钟表式百分表说明书

1钟表式百分表说明书设计者：学号：2目录1、设计要求……………………………………………2、功能分解……………………………………………3、机构选用……………………………………………4、传动方案设计………………………………………5、机构设计……………………………………………6、设计结果……………………………………………7、设计体会……………………………………………参考资料……………………………………………3设计要求1、百分表测量范围为0~5或0~10mm，分度值为0.01mm；2、百分表的外形尺寸和配合尺寸应符合下图规定；（图1）3、百分表的测力应在0.5N至1.5N之间，测力落差（同一点正反向测力之差）不大于0.4N，单向行程测力变化不大于0.5N；4、示值误差：1)对于测量范围0~10的表，示值总误差不大于0.018mm，对于测量范围0~5的表，不大于0.016mm；2)任意一毫米内示值误差不大于0.01mm；3)回程误差不大于0.003mm；4)示值变动性不大于0.003mm；5、测杆应移动平衡、灵活、无卡住现象；6、测杆处于自由状态时，指针应位于从零位开始逆时针方向30°~90°之间；7、当转数指针指示整转数时，指针偏离整转数刻度不大于15°；8、测杆行程应至少超出工作行程终点0.5mm；9、指针尖端应盖过短刻线长度的30%~80%；10、指针尖端与表盘之间距离不大于0.7mm；11、表盘刻线宽度和指针尖端宽度应为0.15~0.25mm。4功能分解百分表主要用于检测机械零件各平面间的相互位置和形状误差值大小。百分表的外观如图1所示。表盘上每一格刻度值为O.Olmm,整个圆周上有100格刻线；还有一种是表盘上每一格刻线值为0.0010^!，这种表为千分表。百分表的测量尺寸范围有0〜3mm.0-5mm和0-10mm三种，常用为0-3mm千分表测量尺寸范围为0-lmm。另外，还有测量孔内径的百分表[见图1(b)]，称为内径百分表。（a）百分表（b）内径百分表'W%L!?3z)h图1：百分表外观和测量工作位置1--百分表；2--测量杆体；3，4--测量头；5--指针.x4aW,e*I:}百分表的结构及工作方法百分表的结构如图2所示。测量杆移动lmm，指针转动一周。表盘8上有等分100格刻度线，指针摆动一格，即测量杆移动0.01mm。为了消除齿轮间的啮合间隙，由弹簧6拉紧。弹簧7拉动测量杆永远向下与被测面接触。表盘上指针5[见图1(a)]每一刻度格为1mm，当指针9转一周时，则指针5移动一格。测量值应为两指针数值的总和。5机构选用通过对百分表运动功能的分析，可知百分表是将直线运动变成转动，将所测长度值等转变为角度的变化。将长度运动变为转动的方法很多，针对这里的百分表，可以筛选出两种方式，其一为杠杆传动，通过固定支架，将直线运动转变为转动，其二为齿轮传动，通过某种传动如蜗杆涡轮，或者直齿等，将直线运动变为转动。杠杆传动结构杠杆传动可以达到预定要求，即将所测的值钱运动转化为转动，但是由于制造及磨损等原因,杠杆纵向臂的起始点会出现在不同的位置,因此便会产生不同形式的误差曲线。因此，杠杆式百分表的精度是很难控制的，还有就是测杆并不是单纯的上下移动，而稍有左右摆动，所以将会造成一定的误差，因此，杠杆式，这次设计不予采取。还有就是刻线问题：滑块的位移量（以最低点极限位置为初始位置）y与曲柄（指针）转过的角度α是什么样的一个函数关系，若非线性，则不能在在表盘上均匀刻线（就像电阻表一样），这样会大大失准，是不符合精密测量要求。另外此机构都低副连接，接触面积大，运动阻抗大，失准厉害，精确度难以提高。故不宜于百分表实际生产。应予以淘汰！