東北大學(xué)精密儀器彈簧壓力表格課程設(shè)計(jì)說(shuō)明手冊(cè)

課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：彈簧管壓力表班級(jí)：測(cè)控技術(shù)與儀器姓名：趙徐行（畫(huà)圖）黨云麗（說(shuō)明書(shū)）指導(dǎo)教師：孟紅記梅國(guó)暉設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年7月7日-2012年7月12日目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章課程說(shuō)明3-課程設(shè)計(jì)的目的::.3-課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容：：.3…課程設(shè)計(jì)的要求二.4…\o"CurrentDocument"第二章課程內(nèi)容...5…\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)方案：.：：5…二5…二5…5::5?計(jì)算及測(cè)量:.67…'dZ…?.…:dB二16…二傷…:.……….19…::…：?：.?.20儀表非線(xiàn)性設(shè)計(jì)誤差計(jì)算.?.………21立體截圖.?.?二24

結(jié)論...?.：：：..27參看文獻(xiàn).：:……28?附錄.:28…設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算結(jié)果第一章課程說(shuō)明1.1課程設(shè)計(jì)的目的課程設(shè)計(jì)是《儀表機(jī)構(gòu)零件》課程設(shè)計(jì)的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決一個(gè)簡(jiǎn)單工程問(wèn)題的的實(shí)踐性環(huán)節(jié)。通過(guò)本課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下目的：(1)培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立分析、解決工程問(wèn)題的能力；(2)掌握機(jī)械工程設(shè)計(jì)的一般方法及過(guò)程；“練機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能，包括正確使用有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范，設(shè)計(jì)資料及設(shè)計(jì)手冊(cè)；止確進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等等。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)普通型彈簧壓力表，其技術(shù)要求為：(1)測(cè)量范圍測(cè)量下限制為0,測(cè)量上限制為0.6,單位為MPa(10kgf/cm2)(2)精度等級(jí)：1.5級(jí)(3)外形尺寸接頭位置為徑向；表殼無(wú)邊；表殼公稱(chēng)直徑D=100mm；H60mm,052B100mm,aM201.5,s170.28L200,h50.30,d160.30(4)標(biāo)尺特性等分分度；標(biāo)度角：270;最小分度值為0.01MPa(10kgf/cm2)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算結(jié)果(5)儀表結(jié)構(gòu)圖圖1.1圖1.2圖1.31.3設(shè)計(jì)要求(1)設(shè)計(jì)裝配圖1張(A3圖紙，594841)(2)零件圖2張(A，圖紙，297420)(3)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果第二章課程內(nèi)容方案標(biāo)度角、分度角、分度尺寸、標(biāo)線(xiàn)尺寸、；指針形狀和剖面、指針與標(biāo)線(xiàn)的重合長(zhǎng)度；指針與小齒輪軸的連接結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)中心距、模數(shù)、小齒輪齒數(shù)，大齒輪的扇形角，齒輪付的初始嚙合位置，小齒輪軸的結(jié)構(gòu)，扇形齒輪的結(jié)構(gòu)。齒輪滑塊結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)；曲柄長(zhǎng)度調(diào)節(jié)范圍；連桿長(zhǎng)度；彈簧管自由端的結(jié)構(gòu)；機(jī)構(gòu)初始位置的調(diào)節(jié)范圍。彈簧管彈簧的中心角，中心曲率半徑，剖面形狀及長(zhǎng)軸、短軸半徑。固定端及自由端的結(jié)構(gòu)。游絲外徑、內(nèi)徑、剖面厚度及寬度、圈數(shù)及內(nèi)外端連接方法。