精密仪器课程设计

1《精密仪器设计与制造》课程设计说明书设计题目：弹簧管压力表设计班级：测控技术与仪器学号：2010243020102381姓名：蔡琬琳李晓轩指导教师：孟红记设计时间：2012.7.2---2012.7.62目录1、引言.‥‥‥…‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31.1课程设计的目的‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31.2设计任务及要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31.2.1设计任务‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31.2.2设计要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥52、正文.‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥.52.1设计方案‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥52.1.1弹簧管‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥52.1.2齿轮传动‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥52.1.3齿轮滑块机构‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥52.1.4游丝‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥52.1.5标尺指针‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥52.2测量环节的参数选择与计算.‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥62.2.1弹簧管‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥72.2.2弹簧管的强度校验‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥102.2.3齿轮传动机构‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥112.2.4曲柄滑块机构‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥122.2.5齿轮机构设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥142.2.6表盘的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥162.2.7指针的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥162.2.8轴承的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥172.2.9游丝的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥182.3仪表非线性设计误差计算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥193、结论‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥224、参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥235、附录‥‥‥…‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥233计算过程计算结果1.引言1.1课程设计的目的课程设计是《仪表机构零件》课程设计的最后一个教学环节，是综合应用所学知识来解决一个简单工程问题的的实践性环节。通过本课程设计达到以下目的：（1）训练机械设计的基本技能，包括正确使用有关国家标准及技术规范，设计资料及设计手册；正确进行设计计算、绘图、编写设计说明书等等。（2）通过课程设计，可以运用前面所学知识，如机械制图，力学基本课程所学内容，来解决仪器仪表中的设计问题。（3）通过设计环节的实际训练，加深学生对给课程基础知识和基本理论的理解和掌握，培养学生综合运用所学知识的能力，使之在理论分析、设计、计算、制图、运用标准和规范，查阅手册与资料等方面的能力得到初步训练，培养学生工程意识，促进学生养成严谨求实的科学态度。1.2设计任务及要求1.2.1.设计任务设计普通型弹簧压力表，其技术要求为：（1）测量范围测量下限制为0，测量上限制为：6。单位为MPa(2/10cmkgf)（2）精度等级：1.5级（3）外形尺寸外形尺寸如图1.1所示4计算过程计算结果图1.1表壳外形尺寸接头位置为径向；表壳无边；表壳公称直径D=100mm；mmH60，mmB100，5.120Ma，S=028.017，0.5220L，0.305h，0.3016d（4）标尺特性等分分度；标度角：270；表2.1测量上限值与最小分度值的关系测量上限值0.060.10.160.250.40.6最小分度值0.0010.0020.0050.0050.010.01测量上限值11.62.546最小分度值0.020.050.050.10.15计算过程计算结果由表2.1，由于我们设计的压力表量程上限为6Mpa，所以选择最小分度值为0.1.所以，所设计的压力表最小分度值为0.1MPa)/10(2cmkgf1.2.2.设计要求：（1）设计装配图1张（3#图纸）（2）零件图2张（4#图纸）（3）设计说明书1份2.