彈簧管壓力表原理課件

彈簧管壓力表原理彈簧管壓力表原理彈簧管壓力表原理主要內(nèi)容1壓力表課程設(shè)計要求2壓力表設(shè)計計算1、壓力表概述2、測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇與計算3、游絲設(shè)計4、零件尺寸的確定3課程設(shè)計報告4其它2020/12/242彈簧管壓力表原理彈簧管壓力表原理彈簧管壓力表原理主要內(nèi)容1主要內(nèi)容1壓力表課程設(shè)計要求2壓力表設(shè)計計算1、壓力表概述2、測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇與計算3、游絲設(shè)計4、零件尺寸的確定3課程設(shè)計報告4其它2020/12/242主要內(nèi)容1壓力表課程設(shè)計要求2020/12/242目的鞏固、實踐課堂講過的知識本課程設(shè)計的內(nèi)容（任務(wù)）：

本次課程設(shè)計就是把學過的知識應(yīng)用到機械儀表的設(shè)計中，培養(yǎng)同學從整體上分析問題、解決問題的能力。并進一步加深對學過的知識的理解、鞏固。1壓力表課程設(shè)計要求壓力表的結(jié)構(gòu)設(shè)計2020/12/243目的鞏固、實踐課堂講過的知識1壓力表課程設(shè)計要求壓目的掌握正確的設(shè)計思想。通過課程設(shè)計使同學掌握儀表的設(shè)計思路。機械產(chǎn)品設(shè)計，一般其主要過程為：（接受）設(shè)計任務(wù)－（擬定）設(shè)計方案－設(shè)計計算－繪制裝配圖－繪制零件圖

設(shè)計過程中需注意以下內(nèi)容：1）滿足使用要求（功能、可靠性及精度要求）2）注意工藝性（結(jié)構(gòu)合理、簡單，經(jīng)濟性，外觀要求）2020/12/244目的掌握正確的設(shè)計思想。2020/12/244目的熟悉有關(guān)規(guī)范、標準、手冊設(shè)計中涉及到的零件材料、結(jié)構(gòu)等，均需按照有關(guān)標準選擇；零件的尺寸、公差等亦應(yīng)符合相關(guān)標準；制圖也要符合一定的規(guī)范。因此在課程設(shè)計過程中要求同學學習、掌握查閱標準及使用手冊的能力。2020/12/245目的熟悉有關(guān)規(guī)范、標準、手冊2020/12/2452020/12/2462020/12/246壓力表設(shè)計的技術(shù)要求測量范圍外廓尺寸外徑<150mm高度<55mm接口M20（普通螺紋、外徑20、螺距1.5）標尺等分刻度（滿程）

標度角270、分度數(shù)80（格）、分度值（）精度級27000.162020/12/247壓力表設(shè)計的技術(shù)要求測量范圍27000.162壓力表設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計說明書兩張相關(guān)零件圖（3號或4號圖）壓力表三維模型（Pro-E）、爆炸圖2020/12/248壓力表設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計說明書2020/12/248壓力表概述彈簧管壓力表是一種用來測量氣體壓力的儀表。壓力表的組成：

靈敏部分（彈簧管）傳動放大部分（曲柄滑塊、齒輪機構(gòu)）示數(shù)部分（指針、刻度盤）輔助部分（支承、軸、游絲）2壓力表設(shè)計計算2020/12/249壓力表概述彈簧管壓力表是一種用來測量氣體壓

工作原理

作為靈敏元件的彈簧管可以把氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)楣苣┒说奈灰?，通過曲柄滑塊機構(gòu)將此位移轉(zhuǎn)變?yōu)榍霓D(zhuǎn)角，然后通過齒輪機構(gòu)將曲柄轉(zhuǎn)角放大，帶動指針偏轉(zhuǎn)，從而指示壓力的大小。將轉(zhuǎn)角放大便于測量，可以提高測量精度。2020/12/2410工作原理2020/12/2410O靈敏部分-彈簧管p傳動放大-曲柄滑塊機構(gòu)傳動放大-齒輪傳動2020/12/2411O靈敏部分-彈簧管p傳動放大-曲柄滑塊機構(gòu)傳動放大-齒輪傳動

壓力表工作原理框圖

彈簧管的壓力－位移是線性關(guān)系，但彈簧管本身的工藝問題（如材料、加工等）會造成一些線性誤差，彈簧管形狀的不直、不均勻也會導(dǎo)致非線性誤差。曲柄滑塊機構(gòu)可以補償彈簧管的線性及非線性誤差。從0～0.16Mpa調(diào)整滿足滿刻度精度為線性誤差調(diào)整，中間部分不均勻調(diào)整為非線性誤差調(diào)整。注：參考趙英老師的網(wǎng)絡(luò)錄像。彈簧管齒輪傳動標尺示數(shù)ps(線性轉(zhuǎn)換)(線性傳動)(線性刻度)曲柄滑塊機構(gòu)(近似線性傳動)2020/12/2412壓力表工作原理框圖彈簧管齒輪傳動標尺示數(shù)ps

