天津大学课程设计弹簧管压力表设计报告完整版.doc

成绩： 精密机械设计课程设计说明书压力表设计学 院 精密仪器与光电子工程学院 专 业 测控技术与仪器 年 级 班 级 姓 名 学 号 同 组 人 年 月 日目录一.设计任务概述1.课程设计的目的2.弹簧管压力表的设计任务要求3.技术指标二.弹簧管压力表概述1.压力表的组成2.工作原理三.参数选择计算1弹簧管：结构设计计算、末端位移计算2.曲柄滑块机构：结构设计计算3.齿轮传动结构：结构参数计算4.游丝：参数计算四.所绘制零件结构参数设计说明五.标准化统计六.课程设计总结七.参考文献一.设计任务概述1.课程设计的目的(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；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3.技术指标(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级二.弹簧管压力表概述1.压力表的组成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。传动放大-曲柄滑块机构灵敏部分-弹簧管O传动放大-齿轮传动p压力表工作原理框图弹簧管齿轮传动标尺示数psa (线性转换)(线性传动)(线性刻度)曲柄滑块机构j(近似线性传动)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。三.参数选择计算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dg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dj，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。OOxxefkiefkidgdg -djdjdd(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： g和g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m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tR0g0Orsrdpf sstsf连杆方向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d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 F15mm 中 径 R50mm 壁 厚 h0.3mm 中 心 角 g240 材 料 锡磷青铜Qsn4-0.3 E1.127105Mpa m0.3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，b2.52g = g-10-5=225 p=0.25MPa经计算得1) (g-g)/ g=0.0192) St =4.43mm3) Sr =1.63mm4) S=4.72mm5) d=20.22.曲柄滑块机构：结构设计计算选参数： i齿=15, ag =18 e=1、l=4a 0 a ea g/2 a k a ea g/2 对于e=1、l=4的曲线有ae=0 a0-ag/2=-9 akag/2=91）计算曲柄长度a 最大位移Smax ，上式中 aak 2）计算连杆长度b和偏距e 连杆长 b=la 偏距 e=ea3）连杆b初始位置与弹簧管末端位移s夹角f bsinf =e-acosak 经计算得：1)a=15.1mm2)b=60.4mm e=15.1mm3)f=0.183. 齿轮传动结构：结构参数计算初定齿轮中心距A(根据曲柄滑块机构参数计算)1）求c（过渡量）： DOBD中 2）求A： DOBO中经计算得：(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BOseDAEabakstAO滑道Rddfcc d扇=ag(1+25%)+22齿对应中心角=27.15) 修正连杆长度b（1）求c（改变c）： DOBO中 （2）求b： DOBD中 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 D1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|/Smax1-900002-70.524980.521810.003170.0673-51.049961.045960.004000.0854-31.574941.571770.003170.0675-12.099922.098560.001360.029612.624892.625670.000780.017733.149873.12470.002600.055853.674853.678330.003480.073974.199834.202640.002810.0591094.724814.72481001 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 j1=p/2M1=Mmin 最大工作转角 j2=2p（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： 2mm材 料 锡青铜QSn4-3 E=1.2105Mpa 强度极限sb =600Mpa 安全系数S=3 sb=sb/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=1.32 立放：Mfz2=1.76 平放：Mfz2=1.17分别取Mfz1, Mfz2中的最大者（立放时）由 （i21=1/15 h=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）校核应力经计算得：L=579.6mm h=0.28mm b=1.7mm b =184MPasb=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=3.734四.所绘制零件结构参数设计说明1）按仪表特性的要求确定零件尺寸 如弹簧管 2a、2b、h、g、R 曲柄滑块机构 a、b、e、 a0、ak 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。五.标准化统计零件名称数量材料国标代号开槽盘头螺钉M36H62GB/T67-2000开槽沉头螺钉M63H62GB/T68-2000垫圈16H62GB/T97.1-2002垫圈21H62GB/T97.1-2002封铅1Pb-6GB469-84圆锥销161HPb59-1GB/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。七.参考文献庞振基、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。第 18 页 共 18 页