正文2.1设计方案根据设计任务要求，详细分析弹簧管压力表的结构，主要零件的参数及加工方法，技术指标，调研制造及使用中存在的主要问题，作为设计参考，具体设计步骤如下：2.11弹簧管选择弹簧管型号，用型号给定的参数和一定的代数关系计算弹簧管的中心角，中心曲率半径，剖面形状及长轴、短轴半径。并设计固定端及自由端的结构。2.12齿轮传动选择传动比，设定中心距，选定模数、小齿轮齿数，大齿轮的扇形角，大小齿轮的分度圆直径，尺顶圆直径，齿根圆直径。2.13齿轮滑块结构通过设计的弹簧管自由端的结构计算曲柄长度、连杆长度、机构初始位置的调节范围等相关参数，并比较曲柄长度与齿轮传动中中心距的误差是否符合要求。2.14游丝确定游丝外径、内径、剖面厚度及宽度、圈数及内外端连接方法。2.15标尺指针计算标度角、分度角、分度尺寸、标线尺寸、；选定指针形状和剖面、指针与标线的重合长度；设计指针与小齿轮轴的连接结构。通过上述数值的分析，全面了解仪表各零件的功用、结构及互相之间6计算过程计算结果的连接方法。2.2测量环节的参数选择与计算原始设定参数：（表2.2）表2.2.原始设定参数基本尺寸表:通过计算得出以下相关设计参数（表2.3）表2.2相关设计参数毛坯外径d壁厚h簧管内径iD截面短轴2B量程上限p15mm1.35mm64mm5.2mm6Mpa弹性模量E纯中心角自由端长f分度数N机构组数n113000pa025010.1mm6027长半轴a短半轴b壁厚h参数X系数α9.4507mm2.225mm1.35mm0.52750.43系数β纯中心角γ簧管中径R自由端长f自由端角μ。0.122250°34.9mm5.2mm012管端位Smax自由位移S´max连杆长l曲柄长r偏距e3.7304mm3.7735mm33.1562mm11.8415mm17.7622mm压力角传动角φ。滑块夹角β。连杆夹角φ´初始角α。020067.80067.11094.200217计算过程计算结果（续表2.2）2.2.1弹簧管一端封闭的特种成型管，当管内和管外承受不同压力时，则在其弹性极限内产生变形。弹簧管是压力测量仪表中的一种压力检出元件。它的自由端可移动，开口端固定。管中通入流体,在流体压力作用下，弹簧管发生变形,自由端产生线位移或角位移。图2.1如图2.1所示，设弹簧管的自由端铰销中心B的最大位移为maxS弹簧自由端A的最大位移为maxS，由几何关系可得出它们之间的关系是：22maxmax22sin1cossincossin1cosSSffRR（2.1）工作转角△α中心距a。中心距离△a。大轮齿数2Z小轮齿数1Z01826.0953mm0.0003mm243188计算过程计算结果设计所需的弹簧管截面为椭圆，查阅相关手册，设定相关参数为：毛坯外径d=15mm,壁厚h=1.35mm,簧管内径iD=64mm,断面短轴2B=5.8mm,量程上限p=6Mp,弹性模量E=113000pa;纯中心角250。，自泊松系数32.0根据椭圆的性质，2(22)3.1416(2)3.1416()ABBhdh（2.2)(2)3.146/4(1522.9)3.146/42.910.1AdBBmm外长轴半径（2.3）簧管内长半轴mmhAa45.92/35.11.102/（2.4）簧管内短半轴mmhBb225.22/35.19.22/（2.5）弹簧中径mmBDRi9.342/649.22/（2.6）我们组选定的参数为：f—弹簧管自由端A距铰销中心B之间的距离（f=5.2mm）—直线AB与弹簧管中心线上点A处切线的位置（012）可以得到0000011'94.209.3412sin3633.42.5250sin3633.49.3412cos3633.42.5250cos1sinsincoscos1tgRfRftg连杆夹角（2.7）a=9.45mmb=2.225mmR=34.9mm0'94.2092020200200250cos1250sin3633.49.3412cos3633.42.5250cos19.3412sin3633.42.5250sin3633.47304.3计算过程计算结果由于5275.0451.9/35.19.34/22aRHX（2.8）弹簧管中心角相对变化量22222)1(1XabhbREP（2.9）222225275.0122.043.045.923.2135.123.29.3411300032.016=0.01954弹簧管中心角改变后，其自由端相应的产生位移S。位移的方向与过弹簧管自由端所作切线成一角度δ，因而可以把位移分解为法向分量Sr和切向分量St。根据几何关系可求得:Sr=Δγ/γ(1-cosγ)RSt=Δγ/γ(γ-sinγ)R位移的方向与管端切线方向的夹角为δ=1tg(St/Sr)=1tg[(γ-sinγ)/(1-cosγ)]因此，自由端铰销中心A最大位移mmRS7304.3250cos1)250sin3633.4(9.3401954.0cos1sin202022max（2.10）自由端B最大位移2222maxmax'cos1sincoscos1sinsinRfRfSS=3.7735mm（2.11mmS7304.3maxmmS7735.3'max10）计算过程计算结果112.2.2弹簧管的强度校验初步设定弹簧管参数后，为了使弹簧管适用于所设计的仪表，要对其强度进行校验，以便进一步参数的选择。弹簧管壁的法向应力n和切向应力t按下式计算22222321nRbPaaXX（2.12）22222321tRbPaaXX（2.13）式中和需要从表中查出“+”对应于弹簧管外壁，“—”对应于弹簧管内壁。最大当量应力d为tntnd22（2.14）弹簧管的maxd位置决定于弹簧管尺寸比例，有以下几种情况（1）当2ba时，maxd在短轴上；（2）当0,422ahRXba时，须按公式计算各点的d，做d的分布图，方能确定maxd及其位置；（3）当4.0,42ahRXba时，强度危险点出现在长轴上。当u=0.3时，最大的当量应力d按下式计算：2222266.21XabaRPd（2.15）要由查表得出。由于我们所选用的弹簧管参数为：a=9.450.57512b=2.225（25.4ba）查表得0.575，并且强度危险点出现在长轴上。计算过程计算结果13取u=0.3，则最大的当