环件电阻率检测装置及基于电阻率的环件性能评价方法与流程

1.本发明属于性能检测领域，具体涉及一种环件电阻率检测装置及基于电阻率的环件性能评价方法。


背景技术：

2.材料的微观组织和内部缺陷决定了其宏观力学与物理学性能。材料的电阻率对材料内部晶界、位错、孔洞等微观因素非常敏感，原子排布对电子的调制、杂质原子和孔洞缺陷对电子的散射、原子震动对电子的散射都将影响金属材料的电阻率。
3.构件在成形制造和强化过程中，由于力、热、电等能场对变形条件的影响，使得材料内部微观位错排布、组织结构与界面形貌发生变化，宏观应力应变状态得到调控，进而影响材料的电阻率、热导率等物理性能与强度、刚度等力学性能，提高构件使用性能与服役寿命。
4.以轴承内外圈、机匣等为代表的环件结构形式复杂，服役环境恶劣，性能要求苛刻，非常适合采用电阻率无损检测方法进行物理力学性能和使用性能的快速评价。然而，目前环件的电阻率受结构形式、表面状况、接触点面积和接触压力的影响，难以精确测量。因此，开发环件电阻率检测装置，并根据测量进行环件性能评价，具有重大的工程意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种环件电阻率检测装置及基于电阻率的环件性能评价方法。本发明能快速精确地测量环件电阻率并进行性能评价，操作简单方便，尺寸适用性高，智能化高。
6.本发明所采用的技术方案是：
7.一种环件电阻率检测装置，包括夹持机构、传动机构、自定心机构和数据模块；夹持机构包括在水平方向依次同轴的传力盘、被动盘和主动盘，传力盘的一侧通过若干绕轴心均布的压力传感器安装固定、另一侧可拆卸的安装尺寸可更换的被动盘，与被动盘尺寸相匹配的主动盘可拆卸的安装在传动机构的传动末端，主动盘和被动盘上均绕轴心均布有一一对应的且相互正对的夹紧头，传动机构用于带动主动盘水平直线运动，自定心机构位于被动盘和主动盘之间靠近被动盘侧且包括底座、滑动配合在底座上的两个支撑块、带动两个支撑块同步靠近或远离的调节件，两个支撑块相互对称且对环件下部形成v形支撑，传力盘轴心处于两个支撑块的对称面上，被动盘、主动盘和支撑块绝缘，夹紧头采用黄铜材质，数据模块分别与压力传感器和夹紧头电连接，用于人机交互以及多通道接收压力及电阻值并进行数据处理和显示。
8.进一步地，夹紧头呈阶梯回转体状，沿轴向依次为环槽、螺纹段、凸缘和圆台，螺纹段配合在被动盘或主动盘的螺纹孔内，凸缘卡放在被动盘或主动盘的正面端面上，环槽位于被动盘或主动盘的反面且用于电连接数据模块，圆台的端面具有低表面粗糙度。
9.进一步地，传动机构包括蜗轮、蜗杆和丝杆，蜗轮的外圈与蜗杆啮合、内圈与丝杆
螺纹配合，蜗杆由电机或手轮驱动，丝杆与导向结构配合只能直线进给、不能自转，主动盘通过自身螺纹孔安装在丝杆的端部，蜗轮和蜗杆一体安装在壳体内。
10.进一步地，调节件为带有两处反向螺纹段的双向螺杆，支撑块采用上下分体式且包括上块和下块，两个下块均与底座滑动配合、分别与双向螺杆上的两处反向螺纹配合，上块通过底端突出部与下块顶端的凹槽滑动配合且滑动方向平行于传力盘轴心，突出部高度略大于凹槽深度，两个上块配合有同步套，同步套套在两个上块时能带动二者同步滑动。
11.进一步地，自定心机构与主动盘之间设有一对加撑块，两个加撑块相互对称且对环件下部形成v形支撑，加撑块的支撑面与支撑块的支撑面高度、角度相同，加撑块通过底端突出部过盈配合的插放在长槽内，突出部的高度等于长槽深度、宽度略宽于长槽宽度，长槽的走向垂直于传力盘轴心。
12.进一步地，数据模块包括操作面板以及依次电连接的显示屏、操作面板电路板和数据处理电路板，数据处理电路板分别与压力传感器和夹紧头电连接，操作面板电路板用于实现操作面板上包括启闭、翻页、测量、计算、存储在内的按键功能，数据处理电路板用于对多通道数据进行接收和相互隔离且对接收的压力及电阻值进行数据处理，显示屏用于根据操作面板的操作显示数据处理电路板处理后的数据。
