精密机械课程设计

河南理工大学课程设计压力表结构课程设计说明书学院：机械与动力工程学院专业：班级：姓名：学号：310704040119指导老师：闫勇刚日期：2010-7-12精密机械与仪器设计课程设计说明书河南理工大学课程设计压力表的结构设计摘要：首先通过对压力表的了解，明确此次课程设计的目的与设计要求，分析压力表的工作原理，选取弹簧管作为压力敏感元件，之后确立压力表的基本结构，合理地确定各具体的零部件（传动放大部分、示数部分、辅助部分）。结合资料对各零件参数、材料进行设计与选取，并对其相关的设计进行计算，最终得出一个比较完善的压力表关键词：压力表结构设计弹簧管河南理工大学课程设计目录第一章、压力表设计概述51.1设计题目51.2设计目的51.3技术要求5第二章、压力表介绍62.1压力表概述62.1.1压力表简介62.1.2压力表的主要组成72.1.3基本构造72.1.4主要工作原理82.1.5压力表工作原理框图9第三章、压力表的设计计算过程103.1弹簧管103.1.1原理103.1.2末端位移计算113.1.3弹簧管参数选择与计算113.2曲柄滑块机构133.2.1曲柄最大转角G－工作转角143.2.2、的选择14河南理工大学课程设计3.2.3确定0、K(初始角、终止角)143.2.4计算曲柄长度A153.3齿轮传动机构153.3.1初定齿轮中心距A’153.3.2选定标准中心距A（I12即I齿）163.3.3计算齿轮参数163.3.4修正连杆长度B163.3.5扇形齿轮扇形角173.4原理误差：173.5游丝设计183.5.1MFZ的计算193.5.2MMIN的计算203.5.3几何尺寸计算21第四章、课程设计总结23附：ProE生成效果图24参考资料25河南理工大学课程设计第一章、压力表设计概述1.1设计题目压力表的结构设计1.2设计目的1．巩固、实践课堂讲过的知识课程设计的任务：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）3．熟悉有关规范、标准、手册设计中涉及到的零件材料、结构等，需按照有关标准选择；零件的尺寸、公差等应符合相关标准；制图要符合一定的规范。在课程设计过程中学习、掌握查阅标准及使用手册的能力。1.3技术要求1．测量范围0～0.1Mpa2．外廓尺寸外径150mm高度55mm接口M201.5（普通螺纹、外径20、螺距1.5）3．标尺等分刻度（满程0.1Mpa）标度角270分度数50（格）4．分度值（0.02Mpa）精度1.5级河南理工大学课程设计第二章、压力表介绍2.1压力表概述2.1.1压力表简介压力表是以弹性元件为敏感元件，测量并指示高于环境压力的仪表。主要用来测量无爆炸，不结晶，不凝固，对铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力，例如测量机器、设备或容器内的水、蒸汽、压缩空气及其他中性液体或气体压力。弹簧管压力表又叫做波登管压力表，因为它的发明者是法国的天才机械师E.波登(EugeneBourdon)。波登(1803---1884年)的一生正处于锅炉、蒸汽机、铁路运输广为应用的欧洲工业革命时期，当时欧洲锅炉和蒸汽机正在各个领域中推广应用，但是由于缺乏合适的压力测量仪表，常发生爆炸事故。波登于1851年发明了无水银金属管式压力表，他是用一端固定的“C”型金属管来感受压力的变化，因此波登管压力表的发明和问世，立即受到了各行各业的热烈欢迎，许多工厂在获得许可后，立即开展了大规模的生产。这对于促进当时的锅炉和蒸汽机的发展及应用具有很重要的作用。因此波登管压力表是一个伟大的发明，我们应该记住波登在压力测量领域的杰出贡献!现在压力测量技术也发生了很大的变化，尤其在电子技术、新工艺、新材料的影响下，各种新的压力测量仪表层出不穷，但新一代的压力测量仪表清一色的都需要供电。但是弹簧管压力表，凭借其简单可靠、价廉易用、线性好、不用电等诸多优点，150多年来，一直没有动摇过它作为常规仪表的地位。压力表是常见的计量器具，广泛应用于各个领域，它能直观地显示出各个工序环节的压力变化，洞察产品或介质流程中的条件形式，监视生产运行过程中的安全动向，并通过自动连锁或传感装置，构筑了一道迅速可靠的安全保障，为防范事故，保障人身和财产安全发挥了重要作用，被称作安全的“眼睛”。弹簧管压力表的主要组成部分为一弯成圆弧形的弹簧管，管的横切面为椭圆形。作为测量元件的弹簧管一端固定起来，并通过接头与被测介质河南理工大学课程设计相连；另一端封闭，为自由端。自由端借连杆与扇形齿轮相连，扇形齿轮又和机心齿轮咬合组成传动放大装置。弹簧管压力表的延伸产品有弹簧管耐震压力表，弹簧管膜盒压力表，弹簧管隔膜压力表，不锈钢弹簧管压力表，弹簧管电接点压力表等。弹簧弯管是由金属管(无缝铜管或无缝钢管)制成的。管子截面呈扁圆形或椭圆形，它的一端固定在支撑座上，并与汽水介质相通；另一端是封闭的自由端，与杠杆连接。杠杆的另一端连接扇形齿轮，扇形齿轮又与中心轴上的小齿轮相啮合，压力表的指针固定在中心轴上。当弹簧弯管受到介质压力的作用时，它的截面有变成圆形的趋势，迫使弹簧弯管逐渐伸直，从而使弹簧弯管的自由端向上翘起。压力越高，自由端向上翘起的幅度越大。这一动作经过杠杆、扇形齿轮、小齿轮的传动，使指针偏转一个角度，在刻度盘上指示出压力高低。当被测介质压力降低时，弹簧管要恢复原状，指针退回到相应刻度处。