精密机械设计课程设计指导书.doc

海量资料 超值下载机械设计基础课程设计说明书精密机械设计课程设计说明书29精密机械设计课程设计指导书44机械设计基础课程设计说明书姓 名：肖明学生学号：0800150227 专 业：微电子制造工程 指导教师：李雪梅目录第一章 机械传动装置的总体设计- 2 -第一节 传动装置的方案设计第二节 电动机的选择第三节 机械传动装置的计算第二章 减速器传动零件的设计计算- 6 -第一节 减速器内传动零件的设计计算第二节 减速器外传动零件的设计计算第三章 轴承、联轴器和键的设计计算- 22 -第一节 轴承的设计计算第二节 联轴器的设计计算第三节 轴上键的设计计算第四章 减速器箱体及其附件的结构尺寸- 26 -第一节 减速器的箱体及其结构尺寸第二节 减速器的润滑与密封第三节 减速器的附件及其结构尺寸第五章 课程设计总结- 29 -第六章 参考文献- 30 -第一章 机械传动装置的总体设计传动装置的方案设计设计的初始条件：设计任务： 设计用于带式运输机的传动装置设计要求：带式运输机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，运输带速允许误差为5%。使用期限为10年，大修期三年，小批量生产，两班制工作。设计方案、数据数据组编号：D9运输带工作转矩T/N.m900运输带工作转速n/r.min-1120如图所示为带式传送机的3中传动方案。方案A采用一级闭式齿轮传动和一级开式齿轮传动，该方案成本较低，但使用寿命较短，不适于较差的工作环境；方案B采用展开式二级圆柱齿轮减速器，该方案结构简单，传动效率高，容易制造，使用寿命长，维护方便，适合在较差的工作环境下长期工作，但由于电动机、减速器与带式传送机并列，导致横向尺寸较大，机器结构不紧凑；方案D采用一级闭式圆柱齿轮和一级开式圆锥齿轮，便于实现变向减速，可以减少轴向尺寸，但圆锥齿轮传动比不能太大，否则会影响其加工精度。第二节 电动机的选择一、选择电动机类型按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷笼型三相异步电动机。此类电动机具有结构简单、启动性能好、工作可靠、价格低廉、维护方便等优点，适用于机床、输送机、搅拌机等。二、选择电动机功率(1)工作机构所需功率： =11.36 kW (2)电动机输出功率： 其中，:电动机至螺旋输送机的总效率弹性联轴器效率一对圆柱齿轮传输效率三对滚动轴承效率一对圆椎齿轮的传输效率通过查表可得，=0.99,=0.98（7级精度的很好的齿轮传动）=0.99，=0.96，得 = =0.895从而可得 =12.69 kW确定电动机的额定功率 通常按照确定，得=12.6916.50kW,查表可得 三、电动机转速的选择 在三相交流异步电动机产品规格中，同一功率有4种同步转速。按电动机的级数分为2、4、6、8级，其同步转速分别为3000r/min、1500r/min、750r/min，在此减速器装置中，选择1500r/min 4级比较适宜。电动机选择结果电动机型号额定功率/kW额定转速/(r/min)同步转速n/（r/min） 电动机总质量/kg外伸轴径轴中心高/mmY160L-4 1515001460144长机座160 机械传动装置的计算一、总传动比的计算 由传动装置的总传动比 i 得 分配各级传动比 圆锥齿轮的传动比不应过大，且由设计方案可知，按照“前小后大”的原则，从高速轴到低速轴的传动比依次增大，可使中间轴具有较高的转速和较小的转矩，从而减小其尺寸的质量，而圆锥齿轮的传动比不可过大，可取 = 4 则 传动装置运动和动力参数的计算 将传动装置中各轴由高速到低速一次定为轴、轴，按电动机至工作机构运动传递路线计算出各轴的运动和动力参数。 1、各轴的转速 r/min, r/min. 式中 、轴、轴的转速； 电动机的额定转速，r/min； 、电动机轴到轴、轴到轴的之间的传动比。 2、各轴的功率 kW kW 3、各轴的转矩 将计算结果汇总成下表 ： 参数轴 名电动机轴轴轴转速N/(r/min)1500480120功率P/kW1514.4113.70转矩T/()95.50286.701090.3传动比i3.044效率0.960.95第二章 减速器传动零件的设计计算 第一节 减速器内传动零件的设计计算一、一级闭式圆柱齿轮传动的设计计算 闭式齿轮传动的主要失效形式是齿轮齿面点蚀（软齿面齿轮）或齿根折断（硬齿面齿轮），一般按接触疲劳强度设计，按弯曲疲劳强度校核。 1、选择齿轮材料（大小齿轮的齿面均为软齿面） 小齿轮选用40MnB调质，齿面硬度241286HBS, =730MPa，=600MPa；大齿轮选用ZG35SiMn调质，齿面硬度241269HBS，=620MPa， =510MPa，取=1.1,=1.25, = = = 2、按照齿面接触强度设计设齿轮按7级精度制造，取载荷系数K=1.2,齿宽系数=0.8，小齿轮上的转矩 取弹性系数 =188.0,则 = =85.7mm取齿数=32，则 取 ；故实际传动比 模数 mm齿宽 mm, 取 查表可知 m=3 mm,则实际的 ， ，中心距 验算轮齿弯曲强度齿形系数 则可得 4、齿轮的圆周速度 对照表可知选用7级精度是合适的。