精品弹簧管压力表设计精密仪器毕业论文.docx
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精品弹簧管压力表设计精密仪器毕业论文
《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
目录
1、引言.‥‥‥…‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
1.1课程设计的目的‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
1.2设计任务及要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
1.2.1设计任务‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
1.2.2设计要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
2、正文.‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥.5
2.1设计方案‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
2.1.1弹簧管‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
2.1.2齿轮传动‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
2.1.3齿轮滑块机构‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
2.1.4游丝‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
2.1.5标尺指针‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
2.2测量环节的参数选择与计算.‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6
2.2.1弹簧管‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
2.2.2弹簧管的强度校验‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
2.2.3齿轮传动机构‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11
2.2.4曲柄滑块机构‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
2.2.5齿轮机构设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
2.2.6表盘的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥16
2.2.7指针的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥16
2.2.8轴承的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
2.2.9游丝的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
2.3仪表非线性设计误差计算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥19
3、结论‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥22
4、参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥23
5、附录‥‥‥…‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥23
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)精度等级:
1.5级
(3)外形尺寸
外形尺寸如图1.1所示
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;,,,S=,
,,
(4)标尺特性
等分分度;标度角:
;
表2.1测量上限值与最小分度值的关系
测量上限值
0.06
0.1
0.16
0.25
0.4
0.6
最小分度值
0.001
0.002
0.005
0.005
0.01
0.01
测量上限值
1
1.6
2.5
4
6
最小分度值
0.02
0.05
0.05
0.1
0.1
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0.6Mpa,所以选择最小分度值为0.01.所以,所设计的压力表最小分度值为0.1MPa
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
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)
毛坯外径d
壁厚h
簧管内径
截面短轴2B
量程上限p
15mm
1.35mm
64mm
5.2mm
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
113000pa
10.1mm
60
27
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)
长半轴a
短半轴b
壁厚h
参数X
系数α
10.13mm
2.2mm
0.5mm
0.1679mm
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
5.2mm
管端位Smax
自由位移S´max
连杆长l
曲柄长r
偏距e
2.676
mm
2.707
mm
25.0077
mm
7.5781
mm
15.9140
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相关设计参数
计算过程
计算结果
工作转角△α
中心距a。
中心距离△a。
大轮齿数
小轮齿数
18.9
mm
0.0003
mm
234
18
(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
弹簧自由端A的最大位移为,由几何关系可得出它们之间的关系是:
(2.1)
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=0.5mm,簧管内径=64mm,断面短轴2B=4.9mm,量程上限p=0.6Mp,弹性模量E=112700pa;纯中心角250。
,自泊松系数
根据椭圆的性质,
(2.2)
外长轴半径A=10.38254mm(2.3)
簧管内长半轴(2.4)
簧管内短半轴(2.5)
弹簧中径(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()
可以得到
(2.7)
a=10.13mm
b=2.2mm
R=34.45mm
计算过程
计算结果
由于(2.8)
弹簧管中心角相对变化量
(2.9)
=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=Δγγ(1-cosγ)RSt=Δγγ(γ-sinγ)R
位移的方向与管端切线方向的夹角为
δ=(StSr)=[(γ-sinγ)(1-cosγ)]
因此,自由端铰销中心A最大位移
(2.10)
自由端B最大位移
=2.707mm
(2.11)
计算过程
计算结果
取u=0.3,则最大的当量应力:
(2.16)
规定安全系数S=
则=149.27
根据所计算出的=149.27,我们选定QSn6.5~6.1硬材料作为弹簧管的铸造材料,其材料比例极限为。
2.2.3齿轮传动机构
由于仪表公称直径(),测量范围(0.6Mpa),管段位移的参数限制,查得齿轮传动的速比在12~14之间。
选择速比
计算出扇形齿轮工作转角;
(2.17)
式中,—标度角,
(2.18)
选定小齿轮齿数,在一般情况下为避免跟切现象的发生,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。
=69.43
=149.27
计算过程
计算结果
计算过程
计算结果
根据得:
(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20.6798mm
则(2.20)
在标准中选取齿轮模数m=0.15
精算中心距a=(2.21)
扇形齿轮的扇形角按下式确定:
(2.22)
所以取扇形角
2.2.4曲柄滑块机构
因为弹簧管具有线性特征,若要使齿轮传动放大机构具有恒定的速比,只有当曲柄滑块机构的速比也是固定的,才能得到均匀分度标尺。
弹簧管压力管的度数才有一定的准确意义。
曲柄滑块机构的速比不仅受机构尺寸影响,还与机构处于何处即与机构的位移有关,所以它的速比是机构尺寸和位移的函数,是典型的非线性传动机构,但是只要合理选择各杆长度和机构所在位置及工作范围,可得到近似于常数的速比,从而得到满足设计要求的常数传速比。
对于在一定角度范围内转动的曲柄机构在A、B位置上,
根据速比公式:
(2.23)
赋予相对连杆长及相对偏距以及相应的数值可得到曲柄滑块机构在一定角度范围内可以实现线性传动的要求。
由于我们组是13组,给定的相关参数为:
—曲柄初始位置角,即对应于测量下限曲柄位置角,
—曲柄最大位置角,即对应于测量上限的曲柄位置角,
—相对连杆长()
—相对偏距()
可以计算出:
曲柄长
(2.24)
连杆长
(2.25)
连杆与滑块导
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