2.1.2压力表的主要组成：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）2.1.3基本构造：接头：用来与设备连接，常用螺纹有M14*1.5;M20*1.5;G1/4;G1/2.材质有黄铜和不锈钢.衬圈：用于玻璃和表壳间的密封。度盘：又叫表盘，刻度盘的指示范围一般为270度。表盘的标度、标度分划及最小分格值应符合JB/T5528的规定。指针：除标准指针外，指针也可选调零指针。弹性元件（弹簧管、膜片、膜盒等）：弹簧管（波登管）分为C型管、盘簧管、螺旋管等型式。一般采用冷作硬化型材料坯管，在退火态具有很高的塑性，经压力加工冷作硬化及定河南理工大学课程设计性处理后获得很高的弹性和强度。弹簧管在内腔压力作用下，利用其所具有的弹性特性，可以方便地将压力转变为弹簧管自由端的弹性位移，经机芯齿轮机构将位移转换成旋转运动，通过指针转动来显示压力。常用材料有锡磷青铜和不锈钢。膜片敏感元件是带有波浪的圆形金属片，膜片本身位于两个法兰之间，或焊接在法兰盘上或其边缘夹在两个法兰盘之间。膜片一侧受到被测介质的压力后产生微小变形，经机芯齿轮机构将位移转换成旋转运动，通过指针转动来显示压力。膜盒敏感元件由两块焊在一起的呈圆形波浪截面的膜片组成。测量介质的压力作用在膜盒腔内侧，由此所产生的变形经机芯齿轮机构将位移转换成旋转运动，通过指针转动来显示压力。压力的大小由指针显示。传动机构（机芯）：机芯的作用是将弹性元件产生的线性位移转为旋转运动，并放大线性位移。连杆：连接弹性元件和机芯，组成连杆机构。表壳：常用表壳直径有（mm）40,50,60,75，100,150,200,250；常用材质有：碳钢，铝合金，不锈钢。表壳体上一般要有溢流孔，弹性元件万一爆裂的时候，内部压力将通过溢流孔向外界释放，同时溢流孔的朝向要对着无人的方向，以防伤人。2.1.4主要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。河南理工大学课程设计2.1.5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0～0.1Mpa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。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)灵敏部分-弹簧管传动放大-齿轮传动传动放大-曲柄滑块机构河南理工大学课程设计第三章、压力表的设计计算过程3.1弹簧管3.1.1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。在生产压力表的过程中，对弹簧管的要求也非常严格，必须应具有足够的管端位移量，管端力和较小的内应力。具体来说，对于低压弹性管，要求其较高的灵敏度（较大的位移量）和较大的管端力（能够带动机芯及指针的运动）；对于中高压弹簧管则要求较小的内应力，以确保弹簧管在使用中的稳定性和安全性。一般情况下对弹簧管的材料要求有以下几点：（1）具有良好的塑性，便于加工成形；（2）较高的弹性极限，强度极限和疲劳极限，以保证仪表正常工作；（3）良好的焊接性能，便于钎焊和熔焊；（4）机械性能稳定，弹性模量的温度系数小；（5）较好的耐腐蚀性能。制作弹簧管常用的材料有黄铜（H62），锡磷青铜（QSn4---0.3），铍青铜（Qbe2）和不锈钢（1Gr18Niqi,sus316,sus316L）等，这几种材料各有各自的性能和用途，分别是：黄铜的主要性能是具有一般的机械性能和耐腐蚀性，塑性和焊接性能好，但弹性后效和滞后较大，它的用途用于制造测量非腐蚀介质而精度不高的弹簧管；锡磷青铜主要性能是强度，弹性及腐蚀性能高于黄铜，而且弹性后效和滞后小于黄铜，它的用途是一般压力表弹簧管用的最广泛的材料；铍青铜主要性能是具有很高的机械性能，工艺性和耐腐蚀性强，弹性后效和滞后很小，弹性模量和温度影响也很小它的用途多用于制造精密压力表用弹簧管；不锈钢主要性能具有优良的机OO’xxefkie’f’k’i’dd-dd河南理工大学课程设计械性能和耐腐蚀性，能承受较高的压力，且工艺性能好，它的用途多用于制造防腐压力表的弹簧管。3.1.2末端位移计算1）弹簧管中心角变化与作用压力之间的关系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st3）位移径向（法向）分量sr4）自由端位移s5）位移与切向分量夹角3.1.3弹簧管参数选择与计算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＝15mmR00Ortsrpssts连杆方向R00Ortsrpssts连杆方向´´R22212222411'RCbpEaRhbhCa'(sin)tsR'(1cos)rsR2222'(sin)(1cos)trsssRtanrtsarcs河南理工大学课程设计中径R＝50mm壁厚h＝0.3mm中心角´´＝265（参考）材料锡磷青铜Qsn4-0.3E＝1.127105Mpa＝0.31）安全系数npj：比例极限压力pg：工作压力（应小于pj）2）弹簧管截面与轴比a/b已知毛坯：＝15mm，h＝0.3mm由2π（Ф-h）=2bπ+2(2a-2b)计算扁圆形弹簧管，a=10.104mm，b=2.526mma/b，灵敏度，但pj，选用a/b＝4圆形毛坯压