圆柱齿轮的设计参数如下表所示参数材料模数/mm齿数传动比分度圆直径/mm齿宽/mm小齿轮40MnB调质3323.1259675大齿轮ZG35SiMn调质10030070 5、闭式圆柱齿轮的结构设计 小齿轮的构造,由于200mm，选择用锻造齿轮（实心齿轮）,轴孔直径d=45mm 有关参数如下表格：序号名称符号 数值（mm）1分度圆直径962齿根圆直径873齿顶圆直径1024齿根高3.755齿顶高36顶隙c0.757齿宽b758齿槽宽e4.719齿厚s4.7110齿距p9.42大齿轮的尺寸序号名称符号值（mm）1分度圆直径3002齿根圆直径2913齿顶圆直径3064齿根高3.755齿顶高36顶隙c0.757齿宽b708齿槽宽e4.719齿厚s4.7110齿距p9.42大齿轮的=306mm，所以选择腹板式的结构，选择模锻为其加工工艺，取d=60mm，其各尺寸数据如下：序号名称（符号）公式或值（mm）1 轮毂直径=1.6d=1.660=962L取L=85mm3取=8mm4nn=0.5m=1.5mm5取=186mm6=276mm7258C取C=20mm 大齿轮的图形如下所示：二、 电动机轴的设计计算 不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。轴的参考图形如下： 具体步骤如下： 1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa, =55MPa 2、初步计算各轴段直径 （1）按下列公式初步计算出轴的直径 式中，P传递的功率，kW； A随材料而定的系数。 由第一章可知，P=15kW，取 A=107118 则 =23.3625.77mm 在计算截面上有键槽，直径应适当增大4%5%, 则 =24.29 27.06mm 圆整为标准值，=28mm （2） 计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=35mm； （3） 计算 ，且必须与轴承的内经一致，圆整=40mm，初选轴承型号为6308,查附表可知，B=23mm，D=90mm，；计算 ，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=45mm；计算 取 =55mm；计算 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 电动机轴各段轴直径列表如下： 名称直径（mm）283540455540 3、计算轴各段长度 （1）计算 半联轴器的长度l=60mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故第一段的长度应比l略短一些，取 =56mm; （2）计算 轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取，其中为螺钉直径，由轴承外径D=90mm，查表，取=8mm， ， 式中，为箱体壁厚，取=8mm， 取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得； 由于轴承的轴颈直径和转速的乘积，故轴承采用脂润滑，取 =9mm， 所以 m=8+16+14+8-9-23=14mm, 所以 取 （3）计算 ，式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 取 （4）计算 ; （5）计算 ; （6）计算 ； 取 各段轴长度列表如下: 名称长度/mm56445073741 此段轴的结构如图所示：4、 校核轴的强度 小齿轮上的受力情况： 圆周力 径向力 小齿轮分度圆直径96mm,小齿轮的齿宽b=75mm求垂直面的支反力 求水平面的支反力 绘垂直面的弯矩图 （4） 绘水平面的弯矩图 （5） 求合成弯矩图 （6） 轴传递的扭矩 （7） 求危险截面的当量弯矩 由图可知，在截面处最危险，其当量扭矩为 如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数=0.6，代入上式得 （8） 计算危险截面处的直径 考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，得 ，故其强度足够。其力矩图形如下：M水平面垂直面M轴的设计计算 轴的参考图形与电动机轴一致：具体步骤如下： 1、轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢调质。