CN119178365A - 一种极限温度下的螺母中径测量方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种极限温度下的螺母中径测量方法与装置，测量装置包括检测基座、螺母放置台、千分表、导向筒、隔温棒、隔温块、滚珠、测温仪。测量方法包括提供待测螺母及所需极限温度，根据螺母选择对应的滚珠。将螺母放到所述螺母放置台上，根据螺母的尺寸调节好测量装置。通过制热/冷机将螺母的温度设置到一个合适的温度，然后取出快速安装到测量装置中，通过测温仪监控温度，当螺母温度达到所需极限温度时，记录各千分表的测量结果。再测量室温时的中径值，通过计算获得极限温度下的中径值。采用本发明的技术方案，解决了极限温度下的螺母中径难测和测不准问题。

Description

一种极限温度下的螺母中径测量方法与装置

技术领域

本发明属于螺母测量领域，特别是一种极限温度下的螺母中径测量方法与装置。

背景技术

螺母是机械传动系统中的关键元件，常与螺栓或丝杠配合使用，用于连接或固定各种零部件。螺母通过内螺纹与螺栓或丝杠的外螺纹啮合，实现精确的轴向移动和定位。与螺栓配合使用的又叫螺帽，内螺纹滚道常常是三角螺纹。与丝杠配合使用的螺母，因与丝杠的配合形式不同，其内螺纹的法向截面也不相同。当螺母与丝杠直接以螺旋副相配合，构成螺旋滑动传动时，其内螺纹会采用矩形螺纹、梯形螺纹或者锯齿形螺纹；当螺母与丝杠之间插入滚珠构成滚动螺旋副时，这时的螺母又叫滚珠螺母，其内螺纹的法向截面常常是单圆弧或者哥特式双圆弧；当螺母与丝杠之间采用行星滚柱作为中间件时。这时的螺母叫做滚柱螺母，其内螺纹的法向截面常常是类似于齿轮的齿形。不管是上述哪一种螺母，它们都有一个很重要的螺纹几何形状参数，中径。中径位于螺纹的牙顶和牙底之间，是决定螺纹配合性质和强度的关键尺寸。螺母的中径在螺纹设计和应用中起着至关重要的作用，它影响着螺纹的配合、受力情况以及连接的整体性能。正确设计和控制螺母的中径尺寸，能够确保螺纹连接的安全性、可靠性和耐久性。

常规的螺母中径测量方法是先测量螺母的外圆直径，然后放入一个对应的滚珠到滚道中，用千分表量取滚珠到卡取滚珠表面到螺母外圆的距离，然后计算得到螺母的中径值。当然，随着技术的发展，一些新型的螺母中径测量设备被开发出来，例如一种滚珠螺母中径测量结构(CN208349988U)，重载螺母中径测量量具(CN207600352U)等。这些装置提高了螺母中径的测量效率，但是只能测量常温下的螺母中径。因为在这些测量方式中，都需要人手直接接触螺母，当温度低于-5℃或者高于55℃时，即便是短时间的接触，都会造成人体表面皮肤受损。此外，量具与极限温度的直接接触也会引起测量结果不准，甚至引起量具的损坏。

然而，随着科技的发展，螺母被越来越多的用于极限温度下。例如东北与新疆室外工作的汽车内，核电站驱动机构中，航天航空领域的各种机构中，都少不了各种螺母的应用。为了使螺母在对应的极限温度下达到最佳的使用性能，就需要知道在对应的温度下的螺母的中径，以便更好的指导设计。因此十分有必要发明一种极限温度下的螺母中径测量方法与装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种极限温度下的螺母中径测量方法与装置，以解决极限温度工况下的螺母中径无法测量或者测不准问题，从而指导设计出能在对应的温度下正常工作的螺母。