13.进一步地，夹持机构、传动机构、自定心机构和数据模块安装在机架上，机架包括底板和分别设在底板两端的立板和箱体，压力传感器、传力盘和被动盘安装在立板上，自定心机构安装在底板上，传动机构和主动盘安装在底板或箱体外部侧面上，数据模块的人机交互部分安装在箱体外部正面上、其余部分安装在箱体内，底板下侧两边抬高、中间空出形成走线空间，底板上被动盘、主动盘、箱体的位置处设有走线孔，压力传感器和夹紧头的数据线从对应走线孔穿入走线空间再从走线孔穿出至箱体内。
14.进一步地，夹持机构、传动机构和自定心机构罩在透明且可开合的恒温恒湿箱内，测量过程中，恒温恒湿箱能调节并保持温度和湿度。
15.一种基于电阻率的环件成形性能评价方法，包括步骤：
16.s1、准备阶段：安装上述的环件电阻率检测装置，根据待测环件尺寸选择适配的主动盘和被动盘；
17.s2、调试阶段：传动机构带动主动盘运动至对应的夹紧头两两接触，对每一个接触对进行编号(1、2
……
n)，接通电路，通过调整传动机构的进给量调整压力大小保持压力跳动在一定范围以内，直至电阻示数达到最小时，调整完成并记录此刻压力示数均值f，将电阻示数调零；
18.s3、初次测量阶段：对应的夹紧头脱离接触后，将待测环件放在两个支撑块形成的v形支撑中，通过调节件对中调节待测环件的高度至与被动盘基本同轴，使待测环件与被动盘上的夹紧头接触，传动机构带动主动盘运动至两侧夹紧头将待测环件夹紧，接通电路，测量压力，通过调整传动机构的进给量调整压力大小并记录每个压力传感器上的压力值并令平均压力值f1＝f，测量每一个接触对的电阻并记录(s1、s2……
s
n
)，由人机交互系统根据待测环件厚度h、接触区域面积a计算各个接触对位置的电阻率即
[0019][0020]
其中δ为接触面积修正系数，随后求得各个接触对的电阻率均值ρ
s
与方差q1并保
存，其中：
[0021][0022]
s4、二次测量阶段：对待测环件进行强化工艺后，重复s3的测量操作，测量中，调整压力使二次测量中的平均压力值f2＝f1，并记录二次测量中的每一个接触对的电阻(t1、t2……
t
n
)，以同样的方法求得每个接触对的电阻率输出并保存均值ρ
t
、方差q2，其中
[0023][0024]
s5、力学性能评价阶段：根据s3、s4两次测量得到的电阻率变化率
[0025][0026]
通过电阻率变化率p评价强化工艺效果的显著性，通过比较电阻方差q1和q2评价强化工艺后力学性能的均匀性。
[0027]
另一种基于电阻率的环件成形性能评价方法，包括步骤：
[0028]
s1、准备阶段：安装上述的环件电阻率检测装置，根据待测环件尺寸选择适配的主动盘和被动盘；
[0029]
s2、调试阶段：传动机构带动主动盘运动至对应的夹紧头两两接触，对每一个接触对进行编号(1、2
……
n)，接通电路，通过调整传动机构的进给量调整压力大小保持压力跳动在一定范围以内，直至电阻示数达到最小时，调整完成并记录此刻压力示数均值f，将电阻示数调零；
[0030]
s3、成形后测量与评价阶段：对待测环坯进行成形工艺后得到待测环件，将待测环件放在两个支撑块形成的v形支撑中，通过调节件对中调节待测环件的高度至与被动盘基本同轴，使待测环件与被动盘上的夹紧头接触，传动机构带动主动盘运动至两侧夹紧头将待测环件夹紧，接通电路，测量压力，通过调整传动机构的进给量调整压力大小并记录每个压力传感器上的压力值并令平均压力值f1＝f测量每一个接触对的电阻并记录(s1、s2……
s
n
)，由人机交互系统根据待测环件厚度h、接触区域面积a计算各个接触对位置的电阻率计算各个接触对位置的电阻率随后输出均值ρ
s
、方差q并保存，其中：
[0031][0032][0033]
通过电阻方差q3评价成形后力学性能均匀性。
[0034]
本发明的有益效果是：
[0035]
本发明通过多通道对环件电阻率进行多点同步测量，能够快速、精确地实现环件电阻率变化情况与环向均匀性的测量并评价强化效果与成形质量，操作简单方便；本发明中，被动盘和主动盘根据待测对象尺寸灵活选取，尺寸适用性高；本发明中，数据模块对压力及电阻值并进行数据处理和显示，智能化高。
附图说明
[0036]
