钟表百分表的设计计划书

1 钟表百分表的设计计划书 1 设计任务 设计一种钟表式百分表，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。 具体要求如下： 1）设计一个满足使用要求（功能、可靠性及精度）的百分表。 2）注意百分表的加工工艺、安装工艺性（结构合理、简单，经济性，外观要求） 3）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。在课程设计过程中要求学习、掌握查阅标准及使用手册的能力。 2 结构设计 百分表是利用齿条齿轮或杠杆齿轮传动 ,将测杆的直线位移变为指针的角位移的计量器具。主要用于测量制件的尺寸和形状、位置误差等。分度值为 量范围为 00000里设计的百分表是利用齿轮齿条的传动来实现测微的，测量范围为0 20 2 百分比的最主要设计部件是齿轮齿条，根据所要求设计百分表的尺寸大小和百分表的精度要求，首先选择齿轮的模数 大小，综合考虑齿轮的直径，确定各个齿轮的齿数。同时还要根据齿轮加工不发生切齿的最小齿数要求来决定是否对每个齿轮进行变位。 其次，要对游丝进行精心的设计。百分表的游丝是用来保持齿轮传动的有效解除，防止齿轮啮合时不发生空回，从而保证测量的准确度。 另外，也需要对弹簧进行优化设计。弹簧为拉伸弹簧，在测量时保证导杆与被测工件的紧密接触，因此弹簧安装时要有一定的初始拉力。 百分表的构造主要由 3 个部件组成：表体部分、传动系统、读数装置。 总体大小为：表盘直径 6体高度 12 3 （ 1）百 分表的总体设计及主要部件的功能设计百分表的总体设计功能 1s 为导杆 1 也是齿轮 2 分度圆上的线位移， 2s 为齿轮 3分度圆上的线位移， 2D 为齿轮 1 的分度圆直径， 3D 为齿轮 2的分度圆直径， 4D 为齿轮 3 的分度圆直径， 6D 为齿轮 4 的分度圆直径， 2m 为齿轮2 的模数， 3m 为齿轮 3 的模数， 4m 为齿轮 4、 9 的模数， 6m 为齿轮6 的模数， 错误 !未找到引用源。 为齿轮 8 的模数， 2z 为齿轮 2 的齿数， 3z 为齿轮 3 的齿数， 4z 为齿轮 4 的齿数， 6z 为齿轮 6 的齿数，4为齿轮 4的转动角。（下面有的关这些参数就不再声明） 传动与显示原理 百分表的工作原理是将被测尺寸引起的测杆微小直线移动 ,经过齿轮传动放大 ,变为指计在刻度盘上的转动 ,从而读出被测尺寸的大图 1 百分表的表体部分和传动系统 图 2 百分表的读数装置 图 3 百分表的总体传动原理 4 小 。 百分表的读数准确度为 分表的结构原理如图 3 所示。当测量杆 1 向上或向下移动 1，通过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 指针每格读数为 l 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。 如图 3 所示外界微小位移通过测杆 1 传递给齿轮 2，齿轮 2 与齿轮 3 同轴且相连为一体，它们有相同的角速度，由于齿轮 2 与齿轮 3有不同的分度圆半径，这样导杆 1的微小位移就可以在齿轮 3 的分度圆上得到放大，放大倍数是齿轮 2 与 3 的半径比。即： 122 212 齿轮 4 又与齿轮 3齿轮 8 相啮合 ，这样一方面，齿轮 3分度圆上的线位移可以转换成齿轮 4 的角位移，带动大指针 5 的转动；另一方面，齿轮 4 的线位移通过 4,8 啮合有可以转换成 8的角位移，齿轮 8 与齿轮 9 同轴且相连为一体，它们有相同的角速度，齿轮 9中心轴上带有小指针。根据测量的要求，导杆每转动 1指针转动一周，小指针转动二十分之一周。 模数的设计 根据表体的基本尺寸要求，直径为 6据传动精度要求选定2m =概设计 2D =3D =4D =2D =错误 !未找到引用源。 =4误 !未找到引用源。 =2 5 根据 错误 !未找到引用源。 =知 2z =16。 由图 3 可知 4 =24232 2 42z D 考虑到齿轮 3,4,6,8,9 之间的传动精度和与前面的传动步调一致，设定 错误 !