实现本发明目的的技术解决方案为：

检测平台，用于固定螺母放置台和多个检测支架；

螺母放置台，用于放置并定位被测螺母；

检测支架，用于连接隔温单元，并调整隔温单元的位置，使得隔温单元与被测对象接触；

隔温单元，下端与被测对象接触，上端连接着千分表；

测温仪，用于检测被测螺母内滚珠与被测螺母接触处的温度；

千分表，包括测地千分表、测顶千分表和测滚道千分表，分别通过对应的隔温单元与螺母放置台、被测螺母外圆、被测螺母滚道内滚珠接触；测地千分表用于检测温度从所需的极限温度回到室温时的螺母放置台表面高度变化量，测顶千分表用于检测温度从所需的极限温度回到室温时的被测螺母外圆直径变化量，测滚道千分表用于检测温度从所需的极限温度回到室温时的被测螺母滚道内滚珠顶部的高度变化量；

通过检测滚珠直径从所需的极限温度回到室温时的变化量，以及上述三个千分表的检测值获得极限温度下的螺母中径值。

一种极限温度下的螺母中径测量装置，其用于检测极限温度下的螺母中径的测量方法，

S1：提供被测螺母及所需极限温度T_c，所述待测螺母圆周上加工出孔，穿过该孔接触到内螺纹滚道；根据所述被测螺母选择对应的滚珠；

S2：将所述被测螺母放到螺母放置台上，根据被测螺母的尺寸调节好检测支架、千分表、隔温单元以及测温仪的位置；

S3:对被测螺母和滚珠进行加热或制冷，使得被测螺母和滚珠的加热或制冷温度超过或低于所需极限温度T_c，使得测温仪能测到所需的极限温度T_c值；

S4：将被测螺母安装到位；被测螺母圆周上的孔至少有一个面朝上；将滚珠放到该孔对面的滚道上，至少放两颗，保证能够平稳放置隔温单元滚珠顶部；所述千分表下压足够的量，保证被测螺母冷却至室温时，千分表依然与隔温单元相接触；

S5：监测测温仪和千分表的测量数据，待测温仪的温度达到所需的极限温度T_c时，记录下该时刻的千分表的数值；记测地千分表此时的值为x₁，所述测顶千分表此时的值为x₂，所述测滚道千分表此时的值为x₃；

S6：继续监测测温仪的温度，当温度变成室温时，记录该时刻的千分表的数值；记测地千分表此时的值为x₁₀，测顶千分表此时的值为x₂₀，测滚道千分表此时的值为x₃₀；

S7：取出被测螺母，测量此时室温下的螺母的中径，记为D_m0；

S8：通过以下算式计算获得对应极限温度下的螺母中径值D_m：

D_m＝D_m0+(x₁-x₁₀)+(x₂-x₂₀)-2(x₃-x₃₀)+ΔD_b

其中，ΔD_b为滚珠的直径D_b受温度影响的变化量，计算公式如下：

ΔD_b＝α_l(T_c-T₀)D_b

其中，α_l为滚珠的材料的热膨胀系数，T_c为所述极限温度，T₀为室温的温度，取T₀＝20℃。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

本发明可以测试人手无法直接接触的温度(T_c≤-5℃或T_c≥55℃)下的螺母的中径，通过相应计算公式保证了结果准确，可以为后续的相同极限温度下的螺母的设计提供依据。

