本发明专利技术公开了一种重力仪用高精度金属零长弹簧及其制造工艺，涉及地学仪器核心元器件及其加工技术领域。本弹簧是一种簧丝并圈紧密排列在一起的螺旋弹簧，P=kL。本工艺是：①材料的选择；②弹簧绕制；③热处理定型：④翻簧；⑤端部处理；⑥人工时效；⑦检测。本发明专利技术使得弹簧的日漂移量达到0.01微米；保证了翻簧精度、提高了零长弹簧的成品率；使得弹簧获得良好的表面质量、机械性能，消除了加工过程产生的应力；制作的零长弹簧灵敏度高、尺寸小，能满足重力仪高精度测量对弹性元件的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及地学仪器核屯、元器件及其加工
，尤其设及一种重力仪用高精 度金属零长弹黃及其制造工艺。
技术介绍
重力加速度是一个基本的物理量，准确测量重力加速度在地球科学、资源勘探等 领域都具有重要意义。在科学技术蓬勃发展的今天，高精度弹性元件被广泛地应用于精密仪器仪表和精 密机械中，其中高精度金属零长弹黃被成功地应用于重力仪去精确地测量地球的绝对重力 和相对重力。金属零长弹黃技术提高了重力仪抗水平扰动能力和机械探头灵敏度，同时减 小了探头的结构尺寸，是零长弹黃重力仪能够快速、准确、经济地获取高精度、大面积和高 分辨率（80-100km)地球重力场数据的基础。目前利用石英弹黃、金属弹黃为测量核屯、进行地球重力测量的有美国、德国和俄 罗斯等国家。而相比于用石英弹黃作为测量源头的动、静态重力仪来讲，金属零长弹黃重力 仪则零漂最小、精度最高、可靠性更强。金属零长弹黃的高精度对研制工艺有很高的要求， 其研制方法也受到了国外重力仪研制单位的严格保密，而国内对于高精度金属零长弹黃的 研制也处于相对滞后的状态，所用到的金属零长弹黃也都非自主研制。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于打破国外高精度金属零长弹黃的技术封锁，自主研制重力仪 高精度金属零长弹黃，即提供一种重力仪用高精度金属零长弹黃及其制造工艺，使得制作 的零长弹黃其灵敏度为〇.1微米/毫伽（1微伽=1〇6伽，1毫伽=1〇3伽，1伽=1(3111/8 2)， 月漂移率为0.3毫伽。 本专利技术的目的是运样实现的： 一、重力仪用高精度金属零长弹黃（简称弹黃） 本弹黃是一种黃丝并圈紧密排列在一起的螺旋弹黃；P=吐； P:弹黃所受拉力，k:弹黃刚度，L:弹黃长度； 右P二 0,则L二 0。 二、重力仪用高精度金属零长弹黃制造工艺（简称工艺） 本工艺包括下列步骤： ①黃丝采用恒弹性材料； ②将高精度的绕黃忍轴装夹在车床主轴与尾座之间，利用绕黃送料装置W 45-75r/min的转速在绕黃忍轴上绕制弹黃； ③将绕制好的弹黃连同绕黃忍轴一块放入真空度达10中a的VSF-4真空炉的炉膛 内，室溫入炉，然后W每小时90-150°C的升溫速率升溫至630-670°C，并保溫3-地，随炉自 然冷却，出炉溫度控制在60°CW下； ④将一根经过精密机械加工的阶梯轴装在高精密车床主轴与尾座之间，把经过 上述热处理定型的弹黃从阶梯轴的粗端套入，然后固定弹黃的一端，按60-75;r/min的转速 开动车床，使弹黃经过翻黃装置由阶梯轴的细端翻出；⑥将弹黃端部的半圆弯成90°，保证该半圆通过弹黃中屯、线的平面； ⑧将成型后的弹黃放入真空炉内进行预拉力的矫正，真空度为10中曰，按每小时 2-2. 5°C的升溫速率升溫至260-450°C，随炉冷却到室溫出炉； ⑦对经过预拉力矫正的弹黃进行表面质量、线性度、刚度、预拉力、有效圈数和中 径的性能检测。 本专利技术具有下列优点和积极效果： ①高精度的绕黃忍轴保证了弹黃中径〇2的误差小于0.03mm，有效圈数η小于 0. 5; ②热处理定型和人工时效使得弹黃的日漂移量达到0. 01微米； ③翻黃装置确保绕黃时黃丝的张力均匀一致和螺旋角精确，保证了翻黃精度、提 高了零长弹黃的成品率；④严格的热处理定型使得弹黃获得良好的表面质量、机械性能，消除了加工过程 产生的应力； ⑥制作的零长弹黃灵敏度高、尺寸小，能满足重力仪高精度测量对弹性元件的要 求。