东北大学精密仪器弹簧压力表课程设计说明书.docx
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课程设计报告
设计题目:
弹簧管压力表
班级:
测控技术与仪器
学号:
2011293020112902
姓名:
赵徐行(画图)党云丽(说明书)
指导教师:
孟红记梅国晖
设计时间:
2012年7月7日-2012年7月12日
目录
第一章课程说明………………………………………………………………3
1.1课程设计的目的……………………..………………………….3
1.2课程设计的内容…………………………..…………………….3
1.3课程设计的要求……………………………..………………….4
第二章课程内容…………………………………………..…………………..5
2.1设计方案…………………………………..……………………..5
2.1.1标尺指针……………………………..………………………5
2.1.2齿轮传动………………………………………..……………5
2.1.3曲柄滑块机构……………………………………..…………5
2.1.4弹簧管……………………………………………..…………5
2.1.5游丝…………………………………………………..………5
2.2计算及测量……………………………………………...………..6
2.2.1弹簧管……………………………………………..…………7
2.2.2齿轮传动机构…………………………………………..…....12
2.2.3曲柄滑块机构………………………………………..……....13
2.2.4齿轮大小的设计………………………………………..……16
2.2.5轴承的设计…………………………………………………..18
2.2.6游丝的设计……………………………………………..……19
2.2.7表盘及指针的设计…………………………………..……....20
2.3仪表非线性设计误差计算………………………………..……..21
2.4立体截图………………………………………………..………..24
2.5结论……………………................................................................27
参看文献…………………………………………………………………..……28
附录…………………………………………………………………..…………28
设计内容
计算结果
第一章课程说明
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)培养理论联系实际的正确设计思想,培养独立分析、解决工程问题的能力;
(2)掌握机械工程设计的一般方法及过程;
(3)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。
1.2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0.6,单位为MPa()
(2)精度等级:
1.5级
(3)外形尺寸
接头位置为径向;表壳无边;表壳公称直径D=100mm;,,,,
,
(4)标尺特性
等分分度;标度角:
;最小分度值为0.01MPa
设计内容
计算结果
(5)仪表结构图
图1.1
图1.2图1.3
1.3设计要求
(1)设计装配图1张(A3图纸,)
(2)零件图2张(A4图纸,297420)
(3)设计说明书1份
设计内容
计算结果
第二章课程内容
2.1设计方案
2.1.1标尺指针
标度角、分度角、分度尺寸、标线尺寸、;指针形状和剖面、指针与标线的重合长度;指针与小齿轮轴的连接结构。
2.1.2齿轮传动
中心距、模数、小齿轮齿数,大齿轮的扇形角,齿轮付的初始啮合位置,小齿轮轴的结构,扇形齿轮的结构。
2.1.3齿轮滑块结构
可调节环节的结构;曲柄长度调节范围;连杆长度;弹簧管自由端的结构;机构初始位置的调节范围。
2.1.4弹簧管
弹簧的中心角,中心曲率半径,剖面形状及长轴、短轴半径。
固定端及自由端的结构。
2.1.5游丝
外径、内径、剖面厚度及宽度、圈数及内外端连接方法。
设计内容
计算结果
2.2测量计算
一、原始参数的设定
表2.2.1原始参赛设定
毛胚外径
d