2.22.2測(cè)量計(jì)算2.22.2測(cè)量計(jì)算一、原始參數(shù)的設(shè)定毛胚外徑d壁厚h簧管內(nèi)徑Di截面短軸2B量程上限P15mm0.5mm64mm4.9mm0.6Mpa彈性模量純中心角自由端k分度數(shù)機(jī)構(gòu)組數(shù)EfNn112700Pa2505.0mm6025、基本尺寸設(shè)定表2.2.2基本尺寸設(shè)定長(zhǎng)半軸a短半軸b壁厚h參數(shù)X系數(shù)a10.1325mm2.2mm0.5mm0.16780.43系數(shù)［3純中心角Y簧管中徑R自由端kf自由端角即0.122250034.45mm5.0mm管端位Smax自由位移Smax連桿長(zhǎng)l曲柄長(zhǎng)r偏距e2.6873mm2.7278mm24.4103mm9.7641mm11.7169mm壓力角傳動(dòng)角加滑塊夾角連桿夾角初始角柒2.2.1彈簧管彈簧管是一根彎成270度圓弧的具有扁圓形或橢圓形截面的空心彈性元件。管子的一端封死為自由端，另一端固定在傳壓管的接頭上。當(dāng)被測(cè)液體流入彈簧管內(nèi)時(shí)，其密封自由端產(chǎn)生彈性位移（受大于大氣壓的壓力作用時(shí)向外擴(kuò)張，受小于大氣壓的壓力作用時(shí)向內(nèi)收）。然后經(jīng)過(guò)傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，指示出壓力的大小。彈簧管的自由端錢(qián)銷(xiāo)中心B的最大位移為Smax彈簧自由端A的最大位移為Smax。max設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果Smax和Smax的關(guān)系如圖2.1圖2.1結(jié)構(gòu)草圖彈簧管的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算如下：.彈簧管的尺寸規(guī)格根據(jù)橢圓的性質(zhì)，2(2A2B)3,1416(2Bh)3.1416(dh)(221)外長(zhǎng)軸半徑A(d2B)3.1416/4B(1522.45)3.1416/42.45(2.2.2)10.3825mm簧管內(nèi)長(zhǎng)半軸aAh/210.38250.5/210.1325mm(2.2.3簧管內(nèi)短半軸bBh/22.450.5/22.2mm(2.2.4)彈簧中徑參數(shù).彈簧管中心角相對(duì)變化量,2c2,2一P1——(1嗎rPEbh(la2)X2(2.2.7)cc10.3234.452d2.220.612-=1127002.20.510.132520.43_20.1220.16782=0.01426A=10.3825mma=10.1325mmb=2.2mmR=34.45mmX=0.1678)設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算結(jié)果Smax=2.6873mm3.(1)自由端較銷(xiāo)中心Smax=2.6873mm圖2.2傳動(dòng)草圖(2)自由端A的最大位移(3)Smax,S’mafe切線(xiàn)t-t的夾角分別為：,11costan0sin(fcos1costanLR-fsinsinR,…54.3633cos101cos250tan134.45(),54.3633sin104.3633sin25034.4520.734.彈簧管的強(qiáng)度校驗(yàn)彈簧管壁的法向應(yīng)力n和切向應(yīng)力t按下式計(jì)算cR2“b232……nP2122(2212)a2a2X2XR2b232-tP12’122n(2213)a2a2X2X式中和需要從表中查出?！笆睂?duì)應(yīng)于彈簧管外壁，“一”對(duì)應(yīng)于彈簧管內(nèi)壁。設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算結(jié)果

最大當(dāng)量應(yīng)力d為d7n22tnt(2214)彈簧管的dmax位置決定于彈簧管尺寸比例，有以下幾種情況：(1)當(dāng)12時(shí)，dm,、在短軸上；b(2)當(dāng)2a4,XJh0時(shí)，須按公式計(jì)算各點(diǎn)的d,做d2ba的分布圖，方能確定dmax及其位置；(3)當(dāng)a4,XJh0.4時(shí)，強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)出現(xiàn)在長(zhǎng)軸上。當(dāng)bau=0.3時(shí)，最大的當(dāng)量應(yīng)力d按下式計(jì)算：22cR2,b22.66/c…、dP—12T(2.2.15)a2a2X2有基本尺寸知:a=10.1325mmb=2.2mm查表知：0.593并且強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)出現(xiàn)在長(zhǎng)軸上，取u=0.3o則最大的當(dāng)量應(yīng)力d:心.、2.66?dp2(12)v2aaX八八34.452彳2.222.66八c門(mén)、0.6120.593(2.2.16)10.1325210.132520.1220.1678269.425Mpa彈簧管的安全系數(shù)S=-p2.15dpSd2.1569.425149.264Mpa()設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果根據(jù)所計(jì)算出的149.264我們選定錫磷青銅Qsn4-0.3硬材料作為彈簧管的鑄造材料其材料比例極限為 p600MPa2.2.