【附图说明】 图1是本弹黃的结构示意图； 图2是绕黃送料装置的结构示意图； 图3. 1是翻黃装置的主视图（全剖）； 图3. 2是翻黃装置的左视图。图中：00-黃丝；[003引 10-零长弹黃，d-丝径，η-有效圈数，〇2-中径； 20-绕黃送料装置，[003引21-偏屯、轮，22-压丝座，23-进线轮，24-定滑轮， 25-动滑轮，26-配重块，27-清洗槽，28-绕线轮； 29-旋丝轮；[003引30-翻黃装置， 31-导向座，32-滑块，33-调节弹黃，34-调整螺丝， 35-翻黃忍轴。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例详细说明： 一、弹黃的结构 如图1，本弹黃是一种黃丝并圈紧密排列在一起的螺旋弹黃；丝径d= 0. 4-0. 55mm;有效圈数η= 140-180 圈；中径 〇2= 7-9mm; 弹黃的分辨率为10 6mm。 该高精度金属零长弹黃同时满足下述两个公式：(1 ) P=吐 似若p= 〇,则L= 0;[005引 G :剪切弹性模量， k :弹黃的刚度，[00财 d:弹黃丝径，[005引 02:弹黃中径， η :弹黃有效圈数，Ρ:弹黃所受拉力，[005引 k弹黃的长度。二、工艺[006。 步骤①： 采用恒弹性材料，可W最大限度地降低溫度引起的弹黃弹性模量的改变（重力仪 0.ore控溫精度环境下）进而提高测量精度；高弹性极限能满足弹黃具有最低的日漂移量 (10 2微米/天）；良好的加工性能保证弹黃能顺利绕制、翻黃和弯钩。 步骤②： 如图2,所述的绕黃送料装置20包括偏屯、轮21、压丝座22、进线轮23、8个定滑轮 24、2个动滑轮25、配重块26、清洗槽27、绕丝轮28和旋丝轮29 ; 黃丝00从绕丝轮28引出，经过清洗槽27中第1、2定滑轮24U242的导向、达到 位于一定高度（离地面1. 5-2m)的起导向作用的第3定滑轮243,再经过由第4、5、6定滑 轮244、245、246 (定滑轮组）和第1、2动滑轮25U252 (动滑轮组）W及配重块26组成的 滑轮组，再经过第7、8定滑轮247、248的导向作用，又经过起调整黃丝00位置作用的进线 轮23、还经过压丝座22和偏屯、轮21的最后压紧和精洗，最后经过旋丝轮29调整旋绕角度 (89. 5° )，黃丝到达安装于车床主轴与尾座之间的绕黃忍轴X上绕制弹黃。 定滑轮组轴线与动滑轮组轴线之间的垂直距离为0. 15-1. 5m，确保绕制开始时 该距离之间的黃丝00长度能满足整根弹黃的长度需求；动滑轮组的轴线中间的正下方 5-lOcm处通过螺纹连接悬挂有重量为10kg的配重块26,保证绕到绕黃忍轴X上黃丝00的 力始终是2.化g，达到黃丝00紧贴绕黃忍轴X表面又不损伤黃丝00和绕黃忍轴X的目的； 绕丝轮28待黃丝00另一端固定到绕黃忍轴X-端开始绕制之前，打开自带的刹车装置，保 证黃丝00绕制过程中顺利和平稳。 步骤③当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种重力仪用高精度金属零长弹簧，其特征在于：是一种簧丝并圈紧密排列在一起的螺旋弹簧；P＝kL；P：弹簧所受拉力，k：弹簧刚度，L：弹簧长度；若P＝0，则L＝0；丝径d＝0.4‑0.55mm；有效圈数n＝140‑180圈；中径D2＝7‑9mm；弹簧的分辨率为10‑6mm。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汪龙，邹舟，吴鹏飞，柳林涛，
申请(专利权)人：中国科学院测量与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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