百分表课程设计指导书

精密机械设计课程设计指针式百分表课程设计指导书王顺增2024年05月目录第1节百分表概述 页共17页第1节百分表概述1.1指针式百分表的结构百分表是利用精密齿条齿轮或杠杆齿轮传动，将测杆直线位移变为指针角位移的计量器具，是一种精度较高的比较量具，其只能测出相对数值，不能测出绝对值。百分表主要用于检测工件的形状和位置误差（如圆度、平面度、垂直度、平行度、直线度、圆跳动等），也可用于校正零件的安装位置及测量零件内径等。百分表的分度值为0.01mm，测量范围为0~3、0~5、0~10、0~15、0~20mm。百分表结构简单，其传动机构为齿轮系，外廓尺寸小，重量轻，传动机构惰性小，传动比较大，可采用圆周刻度，有较大的测量范围。百分表分为表体部分、传动系统和读数装置3部分，主要由测头、量杆、防震弹簧、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针等零件组成，指针式百分表结构简图如图1所示。图1指针式百分表结构简图1.2指针式百分表的工作原理指针式百分表工作原理图如图2所示，百分表圆表盘上有100个等分刻度，即每一分度值相当于量杆移动0.01mm（若圆表盘上有1000个等分刻度，则每一分度值为0.001mm，为千分表）。百分表的工作原理如图2所示，当测量杆1向上或向下移动1mm时，通过齿条齿轮传动系统带动大指针5转一圈，小指针7转一格。刻度盘在圆周上有100个等分格，各格的读数值为0.01mm。小指针每格读数为1mm。测量时指针读数的变动量即为尺寸变化量。刻度盘可以转动，以便测量时大指针对准零刻线。图2指针式百分表工作原理图指针式百分表的读数方法为：因大指针每转一格读数值0.01mm，小指针每转一格读数为1mm，故先读小指针转过的刻度线（即毫米整数），再读大指针转过的刻度线（即小数部分），并乘以0.01，然后两者相加即得测量数值。1.3百分表使用注意事项（1）使用前，应检查测量杆的活动是否灵活。即轻推测量杆时，测量杆在套筒内移动灵活，无卡阻现象，每次手松开后，指针能回到原来刻度位置。（2）使用时，必须把百分表固定在可靠的夹持架上。如随意夹在不稳固的地方，很容易造成测量结果不准确或摔坏百分表。（3）测量时，不可使测量杆行程超过其测量范围，避免使表头突然撞到工件上，不要用百分表测量表面粗糙度大或有显著凹凸不平的机件。（4）测量平面时，百分表的测量杆应与平面垂直；测量圆柱形工件时，测量杆应与工件中心线垂直，否则会使测量杆活动不灵或测量结果不准确。（5）为方便读数，在测量前大指针需调零，即让大指针指到刻度盘零位。（6）远离液体，不使冷却液、切削液、水或油与内径表接触。（7）不使用时要摘下百分表，使表解除所有负荷，让测量杆处于自由状态。（8）成套保存于盒内，避免丢失与混用。指针式百分表设计—第2节课程设计的目的、要求和注意事项第2节课程设计的目的、要求和注意事项2.1课程设计目的精密机械设计基础课程设计作为实践环节，对整个课程具有重要意义，本次课程设计是《精密机械设计》课程的重要组成部分，是打好技术基础和进行技能训练的重要环节。学生在该环节中不仅是完成一项指定任务，更重要的是实际走过一个完整的设计过程。学生在课程设计中应定位为设计者，要进行方案筛选论证，需考虑整体及零部件的装配关系、结构工艺性和选材。整个设计过程采用手工绘图完成，要求每人绘制1张装配图和至少2张可用于加工的零件图纸。要求图纸的尺寸标注合理，有尺寸公差和形位公差，材料选择正确并有技术要求。通过本次课程设计使学生掌握设计过程包括哪些步骤，清楚能够投放生产的加工图纸为何样式和标准。