本次壓力表課程設(shè)計的主要設(shè)計計算內(nèi)容1）彈簧管：結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、末端位移計算2）曲柄滑塊機構(gòu)：結(jié)構(gòu)設(shè)計計算3）齒輪傳動結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)參數(shù)計算4）游絲：參數(shù)計算壓力表概述-end2020/12/2413本次壓力表課程設(shè)計的主要設(shè)計計算內(nèi)容壓力表概述-en測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇和計算一、彈簧管設(shè)計計算二、曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計計算三、齒輪傳動機構(gòu)設(shè)計計算四、原理誤差計算2020/12/2414測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇和計算一、彈簧管設(shè)計計算2020/12/2彈簧管原理（參閱教材p352）

彈簧管在內(nèi)壓力的作用下，任意非圓截面的彈簧管的截面將力圖變?yōu)閳A形。

從管子中截取中心角為d的一小段。通入壓力p后，管截面力圖變圓，中性層x－x以外各層被拉伸（如efe’f’），以內(nèi)各層被壓縮（如kik’i’）。材料產(chǎn)生彈性恢復(fù)力矩，力圖恢復(fù)各層原來長度，從而迫使截面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角d，使管子中心角減小，曲率半徑增大。若管子一端固定，自由端便產(chǎn)生位移，直至彈性平衡為止。OO’xxefkie’f’k’i’dd-dd2020/12/2415彈簧管原理（參閱教材p352）從管子中截取中心角為d彈簧管末端位移計算1）彈簧管中心角變化與作用壓力之間的關(guān)系

和’－彈簧管變形前、后的中心角R－彈簧管中性層初始曲率半徑h－管壁厚度a和b－橫截面中性層長軸半徑和短軸半徑E和－材料的彈性模量和泊松比C1和C2－與a/b有關(guān)的系數(shù)，查表取之R00Ortsrpssts連桿方向2020/12/2416彈簧管末端位移計算R00Ortsrpssts連桿方彈簧管2）位移切向分量st3）位移徑向（法向）分量sr4）自由端位移s5）位移與切向分量夾角R00Ortsrpssts連桿方向2020/12/2417彈簧管2）位移切向分量stR00Ortsrpssts彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計算按照現(xiàn)有的彈簧產(chǎn)品規(guī)格，選定尺寸參數(shù)如下的彈簧管：毛坯外徑＝15mm中徑R＝50mm

壁厚h＝中心角′′＝265（參考）材料錫磷青銅E＝105Mpa＝′′R2020/12/2418彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計算′′R2020/12/2418彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計算1）安全系數(shù)npj：比例極限壓力pg：工作壓力（應(yīng)小于pj）2）彈簧管截面與軸比a/b已知毛坯：＝15mm，h＝

選用扁圓形彈簧管，a=？b=？a/b，靈敏度，但pj，建議a/b＝4提示：圓形毛坯壓扁后中性層尺寸不變；＝15mmhh2a2b2020/12/2419彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計算＝15mmhh2a2b2020/彈簧管3）中心角設(shè)則有s通常?。?00～270。建議：（結(jié)構(gòu)中心角）′′=265另插入接口10～15自由端壓扁4～6則實際參加變形的中心角：=′′-10-5=2502020/12/2420彈簧管3）中心角2020/12/2420彈簧管4）彈簧管中徑R＝50mm5）材料

彈性模量105Mpa

泊松比

2020/12/2421彈簧管4）彈簧管中徑R＝50mm2020/12/242曲柄滑塊機構(gòu)加壓后，彈簧管自由端位移s，帶動曲柄轉(zhuǎn)過角度g－曲柄滑塊機構(gòu)ODBseab+－00yxB’gD’2020/12/2422曲柄滑塊機構(gòu)加壓后，彈簧管自由端位移s，帶曲柄滑塊機構(gòu)O’spB0eDOEabBeDOabD’B’sg0k2020/12/2423曲柄滑塊機構(gòu)O’spB0eDOEabBeDOabD’B’s曲柄滑塊機構(gòu)曲柄最大轉(zhuǎn)角g－工作轉(zhuǎn)角彈簧管末端指針：兩級傳動一級－曲柄滑塊機構(gòu)、二級－齒輪傳動i總=i齒i曲=270/g

g

/s

推薦：*i齒=13.5,g

=20

*i齒=15,g

=18（建議選取該組參數(shù)，因為i是整數(shù)，對后面齒輪Z1、Z2選擇方便。）2020/12/2424曲柄滑塊機構(gòu)曲柄最大轉(zhuǎn)角g－工作轉(zhuǎn)角2020/12/242曲柄滑塊機構(gòu)、的選擇曲柄滑塊機構(gòu)的傳動比i=/s=f(a,b,e,)為簡化計算，常引入無量綱系數(shù)：*滑塊相對位移*連桿相對長度*相對偏距*相對傳動比