硬度达到197286HBS,抗拉强度=650MPa，屈服强度=355MPa。=60MPa 2、初步计算各段轴直径 （1）按下列公式初步计算出轴的直径 式中， P传递的功率，kw； A随材料而定的系数。 由第一章可知，P=14.41kW，取 A=107118 则 =33.2636.67mm 在计算截面上有键槽，直径应适当增大4%5%, 则 =34.59 38.14mm 圆整为标准值，=40mm （2）计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=50mm； （3）计算 ，且必须与轴承的内经一致，圆整=55mm，（续表28）初选轴承型号为6211,查附表可知，B=21mm，D=100mm，； （4）计算 ，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=60mm； （5）计算 取=70mm； （6）计算 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 轴各阶梯轴直径列表如下： 名称直径（mm）405055607055 3、计算轴各段长度 （1）计算 半联轴器的长度l=84mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故第一段的长度应比l略短一些，取=80mm; （2）计算 轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取=20mm，主动轴与从动轴的应相等，即，其中为螺钉直径，由轴承外径D=90mm，查表，取=8mm， ， 式中，为箱体壁厚，取=8mm， 取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得； 由于轴承的轴颈直径和转速的乘积，故轴承采用脂润滑，由主动轴与从动轴轴承座宽度应相等可知，主动轴与从动轴的应相等，取 =11mm， 所以 m=8+16+14+8-11-21=14mm, 所以 取 （3）计算 ， 式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 取计算 ; （5）计算 ; （6）计算 取 各段轴长度列表如下: 名称长度/mm80444568840此轴段的图形如下：核轴的强度 大齿轮上的受力情况： 圆周力 径向力 大齿轮分度圆直径300mm,大齿轮的齿宽b=70mm求垂直面的支反力 求水平面的支反力 绘垂直面的弯矩图 绘水平面的弯矩图 求合成弯矩图 轴传递的扭矩 求危险截面的当量弯矩 由图可知，在截面处最危险，其当量扭矩为 如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数=0.6，代入上式得 计算危险截面处的直径 考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，得 ，故其强度足够。其力矩图形如下：水平面M垂直面M第二节 减速器外传动零件的设计计算开式圆锥齿轮的设计计算 开式齿轮的主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断，需要按照弯曲疲劳强度设计，一般情况下并不校核。选择材料及确定许用应力小齿轮选用40MnB调质处理，齿面硬度241286HBS,=730MPa， =600MPa；大齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度197286HBS，则 = 各设计参数的确定 齿宽系数=0.3, 载荷系数K=1.4, 转矩T= 传动比，取 节锥角和的值为 小齿轮的当量齿数 则齿形系数 齿根应力修正系数 分别验算 取值为0.008263、按照弯曲疲劳强度对大端模数m确定 取 m=5 4、圆锥齿轮的主要尺寸的确定 （1）大端分度圆直径 （2）锥距R （3）齿宽b 取 b=66 mm, （4）大端分度圆平均直径 mm 圆锥齿轮的主要参数如下表：参数小齿轮大齿轮材料40MnB调质45钢调质大端分度圆直径/mm105420大端模数m/mm5分度圆锥角 齿顶高/mm=m=5齿根高/mm=6全齿高h/mmh=2.2m=11齿顶圆直径/mm=114.7=422.4齿根圆直径/mm=93.36=417.12外锥距/mm=216.46齿顶角齿根角齿根锥角齿顶锥角齿宽b/mm66 第三章 轴承、联轴器和键的设计计算第一节 轴承的设计计算电动机轴上的轴承的设计计算选择轴承类型及型号由轴径，初选中窄系列的深沟球轴承，即6308, 查附表可知，B=23mm，D=90mm，；计算当量动载荷径向载荷 轴向载荷 则当量动载荷 计算径向额定动负荷因为是球轴承，取 查表可知，分别取 代入计算得 由设计条件可知，此减速器为两班制工作，小批量生产，其预期寿命为12000h20000h,选择其寿命为=15000h则 =11897N52800N 故所选择轴承合适。 