套(32)，轴套(32)的两端分别设有上、下轴承端盖(33、34)，轴套(32)与下轴承端盖(34)分别夹持于水平安装台(1)的上下表面将阶梯轴(31)固定在水平安装台(1)上；所述上轴承端盖(33)上盖有筒盖(35)，上轴承端盖(33)与筒盖(35)之间设有与阶梯轴(31)相连的联轴器(36)；所述旋转电机(6)固定于筒盖(35)上并通过联轴器(36)驱动阶梯轴(31)转动。
8.根据权利要求7所述的一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其特征在于，所述阶梯轴(31)的两端分别套有上、下角接触球轴承(37、38)，所述下角接触球轴承(38)的下端抵接于下轴承端盖(34)，所述阶梯轴(31)伸出上角接触球轴承(37)部分设有压紧螺母(39)抵接于上轴承端盖(33)。
9.根据权利要求3所述的一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其特征在于，所述旋转电机(6)和驱动电机(83)均为伺服电机。
10.根据权利要求1所述的一种测量热双金属片的热形变及形变力一致性的装置，其特征在于，所述水平安装台(1)包括矩形框架和水平板，矩形框架底部的四角分别装有滚轮，水平板的四角通过螺栓和螺母的配合固定于矩形框架顶部。
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