、=2~5推薦=1、=42020/12/2425曲柄滑塊機構(gòu)、的選擇2020/12/2425確定0、k(初始角、終止角)k-0=g

在ia-曲線上找出極點對應(yīng)的極角e，0、k以e對稱分布。i變化小，工作過程非線性度減小。

0＝

e－

g/2

k＝

e＋

g/2對于=1、=4的曲線有e=0

0＝-

g/2

k＝

g/2曲柄滑塊機構(gòu)eia=1＝4O0kg12020/12/2426確定0、k(初始角、終止角)k-0=曲柄滑塊機構(gòu)計算曲柄長度a

最大位移smax

，上式中k

計算連桿長度b和偏距e連桿長b=a偏距e=a連桿b初始位置與彈簧管末端位移s夾角

bsin=e-acosk

2020/12/2427曲柄滑塊機構(gòu)計算曲柄長度a2020/12/2427齒輪傳動機構(gòu)初定齒輪中心距A’(根據(jù)曲柄滑塊機構(gòu)參數(shù)計算)1）求c’（過渡量）：OBD中

2）求A’：O’BO中BO’seDA’EabkstAO滑道Rc’c2020/12/2428齒輪傳動機構(gòu)初定齒輪中心距A’(根據(jù)曲柄滑塊機構(gòu)參數(shù)計算)B齒輪傳動機構(gòu)選定標準中心距A（i12即前述i齒）選擇適當Z1、m，使A盡可能靠近初定值A(chǔ)’＝整數(shù)（否則Z2無法加工）m選用標準值對每一個m值適當選擇1～2個Z1，使A接近A’，且Z1不小于17、Z2不要太大（參考樣機）。計算齒輪參數(shù)da、d、df2020/12/2429齒輪傳動機構(gòu)選定標準中心距A（i12即前述i齒）2020/1齒輪傳動機構(gòu)修正連桿長度b當用中心距A代替初定值A(chǔ)’后，曲柄回轉(zhuǎn)中心O位置將略有改變，此時可重新計算連桿長度b，使O點與齒輪傳動計算得出的O點重合。而a、e、0、k、=b/a均不需改變。1）求c（改變c’）：OBO’中

2）求b：OBD中BO’seDA’EabkstAO滑道Rc’c2020/12/2430齒輪傳動機構(gòu)修正連桿長度bBO’seDA’EabkstAO齒輪傳動機構(gòu)扇形齒輪扇形角扇形齒輪回轉(zhuǎn)中心即是曲柄的回轉(zhuǎn)中心，故扇形齒輪的工作轉(zhuǎn)角即為曲柄的工作轉(zhuǎn)角g，并適當增大即可。

扇=g(1+25%)+2×2齒對應(yīng)中心角工作初始及滿程結(jié)束時，兩邊各多出2齒防脫角。過載量，指針實際可轉(zhuǎn)角比工作轉(zhuǎn)角大一些。Og初始滿程2齒2齒2020/12/2431齒輪傳動機構(gòu)扇形齒輪扇形角工作初始及滿程結(jié)束時，兩邊各多出2原理誤差

壓力表彈簧管末端位移與指針轉(zhuǎn)角應(yīng)為線性關(guān)系。由于在測量環(huán)節(jié)中采用了曲柄滑塊機構(gòu)，使轉(zhuǎn)角與位移存在非線性誤差，即為原理誤差，應(yīng)加以控制。對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角的理想位移對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角的實際位移原理誤差1％為合格2020/12/2432原理誤差壓力表彈簧管末端位移與指針轉(zhuǎn)原理誤差非線性度校驗：曲柄每轉(zhuǎn)過2進行一次誤差計算。序號計算點n理想值sn實際值sn’絕對值sn－sn’相對值sn－sn’/smax1234-9-7-5-39測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇和計算-end2020/12/2433原理誤差非線性度校驗：序號計算點n理想值sn實際值sn’絕游絲設(shè)計