壁厚
h
簧管内径
Di
截面短轴
2B
量程上限
p
15mm
0.5mm
64mm
4.9mm
0.6Mpa
弹性模量
E
纯中心角
自由端长
f
分度数
N
机构组数
n
112700Pa
250
5.0mm
60
25
二、基本尺寸设定
长半轴a
短半轴b
壁厚h
参数X
系数α
10.1325mm
2.2mm
0.5mm
0.1678
0.43
系数β
纯中心角γ
簧管中径R
自由端长f
自由端角μ。
0.122
250°
34.45mm
5.0mm
管端位Smax
自由位移S´max
连杆长l
曲柄长r
偏距e
2.6873
mm
2.7278
mm
24.4103
mm
9.7641
mm
11.7169
mm
压力角
传动角φ。
滑块夹角β。
连杆夹角φ´
初始角α。
表2.2.2基本尺寸设定
2.2.1弹簧管
弹簧管是一根弯成270度圆弧的具有扁圆形或椭圆形截面的空心弹性元件。
管子的一端封死为自由端,另一端固定在传压管的接头上。
当被测液体流入弹簧管内时,其密封自由端产生弹性位移(受大于大气压的压力作用时向外扩张,受小于大气压的压力作用时向内收)。
然后经过传动放大机构带动指针偏转,指示出压力的大小。
弹簧管的自由端铰销中心B的最大位移为
弹簧自由端A的最大位移为。
和的关系如图2.1
图2.1结构草图
设计内容
计算结果
弹簧管的相关数据计算如下:
1.弹簧管的尺寸规格
根据椭圆的性质,
(2.2.1)
(2.2.2)
簧管内长半轴(2.2.3)
簧管内短半轴
(2.2.4)
弹簧中径
(2.2.5)
参数
(2.2.6)
2.弹簧管中心角相对变化量
(2.2.7)
=
=0.01426
A=10.3825mm
a=10.1325mm
b=2.2mm
R=34.45mm
X=0.1678
设计内容
计算结果
3.
(1)自由端铰销中心B最大位移
(2.2.8)
图2.2传动草图
=2.6873mm
设计内容
计算结果
(2)自由端A的最大位移
(2.2.9)
(3)Smax,S´max与切线t-t的夹角分别为:
(2.2.10)
(2.2.11)
4.弹簧管的强度校验
弹簧管壁的法向应力和切向应力按下式计算
(2.2.12)
(2.2.13)
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。
设计内容
计算结果
最大当量应力为
(2.2.14)
弹簧管的位置决定于弹簧管尺寸比例,有以下几种情况:
(1)当时,在短轴上;
(2)当时,须按公式计算各点的,做的分布图,方能确定及其位置;
(3)当时,强度危险点出现在长轴上。
当u=0.3时,最大的当量应力按下式计算:
(2.2.15)
有基本尺寸知:
a=10.1325mmb=2.2mm
查表知:
并且强度危险点出现在长轴上,取u=0.3。
则最大的当量应力:
(2.2.16)
弹簧管的安全系数S=
(2.2.17)
设计内容
计算结果
根据所计算出的我们选定锡磷青铜Qsn4-0.3硬材料作为弹簧管的铸造材料其材料比例极限为MPa
2.2.2齿轮传动机构
参考文献选择齿轮速比,计算齿轮相关参数如下:
1.选择速比
2.计算出扇形齿轮工作转角;
(2.2.18)
式中,—标度角,
则
选定小齿轮的齿数,在一般情况下为了避免根切现象的发生,我们一般选用齿轮齿数大于17的齿轮,这里我们所选用的小齿轮的齿数为18
则,根据得
(2.2.19)
根据所设计的压力表表身的尺寸来进一步设计直齿圆柱齿轮与扇行齿轮的中心距,初步设定其中心距为26.0356
则(2.2.20)
在标准中选取齿轮模数m=0.2
设计内容
计算结果
3.精算中心距
(2.2.21)
4.扇形齿轮的扇形角
扇形齿轮的扇形角按下式确定:
(2.2.23)
所以取扇形角
2.2.3曲柄滑块机构
由于弹簧管具有线性特征,齿轮传动放大机构具有恒定的速比,只有曲柄滑块机构的速比也是固定的,才能得到均匀分度标尺。
虽然曲柄滑块机构的速比是机构尺寸和位移的函数,但是只要合理选择各杆长度和机构出事位置及工作范围,可得到近似于常数的速比。
对曲柄滑块机构的相关参数计算如下:
1.曲柄长
(2.2.24)
2.连杆长
(2.2.25)
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