附图说明

图1为所述螺母放置于所述试验装置进行试验的示意图；

图2为所述螺母放置台的示意图；

图3为检测位置细节展示图。

符号说明：

1检测基座；101平台；102支撑杆；103导向杆；2螺母放置台；201止动块；3千分表；301测地千分表；302测顶千分表；303测滚道千分表；4导向筒；5隔温棒；6隔温块；7滚珠；8测温仪；9螺母。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种极限温度下的螺母中径测量装置，包括：检测基座1、螺母放置台2、千分表3、导向筒4、隔温棒5、隔温块6、滚珠7、测温仪8。检测检测基座1由一个检测平台101和检测支架构成，检测支架由不少于3个的支撑杆102和导向杆103组成。3个支撑杆和导向杆组合，是能实现最基本的检测一个螺母滚道的中径。为了减小测量误差，可以测量多个位置的螺母中径，取平均值，那么就需要更多的支撑杆和导向杆组合。如图1、图2所示，螺母放置台2安装于平台101上，螺母放置台2带有至少一个止动块201，对待测螺母9进行限位。平台101有多个孔位供支撑杠102安装，支撑杆102根据螺母9的尺寸选择孔位安装。导向杠103与支撑杆102连接，导向杠103的位置由螺母9的尺寸确定。导向杆103的长度可以调节。导向筒4安装于导向杆103。隔温棒5与导向筒4之间为间隙配合，隔温棒5可以在导向筒4内顺畅移动。隔温棒5上面连接着千分表，千分表安装在对应的千分表底座(图中未示出)上。隔温棒5下面连接着隔温块6，隔温棒5和隔温块6的热伸长系数和导热率很低。所述隔温块6放置于对应的测试物体上，放置位置分别由测地千分表301、测顶千分表302和测滚道千分表303决定。滚珠7不少于2颗，滚珠7的材料以及直径由螺母9决定。测温仪8放置于检测基座1之外，可以测得滚珠7与螺母9接触处的温度。千分表3与所述测温仪8可以时时测得对应的数据。

采用本发明的技术方案，使用时，在用隔温手套将螺母9放置于螺母放置台2后，在测量时，可以完全不用手直接与螺母直接接触，在设计温度低于-5℃或者高于55℃的工况下的螺母时，可以采用本技术方案，测得在该温度下的螺母的中径是否达到要求，以免无法正常工作。

进一步地，平台101的材质为铸铁，该铸铁平台的精度不得小于2级。采用本发明的技术方案，相比于大理石平台，铸铁平台的成本更低。而2级的平台精度可以保证足够的平面度，为精准测量螺母中径奠定基础。

进一步地，所述平台101的表面按照一定规则加工出多个螺纹孔。采用本发明的技术方案，可以增大测量螺母的范围，根据螺母尺寸的大小，选择不同的螺纹孔安装支撑杆102。

进一步地，螺母放置台2的材质为大理石。该大理石平台的精度不得小于2级。采用本发明的技术方案，可以提高装置的热稳定性，变形小，减小螺母中径测量的测量误差。

进一步地，如图2所示，止动块201与螺母放置台2材质一致，且一体成型。采用本发明的技术方案，可以防止螺母在平台上滚动。一体成型，可以保证热稳定性。

进一步地，导向筒4的材质为聚醚醚酮(PEEK)，耐高温、具有自润滑性，摩擦系数低。采用本发明的技术方案，可以让受温度影响而变形的隔温棒在里面顺畅变形，不至于卡住，导致测量误差。

进一步地，隔温棒5的材质为陶瓷。陶瓷材料热膨胀系数较低，隔温性能非常好，采用本发明的技术方案，可以保证测量过程中温度无法传导到千分表的测头，从而保护测头，保证测量结果的准确性。

进一步地，隔温块6的材质为石英玻璃。石英材料的导热系数较低，热膨胀系数更是比陶瓷材料小一个数量级，在试验过程中，尺寸受温度影响小。因此，采用本发明的技术方案，可以减小测量误差。

进一步地，千分表和测温仪8与电脑可以时时传递数据，将所测得的数据传输给电脑并记录。采用本发明的技术方案，可以准确获得每一时刻的温度与千分表数值，保证数据测量的可靠性。

进一步地，支撑杆102与平台101为螺纹连接。采用本发明的技术方案，方便根据螺母尺寸快速安装与测量。

进一步地，导向杠103与支撑杆102之间通过锁定机构连接，在锁定机构解开时，二者是柱面副连接，有两个自由度(旋转和上下滑移)。当调整好位置之后，利用锁定机构将其锁定，自由度为零。采用本发明的技术方案，导向杆和支撑杆的自由度高，可以更大范围内自由定位，扩大了测量螺母的范围。