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)所計(jì)算出的149.264我們選定錫磷青銅Qsn4-0.3硬材料作為彈簧管的鑄造材料其材料比例極限為 p600MPa2.2.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參考文獻(xiàn)選擇齒輪速比，計(jì)算齒輪相關(guān)參數(shù)如下:.選擇速比.計(jì)算出扇形齒輪工作轉(zhuǎn)角aw；aw -()ig式中，一標(biāo)度角,270則aw27013.520選定小齒輪的齒數(shù)，在一般情況下為了避免根切現(xiàn)象的發(fā)生，我們一般選用齒輪齒數(shù)大于17的齒輪，這里我們所選用的小齒輪的齒數(shù)為18則，根據(jù)igZ2得g乙Z2igZ113.518243()根據(jù)所設(shè)計(jì)的壓力表表身的尺寸來(lái)進(jìn)一步設(shè)計(jì)直齒圓柱齒輪與扇行齒輪的中心距，初步設(shè)定其中心距為26.0356則m2^3560.1995()乙Z218243在標(biāo)準(zhǔn)中選取齒輪模數(shù)m=0.2.精算中心距__1_一-八a—mZ1Z2—0.21824326.1()2.扇形齒輪的扇形角扇形齒輪的扇形角2按下式確定：2702.~—igig()2也2013.5所以取扇形角2302.2.3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由于彈簧管具有線(xiàn)性特征，齒輪傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)具有恒定的速比，只有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的速比也是固定的,才得到均勻分度標(biāo)尺。雖然曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的速比是機(jī)構(gòu)尺寸和位移的函數(shù)，但是只要合理選擇各桿長(zhǎng)度和機(jī)構(gòu)出事位置及工作范圍，可得到近似于常數(shù)的速比。對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)計(jì)算如下：.曲柄長(zhǎng)、2rSmax/(sin0sinmaxy(cos0)\：2(cosmax)2)()2.7278/sin13sin(3)\2.52cos131.2242.52cos31.229.7641mm2.連"lr2.59.764124.4103mm()er1.29.764111.7169mm設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算結(jié)果x=14.8038mmx=14.8038mmy=21.4178mma=26.0359mm.滑塊夾角().傳動(dòng)角0900090135.165982.1570()5.O'點(diǎn)坐標(biāo)TOC\o"1-5"\h\z。、點(diǎn)橫坐標(biāo)'.'xRfsinlsin0rsin0034.455sin1024.4103sin5.156920.73()9.7641sin82.15705.156920.7314.8038mm。、點(diǎn)縱坐標(biāo)''yfcoslcos0rcos005cos1024.4103cos5.156920.73()9.7641cos82.15705.156920.7321.4178mm6.齒輪中心距aOO'&^14.80382~~21.4178226.0359mm()在曲柄滑塊中所設(shè)計(jì)的a與齒輪機(jī)構(gòu)所設(shè)計(jì)的a大致相符誤差為0.011523%,符合要求。綜合上述計(jì)算結(jié)果，可畫(huà)出如下機(jī)構(gòu)圖：圖曲柄滑塊機(jī)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算結(jié)果齒輪基本參數(shù)：模數(shù)m=0.2壓力角a=20°大輪齒數(shù)Z2=243小輪齒數(shù)乙二18參數(shù)C0.35h1齒輪相關(guān)尺寸計(jì)算如下：.分度圓直徑dimZi0.2183.6mm(2.2.31).齒頂圓高一*一一一一haham10.20.2mm(2.2.32).齒根高h(yuǎn)fhacm10.350.20.27mm(2.2.34)(正常齒h1模數(shù)m00.15時(shí)C0.35).齒全高h(yuǎn)hahf0.20.270.47mm(2.2.35).齒根圓直徑df2Z22ha2cm2432120.350.248.06mm(2.2.36)6.齒頂圓直徑?-—?*，-一，-一，da1Z12hm18210.24mma*()da2Z22hm243210.249mma227.基圓直徑dbidaicos4cos203.7588mm—-(2.2.38)db2da2cos49cos2046.0449mm.