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一 种测量材料线膨胀系数的新方法 陈应秀 杨德华 崔向群 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 1二具 技 术 摘 要：由天文摆钟产生计时误差的启发，提出 一种新的材料线膨胀系数测量方法：直接测量单摆振动周期的 微小变化量，再通过公式间接换算出该摆杆材料的线膨胀系数。该方法原理简单，试验装置切实可行，可用于常规 工程材料和低膨胀材料在任意温度区间线膨胀系数的精确测量。埘于外型复杂的机构，只需对其振动模型进行简 化，理论上町以测出该机构在任意方向的线膨胀系数。 关键词：线膨胀系数， 振动周期， 阻尼， 测量 Theory Study of New Method to Measure Linear Coeficient of Th ermal Expansion of Material Chen Yingxiu Yang Dehua Cui Xiangqun Abstract：A new method that the nfinute change of vibration period of a single pendulum is measured filsfly，then the CTE of the pendulum material is calculated by indirect conversion of formula，is put forward with the elcltation of the eI1ur ot the astronom． ical pendulum clock．This method is simple in principle，and the experimental equipment is practica1．With the method the CTE of general material and the low expansion nmterial in any temperature range c~zln be accurately measured and the CFE in any direc— tion of the complex mechanism cal also be measul~d just needing to reduce the vibratkm model ot those mechanism， Keywords：linear coefficient of thermal expansion(fiFE)， vibration period， dmnp， measming l 引言 热胀冷缩是几乎所有工程材料的固有属性?1， 它不仅与组成该材料的化学成分有关，而且 与材料 的几何形状及加工方式也有关系。大多数材料从室 温冷却到绝对零度时，长度要收缩干分之几；多数金 属材料从室温冷却到 77K时，长度要缩小0．2～ 0．3％，低于液氮温度时，收缩较小。当环境温度发 生变化时，由于材料的热胀冷缩而使零件或结构产 生热变形，对于精密机械结构而言，应将其热变形量 控制在允许的范围之内，因此需要精确测定材料的 线膨胀系数。 2 常用材料线膨胀系数测量方法 测量材料线膨胀系数的方法较多，目前常见的 收稿 日期 ：2006年3月 方法见表 ll 。 由表 1所列相关数据可以看出，干涉法测量材 料线膨胀系数精度最高，其次是光杠杆法。在采用 干涉法的实际测量过程中，有很多因素会影响激光 干涉仪的测量精度，其中温度、压力、湿度是三个主 要因素。因为仪器所处工作环境的温度、气压、湿度 都会影响空气的折射率(其关系町由Ed|en公式l31 给出)，所以 I：涉仪必须在恒温环境rlI使用，对室内 温度、气压和湿度的波动有一定要求。另外，在做材 料低温线膨胀系数测定时，试件和干涉仪必须分开 放置，通常的做法是用一根测杆连接试件和耙镜 J， 通过直接测量靶镜的位移变动量来间接测得试件的 热伸缩量。换言之，=f：涉仪问接测得的试件变形量 里面还包括测杆的伸缩量。尽管测杆足用低膨胀材 料(如Zer()dur)制成，但因材料的线膨胀系数本身就 是个微小量，这样增加的中问环节带来的测量不确 5 结语 本文提出的适于加工现场使用的齿形误差测量 方法，可用于在加工现场对齿形误差进行在线测量， 并能有效地解决测头位置不确定性所带来的误差。 通过计算机仿真，证明了该方法的可行性。 参考文献 1 唐敬修．渐开线圆柱齿轮的测量．北京：机械工、№出版 社 。l984 2 梁本鑫．追溯起点法测龟渐开线齿形误差．计量技术， 2001(11) 3 陈伦军．机械优化设计遗传算法．北京：机械工业出版 利：，2【x】5 4 李郝林．齿轮成型磨削齿形误差在线测