轴上的轴承的设计计算选择轴承类型及型号由轴径，初选中窄系列的深沟球轴承，即6211,查附表可知，B=21mm，D=100mm，；计算当量动载荷径向载荷 轴向载荷 则当量动载荷 计算径向额定动负荷因为是球轴承，取 查表可知，分别取 代入计算得 由设计条件可知，此减速器为两班制工作，小批量生产，其预期寿命为12000h20000h,选择其寿命为则 =7886.7N,故挤压强度足够；确定键槽尺寸及相应的公差查表可知，轴槽宽为，轴槽深,r6对应的偏差为。毂槽宽为14JS9，毂槽深，H7对应的极限偏差为 二、轴上的齿轮上的键的设计计算键的类型及选择齿轮传动要求齿轮与轴的对中性好，假设其为中等冲击，故选择A型平键连接。根据轴径d=mm，查得，因齿轮宽度为70mm，故取键长验算挤压强度将,代入公式得挤压应力为查表可得，中等冲击的许用挤压应力=6090MPa,故挤压强度足够；确定键槽尺寸及相应的公差查表可知，轴槽宽为，轴槽深,r6对应的偏差为。毂槽宽为18JS9，毂槽深，H7对应的极限偏差为【注】（1）同理，轴上与联轴器相连的键的尺寸与齿轮上的键的设计方法一致，其尺寸如下：轴径d=mm，键长取为。轴槽宽为，轴槽深,r6对应的偏差为。毂槽宽为12JS9，毂槽深。（2）电动机轴上与联轴器相连的键的尺寸与齿轮上的键的设计方法一致，其尺寸如下：轴径d=mm，键长取为。轴槽宽为，轴槽深,r6对应的偏差为。毂槽宽为12JS9，毂槽深。第四章 减速器箱体及其附件的结构尺寸第一节 减速器的箱体及其结构尺寸箱体的结构尺寸如下表所示：名称计算公式结果/mm箱座厚度8箱盖厚度8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M16地脚螺钉数目4轴承旁联结螺栓直径M12盖与座联结螺栓直径M8螺栓的间距：200300轴承端盖螺钉直径轴承外圈直径90/100直径M8螺钉数目6视孔盖螺钉直径单级减速器M6定位销直径d=（0.7-0.8）6，至外箱壁的距离181628，至凸缘边缘距离85轴承座外径144轴承旁连接螺栓距离S一般取S=144轴承旁凸台半径16轴承旁凸台高度 h待定箱盖、箱座厚7mm,m=7mm大齿轮顶圆与箱内壁间距离10齿轮端面与箱内壁距离9第二节 减速器的润滑与密封 齿轮和箱体的润滑由于齿轮周向速度为v=7.54m/s1.5m/s，所以宜开设油沟、飞溅润滑。而滚子轴承v1.5m/s ，故采用润滑脂润滑。润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。密封方法的选择 1、轴伸出端的密封 此处密封是为了防止轴承的润滑剂漏失及箱外杂质、水分、灰尘等侵入。轴颈圆周速度为7.54m/s,虽然大于7m/s,仍选择密封圈密封。2、轴承室内侧的密封为了防止轴承室内润滑脂泄入箱体，也防止箱体内润滑油溅入轴承室而混合，应在靠近箱体内壁的轴承旁设置封油环。3、箱体接合面的密封 为了保证轴承孔的精度，箱盖箱座连接处剖分面间不得加垫片，只允许在剖分面上涂密封胶。为了提高密封性，在箱座凸缘上面常铣出回油沟，使渗入凸缘连接缝隙面上的油重新回到箱体内。4、其他处的密封轴承盖、窥视孔和放油孔等与箱盖、箱座接封面均需加装纸封油垫或皮封油环，以保证密封效果良好。第三节 减速器的附件及其结构尺寸窥视孔及窥视孔盖窥视孔用来检查传动零件的啮合、润滑及齿轮完好情况，同时并兼做注油孔，可通过它向减速器箱体内注入润滑油。窥视孔常设置在减速器箱盖上方的适当位置，且应有足够的尺寸，以便直接进行观察。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，盖板地步装有纸质封油垫片。平时窥视孔用窥视孔盖板盖住，窥视孔盖板常用螺钉将其固定在箱盖上。其尺寸如下表：名称符号数值/mm盖板尺寸12090螺钉孔尺寸10575窥视孔尺寸9060连接螺钉孔径7孔数4个盖板厚4圆角R5 窥视盖板材料：Q235-A二、通气器 减速器工作时，箱体内的温度和气压较高，用通气器将热膨胀气体及时排出，保证箱体内、外气压平衡，以免润滑油沿箱体接合面、轴伸处及其他缝隙渗漏出来。 其尺寸如下表所示：名称数值183210516403510614114626.919522油面指示器（游标尺） 油面指示器的用途是显示减速器箱体内油面的高度，使其保持合适的油量。