1、(1).巩固、实践课堂讲过的知识本课程设计的内容(任务):本次课程设计就是把学过的知识应用到机械仪表的设计中,培养同学从整体上分析问题、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。通过课程设计使同学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(3).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)(4).熟悉有关规范、标准、手册 设计中涉及到的零件材料、结构等,均需按照有关标准选择;零件的尺寸、公差等亦应符合相关标准
2、;制图也要符合一定的规范。因此在课程设计过程中要求同学学习、掌握查阅标准及使用手册的能力。2.压力表设计任务要求(1).总装配图一张(2).一张相关零件图 (3号或4号图)(3).设计说明书一份(1).测量范围 00.25Mpa(2).外廓尺寸 外径150mm 高度50mm(3).接口尺寸 M201.5(普通螺纹、外径20、螺距1.5)(4).标尺 等分刻度(满程0.25Mpa) 标度角270 、分度数50(格)、 分度值(0.005Mpa)(5).精度 1.5级弹簧管压力表是一种用来测量气体压力的仪表。压力表的组成: 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
3、度盘) 辅助部分(支承、轴、游丝)2.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。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00.25Mpa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。1.弹簧管的设计计算(1).弹簧管的工作原理弹簧管在内压力的作用
4、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xx以外各层被拉伸(如efef),以内各层被压缩(如kiki)。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。(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注: 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
5、向(法向)分量Sr4)自由端位移S5)位移与切向分量夹角根据设计要求,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 15mm 中 径 R50mm 壁 厚 h0.3mm 中 心 角 240 材 料 锡磷青铜Qsn4-0.3 E1.127105Mpa 0.3弹簧管截面与轴比a/b4查表得C1=0.437 C2=0.121根据弹簧管外径不变可得a10.10,b2.52 = -10-5=225 p=0.25MPa经计算得1) (-)/ =0.0192) St =4.43mm3) Sr =1.63mm4) S=4.72mm5) =20.2选参数: i齿=15, g =18 =1、=4 0
6、 e g/2 k e g/2 对于=1、=4的曲线有e=0 0-g/2=-9 kg/2=91)计算曲柄长度a最大位移Smax ,上式中 k 2)计算连杆长度b和偏距e 连杆长 b=a 偏距 e=a3)连杆b初始位置与弹簧管末端位移s夹角 bsin =e-acosk 经计算得:1)a=15.1mm2)b=60.4mm e=15.1mm3)=0.183. 齿轮传动结构:初定齿轮中心距A(根据曲柄滑块机构参数计算)1)求c(过渡量): OBD中2)求A: OBO中(1)C=59.97mm(2)A=51.71mm3)选定标准中心距A(i12即前述i齿)由验算得m=0.3 Z1=21时A与A最接近经计算
7、A=50.4mm Z2=315da1=6.9mm da2=95.1mmd1=6.3mm d2=94.5mmdf1=5.5mm df2=93.7mm4) 扇形齿轮扇形角扇=g(1+25%)+22齿对应中心角=27.15) 修正连杆长度b(1)求c(改变c): OBO中(2)求b: 经计算得c=58.4mm b=58.7mm6)原理误差对应曲柄转角的理想位移对应曲柄转角的实际位移原理误差 1为合格非线性度校验:曲柄每转过2进行一次误差计算。序号计算点n理想值Sn实际值Sn绝对值| Sn- Sn|相对值| Sn- Sn|/Smax1-92-70.524980.521810.003170.0673-5