齿轮传动结构齿轮传动机构是非常见得一种机构，本次设计中考虑到两种传动，如图所示，也即直齿传动，和涡轮蜗杆式，两种方式都可以达到要求，将测杆的上下移动转化为齿轮的转动，转动也即转化成了角度的变化，而且制造比较简单，安装方便，但是针对两种方式传动，各有优缺点（一）直齿传动直齿传动，即才测量杆上边刻画一段满足精度的齿条，旁边固定一6个齿轮，测量杆的上下移动传送给了齿轮，再通过齿轮传动，将传送到需要的角度变化地点从而完成直线运动到角度变化的转变。这种方式主要误差产生于齿轮间的传动误差，工艺简单，普通工厂加工很容易满足要求。该传动方式具有效率高，寿命长，工作平稳，可靠性高，能保证恒定传动比从而保证传动精度等优点。因此，为可选方案。它也是钟表式常用百分表通常采用的方案。（二）涡轮蜗杆传动涡轮蜗杆传动也是常用的一种传动机构，比如在笔记本光驱中就是用到了蜗杆涡轮的传动，从而改变的光驱电动机的摆放，是机械空间更为紧凑。此次设计的百分表可以选择用涡轮蜗杆式传动，可以减少百分表内部空间，但是另一方便，整体结构就变得比较复杂，加工比较困难，比如在测杆上加工蜗杆比加工直齿的工艺要求更高，但是整体的成本变得昂贵，对于用于普通的车间而言就显得不切实际。但是针对实验室来说还是一个很好的选择。蜗杆传动方式传动平稳，结构紧凑。最吸引人的是它的自锁功能。若百分表在使用过程中瞬时受到的力太大，则可能会造成对表体里的齿轮等构件的损害。这时百分表若有自保护能力则有一定必要。当瞬时冲击力太大，若能自锁，停止表体内构件的运动，则能起到保护仪表的作用。这点可以考虑。但蜗杆传动在百分表设计中的一个致命缺陷是精确度问题。由于啮合轮间的相对滑动速度较高，使得摩擦损耗较大，因而传动效率较低，失准较大，不符合精密测量仪器设计的精度要求，而此要求恰恰对于测量仪器来说是最重要的。所以此方案也被淘汰。综上所诉，各种传动机构的优缺点，在这次设计课程中，选择直齿轮传动结构，精度可以达到要求，工艺简单，成本比较低也即造价比较便宜，实用与社会上的各大企业和工厂。7传动机构设计（1）示数装置设计根据设计要求，分度值在0.01mm，因此，我的大表盘划分成100等分，小表盘的每一小格代表大表盘走一圈的路程（2）传统系统设计a.确定齿轮、齿条模数和齿数百分表的传动系数：式子中：——相应于测杆最大位移的指针转角。——测杆的最大位移（示值范围）。——相应于的Ｚ轮转角。Z1、Z2、Z3——齿轮的齿数。——齿轮和的传动比。——齿条（测杆）与齿轮Z2的传动系数。因Z2齿轮的分度圆半径：2113max2maxmaxiiZZssdsdimaxmaxs2max2imaxs213ZZi23Z1Zmax21si2)(mZr228故有所以根据设计要求百分表测量范围为0~5或0~10mm，此处我设计成测量范围是0——10mm，所以根据上面的公式，i2=10，对于上式中提到的三个齿轮，Z2也就是齿轮和齿条啮合的那个齿轮，Z1也就是中间的大表盘指针，Z3也就是和大表盘指针啮合的齿轮取，则对０——１０百分表有：故若取１６齿时ｍ＝0.199ｍｍ取２０齿时ｍ＝0.15915ｍｍ因为整数，为无理数，可见ｍ必为非标准模数。这里，我选择Z2的齿数为16齿，模数取整，也就是0.2为减少刀具数量，、的模数与相同。Ｚ的齿数为１６齿，对于这种齿轮，因为模数较大，对强度与耐冲击有利。Z1、Z3的齿数可按结构和传动比确定，取为１０，１００齿。我们在装配图中选用20齿齿轮，压力角α=20°确定变位系数X百分表的传动系统属于精密示数传动，齿轮的根切影响传动精度。故当小齿轮小于17齿时应进行正变位，最小变位系数按下式计算：对压力角标准齿轮：=1=17所以：X1=(17-10)/17=7/17=0.411X2=(17-16)/17=1/17=0.059b.