重力儀用高精度金屬零長彈簧及其制造工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及地學儀器核屯、元器件及其加工技術領域，尤其設及一種重力儀用高精 度金屬零長彈黃及其制造工藝。
【背景技術】
[0002] 重力加速度是一個基本的物理量，準確測量重力加速度在地球科學、資源勘探等 領域都具有重要意義。
[0003]在科學技術蓬勃發展的今天，高精度彈性元件被廣泛地應用于精密儀器儀表和精 密機械中，其中高精度金屬零長彈黃被成功地應用于重力儀去精確地測量地球的絕對重力 和相對重力。金屬零長彈黃技術提高了重力儀抗水平擾動能力和機械探頭靈敏度，同時減 小了探頭的結構尺寸，是零長彈黃重力儀能夠快速、準確、經濟地獲取高精度、大面積和高 分辨率（80-100km)地球重力場數據的基礎。
[0004]目前利用石英彈黃、金屬彈黃為測量核屯、進行地球重力測量的有美國、德國和俄 羅斯等國家。而相比于用石英彈黃作為測量源頭的動、靜態重力儀來講，金屬零長彈黃重力 儀則零漂最小、精度最高、可靠性更強。金屬零長彈黃的高精度對研制工藝有很高的要求， 其研制方法也受到了國外重力儀研制單位的嚴格保密，而國內對于高精度金屬零長彈黃的 研制也處于相對滯后的狀態，所用到的金屬零長彈黃也都非自主研制。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就在于打破國外高精度金屬零長彈黃的技術封鎖，自主研制重力儀 高精度金屬零長彈黃，即提供一種重力儀用高精度金屬零長彈黃及其制造工藝，使得制作 的零長彈黃其靈敏度為〇.1微米/毫伽（1微伽=1〇6伽，1毫伽=1〇3伽，1伽=1(3111/8 2)， 月漂移率為0.3毫伽。
[0006] 本發明的目的是運樣實現的：
[0007] 一、重力儀用高精度金屬零長彈黃（簡稱彈黃）
[0008] 本彈黃是一種黃絲并圈緊密排列在一起的螺旋彈黃；
[0009]P=吐；
[0010] P:彈黃所受拉力，k:彈黃剛度，L:彈黃長度；
[0011] 右P二 0,則L二 0。
[0012] 二、重力儀用高精度金屬零長彈黃制造工藝（簡稱工藝）
[0013] 本工藝包括下列步驟：
[0014] ①黃絲采用恒彈性材料；
[0015] ②將高精度的繞黃忍軸裝夾在車床主軸與尾座之間，利用繞黃送料裝置W 45-75r/min的轉速在繞黃忍軸上繞制彈黃；
[0016] ③將繞制好的彈黃連同繞黃忍軸一塊放入真空度達10中a的VSF-4真空爐的爐膛 內，室溫入爐，然后W每小時90-150°C的升溫速率升溫至630-670°C，并保溫3-地，隨爐自 然冷卻，出爐溫度控制在60°CW下；
[0017] ④將一根經過精密機械加工的階梯軸裝在高精密車床主軸與尾座之間，把經過 上述熱處理定型的彈黃從階梯軸的粗端套入，然后固定彈黃的一端，按60-75;r/min的轉速 開動車床，使彈黃經過翻黃裝置由階梯軸的細端翻出；
[0018]⑥將彈黃端部的半圓彎成90°，保證該半圓通過彈黃中屯、線的平面；
[0019] ⑧將成型后的彈黃放入真空爐內進行預拉力的矯正，真空度為10中曰，按每小時 2-2. 5°C的升溫速率升溫至260-450°C，隨爐冷卻到室溫出爐；
[0020] ⑦對經過預拉力矯正的彈黃進行表面質量、線性度、剛度、預拉力、有效圈數和中 徑的性能檢測。
[0021] 本發明具有下列優點和積極效果：
[0022] ①高精度的繞黃忍軸保證了彈黃中徑〇2的誤差小于0.03mm，有效圈數η小于 0. 5;
[0023] ②熱處理定型和人工時效使得彈黃的日漂移量達到0. 01微米；
[0024] ③翻黃裝置確保繞黃時黃絲的張力均勻一致和螺旋角精確，保證了翻黃精度、提 高了零長彈黃的成品率；