8、1.049961.045960.004000.0854-31.574941.571775-12.099922.098560.001360.029612.624892.625670.000780.017733.149873.12470.002600.055853.674853.678330.003480.073974.199834.202640.002810.0591094.7248101 经验证 合格4.游丝设计选定参数(1)工作角度 最小工作转角 1=/2M1=Mmin 最大工作转角 2=2(2)工作圈数 n=9(3)宽厚比 u=6(4)外径D1 35mm 内径D2 6mm(5)标尺、指针参
9、数短轴线长度: 5mm长轴线长度: 10mm指针与标线重合长度: 2mm指针形状: 楔杆形指针末端宽度:材 料 锡青铜QSn4-3 E=1.2105Mpa 强度极限b =600Mpa 安全系数S=3 b=b/S=200Mpa计算:1) 中心小齿轮Mfz1的计算取两者中大者参与后序计算 * 压力表立放,轴水平 (f=0.2 Fr=0.063N d=2mm) * 压力表平放,轴立(d2=1.1d1 Fa=0.063) 2)扇形齿轮Mfz2的计算 (计算步骤同上,并取大者)(把1中Fr换成0.056,Fa换成0.056)经计算: 立放: Mfz1=1.98 平放:Mfz1=1.32Mfz2=1.76
10、 平放:Mfz2=1.17分别取Mfz1, Mfz2中的最大者(立放时)由 (i21=1/15 =0.9)得Mfz=31.283)最小力矩Mmin的计算 (k=2.5)经计算得Mmin=104 4)几何尺寸计算 (1)初定长度 (2)厚度 圆整到0.01(3)宽度 由圆整后的h计算 (4)校核应力L=579.6mm h=0.28mm b=1.7mm b =184MPab=200 MPa所以满足要求5)最后确定L、n、a(圈间距)-圆整后的b、h K-同时盘绕游丝个数取整经计算得L=579.6mm n=9 a=1.6mm K=3.7341)按仪表特性的要求确定零件尺寸 如弹簧管 2a、2b、h、
11、R 曲柄滑块机构 a、b、e、 0、k 齿轮 i、Z1、Z2、m2)按标准化规范确定零件尺寸 (1)标准尺寸(有关标准、规范) 如螺纹、锥度、倒角、直径、m (2)标准件(标准件越多,设计越好) 销钉、螺钉、螺母、垫圈、轴承;游丝亦有标准,但本设计里标准游丝不合适,需自行设计非标准游丝。3)由材料规格确定 如弹簧管的毛坯外圆(圆管材),即查材料规格;(卡玻璃的)钢丝直径、外壳铁板厚度、夹板厚度,均需查手册,或参考样机。4)由空间结构确定(1)安排尺寸(轴向) 如中心轮安装指针的轴的长度,需按轴向安排尺寸确定,玻璃上夹板下夹板壳(2)零件结构尺寸 计算的是特性尺寸,具体零件结构尺寸自行设计。足够
12、的运动空间(平面) 如表盘螺钉不得妨碍指针运动;夹板柱不得妨碍运动件;曲柄滑块机构不得碰壳;机芯应能入壳等。5)类比 指针长度、刻度盘刻线长度、扇形轮形状等;拆表时应多测量样机的尺寸为设计提供参考;参考教材中有关示数装置的内容。零件名称数量材料国标代号开槽盘头螺钉M3H62GB/T67-2000开槽沉头螺钉M6GB/T68-2000垫圈1GB/T97.1-2002垫圈2封铅Pb-6GB469-84圆锥销1HPb59-1GB/T117-2000标准件总数:18零件总数: 44标准化率: 40.9六课程设计总结压力表是工业中常用的测量气体压力的仪表,在工业生产中具有举足轻重的地位。在实际应用要求中
13、十分严格。要求有足够的精度、灵敏度,并要求安全可靠,同时根据不同的工作任务和条件,对压力表应提出特殊的要求,如耐高温、抗震、防潮、防尘等。本设计要求为普通工业气体压力表。我们设计的方案为弹簧管压力表,它具有高灵敏度、低造价、结构简单、传动平稳、易于加工等特点,很适合作为初学者学习,经过以上设计及计算表明,该方案基本上达到了设计的要求,完成了所规定的任务。同时方案也存在不足之处,对工作环境及测量气体均无具体的要求。另外,外界环境的温度、湿度和测量气体对压力表的腐蚀都可能使压力表精度降低。这三个星期的设计实践,使我把学过的知识应用到机械仪表的设计中,培养了我从整体上分析问题、解决问题的能力。并进一步加深了对学过的知识的理解、巩固。使我学习、掌握查阅标准及使用手册的能力,进一步熟悉了精密机械设计的相关要求,复习了工程制图的一些基本内容和细节,认真的计算了各个参数,经过不断的修改,努力的完成了设计任务,同时培养了我刻苦认真的品质。在此期间,也得到了老师和同学们的很多帮助,体会到了团结的力量。庞振基、黄其胜主编,精密机械设计,机械工业出版社。何贡主编,互换性与测量技术,中国计量出版社。庞振基、张弼光主编,仪表零件及机构,天津大学出版社。高魁明主编,热工测量仪表,冶金工业出版社。陈文贤主编,仪器仪表结构设计手册,哈尔滨工业大学出版社。精密机械零件手册,天津大学出版社。
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