弹簧管课程设计范文.doc

弹簧管课程设计

14
2020年4月19日
文档仅供参考

设计题目：弹簧管压力表
指导老师：
设计人员：
班 级：

目 录

⒈设计任务┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 2
⒉方案论证┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3
⒊参数选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 5
⒋参数计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 7
⒌标准化结┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13
⒎附录：公统计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄12
⒍工作总式来源、参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄14

1、设计任务

设计一个用于测量压力的弹簧管压力表，其技术要求如下：

1. 测量范围 0～0.25Mpa
2. 外廓尺寸 外径<150mm
高度<50mm
接口尺寸：M20´1.5
（普通螺纹、外径20、螺距1.5）
3. 标尺特性
等分刻度 （满程0.16Mpa）
标度角 270°
分度数 3.375°
分度值 0.002Mpa
分度数 80
4. 精 度 1.5

2.方案论证
1、结构分析

弹簧管结构简图
O
灵敏部分-弹簧管
p
传动放大-齿轮传动
传动放大---曲柄滑块机构

压力表概述：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：
灵敏元件 传动放大机构 示数装置 辅助装置
1、灵敏元件（弹簧管）：将不便于直接测量的物理转化成易于直接比较的物理量。本设计将弹簧管作为灵敏元件，将不易比较的压力转化成易于测量的位移。

2、传动放大机构（曲柄滑块、齿轮机构）：本设计有曲柄滑块机构和齿轮机构组成，其目的是为了传递或放大位移，改变位移性质和得到等分刻度，而且应具备一定的保补偿性，同时保持线性对应关系。

3、示数装置（指针、刻度盘）：其作用是在接受传动放大机构的位移后，这指示出带测量的数值。本设计采用指针指示标尺刻度。

4、辅助装置：支承、轴、游丝

2、工作原理
作为灵敏元件的弹簧管能够把气体压力转变为管末端的位移，经过曲柄滑块机构将此位移转变为曲柄的转角，然后经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，能够提高测量精度。

j
s
p
a
弹簧管
齿轮传动
标尺示数
(线性转换)
(线性传动)
(线性刻度)
曲柄滑块机构
(近似线性传动)

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。
曲柄滑块机构能够补偿弹簧管的线性及非线性误差。
从0～0.16Mpa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。

⒊参数选择
1．弹簧管参数选择与计算
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 F＝15mm
中 径 R＝50mm
壁 厚 h＝0.3mm
中 心 角 g´´＝253°
材 料 锡磷青铜Qsn4-0.3
E＝1.127´105Mpa
泊 松 比 m＝0.3
弹簧管截面与轴比 a/b＝4

g´´
R
F
F＝15mm
h
h
2a
2b

弹簧管构图

弹簧管结构简图
2．曲柄滑块机构
加压后，弹簧管自由端位移s，带动曲柄转过角度ag－曲柄滑块机构
相对杆长 l=4
相对偏轴量 e=1
转动范围角 ag =18°
初始位置角 a0＝ - ag /2= －9°
ak=ag/2= 9°

O’
s
p
B
j0
e
D
O
E
a
b
B
e
D
O
a
b
D’
B’
s

ag
a0
ak

3．齿轮转动参数
模数 m=0.2
传动比 i12=15
小齿轮齿数 Z2=40

4．标尺指针的参数选择
分度尺寸 3.375°
长标线长度 10mm
短标线长度 5mm
指针与短标线重合长度 3mm
指针末端宽度 2mm
指针形状 楔杆形
5．游丝参数的选择
外径 D1=25mm 内径D2=5mm
圈数 n=10
宽厚比 u=6
摩擦系数 f = 0.2
当量摩擦系数 fv= 0.314
⒋参数计算
1．弹簧管有关参数的确定
⑴弹簧管外形参数的确定：
（单位：mm）
项目
公式依据
计算结果
c
p(j－h)= p c＋2(4c－c)
5.050
短轴中径2b
2b=c
5.050
长轴中径2a
2a=4c
20.200
短轴2B
2B=2b＋h
5.350
长轴2A
2A=2a＋h
20.500

⑵弹簧管末端位移的确定：
（单位：mm）
项目
公式依据
计算结果
(g-g ') / g

0.01225
径向位移Sr

0.822
切向位移St

3.248
总 位 移S

3.350
位移方向角j

14.202°

附：查表C1＝0.437 C2＝0.121 g´´＝270°
2．曲柄滑块机构的参数确定
在弹簧管压力表中，利用曲柄滑块机构，把滑块的位移S转化为曲柄滑块的角度位移。
（单位：mm）
项目
公式依据
计算结果
曲柄长度a