其目的是：（1）巩固《精密机械设计》课程所学内容，使学生能够综合运用所学课程知识进行设计，培养学生分析和解决实际工程问题的能力。通过本次课程设计，使学生能够巩固、加深和扩大本课程及有关先修课程的理论知识，能够了解一定的生产知识和具体应用，掌握精密机械设计的一般设计方法和步骤，培养学生的实际设计能力，为以后进行毕业设计打下基础。（2）树立正确的设计思想，培养严谨的设计思维，提高机械设计水平。通过本次课程设计，使同学掌握仪表的设计思路，培养学生独立思考、集思广益、统筹考虑的设计理念，切实能使学生具备一定的实际机械设计基础和能力。机械产品设计的主要过程为：（接受）设计任务－（拟定）设计方案－设计计算－选材及必要的实验验证－绘制装配图－绘制零件图。设计过程中需注意：产品必须首先满足使用要求（包括功能、可靠性、精度要求以及材料的热处理工艺），然后考虑产品及零部件的工艺性（包括装配工艺和加工工艺，使产品结构简单合理，外形美观），最后考虑经济性要求（包括材料价格、加工费用及售后服务等）。（3）熟悉机械设计的相关经验、规范、标准和手册，使学生学会运用各类技术资料，扩大知识范围。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，制图符合规范。因此在课程设计过程中要求学生学习、掌握查阅标准、文献及使用手册的能力。2.2课程设计要求设计一种指针式百分表，在分析样图和参考图的基础上，进行结构方案的比较和选择。包括示数装置、传动系统、消除空回装置、产生测力装置、导轨、支承、限动器和联接等。然后进行总体布局、设计计算，绘制草图和正式图，编写说明书。精密机械课程设计是一次比较完整的精密机械设计，是理论联系实际、培养学生初步设计能力的重要教学环节，因此在设计过程中学生必须做到：（1）综合考虑使用、经济、工艺、安全性等方面的设计要求，确定合理的设计方案。（2）仔细阅读本课程设计指导书和随时查阅相关资料、标准、手册，在认真思考的基础上提出自己的想法和见解，与同学或指导教师讨论，避免单纯地抄袭或向指导老师索取答案。（3）通过分析比较吸取现有结构中的优点，并在此基础上发挥自己的创造性，而不是简单抄袭或没有根据地臆造。（4）认真计算和制图，有错误要认真修改，力求设计图纸和计算说明书的质量达到或接近实际生产水平。（5）严格考勤，有事请假，抓紧时间，认真工作，按时完成任务。（6）按要求完成全部工作量，将图纸叠好，说明书订好，装入封袋。工作量要求如下：（1）百分表总装配图1张（A1图幅），装配图应表示出全部零件的装配关系，标出特性尺寸、重要配合尺寸、安装尺寸和外形尺寸；装配图上应注出与产品装配、调整、使用、维护等有关技术要求；装配图上的零件均应编号，并列出零部件明细表。（2）二维零件图2张（A3图纸）：一张图纸绘制一个零件，用合适视图把零件结构形状及尺寸表达清楚；零件结构与尺寸应与装配图一致，标注尺寸应注意选好基面，各部分应注明表面粗糙度；图上还应注明零件材料、热处理及其它技术要求。（3）三维实体结构图一套：基于二维的总装配图和零件图，把零件结构形状、位置及尺寸表达清楚；零件结构与尺寸应与二维图一致，线、面和实体表达正确，扭簧和齿轮等复杂结构表达精准；实体装配结构图中，各构件间具有确定而准确的相对运动，实体结构可以实现测量的动作。（4）甘特图一份：设计计划和安排合理，图面布局合理、字迹工整、图形色彩搭配美观，能明确课程设计和工作量的依赖关系、时间进度，并且按照设计过程的类型将工作量联系起来。（5）设计说明书的内容按指导书要求编制，要求字迹工整、语言简练、文字通畅、并装订成册。