未找到引用源。 = 3m = 4m = 6m =错误 !未找到引用源。=错误 !未找到引用源。 = 因此可得出 3z =100, 4z =10, 6z =100,错误 !未找到引用源。 =20,错误 !未找到引用源。 =10。 百分表主要部件的设计 （ 2）传动导杆和齿轮 2 的设计 在保持其他参数不变的条件下 ,改变小轮齿数和模数 ,计算出小轮的应力如下表 1和表 2。 由表 1 和表 2 可知：在小轮轮齿受力不变的条件下 ,随着小轮齿数或模数的增加 ,相应的应力也随之减小 ;对于接触应力 ,其受小轮齿数的影响大于受模数的影响 ;对于弯曲应力 ,其受小轮模数的影响显著大于受齿数的影响 ;在模数或齿数较小时 (20时 ),齿数或模数的变化对齿轮承载力都有显著影响。对大模数齿轮齿条的来说 ,轮齿折断所带来的损失是相当严重的 ,因此对弯曲强度可靠性提出较高要求 ,在满足其他设计约束的情况下 ,应优先选择较大的模数以获取可靠的承载力。但是由于百分表的尺寸要求和精度要求，在一定范围内应选用较小的模数，这是不可调和的矛盾，同时百分表测量是所受的力较小，小模数也可以满足要求。 压力角的影响：在其他基本参数不变的情况下 ,改变压力角大小 , 6 计算出小轮的接触应力和弯曲应力见表 3。 传动导杆 1 与齿轮 2 的啮合是齿轮齿条的啮合，齿轮 2 为标准齿 轮它的模数为 轮上及齿条上的压力角与啮合角都相同为20 。它们的具体几何参数的设计如下表： 表 4 齿轮 2 的几何参数 齿轮 2 的几何计算 名称 代号 计算公式 模数 m 度圆 D 厚 s 12m 顶隙 c 根高 顶高 m 7 齿距 p m 齿工作高度 h 5 齿条 1的几何参数 齿条的的几何计算 名称 代号 计算公式 模数 m 周节 t m 齿厚 s 12m 径向间隙 c 根高 2h 顶高 1h m 全齿高 p m 齿工作高度 条的工作长度为 20加工时应保留一些余量，取加工总长度为 25 （ 3）变位齿轮的设计 8 齿轮的变位原理：通过改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置或改变标准刀具的齿槽宽切制出的齿形为非标准渐开线齿形的齿轮。切制轮齿时，改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置称为径向变位。改变标准刀具的齿槽宽称为切向变位。最常用的是径向变位， 切向变位一般用于圆锥齿轮的变位。 由于 4m =10的限制，为了不再加工齿轮时产生大量的齿根切齿现象，小齿轮的最小变位系数位 精密仪器中齿轮的传动精度较高，在小模数齿轮的设计中，常用高度变位齿轮。这样要求两个相互啮合的齿轮的总的变位系数为 0，而它们的啮合角与压力角相等，中心距与未变位前一样。要求变位的齿轮有齿轮3, 齿轮 4、 6、 8、 9。其中齿轮 4、 9 为正变位，齿轮 3、 6、 8 为负变位。 根据变位齿的各参数计算公式和各齿轮的模数可求得： 齿轮 4： d=误 !未找到引用源。 =误 !未找到引用源。=轮 3: d=误 !未找到引用源。 =误 !未找到引用源。=轮 6: d=误 !未找到引用源。 =误 !未找到引用源。= 5 变位齿轮 9 齿轮 8: d=误 !未找到引用源。 =误 !未找到引用源。=轮 9： d=误 !未找到引用源。 =误 !未找到引用源。=轮 3,4中心距 1a =11轮 4,8中心距 错误 !未找到引用源。 =3轮 6,9 中心距 错误 !未找到引用源。 =12轮 4,8 中心距 错误 !未找到引用源。 =3 4）游丝的设计 游丝在仪表中的作用主要是通过预紧力或作用力矩，达到不论正行程还是反行程齿轮副总是单项齿廓啮合，消除空行程和传动系统中的摩擦力。 如图所示，游丝安装在齿轮 6 上，用来防止啮合齿轮的空回。鉴于齿轮 6 的传动要求，对其上的游丝的滞后和后效要求较高，这里选择游丝的宽厚比 u=10,u=b/h,(h 为游丝的厚度 )。鉴于齿轮 6 的直径大小选择游丝的内径大小 径大小 5丝的总转角要求大于 2 ，其总圈数设为 n=10。