10.707
连杆初算值b＇
b＇＝a·l
42.828
偏轴距e
e ＝a·e
10.707
连杆初始位置与滑块运动方向夹角j＇

－0.176°
a5
a5＝90°－ak＋j＇
80.824°
c＇

42.457

61.191
理论中心距A ＇

47.504
实际中心距A

48.000
a9

52.317°
修正后c

43.241
修正后b

40.170
扇形角d齿
d齿=a9(1+25%)+2×2齿对应中心角
27.3°

3．压力表原理误差分析

（单位：mm）
an
理想值sn
实际值sn＇
实际值远离误差绝对值
ïsn－sn＇ï
原理误差相对值
ï sn－sn＇ï／smax
9°
3.3500
3.3499
0.0001
0.029%
7°
2.9778
2.9797
0.0019
0.06337%
5°
2.6056
2.6079
0.0023
0.08827%
3°
2.2333
2.2351
0.0018
0.08059%
1°
1.8611
1.8616
0.0005
0.0268%
-1°
1.4889
1.4879
0.0010
0.067%
-3°
1.1167
1.1144
0.0023
0.020%
-5°
0.7444
0.7416
0.0028
0.037%
-7°
0.3722
0.3700
0.0022
0.059%
-9°
0
0
0
0

4．游丝应力胶合

项目
公式依据
计算结果
P1
P1＝m轴＋m1帽＋m游丝＋m指针
m＝rvg
0.063N
P2
P2＝m扇形齿轮＋m齿轮中心轴
0.050N
竖直放置
Mfz1
Mfz1＝fv P1d (fv＝0.314)
1.97×10－5N·m
Mfz2
Mfz2＝fvP2d
1.57×10－5N·m
Mfz
Mfz＝Mfz＝Mfz1＋Mfz2··
2.08×10－5N·m
水平放置
Mfz1
Mfz1＝P1f
(d1＝1.1d2 f＝0.2)
2.18×10－5N·m
Mfz2
Mfz2＝P2 f
1.73×10－5N·m
Mfz
Mfz＝Mfz1＋Mfz2··
2.30×10－5N·m
Mfz
Max{ Mfz 竖直，Mfz水平 }
2.30×10－5N·m
Mmin
Mmin＝ (k取2.5 z 取0.1)
7.67×10－5N·m
Mmax
Mmax＝Mmin ＝4Mmin
3.07×10－5N·m
初定游丝长L
L＝pn
471mm
初定游丝厚h
h＝E＝1.1×105Mpa
0.14mm
初定游丝宽b
b＝m·h
0.84mm
最大应力smax
smax＝
111.9Mpa
许用应力[sb]
[sb]= sb／s sb＝600Mpa
s＝3
183Mpa

结论：因为max＜[b],因此各参数的选择及计算,合理。

5．游丝各参数最后确定

项目
公式依据
计算结果
游丝长度L
L＝Ebh3jmin／12Mmin
432mm
游丝圈数n
n＝aL/p (D1＋D2)
10
圈间距a
a＝(D1－D2)／2n
1mm
游丝个数k
K=a／h
7

⒌标准化统计

国际代号
零件名称
数量
材料
GB/T97.1-
垫圈2
4

GB/T97.1-
垫圈2.5
2

GB/T67-
螺钉M2.5
2
H62
GB/T6170-
螺母
1
HPb59-1
GB/T67-
螺钉M2
7
H62
GB/T67-
圆柱销
1
HPb59-1Y
标准件总数：17 零件总睡数：38 标准化率：447%

⒍工作总结

压力表是工业常见的测量气体压力的仪器，在工业生产中，占有举足轻重的地位。在实际应用过程中对压力表的要求是十分严格的。压力表要求要有足够的精度、灵敏度，并要求安全可靠，同时根据不同的工作任务和条件，对压力表提出了更多特殊的要求，如耐高温、抗震、防潮等。
本设计要求设计普通工业气体压力表，我们的设计方案为弹簧管压力表。它具有灵敏度高，造价低廉，结构简单，传动平稳，易于加工与制造及适应性强等特点。经过以上设计及计算表明，该方案基本达到设计要求，完成了规定的设计任务。
同时，本设计也存在一些不足，对工作环境及测量气体均无具体要求，没有考虑到其对压力表的影响。另外，环境的温度、湿度及气体对压力表的腐蚀都可能降低其精度，影响测量结果。
在近三周的课程设计中，我将机械零件与制图等课程有机的结合起来，提高了自己的综合能力和独立完成工作的能力，并初步掌握了机械仪表设计的设计方法和正确的设计思路。
工作过程中，我得到了指导老师和同学们的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢

⒎附录：公式来源、参考文献

1．庞振基，张弼光． 《仪器零件及机构》
天津大学出版社 P45 2-51 P45 2-(52-55)
2．庞振基，黄其圣． 《精密机械设计》
机械工业出版社 P90 5-21 P222 8-94
P346 13-21 P347 13-(22-26)
P348 13-27
3．《仪表零件及机构》
P177 7-44