壓力表中的游絲為接觸游絲，其作用是消除空回，使齒輪始終保持單面接觸。由于齒輪軸存在摩擦力矩，所以在游絲安裝時應(yīng)給予一定的預(yù)緊力矩，使指針在零位時，在該最小安裝力矩下，也能驅(qū)動傳動鏈使齒輪保持單面接觸，即使小齒輪跟隨扇形齒輪（無論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)）消除空回誤差。2020/12/2434游絲設(shè)計壓力表中的游絲為接觸游絲，其作用是計算最小力矩Mmin安全系數(shù)，k=2~3零件偏重力矩游絲壓力產(chǎn)生的摩擦力矩零件自重產(chǎn)生的摩擦力矩經(jīng)過精心設(shè)計，某些零件的偏重力矩Mp將有助于完成機構(gòu)的力封閉，故可將Mp省略。2020/12/2435計算最小力矩Mmin安全系數(shù)，k=2~3零件偏重力矩游絲壓力計算最小力矩MminMfz的計算Mfz為中心小齒輪及扇形齒輪的綜合影響：將扇形齒輪的影響誘導(dǎo)至中心軸中心小齒輪支承上的摩擦力矩Mfz2－扇形齒輪支承上的摩擦力矩；I21－齒輪傳動的傳動系數(shù)；－齒輪傳動效率2020/12/2436計算最小力矩MminMfz的計算將扇形齒輪的影響誘導(dǎo)至中心軸計算最小力矩MminMfz的計算（續(xù)）說明估算重量;小齒輪：齒輪軸、指針(Al)、指針帽(Cu)扇形齒輪：齒輪軸、扇形齒輪（估算）連桿重量忽略；分析壓力表水平放置、垂直放置兩種情況，取其大者；近似計算，。比重：332020/12/2437計算最小力矩MminMfz的計算（續(xù)）說明2020/12/2計算最小力矩Mmin1）中心小齒輪Mfz1的計算－取兩者中大者參與后序計算*壓力表立放，軸水平

*壓力表平放，軸立2）扇形齒輪Mfz2的計算

（計算步驟同上，并取大者）當量摩擦系數(shù)，按未經(jīng)研配計算d1d2d將軸及軸上零件總重都集中在一端軸頸上計算即可式11-1式11-52020/12/2438計算最小力矩Mmin1）中心小齒輪Mfz1的計算－取兩者中計算最小力矩MminMmin的計算注意：因為計算中需要知道零件的重量，故游絲設(shè)計必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計之后進行。2020/12/2439計算最小力矩MminMmin的計算2020/12/2439選定參數(shù)1）工作角度最小工作轉(zhuǎn)角1=/2M1=Mmin最大工作轉(zhuǎn)角2=22）工作圈數(shù)2n=10~14;<2n=5~10建議n=8~103）寬厚比u=b/h接觸游絲u=4~8，建議u=64）外徑D1

由空間結(jié)構(gòu)定；

內(nèi)徑D2

由軸定。5）材料錫青銅QSn4-3E=105Mpa強度極限b=600Mpa安全系數(shù)S=3[b]=b/S=200Mpa游絲計算D1D22020/12/2440選定參數(shù)游絲計算D1D22020/12/2440游絲計算幾何尺寸計算1）初定長度2）厚度圓整到3）寬度由圓整后的h計算4）校核應(yīng)力

一般情況下能滿足要求，否則可改變寬厚比u。D1D22020/12/2441游絲計算幾何尺寸計算D1D22020/12/2441游絲計算5）最后確定L、n、a(圈間距)-圓整后的b、hK-同時盤繞游絲個數(shù)－取整

游絲設(shè)計-end2020/12/2442游絲計算5）最后確定L、n、a(圈間距)-圓整后的b、h游絲零件尺寸的確定按儀表特性的要求確定零件尺寸如彈簧管2a、2b、h、、R曲柄滑塊機構(gòu)a、b、e、0、k齒輪i、Z1、Z2、m按標準化規(guī)范確定零件尺寸

1）標準尺寸（有關(guān)標準、規(guī)范）如螺紋、錐度、倒角、直徑、m

2）標準件（標準件越多，設(shè)計越好）銷釘、螺釘、螺母、墊圈、軸承；游絲亦有標準，但本設(shè)計里標準游絲不合適，需自行設(shè)計非標準游絲。2020/12/2443零件尺寸的確定按儀表特性的要求確定零件尺寸2020/12/2由材料規(guī)格確定如彈簧管的毛坯外圓（圓管材），即查材料規(guī)格；（卡玻璃的）鋼絲直徑、外殼鐵板厚度、夾板厚度，均需查手冊，或參考樣機。由空間結(jié)構(gòu)確定1）安排尺寸（軸向）如中心輪安裝指針的軸的長度，需按軸向安排尺寸確定，玻璃－上夾板－下夾板－殼……2）零件結(jié)構(gòu)尺寸計算的是特性尺寸，具體零件結(jié)構(gòu)尺寸自行設(shè)計。2020/12/2444由材料規(guī)格確定2020/12/2444由空間結(jié)構(gòu)確定（續(xù)）3）足夠的運動空間（平面）如表盤螺釘不得妨礙指針運動；夾板柱不得妨礙運動件；曲柄滑塊機構(gòu)不得碰殼；機芯應(yīng)能入殼等。類比指針長度、刻度盤刻線長度、扇形輪形狀等；拆表時應(yīng)多測量樣機的尺寸為設(shè)計提供參考；參考教材中有關(guān)示數(shù)裝置的內(nèi)容。零件尺寸的確定-end2020/12/2445由空間結(jié)構(gòu)確定（續(xù)）零件尺寸的確定-end2020/12/2課程設(shè)計報告設(shè)計說明書設(shè)計說明書是一種專門為技術(shù)審查部門編寫的技術(shù)文件，它主要反映技術(shù)特點、計算依據(jù)、計算過程及結(jié)果。兩張相關(guān)零件圖壓力表三維建模（Pro-E）、爆炸圖