进一步地，锁定机构由不少于1颗紧定螺钉构成。采用本发明的技术方案，可以快速锁定与解开锁定。

进一步地，导向筒4和导向杆103之间的连接为过盈配合连接。采用本发明的技术方案，利于导向筒4和导向杆103的加工，装配简单。

此外，如图1和图3所示，本发明还提供了极限温度下的螺母中径测量方法，包括以下步骤：

S1：提供待测螺母9及所需极限温度，螺母9圆周上加工出孔，可以穿过该孔接触到内螺纹滚道；进一步地，螺母9为滚珠螺母，更进一步地，螺母9的返向形式为内循环，螺母圆周上本来就有返向器孔；根据螺母9选择对应的滚珠7；极限温度T_c指手指不能长时间接触的温度，一般范围是：T_c≤-5℃或T_c≥55℃；

S2：将螺母9放到螺母放置台2上，根据螺母的尺寸调节好所述支撑杆102、导向杆103、千分表、隔温棒5、隔温块6以及测温仪8的位置；

S3:当极限温度T_c≤-5℃时，将螺母9和滚珠7放到制冷机中进行制冷，制冷温度比T_c要低，保证正式测量时，测温仪8能测到所需的T_c值；当极限温度T_c≥55℃时，将螺母9和滚珠7放到制热机中进行制热，制热温度比T_c要高，保证正式测量时，测温仪8能测到所需的T_c值；

S4：将螺母9从所述制冷/热机中取出，快速安装到位；进一步地，螺母9带有法兰，利用法兰直接与螺母放置台接触快速定位；螺母9圆周上的孔至少有一个面朝上；用将滚珠7放到该孔对面的滚道上，至少放两颗，保证可以平稳放置隔温块在滚珠顶部；千分表下压足够的量，保证螺母9冷却至室温时，千分表3依然与隔温棒5相接触；

S5：监测测温仪8和千分表的测量数据，待测温仪8的温度达到所需的极限温度T_c时，记录下该时刻的千分表的数值；记测地千分表301此时的值为x₁，测顶千分表302此时的值为x₂，测滚道千分表303此时的值为x₃。

S6：继续监测测温仪8的温度，当温度变成室温时，记录该时刻的千分表3的数值；记测地千分表301此时的值为x₁₀，测顶千分表302此时的值为x₂₀，测滚道千分表303此时的值为x₃₀；

S7：取出螺母，利用常规螺母中径测量方法测量此时室温下的螺母的中径，记为D_m0；

S8：通过以下算式计算获得对应极限温度下的螺母中径值D_m：

D_m＝D_m0+(x₁-x₁₀)+(x₂-x₂₀)-2(x₃-x₃₀)+ΔD_b

其中，ΔD_b为滚珠7的直径D_b受温度影响的变化量，计算公式如下：

ΔD_b＝α_l(T_c-T₀)D_b

其中，α_l为所述滚珠7的材料的热膨胀系数，T_c为所述极限温度，T₀为室温的温度，一般取T₀＝20℃。

采用本发明的技术方案，可以对任何功能任何型号的螺母，测量其在极限高温或者极限低温情况下的中径值。为设计出在这些极限工况下能正常工作的螺母的提供依据。

Claims (10)

1.一种极限温度下的螺母中径测量装置，其特征在于，包括：

检测平台，用于固定螺母放置台和多个检测支架；

螺母放置台，用于放置并定位被测螺母；

检测支架，用于连接隔温单元，并调整隔温单元的位置，使得隔温单元与被测对象接触；

隔温单元，下端与被测对象接触，上端连接着千分表；

测温仪，用于检测被测螺母内滚珠与被测螺母接触处的温度；

千分表，包括测地千分表、测顶千分表和测滚道千分表，分别通过对应的隔温单元与螺母放置台、被测螺母外圆、被测螺母滚道内滚珠接触；测地千分表用于检测温度从所需的极限温度回到室温时的螺母放置台表面高度变化量，测顶千分表用于检测温度从所需的极限温度回到室温时的被测螺母外圆直径变化量，测滚道千分表用于检测温度从所需的极限温度回到室温时的被测螺母滚道内滚珠顶部的高度变化量；