[00巧]④嚴格的熱處理定型使得彈黃獲得良好的表面質量、機械性能，消除了加工過程 產生的應力；
[0026] ⑥制作的零長彈黃靈敏度高、尺寸小，能滿足重力儀高精度測量對彈性元件的要 求。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本彈黃的結構示意圖；
[0028] 圖2是繞黃送料裝置的結構示意圖；
[0029] 圖3. 1是翻黃裝置的主視圖（全剖）；
[0030] 圖3. 2是翻黃裝置的左視圖。
[0031]圖中：
[0032]00-黃絲；
[003引 10-零長彈黃，
[0034]d-絲徑，η-有效圈數，〇2-中徑；
[0035] 20-繞黃送料裝置，
[003引21-偏屯、輪，22-壓絲座，23-進線輪，24-定滑輪，
[0037] 25-動滑輪，26-配重塊，27-清洗槽，28-繞線輪；
[0038] 29-旋絲輪；
[003引30-翻黃裝置，
[0040] 31-導向座，32-滑塊，33-調節彈黃，34-調整螺絲，
[0041] 35-翻黃忍軸。
【具體實施方式】
[0042] 下面結合附圖和實施例詳細說明：
[0043] 一、彈黃的結構
[0044] 如圖1，本彈黃是一種黃絲并圈緊密排列在一起的螺旋彈黃；
[0045]絲徑d= 0. 4-0. 55mm;
[0046]有效圈數η= 140-180 圈；
[0047]中徑 〇2= 7-9mm;
[0048] 彈黃的分辨率為10 6mm。
[0049] 該高精度金屬零長彈黃同時滿足下述兩個公式：
[0050]
(1 )
[0051] P=吐 似
[0052]若p= 〇,則L= 0;
[005引 G :剪切彈性模量，
[0054] k :彈黃的剛度，
[00財 d:彈黃絲徑，
[005引 02:彈黃中徑，
[0057] η :彈黃有效圈數，
[0058]Ρ:彈黃所受拉力，
[005引 k彈黃的長度。
[0060]二、工藝
[006。 步驟①：
[0062] 采用恒彈性材料，可W最大限度地降低溫度引起的彈黃彈性模量的改變（重力儀 0.ore控溫精度環境下）進而提高測量精度；高彈性極限能滿足彈黃具有最低的日漂移量 (10 2微米/天）；良好的加工性能保證彈黃能順利繞制、翻黃和彎鉤。
[0063] 步驟②：
[0064] 如圖2,所述的繞黃送料裝置20包括偏屯、輪21、壓絲座22、進線輪23、8個定滑輪 24、2個動滑輪25、配重塊26、清洗槽27、繞絲輪28和旋絲輪29 ;
[0065] 黃絲00從繞絲輪28引出，經過清洗槽27中第1、2定滑輪24U242的導向、達到 位于一定高度（離地面1. 5-2m)的起導向作用的第3定滑輪243,再經過由第4、5、6定滑 輪244、245、246 (定滑輪組）和第1、2動滑輪25U252 (動滑輪組）W及配重塊26組成的 滑輪組，再經過第7、8定滑輪247、248的導向作用，又經過起調整黃絲00位置作用的進線 輪23、還經過壓絲座22和偏屯、輪21的最后壓緊和精洗，最后經過旋絲輪29調整旋繞角度 (89. 5° )，黃絲到達安裝于車床主軸與尾座之間的繞黃忍軸X上繞制彈黃。
[0066] 定滑輪組軸線與動滑輪組軸線之間的垂直距離為0. 15-1. 5m，確保繞制開始時 該距離之間的黃絲00長度能滿足整根彈黃的長度需求；動滑輪組的軸線中間的正下方 5-lOcm處通過螺紋連接懸掛有重量為10kg的配重塊26,保證繞到繞黃忍軸X上黃絲00的 力始終是2.化g，達到黃絲00緊貼繞黃忍軸X表面又不損傷黃絲00和繞黃忍軸X的目的； 繞絲輪28待黃絲00另一端固定到繞黃忍軸X-端開始繞制之前，打開自帶的剎車裝置，保 證黃絲00繞制過程中順利和平穩。
[0067] 步驟③