注：結(jié)構(gòu)、計算應(yīng)說明書－模型－圖紙相一致。3課程設(shè)計報告2020/12/2446課程設(shè)計報告設(shè)計說明書3課程設(shè)計報告2020/12/設(shè)計說明書的內(nèi)容設(shè)計任務(wù)概述課程設(shè)計目的、任務(wù)、技術(shù)指標壓力表概述用途、工作原理、組成框圖參數(shù)選擇計算彈簧管、曲柄滑塊機構(gòu)、齒輪、游絲、度盤標準化統(tǒng)計壓力表零件列表（名稱、數(shù)量），統(tǒng)計其中標準件的數(shù)量和所占比例。所繪制零件結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計說明

對所繪制零件結(jié)構(gòu)尺寸、公差配合、表面質(zhì)量、材料選擇以及相關(guān)零件之間的空間關(guān)系進行解釋說明。小結(jié)－收獲2020/12/2447設(shè)計說明書的內(nèi)容設(shè)計任務(wù)概述2020/12/2447其它實驗室提供n種結(jié)構(gòu)的壓力表，可任選一種拆卸，觀察結(jié)構(gòu)、進行測繪。拆表時注意：小組裝（組件）、定位面哪些是永久安裝，哪些是可拆結(jié)構(gòu)非線性調(diào)整、滿刻度調(diào)整環(huán)節(jié)2020/12/2448其它實驗室提供n種結(jié)構(gòu)的壓力表，可任選一種拆卸壓力表測量允許誤差1.5級表測量允許誤差為：在測量范圍內(nèi)任一壓力處測量值與標準值（標準表的示值）之差小于滿幅壓力pmax1.5%。即儀表允許誤差為

＝1.6Mpa2020/12/2449壓力表測量允許誤差2020/12/2

彈簧管壓力彈簧管彈簧管截面形狀2020/12/2450彈簧管壓力彈簧管彈簧管截面形狀2020/12/2450謝謝謝謝彈簧管壓力表原理彈簧管壓力表原理彈簧管壓力表原理主要內(nèi)容1壓力表課程設(shè)計要求2壓力表設(shè)計計算1、壓力表概述2、測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇與計算3、游絲設(shè)計4、零件尺寸的確定3課程設(shè)計報告4其它2020/12/242彈簧管壓力表原理彈簧管壓力表原理彈簧管壓力表原理主要內(nèi)容1主要內(nèi)容1壓力表課程設(shè)計要求2壓力表設(shè)計計算1、壓力表概述2、測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇與計算3、游絲設(shè)計4、零件尺寸的確定3課程設(shè)計報告4其它2020/12/2453主要內(nèi)容1壓力表課程設(shè)計要求2020/12/242目的鞏固、實踐課堂講過的知識本課程設(shè)計的內(nèi)容（任務(wù)）：

本次課程設(shè)計就是把學過的知識應(yīng)用到機械儀表的設(shè)計中，培養(yǎng)同學從整體上分析問題、解決問題的能力。并進一步加深對學過的知識的理解、鞏固。1壓力表課程設(shè)計要求壓力表的結(jié)構(gòu)設(shè)計2020/12/2454目的鞏固、實踐課堂講過的知識1壓力表課程設(shè)計要求壓目的掌握正確的設(shè)計思想。通過課程設(shè)計使同學掌握儀表的設(shè)計思路。機械產(chǎn)品設(shè)計，一般其主要過程為：（接受）設(shè)計任務(wù)－（擬定）設(shè)計方案－設(shè)計計算－繪制裝配圖－繪制零件圖

設(shè)計過程中需注意以下內(nèi)容：1）滿足使用要求（功能、可靠性及精度要求）2）注意工藝性（結(jié)構(gòu)合理、簡單，經(jīng)濟性，外觀要求）2020/12/2455目的掌握正確的設(shè)計思想。2020/12/244目的熟悉有關(guān)規(guī)范、標準、手冊設(shè)計中涉及到的零件材料、結(jié)構(gòu)等，均需按照有關(guān)標準選擇；零件的尺寸、公差等亦應(yīng)符合相關(guān)標準；制圖也要符合一定的規(guī)范。因此在課程設(shè)計過程中要求同學學習、掌握查閱標準及使用手冊的能力。2020/12/2456目的熟悉有關(guān)規(guī)范、標準、手冊2020/12/2452020/12/24572020/12/246壓力表設(shè)計的技術(shù)要求測量范圍外廓尺寸外徑<150mm高度<55mm接口M20（普通螺紋、外徑20、螺距1.5）標尺等分刻度（滿程）