周節(jié)Pm3.14160.20.628(2.2.39).齒厚cm3.14160.2八-…S220.3142mm(2.2.40).齒問(wèn)寬m3.14160.2八一…八e0.3142mm(2.2.41)2211.中心距1_a—d1d2-3.648.626.1mm(2.2.42)2.頂隙_*________，、Ccm0.350.20.07mm().齒輪傳動(dòng)速比ig0270/270/2013.5(2.2.43)S=0.3142mme=0.3142mma=26.1mmC=0.07mm設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果儀表工作時(shí)，其構(gòu)件有的轉(zhuǎn)動(dòng)，有的移動(dòng)，有的作復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。為保持機(jī)構(gòu)作確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，各相臨機(jī)構(gòu)之間必須用支撐和導(dǎo)軌連接。本設(shè)計(jì)所選用的支撐為圓柱支撐。為了適應(yīng)壓強(qiáng)大、轉(zhuǎn)速高的場(chǎng)合，我們選取的有具備良好的減摩、耐摩性能好的QSN66—3軸承間隙是靠選擇適當(dāng)?shù)幕字崎g隙配合保證的。輕載、轉(zhuǎn)速高、精度較高的軸承一般選用HZof7所選的青銅的摩擦系數(shù)為0.2,所選取小齒輪的重量為0.03N,大齒輪的重量為0.24N。選取軸承的軸徑的直徑dz為2.00mm軸承的直徑為2.2mm分析軸承的力矩情況：當(dāng)軸頸未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸頸與軸承在最低點(diǎn)接觸。軸承的支反力N與軸頸的徑向負(fù)荷Q相平衡。當(dāng)軸徑受驅(qū)動(dòng)力作用后，開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，由于接觸處有摩擦，軸徑沿軸承孔內(nèi)表面滾至點(diǎn)偏離最低點(diǎn)的其他位置。這時(shí)，該點(diǎn)除作用有軸承的法向支反力N外，還有摩擦力F:F=f?N式中f——摩擦系數(shù)。軸承的總支反力R為：R=/N—F7=N^1―彳又根據(jù)軸頸離平衡條件有：Q=R軸承中的摩擦力矩Tm為:d,因f《1,故上式可間化為：Tm=f,Q--N-mm2式中dz軸頸白直徑，mm該式表明，軸承的摩擦力矩與摩擦系數(shù)、軸頸直徑和負(fù)荷成正比

d,2綜上所述：Tm=fQ1-1=0.2x0.03x_|=0.006N?mm__d,__2Tm=fQ2拳=0.2X0.24X2=0.048N-mmTm1=0.006NmmTm2=0.048NmmT=0.00995Nmm游絲的功能是保持儀表傳動(dòng)系統(tǒng)單向接觸，Tm1=0.006NmmTm2=0.048NmmT=0.00995Nmm選擇材料為磷青銅E=120000MPab=600MPa選定游絲外徑D1=11mmf絲內(nèi)徑D2=4mmh=0.092mmb=0.56mml=235.62mm,n=10。一般取S=1020是為了獲得穩(wěn)定的彈性和減小殘余變形，以提高儀表的精度。因此，本設(shè)計(jì)取S=20,=90%由上面可知，Tm=0.006N-mmml2=0.048N-mm式中T一小齒輪上的當(dāng)量摩擦力矩，S—安全系數(shù)，Tmin=S-Tf=3-0.009951000=29.8i12一齒輪傳動(dòng)的速比i12=—=Z2,2Zl一齒輪傳動(dòng)的效率，Tm1、Tm「小齒輪、大齒輪軸的摩擦力矩，根據(jù)齒輪軸部件的重量計(jì)算，在裝配草圖設(shè)計(jì)后進(jìn)行。游絲在工作時(shí)，內(nèi)端置于套環(huán)端面的槽中，然后沖怫，使槽閉和夾緊游絲。游絲外部用圓錐銷(xiāo)將游絲外端楔緊在基體的空中，是可拆卸連接，允許改變游絲的長(zhǎng)度，以調(diào)節(jié)游絲的剛度。設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果1.表盤(pán)的設(shè)計(jì)表盤(pán)旋轉(zhuǎn)度數(shù)為2700,最大量程為0.6MPa,最小分度值為0.1MPa,所以每一分度值所對(duì)應(yīng)的角度為4.5o分度尺寸：l45/180453.53分度數(shù)：n=60分度化AmaxAmin0.6——0.01MPa60n=60b=7.07mmc=11.45mma=0.35mmB=1.75mmL=10.605mm短分度線(xiàn)長(zhǎng)度b可取為分度尺寸l的2倍左右，即b2l23.537.07長(zhǎng)分度線(xiàn)長(zhǎng)度c取為c1.62b11.45mm(2.2.50)分度線(xiàn)的寬度：當(dāng)三10%時(shí)，平均讀數(shù)誤差最小，取a0.1l0.35l2.