通过检测滚珠直径从所需的极限温度回到室温时的变化量，以及上述三个千分表的检测值获得极限温度下的螺母中径值。

2.根据权利要求1所述的极限温度下的螺母中径测量装置，其特征在于，所述检测支架包括支撑和导向杆；

所述支撑杆安装在螺母放置台上，所述导向杠与支撑杆连接，二者相对位置可调，且导向杆的长度可调。

3.根据权利要求2所述的极限温度下的螺母中径测量装置，其特征在于，所述隔温单元包括隔温棒和隔温块，所述导向筒安装于导向杆；所述隔温棒与导向筒配合，能够在导向筒内移动；所述隔温棒上面连接着千分表，下面连接着隔温块。

4.根据权利要求3所述的极限温度下的螺母中径测量装置，其特征在于，所述向筒的材质为聚醚醚酮。

5.根据权利要求3所述的极限温度下的螺母中径测量装置，其特征在于，所述隔温棒的材质为陶瓷，隔温块的材质为石英玻璃。

6.根据权利要求1所述的极限温度下的螺母中径测量装置，其特征在于，所述检测平台的材质为铸铁精度不得小于2级。

7.根据权利要求1所述的极限温度下的螺母中径测量装置，其特征在于，所述螺母放置台的材质为大理石，精度不得小于2级。

8.根据权利要求2所述的极限温度下的螺母中径测量装置，其特征在于，所述导向杠与支撑杆之间通过锁定机构连接，在锁定机构解开时，二者是柱面副连接，有两个自由度；当调整好位置之后，利用锁定机构将其锁定，自由度为零。

9.根据权利要求8所述的极限温度下的螺母中径测量装置，其特征在于，所述锁定机构由不少于1颗紧定螺钉构成。

10.根据权利要求1-9任一项所述的极限温度下的螺母中径测量装置，其用于检测极限温度下的螺母中径的测量方法，其特征在于，

S1：提供被测螺母及所需极限温度T_c，所述待测螺母圆周上加工出孔，穿过该孔接触到内螺纹滚道；根据所述被测螺母选择对应的滚珠；

S2：将所述被测螺母放到螺母放置台上，根据被测螺母的尺寸调节好检测支架、千分表、隔温单元以及测温仪的位置；

S3:对被测螺母和滚珠进行加热或制冷，使得被测螺母和滚珠的加热或制冷温度超过或低于所需极限温度T_c，使得测温仪能测到所需的极限温度T_c值；

S4：将被测螺母安装到位；被测螺母圆周上的孔至少有一个面朝上；将滚珠放到该孔对面的滚道上，至少放两颗，保证能够平稳放置隔温单元滚珠顶部；所述千分表下压足够的量，保证被测螺母冷却至室温时，千分表依然与隔温单元相接触；

S5：监测测温仪和千分表的测量数据，待测温仪的温度达到所需的极限温度T_c时，记录下该时刻的千分表的数值；记测地千分表此时的值为x₁，所述测顶千分表此时的值为x₂，所述测滚道千分表此时的值为x₃；

S6：继续监测测温仪的温度，当温度变成室温时，记录该时刻的千分表的数值；记测地千分表此时的值为x₁₀，测顶千分表此时的值为x₂₀，测滚道千分表此时的值为x₃₀；

S7：取出被测螺母，测量此时室温下的螺母的中径，记为D_m0；

S8：通过以下算式计算获得对应极限温度下的螺母中径值D_m：

D_m＝D_m0+(x₁-x₁₀)+(x₂-x₂₀)-2(x₃-x₃₀)+ΔD_b

其中，ΔD_b为滚珠的直径D_b受温度影响的变化量，计算公式如下：

ΔD_b＝α_l(T_c-T₀)D_b

其中，α_l为滚珠的材料的热膨胀系数，T_c为所述极限温度，T₀为室温的温度，取T₀＝20℃。