装订成册后的说明书依次具有如下内容：封面（统一印制）、任务书、目录、正文（设计计算的具体内容，包括方案的确定，详细的设计步骤及演算过程）、对设计后的评价（自我评价）、参考文献（按规定格式写），总字数不少于5000字。时间安排课程设计的总时间为两周，共计10天。具体安排如下：（1）布置任务、分组、准备二维和三维绘图软件；讲解有关知识；设计前详细研究和分析设计任务书和指导书，明确设计要求和设计内容；借阅资料、方案分析、阅读指导书；创建甘特图草图；（1天）（2）百分表拆装，学生掌握百分表的结构、工作原理和设计要点；（1天）（3）拟定传动方案，总体设计、传动零件的设计，包括：分析样图和参考图，进行结构方案的比较和选择。包括示数装置、传动系统、消除空回装置、产生测力装置、导轨、支承、限动器和联接等；计算传动结构参数，主要是齿轮和测力弹簧的参数计算；（2天）（4）设计及绘制百分表的二维零件图和装配图；（2天）（5）绘制百分表三维实体的零件图、装配图及其爆炸图；（2天）（6）编制甘特图和设计计算说明书；（1.5天）（7）答辩。（0.5天）（2天）2.3课程设计注意事项课程设计中应注意：（1）在课程设计前，应认真研究题目，明确设计要求和已知条件，阅读参考资料，了解课程设计的内容。（2）对设计方案及结构，设计小组应进行讨论和对比，以明确优、劣、正、误，取长补短，改进设计；（3）在正式进行设计计算前与指导教师充分讨论设计方案，明确设计方案；（4）设计方案确定后，将确定的结构方案用计算机绘成草图给指导教师审阅，审阅后可手工绘制正式的设计图纸；（5）按规定编制设计计算说明书，将设计说明书和全部图纸交指导教师审查，经认可后方可呈交。2.4考核标准成绩组成：（1）设计计算占40％；（2）甘特图占10%；（3）图纸成绩占40%；（4）答辩成绩占10%。成绩考核标准：成绩分优秀、良好、中等、及格、不及格五档。优：完成工作任务，图纸和实物图错误很少，作图规范，实体结构运动准确，甘特图搭配美观，设计说明书书写明确规范。良：完成工作任务，图纸和实物图错误比较少，作图比较规范，实体结构运动比较准确，甘特图合理，设计说明书书写比较明确。中：完成工作任务，图纸和实物图有一定错误，作图规范性一般，实体结构运动有一定错误，甘特图布局一般，设计说明书书写一般。及格：基本完成工作任务，图纸和实物图错误比较多，作图规范不够好，实体结构运动错误比较多，甘特图布局欠合理，设计说明书书写不够规范。不及格：未完成的工作任务比较多；或图纸和实物图错误很多，作图很不规范，实体结构运动无法确定，甘特图布局不合理，设计说明书书写不规范。指针式百分表设计—第3节课程设计的内容及步骤第3节课程设计的内容及步骤3.1课程设计的内容课程设计说明书是技术说明书的一种，每个学生毕业后都要接触实际的技术工作，都要会写技术报告，可行性论证报告，产品说明书等文件，因此学生在校期间应受到这方面的训练，掌握这一必须的基本技能。编写课程设计说明书，是学生对课程设计的总结，内容大致包括：（1）设计题目（包括设计条件和要求）；（2）设计方案的比较；（3）机械系统的运动方案的拟定与比较；（4）所选机械的运动分析、动力分析与设计；（5）完成设计所用方法及其原理的简要说明；（6）列出必要的计算公式及主要计算结果；（7）写出自编的程序及程序框图，并对程序中的符号、变量作说明，并列出数学模型中的符号与程序中符号的对照表；（8）用表格列出计算结果，或计算机绘制的曲线图；（9）对结果进行分析讨论；（10）列出主要的参考资料并编号。3.2课程设计的步骤3.2.1分析样图，确定方案根据设计任务书、样图（样机）和参考图纸等有关资料，分析各部分结构，明确各个零件的作用和整机对它的要求，比较不同机构的优缺点，从而选择最佳结构方案。