课程设计弹簧管压力表设计报告完整版

第1页共18页河北工业大学课程设计弹簧管压力表设计说明书学院:班级:姓名:学号:指导老师:第2页共18页目录一.设计任务概述1.课程设计的目的2.弹簧管压力表的设计任务要求3.技术指标二.弹簧管压力表概述1.压力表的组成2.工作原理三.参数选择计算1弹簧管：结构设计计算、末端位移计算2.曲柄滑块机构：结构设计计算3.齿轮传动结构：结构参数计算4.游丝：参数计算四.所绘制零件结构参数设计说明五.标准化统计六.课程设计总结七.参考文献第3页共18页一.设计任务概述1.课程设计的目的(1).巩固、实践课堂讲过的知识本课程设计的内容（任务）：本次课程设计就是把学过的知识应用到机械仪表的设计中，培养同学从整体上分析问题、解决问题的能力。并进一步加深对学过的知识的理解、巩固。(2).掌握正确的设计思想。通过课程设计使同学掌握仪表的设计思路。机械产品设计，一般其主要过程为：（接受）设计任务－（拟定）设计方案－设计计算－绘制装配图－绘制零件图(3).设计过程中需注意以下内容：1）满足使用要求（功能、可靠性及精度要求）2）注意工艺性（结构合理、简单，经济性，外观要求）(4).熟悉有关规范、标准、手册设计中涉及到的零件材料、结构等，均需按照有关标准选择；零件的尺寸、公差等亦应符合相关标准；制图也要符合一定的规范。因此在课程设计过程中要求同学学习、掌握查阅标准及使用手册的能力。2.压力表设计任务要求(1).总装配图一张(2).一张相关零件图（3号或4号图）第4页共18页(3).设计说明书一份3.技术指标(1).测量范围0～0.25Mpa(2).外廓尺寸外径150mm高度50mm(3).接口尺寸M20×1.5（普通螺纹、外径20、螺距1.5）(4).标尺等分刻度（满程0.25Mpa）标度角270、分度数50（格）、分度值（0.005Mpa）(5).精度1.5级二.弹簧管压力表概述1.压力表的组成弹簧管压力表是一种用来测量气体压力的仪表。压力表的组成：灵敏部分（弹簧管）传动放大部分（曲柄滑块、齿轮机构）示数部分（指针、刻度盘）辅助部分（支承、轴、游丝）2.工作原理作为灵敏元件的弹簧管可以把气体压力转变为管末端的位移，通过曲柄滑块机构将此位移转变为曲柄的转角，然后通过齿轮机构将曲柄转角放大，带动指针偏转，从而指示压力的大小。将转角放大便于测量，可以提高测量精度。第5页共18页压力表工作原理框图弹簧管的压力－位移是线性关系，但弹簧管本身的工艺问题（如材料、加工等）会造成一些线性误差，弹簧管形状的不直、不均匀也会导致非线性误差。曲柄滑块机构可以补偿弹簧管的线性及非线性误差。从0～0.25Mpa调整满足满刻度精度为线性误差调整，中间部分不均匀调整为非线性误差调整。三.参数选择计算传动放大-曲柄滑块机构灵敏部分-弹簧管O传动放大-齿轮传动p弹簧管齿轮传动标尺示数ps(线性转换)(线性传动)(线性刻度)曲柄滑块机构(近似线性传动)第6页共18页1.弹簧管的设计计算(1).弹簧管的工作原理弹簧管在内压力的作用下，任意非圆截面的弹簧管的截面将力图变为圆形。从管子中截取中心角为d的一小段。通入压力p后，管截面力图变圆，中性层x－x以外各层被拉伸（如efe’f’），以内各层被压缩（如kik’i’）。材料产生弹性恢复力矩，力图恢复各层原来长度，从而迫使截面产生旋转角d，使管子中心角减小，曲率半径增大。若管子一端固定，自由端便产生位移，直至弹性平衡为止。(2).