齿轮各部位尺寸计算：计算分度圆直径2mZrs2222max)Z()(2sm22max10i2210210i2max222maxZ10Z22sm2Z1Z3Z2Z22i*minmaxmin()ahZZXZ20o*ahminZ9名称符号公式参数值（单位：mm）齿轮1（16齿）齿轮2（10齿）齿轮3（100齿）模数m0.1990.1590.159压力角αα=20°20°20°20°分度圆直径dd=mz3.1843.18019.080齿顶高haha=m0.1990.1590.159齿底高hfhf=1.35m1.350.2150.215全齿高hh=2.35m2.350.3740.374顶隙cc=0.35m0.0700.0700.070齿顶圆直径dada=d＋2ha3.5822.38820.298齿根圆直径dfdf=d－2hf2.7861.59219.502基圆直径dbdb=dcosα2.9931.87118.71齿距pp=πm0.6250.6250.625齿厚ss=πm/20.3130.3130.313齿间宽ee=πm/20.3130.3130.313齿宽bb=(6～10)m8.0001.5920.955小模数齿轮径向间隙系数c=0.35，齿宽一般取b=3~10mm，然后结合结构草图定出齿轮中心的坐标尺寸。（3）消除空回用游丝的设计a.计算游丝的最小力矩在装配时，游丝应有一定变形角（通常取）以获得一最小力矩，它应保证能克服轴与齿轮的摩擦力矩而保持单面啮合。可按下式计算：=（3~6）根据生产实践经验N•mm取Mmin=4Mf=3.72×10ˉ²N•mmb.计算游丝的最大力矩根据传动关系求出游丝的总转角，由：=即可求出最大力矩。最大力矩Mmax=14.88×10ˉ²N•mmc.计算游丝的结构参数游丝取材锡青铜QSn4-3，E=1.2×105N/mm²σg=（500~600）N/mm²取σg=510N/mm²u=6取游丝的内径D2和=5mm外径D1=15mm后用下式计算h值：2minMminMfMfM39.310maxmax2maxminMMmaxM10L=πn（D1+D2）/2取n=8得L=251.2mmh=0.1028mmb=uh=0.6168mmd.校核游丝最大应力按下列公式验算游丝最大弯曲应力：、取安全系数=3则[σ]=σg/=170N/mm²=6*14.88*10^(-2)/(0.6168*0.1028^2)=137.0N/mm²其中。为安全系数，对接触游丝取2~4。（4）测力弹簧的设计a、根据任务书技术要求确定工作载荷，。由于测杆的重力作用，将会使被测件产生变形作用，因此必须使用弹性元件来抵消其重力作用，对于此百分表，其测量力要求为：0.5~1.0N之间（因为测量力如果小于0.5N，则不能排除油污的干扰，在测量跳动时，侧头与工件不能可靠的接触；测量力如果大于1.0N，则接触面弹性变化大，将增大摩擦力。）根据以上要求，选用圆柱螺旋压缩弹簧。由于百分表经常使用在工业生产现场，温差大，且有油污、灰尘等，故弹簧材料宜选用不锈钢丝Ni35CrTiAl,这种材料弹性模量、强度刚，且抗腐蚀性强，抗磁性高，能满足工业现场使用要求。技术要求规定测力在0.5N~1.0N之间。技术要求规定测力变化不大于0.5N，即-0.5N,由此可选。由、可求出、。取F1=0.5N，F2=1.0N可算出λ1=10mmλ2=20mmb、选取适当中径D2=3mm。c、选定适当的材料后选定材料为不锈钢丝Ni36CrTiAl，三类[τ]=750N/mm²G=77000N/mm²E=20000N/mm²假设取d=0.25mm则C=12k=1.13412EuhMLasasbmax26[]bMbh/basas1F2F2F1F2F1F2F1221121210FFFF][d8FCk2max11t=552.484F,针对如果F取1N，那么，t=552.484N/mm²小于750N/mm²因此所取值是有效的d、计算弹簧有效圈数：n=27.85凑整可以的28由n可计算出弹簧自由长度H0=(n+1)d+2D=29*0.25+2*0.5=8.25（mm）安装时弹簧长即为：H0+λ1=18.25mm2328GdnFC12机构设计（一）指针表壳钟表式百分表的表壳部分，在此次设计中，首先考虑到玻璃盖的压紧，采用了弹簧