图1是本发明实施例中环件电阻率检测装置的轴测图。
[0037]
图2是本发明实施例中夹紧头的主视图。
[0038]
图3是本发明实施例中自定心机构的结构示意图(爆炸图)。
[0039]
图4是本发明实施例中箱体内部示意图。
[0040]
图5是本发明实施例在准备阶段的状态示意图。
[0041]
图6是本发明实施例在调试阶段的状态示意图一。
[0042]
图7是本发明实施例在调试阶段的状态示意图二。
[0043]
图8是本发明实施例在测量和二次测量阶段的状态示意图。
[0044]
图9是本发明实施例中加撑块的结构示意图。
[0045]
图10是本发明实施例中恒温恒湿箱投入工作时的示意图。
[0046]
图中：1
‑
压力传感器；2
‑
传力盘；3
‑
被动盘；4
‑
夹紧头；5
‑
上块；6
‑
主动盘；7
‑
丝杆；8
‑
壳体；9
‑
电机；10
‑
箱体；11
‑
底板；12
‑
走线孔；13
‑
底座；14
‑
长槽；15
‑
立板；16
‑
显示屏；17
‑
操作面板；18
‑
开关门；19
‑
环槽；20
‑
螺纹段；21
‑
凸缘；22
‑
圆台；23
‑
同步套；24
‑
下块；25
‑
双向螺杆；26
‑
待测环件；27
‑
导电斑马条；28
‑
操作面板电路板；29
‑
排线；30
‑
走线空间；31
‑
数据处理电路板；32
‑
数据线；33
‑
加撑块；34
‑
突出部；35
‑
恒温恒湿箱。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0048]
如图1所示，一种环件电阻率检测装置，包括夹持机构、传动机构、自定心机构和数据模块；夹持机构包括在水平方向依次同轴的传力盘2、被动盘3和主动盘6，传力盘2的一侧通过若干绕轴心均布的压力传感器1安装固定、另一侧可拆卸的安装尺寸可更换的被动盘3，压力传感器1的个数根据实际需要设置，此处采用三个压力传感器1，输出压力信号的线束设在压力传感器1侧面，避免安装时干扰，与被动盘3尺寸相匹配的主动盘6可拆卸的安装在传动机构的传动末端，主动盘6和被动盘3上均绕轴心均布有一一对应的且相互正对的夹紧头4，传动机构用于带动主动盘6水平直线运动，自定心机构位于被动盘3和主动盘6之间靠近被动盘3侧且包括底座13、滑动配合在底座13上的两个支撑块、带动两个支撑块同步靠近或远离的调节件，两个支撑块相互对称且对环件下部形成v形支撑，尽量让支撑块最高点略高于传力盘2轴心，这样可以适应大部分尺寸的环件，传力盘2轴心处于两个支撑块的对称面上，被动盘3、主动盘6和支撑块绝缘，采用绝缘材料可以避免对电路总电阻的影响，夹紧头4采用黄铜材质，数据模块分别与压力传感器1和夹紧头4电连接，用于人机交互以及多通道接收压力及电阻值并进行数据处理和显示。
[0049]
如图2所示，在本实施例中，夹紧头4呈阶梯回转体状，沿轴向依次为环槽19、螺纹段20、凸缘21和圆台22，螺纹段20配合在被动盘3或主动盘6的螺纹孔内，凸缘21卡放在被动盘3或主动盘6的正面端面上，环槽19位于被动盘3或主动盘6的反面且用于电连接数据模块，圆台22的端面具有低表面粗糙度。圆台22具有较低的工作横截面积与表面粗糙度，降低接触与表面粗糙对电阻带来的影响，环槽19可以避免在同一次实验中由于夹持跳动导致测量产生误差，各个夹紧头4的工作面具有良好的共面度，作用在环件上的压力分布的更加均匀，基本消除了由于压阻变化不均造成的测量误差，避免了接触面间产生微观孔洞造成的
测量精度降低，具有极高的测量精度。
[0050]
如图1所示，在本实施例中，传动机构包括蜗轮、蜗杆和丝杆7，蜗轮的外圈与蜗杆啮合、内圈与丝杆7螺纹配合，蜗杆由电机9或手轮驱动，丝杆7与导向结构配合只能直线进给、不能自转，主动盘6通过自身螺纹孔安装在丝杆7的端部(采用粗牙螺纹，自锁效果好)，蜗轮和蜗杆一体安装在壳体8内。传动机构可以采用很多种形式，本实施例采用蜗轮蜗杆传动，传动比大、自锁效果好，保证压力传感器1示数恒定不发生变化，壳体8除了防护蜗轮蜗杆，起到保护作用外，还起到防尘的作用，提高了工作寿命。