指針的設(shè)計(jì)指針?biāo)x材料為SQn6-3—3L=1.5Xb=1.5X7.07=10.605mm指針略圖2.3儀表非線(xiàn)性設(shè)計(jì)誤差計(jì)算弓單簧管壓力表標(biāo)尺為線(xiàn)形分度，弓母管為線(xiàn)性特性，齒輪傳動(dòng)的速比是常數(shù)，但是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的理論特性s是超越函數(shù)，這必然造成儀表設(shè)計(jì)原理上的非線(xiàn)性誤差。應(yīng)按標(biāo)尺分度尺寸逐點(diǎn)計(jì)算其非線(xiàn)性誤差，其值應(yīng)/、超過(guò)儀表精度允許值的三分之一。第j個(gè)分度的非線(xiàn)性誤差按卜式計(jì)算：doj'jjj'j———-100%()n式中，——曲柄又t應(yīng)于每1分度的線(xiàn)性轉(zhuǎn)角_0max,()nn——標(biāo)尺的分度數(shù)max——曲柄最大位置角0—一曲柄初始位置角j對(duì)應(yīng)于S'jjS的曲柄實(shí)際位置角，按曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的位移方程計(jì)算：..il2e2r2H2+1e()'jsin1—tg-U2rve2H2HS'j、l2(ercos0)2rsin0()S對(duì)應(yīng)于每一分度的皎銷(xiāo)中心B的最大位移。1.個(gè)分度非線(xiàn)性原理誤差計(jì)算方法：(1)曲柄線(xiàn)性轉(zhuǎn)角j0()-'(2)曲柄實(shí)際轉(zhuǎn)角'jfSmax,fs()n(3)非線(xiàn)性絕度誤:差jj()'(4)非線(xiàn)性相對(duì)誤差」—L100%()(5)第j個(gè)分度的非線(xiàn)性誤差0maxd0j'jjj'jL-——L100%n設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算結(jié)果序號(hào)分度值線(xiàn)性轉(zhuǎn)角aj曲柄實(shí)際轉(zhuǎn)角非線(xiàn)性絕對(duì)誤差非線(xiàn)性相對(duì)誤差10.0112.733312.73190.00140.00900020.0212.466712.46390.00280.01720030.0312.200012.19610.00390.02450040.0411.933311.92840.00500.03090050.0511.666711.66080.00590.03660060.0611.400011.39340.00660.04150070.0711.133311.12600.00730.04560080.0810.866710.85880.00790.04910090.0910.600010.59170.00830.051800100.110.333310.32470.00860.053900110.1110.066710.05780.00890.055300120.129.80009.79100.00900.056200130.139.53339.52430.00900.056500140.149.26679.25770.00900.056200150.159.00008.99110.00890.055400160.168.73338.72470.00860.054200170.178.46678.45830.00840.052500180.188.20008.19190.00810.050400190.197.93337.92570.00760.047800200.207.66677.65950.00720.045000210.217.40007.39330.00670.0418220.227.13337.12720.00610.0382230.236.86676.86120.00550.0345240.246.60006.59510.00490.0304250.256.63336.62910.00420.0262260.266.06676.02320.00350.0218270.275.80005.79720.00280.0172280.285.53335.53130.00200.0126290.295.26675.26540.00130.0078300.305.00004.99954.8290e-40.003310.314.73334.7336-2.8918e-4-0.0018續(xù)表續(xù)表1.續(xù)表續(xù)表1.設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果序號(hào)分度值線(xiàn)性轉(zhuǎn)角aj曲柄實(shí)際轉(zhuǎn)角非線(xiàn)性絕對(duì)誤差非線(xiàn)性相對(duì)誤差320.324.46674.4677-0.0011-0.0066330.334.20004.2018-0.0018-0.0014340.343.93333.9359-0.0026-0.0161350.353.66673.6700-0.0033-0.0207360.363.40003.4040-0.0040-0.0251370.373.13333.1380-0.0047-0.0294380.382.86672.8720-0.0053-0.0334390.392.60002.6060-0.0060-0.0372400.402.33332.3399-0.0065-0.0408410.412