精密仪器课程设计

1、燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果目录一、 摘要2二、引言.3三、设计要求.3四、工作原理44.1弹簧管压力表的组成.44.2弹簧压力表的工作原理.5五、参数设计55.1弹簧管的参数设计.5基本参数计算6,弹簧管末端位移计算85.1.3 C1 C2的确定.85.2曲柄滑块机构的计算8理想传动比的确定.8相对传动比的确定.10曲柄滑块的杆长计算.115.3非线性误差的计算125.4齿轮参数设计.15六、画图过程.16七、心得体会.17八、参考资料.18燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果一、摘要 本文设计了弹簧管压力表，计算了弹簧管、曲柄滑块、传动齿轮的各个基本参数，并合理的组装起来。

2、燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果二、引言 弹簧管是薄壁金属管，其横截面呈椭圆形、扁圆形或其他形状。最常用的弹簧管呈C型、螺线型、和螺旋型。弹簧管一端封口，为自由端，另一端开口，与机体固定。理论和实践都证明，管端位移量与管内、外压强的差值成正比。弹簧管是测量压力的敏感元件。 由弹簧管可制成弹簧管压力表，它可用于测量液体和气体的压力，具有性能可靠、制造简单、成本低、精度高的特点，与膜式（膜片、膜盒）压力表、波纹管压力表相比，弹簧管压力表的测量压力较大，测量范围为0.1MPa到250MPa。 一般弹簧管压力表按基本大小有1、1.5、2.5三个精度等级，精密弹簧管压力表有0.25、0.4两个精

3、度等级。三、设计要求1、测量范围：P=01.0MPa2、线性刻度：3、精度等级：2.5级4、表外形尺寸：左右5、工作环境：无震动，燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果四、工作原理4.1弹簧管压力表的组成 弹簧管压力表是由弹簧管、曲柄滑块机构、齿轮传动机构、示数装置（指针和分度盘）及外壳等几部分组成。弹簧管1是仪表的敏感元件，常用的管截面形状有椭圆形和扁平形两种，弹簧管的一端焊在机座上，并通过管接头与被测介质接通，另一端为自由端是封闭的，它与拉杆2的一端铰链连接，拉杆的另一端与扇形齿轮3连接，铰链中心到扇形齿轮传动中心的距离OA为曲柄的长度，游丝的内端和齿轮4（指指针）联结，它使所有传动件之

4、间总是保持单面接触，以消除回差。机械简图如图1所示：图1燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果4.2弹簧压力表的工作原理弹簧管压力表可以把气体压力转变为末端的位移，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工作转角放大，带动指针偏转，从而致使压力的大小，将转角放大以便于测量，可以提高测量精度，其工作原理框图如图2所示。 (线性转换) (近线性转换) (线性传动) (线性刻度)图2弹簧管压力表原理框图五、参数设计制造和设计弹簧管压力表主要需要设计三个方面，即：弹簧管的参数设计，曲柄滑块机构的设计和齿轮传动的设计。5.1弹簧管的参数设计 按照所给的三个不同参数的弹簧管，选择

5、合适的弹簧管（根据弹簧管的直径大小，壁厚和所测压力范围选择），在这里我选择直径的弹簧管。如图3所示其中：毛坯尺寸 ： 成型尺寸 ： 燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果中心角 ： 材料 ：锡磷青铜Qsn4-0.3弹性模量 ： 泊松比 ： 基本参数计算弹簧管的横截面在成型之前是 图3圆形的，成型后可看做椭圆型（见图4、图5），根据成型前后毛坯外圆周长相等，可计算出毛坯成型后的长半轴。 图4 图5圆的周长公式：椭圆的周长公式： 将代入上式可得 a=10.18,弹簧管末端位移计算弹簧管的管壁厚度与管横截面短半轴之比h/b<0.7时，称为薄壁弹簧管。薄壁弹簧管中心角的变化与作用压力之间的关系

6、，可用下式表示：a=10.18燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果式中： h 弹簧管中心角改变后，其自由端相应的产生位移。位移的方向与过弹簧自由端所做的切线成一角度。因而可把位移分解为切向分量和法相分量。其中：切向分量：法相分量：根据几何关系可求得：位移的方向与管端切线方向的夹角为：燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果代入上式得 5.1.3 C1 C2的确定 上述公式中系数C1 C2的值由a/b确定。算得a/b=3.64，按椭圆形界面查表得：a/b=3时，C1=0.493、C2=0.045.a/b=4时，C1=0.452、C2=0.044。 按插值法计算当a/b=3.64时，C1 C2

7、的值。即可近似认为C1 C2的值在3到4之间满足线性关系，有他们对应斜率相等可求得此时C1=0.467 C2=0.044。5.2曲柄滑块机构的计算 曲柄滑块机构是由铰链四杆机构演化而来的。在仪器仪表中常常是测量链中的一个环节，用来传递、放大、交换被测量。曲柄滑块机构如图6所示。理想传动比的确定OD为主动杆，BD为从动杆，以啊a，b，d分别代表各杆的长度，并令5.88C1=0.467C2=0.044燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果图6则理论传动比：当时，i=i 则 i=1/a 。此时传动比仅与a有关，与b,d 无关，这样会给设计带来方便。 同理可得曲柄滑块的相对传动比 I: 燕山大学课程

