一、概述： 我们研制的特深孔洛氏硬度计，是为解决石油泵管（直径Φ38～Φ100.5）内孔硬度专用的洛氏硬度计。本仪器也可测除石油泵管以外的其它管件的内孔硬度。它克服了类似仪器加工工艺复杂，以及负荷弹簧加力不准，测量孔深度小等缺点，为成品无损和现场检测带来方便。
二、主要技术参数
1测量孔径 Φ38～100.5
2深量深度 0～800
3固紧力 150Kg
4深量硬度范围 HRC25～72
5初载允差 10Kg±2% 变动度<1.5%
6总载允差 60Kg±1% 变动度<0.5%
7仪器示值误差 ±1.5HR
8仪器示值变动度 2HR
三、工作原理（图1示）
本仪器是根据洛氏原理设计的，采用园锥角120°，顶端园弧半径为0.2mm的金刚石压头。初负荷为10公斤，主荷负为50公斤，总荷为60公斤的非传统洛氏载荷（传统150公斤）。其具体方法是先后在被测工件表面上旋加初负荷，让金刚石压头慢慢压入试件表面，再加主荷保持一定时间，卸去主荷，保留初荷，整个过程深度，由位移传感器测得后，即可根据洛氏公式得出HR硬度值，其原理见图1。
1旋加初负荷F0＝10公斤，金刚石压头压入工件表面h0
2旋加总负荷F＝60公斤，金刚石压入深度为h2
3卸去主负荷，保留初负荷时，金刚石的压入深度为h1
HR＝100－ (｜h1-h0｜)/(c) ×n
HR为硬度单位
100-指示器量程值
C-常数为0.002mm
n＝1
四、仪器的结构特点及主要部件结构计算
本仪器是根据石油泵管的测试要求而设计的，主要特点是：测量工件孔径范围大（Φ38～100.5）进入工件深度长，而且都是作成品检测，破坏性要小，根据这些要求在研制中，从原理和结构上克服了现有内孔硬度计靠负荷弹簧加力，因弹簧工艺性能难以保证，从而造成加力不准影响测量精度等缺点。而且能够测量HRA、HRC、HR15N、HR30N、HR45N。通过求解得出模拟曲线及方程。通过微机还可得出相应的HRB、HB、HV等硬度值。
本仪器主要由压头组、套筒、传动系统、支撑架、控制器、微处理机系统。见图2。
1、压头组（图3）
压头组由传感器支持架1、位移传感器2、固定板3、滑块4、凸轮5、压力传感器6、滚珠8、金刚石压头9、弹簧帽10、回位弹簧11、连接角板12等件组成。
位移传感器2通过位移传感器支持架1和固定支板3相固定，力传感器6右端的固定滑块4，它可在压板13和固定板组成的导轨内上下平滑地运动。位移传感器2和力传感器6通过角板12相联系。凸轮5转动时压力传感器6可上下运动。金刚石压头9直接固定在力传感器6的前下端，当凸轮作用于力传感器6时，金刚石压头9压入工件表面，同时位移传感器2的测头运动可测出金刚石压头9的压入深度。这种结构保证了金刚石压头9竖直上下运动，而不是作小园弧运动，从而提高了测量精度。为了消除凸轮5旋转时加力产生的无用的切向力和保持力传感器6加力力臂不发生改变，在凸轮5和力传感器6之间沿金刚石压头9的轴线安装滚珠8，滚珠直径为Φ2.3。为了减少金刚石压头冲击和使位移传感器2上下运动平稳，在滑块4与套筒7之间装有缓冲弹簧11。
几个主要零件的几何参数
（1）回位弹簧11
钢丝直径 φ0.5
碳素弹簧钢丝Ⅱ－φ0.5
中径 D2＝2.8mm
总圈数 n1=16
有效圈数 n=14
自由高度 H0=15.6mm
节距 t＝1.03mm
外角 α=7°
展开长度 L＝124mm
（2）金刚石压头9
直径 φ＝6mm
顶角 α＝120°±30
锥顶园弧半径 R＝0.2±0.01
（3）凸轮5
基园半径 r＝4.5mm
在180°内开程 h＝2.3mm
运动方程S= (h)/(Φ) φ= 2.3/(π) =0.73φ
φ：转动的角度（弧度制）
2.套筒
如图中7和26所示，起到保护压头及传动撑架之作用，同时在测量硬度时，起到坚固支撑架的用作，以保证压头与工件垂直。压头系统、传动系统、夹紧系统等几十个零件都装配在它里面。同时为了能保证测量小内孔Φ38，套筒的外径限制在Φ38以内，套筒长度为900。为减轻重量套筒加工成阶梯型。
3、传动系统（图4）
传动系统由手轮14、蜗轮17、蜗杆16和驱动杆19组成。
为了使凸轮加力均匀，易于控制加力的准确程度，同时能在停止驱动时不打滑而自锁，采用了蜗轮、蜗杆机构。当驱动手轮14转动时，驱动杆19带动凸轮（5号件）转动。转速比地大小，又是蜗轮蜗杆系统加力控制的关键。此仪器需要1∶30的速比较为合适。速比增大，分度园直径增大，和推拉杆20的装配空间发生矛盾。所以本结构采取了件17所示的扇形蜗轮，既解决了装配空间的矛盾，又解决了防止压力过载（P＞60公斤）造成工件压痕过大的限位作用，让凸轮在164°的空间转动。
传动机构的几何尺寸：
中心距 a′＝19
模数 m＝1
速比 i＝1∶30
蜗轮分度园直径 d＝30
蜗轮齿顶园直径 d1＝32
蜗轮最大园直径 dw2＝33
蜗轮齿根园直径 df2＝27.5
蜗轮宽度 B＝4.21
蜗杆分度园直径 d1＝8
蜗杆最大园直径 dw1＝10
蜗杆头数 1
蜗杆长度 L＝14
驱动杆直径 Φ9
驱动杆长度 L＝771
4、支撑夹紧系（图5）
夹紧系统由推拉杆27、移动板23、支撑座24、柱销28、支撑角板21组成。
内孔硬度测量的支撑夹紧系统是决定测量精度和可靠性的关键问题之一，由于最小内孔Φ38的限制，采用图5的结构合理地解决了装配空间小的矛盾。
移动板23是有两个对称型的长臂，两臂上分别固定Φ4的柱销，当带有梯型螺纹的推拉杆27转动时，移动板23可前后运动，在外筒支撑架26上有两个水平槽，支撑角板21（两个）上边分别有与水平夹角15°的斜槽，当移动角板21此时绕轴销28可上下张合。测量时张开和内孔表面夹紧，测量完毕闭合测头可从工件内抽入。夹紧力约120公斤。在测量不同的口径时，可利用工字头29和Φ4的柱销30（见图6）和支撑角板21相连接可测量Φ44、Φ57、Φ70、Φ83、Φ88、Φ95、Φ100.5等内孔的硬度。
五、控制器
在控制面板上有开关、通路选择开关、数据码显示、调零旋钮等。其电路原理见图7。
六、微机处理系统
微机处理系统由接口板、计算机和绘图仪组成。由硬度测头采集的信号经接口板进入计算机进行数据处理。计算机屏幕上可同时显示HRC、HRA、HRB三种硬度值，由打印机打印出测量结果。其数据采集与处理原理见硬度数据采集与处理程序框图。（见图8）