[0051]
如图3所示，在本实施例中，调节件为带有两处反向螺纹段的双向螺杆25，支撑块采用上下分体式且包括上块5和下块24，两个下块24均与底座13滑动配合、分别与双向螺杆25上的两处反向螺纹配合，上块5通过底端突出部与下块24顶端的凹槽滑动配合且滑动方向平行于传力盘2轴心，突出部高度略大于凹槽深度，两个上块5配合有同步套23，同步套23套在两个上块5时能带动二者同步滑动。当测量较宽的环件或者将环件贴合时，可以通过滑动两个上块5，从而调整得到合适的支撑位置，突出部高度略大于凹槽深度，方便滑动调节，通过外套筒或内扳手输入扭矩，即可操作双向螺杆25调节两个支撑块的间距，同步套23保证了两个上块5的齐平。
[0052]
如图1和图9所示，在本实施例中，自定心机构与主动盘6之间设有一对加撑块33，两个加撑块33相互对称且对环件下部形成v形支撑，加撑块33的支撑面与支撑块的支撑面高度、角度相同，加撑块33通过底端突出部34过盈配合的插放在长槽14内，突出部34的高度等于长槽14深度、宽度略宽于长槽14宽度，长槽14的走向垂直于传力盘2轴心。当测量很长的环件或者测量棒件时，增设一对加撑块33，对其进行加撑，安装加撑块时，只需先通过轻质板料等简易工具保证加撑块33于支撑块齐平，然后在齐平位置插入加撑块33即可，过盈配合的方式实现了位置保持。
[0053]
如图4所示，在本实施例中，数据模块包括操作面板17以及依次电连接的显示屏16、操作面板电路板28和数据处理电路板31，显示屏16和操作面板电路板28通过导电斑马条27电连接，操作面板电路板28和数据处理电路板31通过排线29柔性电连接，数据处理电路板31分别与压力传感器1和夹紧头4电连接，操作面板电路板28用于实现操作面板17上包括启闭、翻页、测量、计算、存储在内的按键功能，数据处理电路板31用于对多通道数据进行接收和相互隔离且对接收的压力及电阻值进行数据处理，显示屏16用于根据操作面板17的操作显示数据处理电路板31处理后的数据。
[0054]
如图1所示，在本实施例中，夹持机构、传动机构、自定心机构和数据模块安装在机架上，机架包括底板11和分别设在底板11两端的立板15和箱体10，压力传感器1、传力盘2和被动盘3安装在立板15上，自定心机构安装在底板11上，传动机构和主动盘6安装在底板11或箱体10外部侧面上，数据模块的人机交互部分安装在箱体10外部正面上、其余部分安装在箱体10内，底板11下侧两边抬高、中间空出形成走线空间30，底板11上被动盘3、主动盘6、箱体10的位置处设有走线孔12，压力传感器1和夹紧头4的数据线从对应走线孔12穿入走线空间30再从走线孔12穿出至箱体10内。
[0055]
如图1所示，在本实施例中，箱体10侧面设有用于安装和检修的开关门18，为了节约空间，开关门15采用插放的方式安装在上下边的安装槽内，操作面板17和显示屏16安装在箱体10外部正面的预留区域内，操作面板电路板28和数据处理电路板31通过绝缘材料固
定在箱体10内。
[0056]
如图5至图8所示，在本实施例中，传力盘2和压力传感器1通过螺杆安装固定，螺杆的一端依次穿过立板15和压力传感器1后与传力盘2螺纹连接、另一端通过锁紧螺母和垫片压紧在立板15上，传力盘2中心设有螺杆，被动盘3通过自身螺纹孔安装在螺杆的端部(采用粗牙螺纹，自锁效果好)。
[0057]
一种基于电阻率的环件性能评价方法，包括步骤：
[0058]
s1、准备阶段：如图5所示，安装上述的环件电阻率检测装置，根据待测环件26尺寸选择适配的主动盘6和被动盘3；
[0059]
s2、调试阶段：如图5所示，传动机构带动主动盘6运动至对应的夹紧头4两两接触，对每一个接触对进行编号(1、2
……
n)，接通电路，通过调整传动机构的进给量调整压力大小保持压力跳动在一定范围以内，如1％，直至电阻示数达到最小时，调整完成并记录此刻压力示数均值f，将电阻示数调零；
[0060]