指针式百分表结构方案图如图3所示。图3指针式百分表结构方案图3.2.2设计与绘制简图这两步交叉进行。（1）示数装置设计根据百分表外形尺寸限制，使用方便和易于装配的原则，确定示数装置的结构和尺寸。按照分度值大小，决定标线尺寸，计算大小圆盘指针长度。外观造型利用手持式三维激光扫描仪对其进行逆向设计。（2）传统系统设计（参考图3）①确定齿轮、齿条模数和齿数百分表的传动系数：（1）式（1）中：——相应于测杆最大位移的指针转角；——测杆的最大位移（示值范围）；——相应于的轮转角；——齿轮的齿数；——齿轮和的传动比；——齿条（测杆）与齿轮的传动系数。因齿轮的分度圆半径，故有（2）则（3）例如，通常取，则对测量范围0~10的百分表，有：（4）得（5）若取16齿时，则；取20齿时，则。因为整数，为无理数，则必为非标准模数。利用式（5）求出后，为减少刀具数量，的模数一般与相同。的齿数有16齿和20齿二种，16齿模数较大，对强度与耐冲击有利，20齿模数较小，对提高精度和灵敏度有利，可按具体要求选用。的齿数可按结构和传动比确定，通常取为（10，100）齿或（12，120）齿。②确定变位系数x百分表的传动系统属于精密示数传动，齿轮的根切影响传动精度。故当小齿轮小于17齿时应进行正变位，最小变位系数按下式计算：（6）压力角为20º的标准齿轮：。③齿轮各部位尺寸计算计算分度圆直径、中心距、齿顶圆直径、齿高和齿宽等（小模数齿轮径向间隙系数，齿宽一般取，然后结合结构简图定出齿轮中心的坐标尺寸。（3）消除空回用游丝的设计游丝的安装简图如图4所示。图4游丝的安装简图①计算游丝的最小力矩装配时，游丝应有一定变形角（通常取），以获得最小力矩来保证能克服轴与齿轮的摩擦力矩而保持单面啮合。可按下式计算：（7）根据生产实践经验。②计算游丝的最大力矩根据传动关系求出游丝的总转角，可求出最大力矩（8）③计算游丝的结构参数根据结构简图的安装空间确定游丝的内径和外径，并由此计算出游丝长度。选定游丝材料，查出弹性模量和抗拉强度值。选择适当的游丝宽厚比值（对接触游丝一般取）后用下式计算游丝厚度值：（9）游丝宽度即可求出，查《仪器仪表结构设计手册》将和值圆整。④校核游丝最大应力按下列公式验算游丝最大弯曲应力：（10）式（10）中，游丝的抗拉强度由手册查取，接触游丝的安全系数取。游丝的相关参数计算及其意义，可参考《机械设计手册（第五版）》的第3卷，其中的第11篇“弹簧”中的第13章“游丝”。（4）测力弹簧的设计游丝的安装简图如图5所示。图5测力弹簧简图①根据任务书技术要求确定工作载荷技术要求规定测力在之间，为克服机构内部摩擦，应选一个大于的力作为。技术要求规定测力变化不大于，即，由此可选得。由可求出。（11）②根据简图空间大小选取适当中径。③选定适当材料后，假设几种簧丝直径d，验算是否满足（11）式中C=D2/d，凡满足的d均可选用（强度条件）。④计算弹簧有效圈数（12）式（12）为弹簧的刚度条件。由n可计算出弹簧自由长度，安装时弹簧长度即为。看此值是否与结构草图相符，不相符时可改变d值。⑤计算弹簧展开长度，画出弹簧工作图。弹簧的相关参数计算及其意义，可参考《机械设计手册（第五版）》的第3卷，其中的第11篇“弹簧”。3.2.3绘制正式设计装配图和零件图绘制总装配图是课程设计环节的重要组成部分。装配图应表示出全部零件的装配关系，标出特性尺寸、重要配合尺寸、安装尺寸和外形尺寸。装配图上应注出与产品装配、调整、使用、维护等有关技术要求。装配图上的零件均应编号，并列出零部件明细表。每个零件均应单独绘制在一张图纸上。应用足够的视图把零件结构形状及尺寸表达清楚。零件结构与尺寸应与装配图一致，标注尺寸应注意选好基面，各部分应注明表面粗糙度。