末端位移计算OO’xxefkie’f’k’i’dd-dd第7页共18页tR00Orsrpssts连杆方向1）弹簧管中心角变化与作用压力之间的关系注：和’－弹簧管变形前、后的中心角R－弹簧管中性层初始曲率半径h－管壁厚度a和b－横截面中性层长轴半径和短轴半径E和－材料的弹性模量和泊松比C1和C2－与a/b有关的系数，查表取之2）位移切向分量St22212222411'RCbpEaRhbhCa第8页共18页3）位移径向（法向）分量Sr4）自由端位移S5）位移与切向分量夹角根据设计要求，按照现有的弹簧产品规格，选定尺寸参数如下的弹簧管：毛坯外径＝15mm中径R＝50mm壁厚h＝0.3mm中心角´´＝240材料锡磷青铜Qsn4-0.3E＝1.127105Mpa＝0.3'(sin)tsR'(1cos)rsR2222'(sin)(1cos)trsssRtanrtsarcs第9页共18页弹簧管截面与轴比a/b＝4查表得C1=0.437C2=0.121根据弹簧管外径不变可得a＝10.10，b＝2.52=´´-10-5=225p=0.25MPa经计算得1)(-’)/=0.0192)St=4.43mm3)Sr=1.63mm4)S=4.72mm5)=20.2°2.曲柄滑块机构：结构设计计算选参数：i齿=15,g=18=1、=40＝e－g/2k＝e＋g/2对于=1、=4的曲线有e=00＝-g/2=-9°k＝g/2=9°1）计算曲柄长度a最大位移Smax，上式中k2222(sinsin)(cos)(cos)oosa第10页共18页2）计算连杆长度b和偏距e连杆长b=a偏距e=a3）连杆b初始位置与弹簧管末端位移s夹角bsin=e-acosk经计算得：1)a=15.1mm2)b=60.4mme=15.1mm3)=0.18°3.齿轮传动结构：结构参数计算初定齿轮中心距A’(根据曲柄滑块机构参数计算)1）求c’（过渡量）：OBD中2）求A’：O’BO中经计算得：(1)C’=59.97mm(2)A’=51.71mm3）选定标准中心距A（i12即前述i齿）22'2coscababODB180(90)90kkODB22''2'cos'ARcRcOBO'90arcsin/'OBOec第11页共18页由验算得m=0.3Z1=21时A’与A最接近经计算A=50.4mmZ2=315da1=6.9mmda2=95.1mmd1=6.3mmd2=94.5mmdf1=5.5mmdf2=93.7mm4)扇形齿轮扇形角扇=g(1+25%)+2×2齿对应中心角=27.1°5)修正连杆长度b（1）求c（改变c’）：OBO’中1122112(1)/2AmZiZZiBO’seDA’EabkstAO滑道Rc’c第12页共18页（2）求b：OBD中经计算得c=58.4mmb=58.7mm6）原理误差对应曲柄转角的理想位移对应曲柄转角的实际位移原理误差1％为合格非线性度校验：曲柄每转过2进行一次误差计算。序号计算点αn理想值Sn实际值Sn’绝对值|Sn-Sn’|相对值|Sn-Sn’|/Smax1-9°00002-7°0.524980.521810.003170.067％3-5°1.049961.045960.004000.085％4-3°1.574941.571770.003170.067％5-1°2.099922.098560.001360.029％222cosbacacBODarcs/kBODcoec0nngss222200'(sinsin)(cos)(cos)nnnsaaamax'100%nnssscoscos(')RABOOe222cos'cRARABOO第13页共18页61°2.624892.625670.000780.017％73°3.149873.12470.002600.055％85°3.674853.678330.003480.073％97°4.199834.202640.002810.059％109°4.724814.7248100％△≤1％经验证合格4.