指示器尺寸如下：名称dhabcD数值M1641663512852622放油孔及放油螺塞放油螺塞的直径按减速器箱体壁厚的22.5倍选取，取直径为d=20mm，则标记如下：尺寸如下表所示：名称（符号）数值/mmM2017.8D3024.2S基本尺寸21极限偏差l30h15b43C1.0螺塞M20 JB/ZQ 4450-1997油圈3020 ZB71-62（=30,d=20的纸封油圈）油圈3020 ZB70-62（=30,d=20的皮封油圈）材料：纸封油圈-石棉橡胶胶纸，皮封油圈-工业用革，螺塞-Q235第五章 课程设计总结本次用于带式输送机减速器的设计，在不断地计算、验算和总结中，我完成了整个带式输送机减速器的相关内容。整个过程，我收获了很多东西，对所学的课程有了更加深刻的理解，对于各门知识之间的联系有了更为深入的认识。从电动机的选择开始，至此后的齿轮的设计，轴系的设计和校核，到最后的箱体结构及其附件尺寸的设计，我都是一步步查阅资料，进行对比，我所参阅的资料有两本，一本是从学校图书馆数据库中找到的电子版的课程课程设计，另外一本则是机械设计制图手册，两本书相得益彰，书中的资料十分详细，使我在设计过程之中减轻了不少的麻烦。设计过程需要对大学所学过的一些工科知识有比较全面的理解，例如在进行设计时，在对轴的强度校核时，需要材料力学关于应力分析、强度校核的相关理论，在进行选择齿轮材料、轴承材料又涉及到其加工工艺，要求有基本的机械制造的知识作为铺垫；而整个过程之中则要求我们对机械制图、工程制图的基本知识有比较深刻的理解和运用能力。同时，整个设计过程需要反复的进行检查和验算修改，最为突出的就是轴系的设计，我在反复比较书本和参考资料的示例后，才设计出比较合理的轴系结构。此次设计由于在六月初期就已将整个课程设计设计说明书的内容完成，在进入本学期最后两周的课程设计时间时，我的时间相比较而言充裕了很多，可以有更多的时间和精力对设计说明书中不合理的环节进行修改，同时，可以对零件图、装配图成图进行比较细致的考虑。完成本次课程设计，使我对书本上的知识点更为熟悉，特别是对老师强调过的知识点的掌握更为牢固，例如在进行齿轮结构的设计时，其相关的重要参数在设计的过程之中就是对书本上知识点的巩固过程，再比如对于滚动轴承的设计和校核，其本身就是将书本上的知识点运用于设计过程之中。这样的设计过程，通过个人的努力，我对课本的复习更有信心。第六章 参考文献1、机械设计制图手册同济大学出版社，侯镇兵主审，1991年版2、机械制造手册辽宁科学技术出版社，王宛山、邢敏主编，2002年版3、机械课程设计煤炭工业出版社，张文兵，黄宇婧，张小亮主编，2007年版精密机械设计课程设计说明书题目: 量程为0-10mm的百分表设计院 系：工业制造学院专业班级：08级测控技术与仪器学 号：200810114103学生姓名： 李金汉指导教师： 2010 年11月9日一 百分表简介百分表利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用长度测量工具。通常由测头、量杆、防震弹簧、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针等组成。百分表是美国的B.C.艾姆斯于1890年制成的。常用于形状和位置误差以及小位移的长度测量。百分表的大表盘上印制有100 个等分刻度，即每一分度值相当于量杆移动0.01毫米。改变测头形状并配以相应的支架，可制成百分表的变形品种，如厚度百分表、深度百分表和内径百分表等。如用杠杆代替齿条可制成杠杆百分表和千分表。其示值范围较小，但灵敏度较高。此外，它们的测头可在一定角度内转动，能适应不同方向的测量，结构紧凑。它们适用于测量普通百分表难以测量的外圆、小孔和沟槽等的形状和位置误差。 主要用途：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0.01mm,测量范围为0-3、0-5、0-10mm。 测量范围：百分表的结构较简单,传动机构是齿轮系,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,并且有较大的测量范围,不仅能作比较测量,也能作绝对测量。 二 主要由三部分组成：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。百分表的发展趋势：数显 由于传统机械式百分表由人去读表盘刻度，这样就存在读数方法和反应速度等因素带来的误差。为了克服这些缺点，百分表读数在向数字化方向发展。 加快仪表的自动化是当前制造行业发展的大趋势。一般有两种方案可以采用：一种是集位移传感器(光栅、容栅、电感等)、控制、显示与存储等单元于一体的数字式百分表，另外一种就是采用机器视觉技术对机械式的模拟百分表进行自动化识读。由于带指针的模拟式百分表是很多企业特别是传统制造企业使用得非常广泛的一类，于是在已有基础上通过图像识别方法识读表盘是成本相对较低的一种方法。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。