標度角270、分度數(shù)80（格）、分度值（）精度級27000.162020/12/2458壓力表設(shè)計的技術(shù)要求測量范圍27000.162壓力表設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計說明書兩張相關(guān)零件圖（3號或4號圖）壓力表三維模型（Pro-E）、爆炸圖2020/12/2459壓力表設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計說明書2020/12/248壓力表概述彈簧管壓力表是一種用來測量氣體壓力的儀表。壓力表的組成：

靈敏部分（彈簧管）傳動放大部分（曲柄滑塊、齒輪機構(gòu)）示數(shù)部分（指針、刻度盤）輔助部分（支承、軸、游絲）2壓力表設(shè)計計算2020/12/2460壓力表概述彈簧管壓力表是一種用來測量氣體壓

工作原理

作為靈敏元件的彈簧管可以把氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)楣苣┒说奈灰?，通過曲柄滑塊機構(gòu)將此位移轉(zhuǎn)變?yōu)榍霓D(zhuǎn)角，然后通過齒輪機構(gòu)將曲柄轉(zhuǎn)角放大，帶動指針偏轉(zhuǎn)，從而指示壓力的大小。將轉(zhuǎn)角放大便于測量，可以提高測量精度。2020/12/2461工作原理2020/12/2410O靈敏部分-彈簧管p傳動放大-曲柄滑塊機構(gòu)傳動放大-齒輪傳動2020/12/2462O靈敏部分-彈簧管p傳動放大-曲柄滑塊機構(gòu)傳動放大-齒輪傳動

壓力表工作原理框圖

彈簧管的壓力－位移是線性關(guān)系，但彈簧管本身的工藝問題（如材料、加工等）會造成一些線性誤差，彈簧管形狀的不直、不均勻也會導(dǎo)致非線性誤差。曲柄滑塊機構(gòu)可以補償彈簧管的線性及非線性誤差。從0～0.16Mpa調(diào)整滿足滿刻度精度為線性誤差調(diào)整，中間部分不均勻調(diào)整為非線性誤差調(diào)整。注：參考趙英老師的網(wǎng)絡(luò)錄像。彈簧管齒輪傳動標尺示數(shù)ps(線性轉(zhuǎn)換)(線性傳動)(線性刻度)曲柄滑塊機構(gòu)(近似線性傳動)2020/12/2463壓力表工作原理框圖彈簧管齒輪傳動標尺示數(shù)ps

本次壓力表課程設(shè)計的主要設(shè)計計算內(nèi)容1）彈簧管：結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、末端位移計算2）曲柄滑塊機構(gòu)：結(jié)構(gòu)設(shè)計計算3）齒輪傳動結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)參數(shù)計算4）游絲：參數(shù)計算壓力表概述-end2020/12/2464本次壓力表課程設(shè)計的主要設(shè)計計算內(nèi)容壓力表概述-en測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇和計算一、彈簧管設(shè)計計算二、曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計計算三、齒輪傳動機構(gòu)設(shè)計計算四、原理誤差計算2020/12/2465測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇和計算一、彈簧管設(shè)計計算2020/12/2彈簧管原理（參閱教材p352）

彈簧管在內(nèi)壓力的作用下，任意非圓截面的彈簧管的截面將力圖變?yōu)閳A形。

從管子中截取中心角為d的一小段。通入壓力p后，管截面力圖變圓，中性層x－x以外各層被拉伸（如efe’f’），以內(nèi)各層被壓縮（如kik’i’）。材料產(chǎn)生彈性恢復(fù)力矩，力圖恢復(fù)各層原來長度，從而迫使截面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角d，使管子中心角減小，曲率半徑增大。若管子一端固定，自由端便產(chǎn)生位移，直至彈性平衡為止。OO’xxefkie’f’k’i’dd-dd2020/12/2466彈簧管原理（參閱教材p352）從管子中截取中心角為d彈簧管末端位移計算1）彈簧管中心角變化與作用壓力之間的關(guān)系

和’－彈簧管變形前、后的中心角R－彈簧管中性層初始曲率半徑h－管壁厚度a和b－橫截面中性層長軸半徑和短軸半徑E和－材料的彈性模量和泊松比C1和C2－與a/b有關(guān)的系數(shù)，查表取之R00Ortsrpssts連桿方向2020/12/2467彈簧管末端位移計算R00Ortsrpssts連桿方彈簧管2）位移切向分量st3）位移徑向（法向）分量sr4）自由端位移s5）位移與切向分量夾角R00Ortsrpssts連桿方向2020/12/2468彈簧管2）位移切向分量stR00Ortsrpssts彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計算按照現(xiàn)有的彈簧產(chǎn)品規(guī)格，選定尺寸參數(shù)如下的彈簧管：毛坯外徑＝15mm中徑R＝50mm