游丝设计选定参数(1)工作角度最小工作转角1=/2M1=Mmin最大工作转角2=2（2）工作圈数n=9（3）宽厚比u=6（4）外径D135mm内径D26mm（5）标尺、指针参数短轴线长度：5mm长轴线长度：10mm指针与标线重合长度：2mm指针形状：楔杆形指针末端宽度：2mm材料锡青铜QSn4-3E=1.2105Mpa第14页共18页强度极限b=600Mpa安全系数S=3[b]=b/S=200Mpa计算：1）中心小齿轮Mfz1的计算－取两者中大者参与后序计算*压力表立放，轴水平(f=0.2Fr=0.063Nd=2mm)*压力表平放，轴立（d2=1.1d1Fa=0.063）2）扇形齿轮Mfz2的计算（计算步骤同上，并取大者）（把1中Fr换成0.056，Fa换成0.056）经计算:立放：Mfz1=1.98×510mN平放：Mfz1=1.32×510mN立放：Mfz2=1.76×510mN平放：Mfz2=1.17×510mN分别取Mfz1,Mfz2中的最大者（立放时）由（i21=1/15=0.9）112fZVrMfFd33121221213fZaddMfFdd1.57Vff122111fZfZfZMMMi第15页共18页得Mfz=31.28×510mN3)最小力矩Mmin的计算（k=2.5）经计算得Mmin=104×510mN4）几何尺寸计算（1）初定长度（2）厚度圆整到0.01（3）宽度由圆整后的h计算（4）校核应力经计算得：L=579.6mmh=0.28mmb=1.7mmσb=184MPa＜[b]=200MPa所以满足要求5）最后确定L、n、a(圈间距)-圆整后的b、hK-同时盘绕游丝个数－取整min10.1fZKMMK122DDLnmin4min12LMhEbuhmaxmax26bMbh2max2minmin14MMMM3minmin12EbhLM122()LnDD122DDan/Kah第16页共18页经计算得L=579.6mmn=9a=1.6mmK=3.73≈4四.所绘制零件结构参数设计说明1）按仪表特性的要求确定零件尺寸如弹簧管2a、2b、h、、R曲柄滑块机构a、b、e、0、k齿轮i、Z1、Z2、m2）按标准化规范确定零件尺寸（1）标准尺寸（有关标准、规范）如螺纹、锥度、倒角、直径、m（2）标准件（标准件越多，设计越好）销钉、螺钉、螺母、垫圈、轴承；游丝亦有标准，但本设计里标准游丝不合适，需自行设计非标准游丝。3）由材料规格确定如弹簧管的毛坯外圆（圆管材），即查材料规格；（卡玻璃的）钢丝直径、外壳铁板厚度、夹板厚度，均需查手册，或参考样机。4）由空间结构确定（1）安排尺寸（轴向）如中心轮安装指针的轴的长度，需按轴向安排尺寸确定，玻璃－上夹板－下夹板－壳……（2）零件结构尺寸第17页共18页计算的是特性尺寸，具体零件结构尺寸自行设计。足够的运动空间（平面）如表盘螺钉不得妨碍指针运动；夹板柱不得妨碍运动件；曲柄滑块机构不得碰壳；机芯应能入壳等。5）类比指针长度、刻度盘刻线长度、扇形轮形状等；拆表时应多测量样机的尺寸为设计提供参考；参考教材中有关示数装置的内容。五.标准化统计零件名称数量材料国标代号开槽盘头螺钉M36H62GB/T67-2000开槽沉头螺钉M63H62GB/T68-2000垫圈16H62GB/T97.1-2002垫圈21H62GB/T97.1-2002封铅1Pb-6GB469-84圆锥销1×61HPb59-1GB/T117-2000标准件总数：18零件总数：44标准化率：40.9﹪六．课程设计总结压力表是工业中常用的测量气体压力的仪表，在工业生产中具有举足轻重的地位。在实际应用要求中十分严格。要求有足够的精度、灵敏度，并要求安全可靠，同时根据不同的工作任务和条件，对压力第18页共18页表应提出特