根图 7 游丝的安装 齿轮 6 游丝 10 据传动力矩大小要求，当游丝转动2时它的承受力矩 M 不小于210 10 M 。游丝的总长度 L= 12 ，力矩与转角 ，游丝宽度 b，厚度 h 的关系为 M= 312 E 为材料的弹性模量，这里游丝的材料用锡铜合金 E= 521 0 /N m m ），根据上诉的数据可求得 h =b = 当转到最大转角时即 =3 ，游丝所承受的力矩为 260 10 M 26 b 许用弯曲应力， b = ， S 为材料的安全系数，锡青铜合金 B为 500600， S为 510，经校核设计符合要求。 游丝的最终设计方案为： 材料为锡青铜合金 内径大小 径大小 7圈数 n=10 厚度 h =度 b =长度 L= 12=350 （ 5）弹簧的设计 百分表的弹簧为圆柱型拉伸弹簧，弹簧间隙 =0。用来固定导杆的运动，根据百分表的设计空间大小，弹簧的设计选用簧丝的直径大小为 绕比为 C=9，（ C=DD/弹簧的中径大小）。 11 经过计算这里的材料选择 60号的钢料其值为80000 2/N 弹簧的最终设计为：簧丝的直径大小为 径 绕比为 C=7 有效环数 n=40 测量前应将测杆、测头及工件擦净，装夹表头时夹紧力不宜过大，以免套筒变形及测杆移动不灵活。 测量时应把表装夹在表架或其它可靠的支架上，否则会影响测量精度。 使用百分表对批量工件进行比较测量时，要选用量块或其它标准量具调整百分表指针对准零位，然后把被测工件置放在测头下，观察指针偏摆记取读数，确定被测工件误差。 测量平面时，测杆应与 被测平面垂直；测量圆柱面时，测杆轴线应通过被测表面的轴线，并与水平垂直。同时根据被测工件的形状，粗糙度等来选用测量头。 为了保证测量力一定，使测头在工件上至少要压缩 20 25 个分度，将指针与刻度盘零位对准，然后轻提测杆 1 2手使其自行复原，试提 2 3 次，若指针停在其它位置上应重新调整零位。 12 读数时视线要垂直于表盘观读，任何偏斜观读都会造成读数误差。 注意事项 1）使用前，应检查测量杆活动的灵活性。即轻轻推动测量杆时，测量杆在套筒内的移动要灵活，没有如何轧卡现象，每次 手松开后，指针能回到原来的刻度位置。 2）使用时，必须把百分表固定在可靠的夹持架上。切不可贪图省事，随便夹在不稳固的地方，否则容易造成测量结果不准确，或摔坏百分表。 3）测量时，不要使测量杆的行程超过它的测量范围，不要使表头突然撞到工件上，也不要用百分表测量表面粗糙度或有显著凹凸不平的工作。 4）测量平面时，百分表的测量杆要与平面垂直，测量圆柱形工件时，测量杆要与工件的中心线垂直，否则，将使测量杆活动不灵或测量结果不准确。 5）为方便读数，在测量前一般都让大指针指到刻度盘的零位。 6）百分表不用时，应使测量杆处于自由状态，以免使表内弹簧失效。 7）百分表修理时，通常按外观、各部分相互作用、测力、示值变动性和示值误差依次进行修理。修理时需注意，尽量少卸零件，有些表盘不能用汽油或煤油洗擦，以免擦掉刻度。游丝不能有油。起螺钉时应选择合适的螺丝刀，避免损坏零件，装卸工作一定要 13 细心，要保持外观无损 对于百分表的显示系统，传统的表盘显示已经远远不能满足现代生活的需要，尤其是在对测量结果的实时性要求较高的的操作中，人眼的视觉往往不能跟上表针的摆动变化。 而数显式百分表多采用 容栅传感器将位移量转化为可供电路测量的电压信号，然后通过单片机采集电压信号使之转换为数字信号并进行处理，最终通过液晶显示器将读数显示出来，这种显示方式更利于人们的视觉要求，另外数显式百分表内部可以设置数据存储器，将整个测量过程的数据存储起来，然后传送到计算机上进行细致的分析。 通过这一次课程设计自己不但对以往有关机械设计的知识进行了一次全面的总结和复习，更为重要的是锻炼了解决问题的能力。从开始对课题任务进行初步了解，进而开始查找资料，聆听指导老师的教诲，一步一步不断完善课程设计中的每一细节，对 论文作更一步的细化，总结设计的方法，最后完成设计任务。 这次设计使我认识到自己的机械设计知识还远远不够，开始设计的时候根本不知道如何下手。尤其是变位设计齿轮的时候，查看了齿轮设计有关的书籍后，对许多几何尺寸参数的选择根本没有头绪，只好从最基本的知识着手，同时与同