图上还应注明零件材料、热处理及其它技术要求。图纸绘制的相关标注，可参考《机械设计手册（第五版）》的第1卷，其中的第2篇“机械制图、极限与配合、形状和位置公差及表面结构”。3.2.4编写设计说明书编写设计说明书内容包括：（1）设计任务说明；（2）结构设计说明（各部分结构方案选择及理由）；（3）主要参数计算过程及结果；（4）其它技术说明（如使用、保养、装卸等注意事项）；（5）改进设想；（6）设计小结；（7）参考资料目录。说明书各部分应有标题，前面应有总目录（显示到二级目录）。论述中尽量利用插图，说明问题简明扼要。总要求可归纳为：论述清楚、语言通顺、插图得当、计算正确、书写整洁。指针式百分表设计—第4节指针式百分表设计参数第4节指针式百分表设计参数本次课程设计的指针式百分表设计参数如表1和表2所示。表1指针式百分表设计参数序号测量范围/(mm)Z1Z2示数总误差(mm)姓名备注10~1011200.018张名远20~1012160.018袁祯30~1012180.018张迅迪40~1012200.018王晶晶50~1013160.018何林博60~1013180.018袁成豪70~1013200.018王坤80~1014160.018李壮凯90~1014180.018吴钊武100~1014200.018李永乐110~1510160.020王旭120~1510180.020蔡恩泽130~1510200.020杨迎博140~511160.020郝佳豪150~511180.020戚凯丰160~511200.020高建博170~512160.020刘金海180~512180.020王晨鸣190~512200.020刘长昊200~1513160.020朱付磊210~1513180.020李鹏宇220~1513200.020杨艺菲230~1514160.020李刚240~1514180.020周子杰250~1514200.020董礼祥260~2010160.025王璇270~2010180.025白梦缘280~2010200.025孙思达290~312160.025杨宗霖300~312180.025于福浩310~312200.025高海量320~313160.025杜庆凤330~313180.025李明喜340~313200.025赵扬350~2013160.025王俊梅360~2013180.025潘求磊370~513160.016张锦坤380~513180.016杨皓月390~513200.016孙王莹指针式百分表设计—第5节指针式百分表拆装及结构分析第5节指针式百分表拆装及结构分析5.1百分表工作原理和拆装目的指针式百分表是将测量杆的微小直线位移通过齿轮齿条使得传动放大，转变成指针角位移，其工作原理如图6所示。工作时将测量杆的测量头紧靠在被测物体上，物体的变形将引起测量头上下移动，测量杆的齿条便推动小齿轮及其同轴的大齿轮共同转动，大齿轮带动指针齿轮，于是大指针相随转动。大指针在刻度盘上每转动1格，表示触头的位移为0.01mm，则放大倍数为100，故为百分表。大指针转动的圈数可由量程指针（小指针）予以记忆，读出指针相对于刻度盘的转角，就是相应的测量杆线位移数值，最小刻度值为0.01mm。图6指针式百分表工作原理图拆装目的就是：了解指针式百分表的结构及工作原理；熟悉齿轮、齿条、导轨、弹性元件、示数装置等零件、部件在百分表中的具体应用及其结构形式，增强感性认识；学习仪表拆装技能及工具使用方法，培养实际操作能力及严谨的科学作风；巩固理论知识，为课程设计的具体设计工作提供依据。5.2实验器具和拆卸顺序（1）实验器具百分表1块，钟表螺丝刀1套，盘子1个