8、设计说明书设计及计算过程结果比较两式得:I=弹簧管压力表的理论传动比i=相对传动比的确定图谱法是介于作图法和解析法之间的一种工程设计方法，常用来设计仪器仪表中的曲柄滑块机构。在曲柄滑块机构的相对传动比的表达式中，如果的值确定，则可以绘出一条相对传动比的函数曲线。我取定的一条图谱曲线，由已知的和工作转角确定相对传动比。为了使设计的弹簧管压力表满足所要求的精度等级，工作转角要较小，以减小其非线性误差。这里取。图7i=0.0594燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果 由图7可看出：相对传动比都是从大到小变化，到某一极值后又逐渐增大，即相对传动比大致可分为三个区间：传动比渐减区、近似常值区（在极值

9、附近）、传动比渐增区。可以看出在极值附近，传动比近似于常值。所以工作转角在极值附近选取，以满足线性要求。曲柄滑块的杆长计算令初始角度终止角度分别为。(1)根据已知的，可求出机构的理论传动比。(2)根据图谱曲线上范围内所对应的I的变化，取平均值作为设计依据。即：其中： 得出。(3)由式I=a*I,即可求出曲柄长度a。 (4)根据所选定的，可求b，d的值。相对传动比：I=1.015a=17.1mmb=85.5mmd=17.1mm燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果5.3非线性误差的计算如图6所示，以AO为角的基准线，曲柄顺时针转动为负，逆时针转动为正，若滑块从B移到B,则位移量与转角之间的关系

10、可表示如下：线性位移：最大非线性误差在处取得。代入上诉两个公式中可得：算得非线性误差：可看出最大非线性误差小于所要求的精度。则设计的弹簧管满足精度要求。现在弹簧管的工作范围内从-10度到10度以此计算其非线性误差。结果如表8所示。燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果度数非线性误差-10-0.1736409999995000-9-0.156430.9999970.2942190.2940.0037%-8-0.139170.9999980.5892910.5880.022%-7-0.121870.9999990.8851180.8820.053%-6-0.104530.99999941.181

11、6041.1760.0953%-5-0.087160.99999971.4786511.470.147%-4-0.069760.999999881.7761641.7640.2069%-3-0.052340.999999622.0740482.0580.273%-2-0.03490.9999999932.3722082.3520.344%-1-0.0174512.6705532.6460.4176%0012.9689892.940.493%10.01745213.2674253.2340.5685%20.0348990.9999999933.5657713.5280.6424%30.05233

12、60.9999999623.8639373.8220.713%40.0697560.999999884.1618354.1160.7795%50.0871560.99999974.4593774.410.840%60.1045280.9999994.7564774.7040.892%70.1218690.9999995.053054.9980.936%燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果80.1391730.9999985.3490115.2920.970%90.1564340.9999975.6442785.5860.991%100.1736480.9999955.9387685.881

13、.020%表8 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，弹簧管形状的布置、不均匀也会导致非线性误差。可以利用曲柄滑块机构补偿弹簧管的线性及非线性误差。 取不同的可得到不同的结果，但经过对比可得到比较好的结果。如表9所示。方案1210-10101.01.032310-10101.01.023510-10101.01.03I相对传动比线性传动比abd1.0150.059417.134.217.1-101.010.059417.05117.0-101.0150.059417.185.5171-10表9燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果5.4齿轮参

14、数的设计齿轮传动是仪器仪表中常用的一种传动形式，与其他传动形式相比，齿轮传动具有传动比恒定、工作可靠、结构紧凑、以及效率高、寿命长、传动功率及速度范围大等优点。根据设计要求，曲柄滑块的工作转角是20度，指针的转动范围为240度。由此可得大齿轮和小齿轮的传动比i=12。两齿轮的中心距:由传动比可得：综上可得出： 中心距最好取13的倍数，并且小齿轮的中心应在弹簧管压力表的重线上。具体参数要根据所画弹簧管扇形齿轮的位置确定。在本设计中模数m=0.3，中心距a=78mm。小齿轮的齿数Z1=20， 大齿轮的齿数Z2=240。小齿轮分度圆半径d=6mm 大齿轮分度圆半径D=72mmd=17.1mma*cosao=16.84mm燕山大学课程设计说明书设计及计算过程结果六、画图过程在A2的纸上画出C形弹簧管初始末端为C1点，及变形后的C形弹簧管的末端为C2，C1，C2所在的直线和固定点A所在直线平行且相距为d，B1，B2所在直线平行且相距为a*cosao，以C1为中心b为半径画圆弧交B1，B2所在直线于B1点，同理可画出B2的位置。画B1，B2的中垂线交A所在直线于A点。确定了A点后，即可确定小齿轮和大齿轮的位置。简图如图9所示。图9燕