s3、初次测量阶段：如图7所示，对应的夹紧头4脱离接触后，将待测环件26放在两个支撑块形成的v形支撑中，通过调节件对中调节待测环件26的高度至与被动盘3基本同轴，使待测环件26与被动盘3上的夹紧头4接触，传动机构带动主动盘6运动至两侧夹紧头4将待测环件26夹紧，接通电路，测量压力，通过调整传动机构的进给量调整压力大小并记录每个压力传感器1上的压力值并令平均压力值f1＝f，测量每一个接触对的电阻并记录(s1、s2……
s
n
)，由人机交互系统根据待测环件26厚度h、接触区域面积a计算各个接触对位置的电阻率即
[0061][0062]
其中
△
为接触面积修正系数，随后求得各个接触对的电阻率均值ρ
s
与方差q1并保存，其中：
[0063][0064]
s4、二次测量阶段：如图8所示，对待测环件26进行强化工艺后，强化工艺根据实验目的选择，在本实施例中，强化工艺采用电磁冲击，进行电磁冲击强化试验并冷却至室温后开始二次测量，重复s3的测量操作，测量中，调整压力使二次测量中的平均压力值f2＝f1，并记录二次测量中的每一个接触对的电阻(t1、t2……
t
n
)，以同样的方法求得每个接触对的电阻率并输出均值ρ
t
、方差q2，其中
[0065][0066][0067]
s5、力学性能评价阶段：根据s3、s4两次测量得到的电阻率变化率
[0068][0069]
通过电阻率变化率p评价强化强化工艺效果的显著性，通过比较电阻率方差q1和q2评价强化工艺后力学性能的均匀性。
[0070]
另一种基于电阻率的环件性能评价方法，包括步骤：
[0071]
s1、准备阶段：如图5所示，根据待测环坯尺寸选择适配的主动盘6和被动盘3；
[0072]
s2、调试阶段：如图6所示，传动机构带动主动盘6运动至对应的夹紧头4两两接触，对每一个接触对进行编号(1、2
……
n)，接通电路，通过调整传动机构的进给量调整压力大小保持压力跳动在一定范围以内，如1％，直至电阻示数达到最小时，调整完成并记录此刻压力示数均值f，将电阻示数调零；
[0073]
s3、测量阶段：如图8所示，对待测环坯进行成形工艺后得到待测环件26，成形工艺根据实验目的选择，在本实施例中，成形工艺采用轧制成形，进行轧制成形并冷却至室温后开始测量，将待测环件26放在两个支撑块形成的v形支撑中，通过调节件对中调节待测环件26的高度至与被动盘3基本同轴，使待测环件26与被动盘3上的夹紧头4接触，传动机构带动主动盘6运动至两侧夹紧头4将待测环件26夹紧，接通电路，测量压力，通过调整传动机构的进给量调整压力大小并记录每个压力传感器1上的压力值并令平均压力值f1＝f测量每一个接触对的电阻并记录(s1、s2……
s
n
)，由人机交互系统根据待测环件26厚度h、接触区域面积a计算各个接触对位置的电阻率随后输出均值ρ
s
、方差q并保存，其中：
[0074][0075]
电阻方差q并保存，其中
[0076][0077]
通过电阻方差q评价成形后力学性能均匀性。
[0078]
为提高测量精度，在测量过程中，可以将待测环件26转动，使夹紧头4与不同的位置夹持，进行多次测量，并得到多组测量值，从而得到多个平均值，求得多个方差，这样可以得到最接近实际情况的真实值。
[0079]
如图10所示，夹持机构、传动机构和自定心机构罩在透明且可开合的恒温恒湿箱35内，测量过程中，恒温恒湿箱35能调节并保持温度和湿度。具体操作是：首先按步骤s1、步骤s2进行准备和调试，然后打开恒温恒湿箱35的电源，设置箱内温度和湿度，在预热的过程中装夹待测环件26，待到温度和湿度示数符合要求，然后进行相关测量。避免了压阻变化、夹持头、温度湿度对电阻带来的影响，尽量避免了环境干扰，具有极高的测量精度。
[0080]
本发明通过多通道对环件电阻率进行多点同步测量，能够快速、精确地实现环件电阻率变化情况与环向均匀性的测量并评价强化效果与成形质量，操作简单方便；本发明中，被动盘和主动盘根据待测对象尺寸灵活选取，尺寸适用性高；本发明中，数据模块对压力及电阻值并进行数据处理和显示，智能化高。
[0081]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。