壁厚h＝中心角′′＝265（參考）材料錫磷青銅E＝105Mpa＝′′R2020/12/2469彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計算′′R2020/12/2418彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計算1）安全系數(shù)npj：比例極限壓力pg：工作壓力（應(yīng)小于pj）2）彈簧管截面與軸比a/b已知毛坯：＝15mm，h＝

選用扁圓形彈簧管，a=？b=？a/b，靈敏度，但pj，建議a/b＝4提示：圓形毛坯壓扁后中性層尺寸不變；＝15mmhh2a2b2020/12/2470彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計算＝15mmhh2a2b2020/彈簧管3）中心角設(shè)則有s通常?。?00～270。建議：（結(jié)構(gòu)中心角）′′=265另插入接口10～15自由端壓扁4～6則實際參加變形的中心角：=′′-10-5=2502020/12/2471彈簧管3）中心角2020/12/2420彈簧管4）彈簧管中徑R＝50mm5）材料

彈性模量105Mpa

泊松比

2020/12/2472彈簧管4）彈簧管中徑R＝50mm2020/12/242曲柄滑塊機構(gòu)加壓后，彈簧管自由端位移s，帶動曲柄轉(zhuǎn)過角度g－曲柄滑塊機構(gòu)ODBseab+－00yxB’gD’2020/12/2473曲柄滑塊機構(gòu)加壓后，彈簧管自由端位移s，帶曲柄滑塊機構(gòu)O’spB0eDOEabBeDOabD’B’sg0k2020/12/2474曲柄滑塊機構(gòu)O’spB0eDOEabBeDOabD’B’s曲柄滑塊機構(gòu)曲柄最大轉(zhuǎn)角g－工作轉(zhuǎn)角彈簧管末端指針：兩級傳動一級－曲柄滑塊機構(gòu)、二級－齒輪傳動i總=i齒i曲=270/g

g

/s

推薦：*i齒=13.5,g

=20

*i齒=15,g

=18（建議選取該組參數(shù)，因為i是整數(shù)，對后面齒輪Z1、Z2選擇方便。）2020/12/2475曲柄滑塊機構(gòu)曲柄最大轉(zhuǎn)角g－工作轉(zhuǎn)角2020/12/242曲柄滑塊機構(gòu)、的選擇曲柄滑塊機構(gòu)的傳動比i=/s=f(a,b,e,)為簡化計算，常引入無量綱系數(shù)：*滑塊相對位移*連桿相對長度*相對偏距*相對傳動比

、=2~5推薦=1、=42020/12/2476曲柄滑塊機構(gòu)、的選擇2020/12/2425確定0、k(初始角、終止角)k-0=g

在ia-曲線上找出極點對應(yīng)的極角e，0、k以e對稱分布。i變化小，工作過程非線性度減小。

0＝

e－

g/2

k＝

e＋

g/2對于=1、=4的曲線有e=0

0＝-

g/2

k＝

g/2曲柄滑塊機構(gòu)eia=1＝4O0kg12020/12/2477確定0、k(初始角、終止角)k-0=曲柄滑塊機構(gòu)計算曲柄長度a

最大位移smax

，上式中k

計算連桿長度b和偏距e連桿長b=a偏距e=a連桿b初始位置與彈簧管末端位移s夾角

bsin=e-acosk

2020/12/2478曲柄滑塊機構(gòu)計算曲柄長度a2020/12/2427齒輪傳動機構(gòu)初定齒輪中心距A’(根據(jù)曲柄滑塊機構(gòu)參數(shù)計算)1）求c’（過渡量）：OBD中

2）求A’：O’BO中BO’seDA’EabkstAO滑道Rc’c2020/12/2479齒輪傳動機構(gòu)初定齒輪中心距A’(根據(jù)曲柄滑塊機構(gòu)參數(shù)計算)B齒輪傳動機構(gòu)選定標準中心距A（i12即前述i齒）選擇適當Z1、m，使A盡可能靠近初定值A(chǔ)’＝整數(shù)（否則Z2無法加工）m選用標準值對每一個m值適當選擇1～2個Z1，使A接近A’，且Z1不小于17、Z2不要太大（參考樣機）。計算齒輪參數(shù)da、d、df2020/12/2480齒輪傳動機構(gòu)選定標準中心距A（i12即前述i齒）2020/1齒輪傳動機構(gòu)修正連桿長度b當用中心距A代替初定值A(chǔ)’后，曲柄回轉(zhuǎn)中心O位置將略有改變，此時可重新計算連桿長度b，使O點與齒輪傳動計算得出的O點重合。而a、e、0、k、=b/a均不需改變。1）求c（改變c’）：OBO’中