三 设计目标设计钟表式百分表，满足以下要求：百分表测量范围为010mm，分度值为0.01mm；百分表的外形尺寸：外壳不大于60mm。百分表的测力应在0.5N至1.5N之间，测力落差（同一点正反向测力之差）不大于0.4N，单向行程测力变化不大于0.5N；示值误差：示值总误差不大于0.0018mm；任一毫米内示值误差不大于0.01mm；回程误差不大于0.003mm；示值变动性不大于0.003mm；测杆移动平衡、灵活、无卡住现象；测杆处于自由状态时，指针应处于从零位开始逆时针30到90之间；当转数指针指示整转数时，指针偏离整转数刻度不大于15；测杆行程应至少超出工作行程终点0.5mm；指针尖端应盖过段刻线长度的30%50%；指针尖端与表盘之间距离应不大于0.7mm；表盘刻度线宽度和指针尖端应为0.150.25mm。目的：（1）.此次课程设计的目的是精密机械设计课的重要组成部分，是打好技术基础和进行技能训练的重要环节。综合运用所学课程的知识进行设计，培养分析和解决实际工程问题的能力。（2）.学习仪器结构设计的一般方法和步骤，提高机械设计水平，树立正确的设计思想（3）.扩大知识范围，学会运用各类技术资料，包括技术标准和手册等。任务： 设计一种钟式百分表，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、传动系数、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，绘制草图和正试图。三 百分表的总体设计和各部分的设计 百分表的最主要设计部件是齿轮齿条的传动设计，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。一定要验算精度。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。百分表的结构设计，应尽量减少百分表的体积和重量，一则携带运送方便，二则节约材料，从而降低生产成本。 为导杆1也是齿轮2 分度圆上的线位移，齿轮3分度圆上的线位移，为齿轮2的分度圆直径，为齿轮3的分度圆直径， 为齿轮4的分度圆直径，为齿轮6的分度圆直径，为齿轮2的模数，为齿轮3的模数，为齿轮4的模数，为齿轮6的模数，为齿轮2的齿数，为齿轮3的齿数，为齿轮4的齿数，为齿轮6的齿数， 分别为齿轮2和4的转动角。（下面有的关这些参数就不再声明）1.传动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小。百分表的读数准确度为 0.01mm。百分表的结构原理如图3所示。当测量杆1向上或向下移动1mm时，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0.01mm。小指针每格读数为l rnm。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。如图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： 齿轮4又分别与齿轮2齿轮6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4,6啮合有可以转换成6的角位移，齿轮6中心轴上带有小指针。根据测量的要求，导杆每转动1mm大指针转动一周，小指针转动周。2模数的设计根据表体的基本尺寸要求，直径为5cm，根据传动精度要求选定=0.2，大概设计=3.2mm，=20mm，=2mm，=20mm。根据=mz,可知=16。由图3可知= 当等于1mm时=，由此可以计算得出=1.989，因此模数的选择将导致实际测量与标度之间的误差。（=1.989=）=-=rad，因此测量时每毫米的测量误差为L=mm，这样可求得表盘上每个刻度误差为mm，这是测量原理误差。考虑到齿轮3,4,6之间的传动精度和与前面的传动步调一致，设定=0.2，因此可得出=100,=10,=100。四 百分表主要部件的设计1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。为28。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, 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0.2。齿轮上及齿条上的压力角与啮合角都相同为。它们的具体几何灿亮的设计如下表：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m0.2分度圆Dm=3.2齿厚sm顶隙c0.25m齿根高1.25m齿顶高m齿距pm齿工作高度h2.25m表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tm齿厚s