2）求b：OBD中BO’seDA’EabkstAO滑道Rc’c2020/12/2481齒輪傳動機構(gòu)修正連桿長度bBO’seDA’EabkstAO齒輪傳動機構(gòu)扇形齒輪扇形角扇形齒輪回轉(zhuǎn)中心即是曲柄的回轉(zhuǎn)中心，故扇形齒輪的工作轉(zhuǎn)角即為曲柄的工作轉(zhuǎn)角g，并適當增大即可。

扇=g(1+25%)+2×2齒對應(yīng)中心角工作初始及滿程結(jié)束時，兩邊各多出2齒防脫角。過載量，指針實際可轉(zhuǎn)角比工作轉(zhuǎn)角大一些。Og初始滿程2齒2齒2020/12/2482齒輪傳動機構(gòu)扇形齒輪扇形角工作初始及滿程結(jié)束時，兩邊各多出2原理誤差

壓力表彈簧管末端位移與指針轉(zhuǎn)角應(yīng)為線性關(guān)系。由于在測量環(huán)節(jié)中采用了曲柄滑塊機構(gòu)，使轉(zhuǎn)角與位移存在非線性誤差，即為原理誤差，應(yīng)加以控制。對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角的理想位移對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角的實際位移原理誤差1％為合格2020/12/2483原理誤差壓力表彈簧管末端位移與指針轉(zhuǎn)原理誤差非線性度校驗：曲柄每轉(zhuǎn)過2進行一次誤差計算。序號計算點n理想值sn實際值sn’絕對值sn－sn’相對值sn－sn’/smax1234-9-7-5-39測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇和計算-end2020/12/2484原理誤差非線性度校驗：序號計算點n理想值sn實際值sn’絕游絲設(shè)計

壓力表中的游絲為接觸游絲，其作用是消除空回，使齒輪始終保持單面接觸。由于齒輪軸存在摩擦力矩，所以在游絲安裝時應(yīng)給予一定的預(yù)緊力矩，使指針在零位時，在該最小安裝力矩下，也能驅(qū)動傳動鏈使齒輪保持單面接觸，即使小齒輪跟隨扇形齒輪（無論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)）消除空回誤差。2020/12/2485游絲設(shè)計壓力表中的游絲為接觸游絲，其作用是計算最小力矩Mmin安全系數(shù)，k=2~3零件偏重力矩游絲壓力產(chǎn)生的摩擦力矩零件自重產(chǎn)生的摩擦力矩經(jīng)過精心設(shè)計，某些零件的偏重力矩Mp將有助于完成機構(gòu)的力封閉，故可將Mp省略。2020/12/2486計算最小力矩Mmin安全系數(shù)，k=2~3零件偏重力矩游絲壓力計算最小力矩MminMfz的計算Mfz為中心小齒輪及扇形齒輪的綜合影響：將扇形齒輪的影響誘導(dǎo)至中心軸中心小齒輪支承上的摩擦力矩Mfz2－扇形齒輪支承上的摩擦力矩；I21－齒輪傳動的傳動系數(shù)；－齒輪傳動效率2020/12/2487計算最小力矩MminMfz的計算將扇形齒輪的影響誘導(dǎo)至中心軸計算最小力矩MminMfz的計算（續(xù)）說明估算重量;小齒輪：齒輪軸、指針(Al)、指針帽(Cu)扇形齒輪：齒輪軸、扇形齒輪（估算）連桿重量忽略；分析壓力表水平放置、垂直放置兩種情況，取其大者；近似計算，。比重：332020/12/2488計算最小力矩MminMfz的計算（續(xù)）說明2020/12/2計算最小力矩Mmin1）中心小齒輪Mfz1的計算－取兩者中大者參與后序計算*壓力表立放，軸水平

*壓力表平放，軸立2）扇形齒輪Mfz2的計算

（計算步驟同上，并取大者）當量摩擦系數(shù)，按未經(jīng)研配計算d1d2d將軸及軸上零件總重都集中在一端軸頸上計算即可式11-1式11-52020/12/2489計算最小力矩Mmin1）中心小齒輪Mfz1的計算－取兩者中計算最小力矩MminMmin的計算注意：因為計算中需要知道零件的重量，故游絲設(shè)計必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計之后進行。2020/12/2490計算最小力矩MminMmin的計算2020/12/2439選定參數(shù)1）工作角度最小工作轉(zhuǎn)角1=/2M1=Mmin最大工作轉(zhuǎn)角2=22）工作圈數(shù)2n=10~14;<2n=5~10建議n=8~103）寬厚比u=b/h接觸游絲u=4~8，建議u=64）外徑D1

由空間結(jié)構(gòu)定；

內(nèi)徑D2

由軸定。5）材料錫青銅QSn4-3E=105Mpa強度極限b=600Mpa安全系數(shù)S=3[b]=b/S=200Mpa游絲計算D1D22020/12/2491選定參數(shù)游絲計算D1D2