哈尔滨理工大学测控百分表设计

哈尔滨理工大学课程实践题目百分表设计姓名班级学号指导教师成绩目录一机械式百分表设计311技术要求312设计内容3二百分表的用途及其工作原理321用途322工作原理3三任务和方案分析比较431百分表的组成432百分表的结构分析及方案确定4四各机构设计参数的确定与计算541传动系统的设计与计算542示数装置的设计与计算743游丝的设计与计算844测量力矩的设计与计算12五百分表设计的优缺点与改进建议14六参考文献14七学习心得14百分表设计一机械式齿轮百分表设计任务书11技术要求（1）百分表的测量范围为010MM，分度值为001MM。（2）量杆行程至少应超过工作行程05MM。（3）百分表的外壳直径不大于60MM，装卡部分直径为装卡部分长度MM。87H16（4）百分表的测量力在049N147N范围，同一点正反向测量力之差不大于045N。（5）本百分表为一级精密百分表。其示值误差、回程误差和示值变化要求如下全量程示值误差不大于0020；1任一毫米示值误差不大于0009MM；2机构空回误差不大于0005MM；3示值变化不大于0003MM。412设计内容（1）总装配图一张（一号图纸）（2）零件图12张（四号图纸）（3）设计说明书一份二百分表的用途及其工作原理21用途机械式百分表是齿轮传动式测微指示表，主要用作比较测量，也能用作绝对测量，也可用于精密机械仪表及工件的形位误差（如平行度、圆度、对称度等）进行精密测量，也可对产品进行检验、安装、鉴定，其测量精度较高，可达001MM。但由于百分表分度较小，故不能对较大尺寸进行测量。22工作原理被测尺寸（或偏差）引起测杆微小直线移动，经过齿轮传动和放大，变为指针在刻度盘上的传动，从而直接读出被测尺寸（或偏差的）的大小。下图1为百分表传动示意图。百分表的齿条和齿轮的模数，当测杆被工019M件抬高1MM时，齿条上升16齿，由于齿轮是16齿，所以1/0196M2Z齿条推动齿轮转动转。与同轴的大齿轮是100齿，所以转过10齿。小齿轮2Z/02Z3Z3是10齿，经带动后，以及固定在其轴上的长指针正向转过一周，因为刻度盘为1Z31100等分，故当测杆移动1MM时，长指针转过100个分度，从而将微小移动转化为指针的转动。由此可见，指针转过一个分度，就相当于测杆转动001MM。图1百分表传动示意图三任务和方案比较分析31百分表的组成百分表有示数装置、传动装置、消除误差装置，产生测量力装置，防震装置及轴承板导槽、导轨装置组成。32百分表的结构分析及方案确定321示数装置由标尺、指针等构成。标尺直标尺、圆盘标尺、螺旋标尺、鼓轮标尺。根据百分表的结构特点，选用圆盘标尺度盘。指针一般有同心指针、不同心指针，根据百分表结构简单的特点，选用不同心指针。度盘颜色一般用黑、白、灰、黄等几种颜色，一般选用白色，加上黑刻线，显得清楚明朗。322传动装置百分表具有外形要求小，内部紧凑，传动精度高的特点。选用齿轮传动键，其放大倍数为（为指针半径，为百分表量程）。2/KRSS323消除回空误差装置消除空回误差的方法，常用的有利用弹簧消除侧隙，固定双片齿轮，利用接触游丝，调整中心距等。考虑到百分表的结构特点实现的难易程度，选用接触游丝消除侧习得方法。将游丝装在一根轴上，利用其产生的反力矩，迫使各级齿轮再传动时总在固定的齿面啮合，从而消除了侧隙对空回的影响。为了消除轴和轴承之间的摩擦力，游丝安装时应具有初应力，则应从开始位置是，系统力就封闭，其初始应力通过游丝的初始位置转过转角来2决定。324产生测量力装置该装置有三种利用扭簧、利用拉簧、利用拉簧杠杆、滚轮组合。利用拉簧的装置往往被表面结构限制，因为要产生足够大的测量力，其旋转圈数就须增加，则结构体积变大。利用拉簧的装置可占用小空间而产生比扭簧大的力，但拉簧需装在测杆上，当随着拉簧的不断拉长，会使测杆倾斜导致测杆与导轨的摩擦力增大，使测杆与导轨的间隙变小，直接影响测量精度，且表面易损伤。利用拉簧杠杆滚轮组合的方式，能克服前者的不足，又能满足百分表的要求，故选用拉簧杠杆滚轮的组合结构。该结构利用杠杆原理，使百分表在测量过程中测量力尽量小，测杆在工作中也较稳定，从而减小了测杆与导轨之间的摩擦，延长了使用寿命。325其他辅助设计的设计1）导轨有铜材套及自接轴套两种，而前者使摩擦力有效地降低，故选用前者。2）限动装置限动装置用于控制仪器的工作范围，常用螺钉，滑道等限位，在本表中上限选用钉而下限位直接采用防限位。3）防震装置为了使百分表在震动情况下仍可以在较大震动下能自我保护，采用测杆上加一防震滑动块的方法，并使其通过有初应力的拉簧和装置中的齿条相连，当外力大于这个弹簧，的初应力时，拉弹簧带动震弹簧，拉伸防块与齿条相脱离，达到了防震的目的。4防转装置为了保证百分表数值的确定，在侧杆杆转动时示值变化不超过分度值的1/3，需采用防转装置，最简单的防转装置是运动件和承导件的接触。表面上做出凸起和凹槽，利用一个大头螺钉装在运动件上，是螺钉帽与某一个平面相接触，靠两者之间的摩擦防止转动，另一个方法是利用辅助导面，这种方法可以更好的限制运动件转动，在防震装置中用了两个侧杆从连接防震滑块和齿条，在此装置中利用此两个辅助侧杆，辅助导面由于难以直接加工在壳件上，因此可用螺钉将型辅助导面固定在壳体上，侧杆和滑道间为间隙配合，要选自己并尽量减少侧杆与滑道之间接触面积，以减少摩擦力。5轴承板（主夹板）利用整体轴承板已达到结构紧凑易于加工以及精度高的目的，材料为H68，轴承采用旋转精度高，摩擦力小的宝石轴承。6连接方式以及定位方式本百分表采用螺纹连接及圆柱连接，指针套与轴采用圆锥销连接，定位方式采用圆柱锁定位。7方案的确定综上所述比较分析，本百分表方案如下由拉簧杠杆滚轮来产生测量力，用齿轮传动机构及表针来实现微小位移的放大，利用装在最后一级齿轮上的游丝来实现齿轮系统的无侧隙单面啮合，导轨采用青铜作衬套，防转系统用导槽来实现。连接方式为螺纹连接，定位方式为圆柱销定位。此方案能满足技术要求和使用要求。四各机构设计参数的确定和计算41传动系统的设计计算已知最大行程，最大转角为，,其设计ZMS5AXMAX1AH350C2过程如下表1。表1传动系统的设计过程项目依据及计算过程结果1模数M小模数齿条在螺旋磨床上加工螺距，即为齿T条的周节，则，值已标准化为/TM取190M05，0625，所以，。1590M2确定传动比MAXAXM2/SRDSI，又同为1ZR5AX1所以。0/2/MAX32S10/32Z3的确定1Z因为，AX1SR/1ZR所以6/MAZ16Z4的确定420405及的确2Z3定因为，/32DZM4,所以，10/32Z81取10，则100221Z36轮廓尺寸计算（1）的变化3Z系数（2）的尺寸2（3）的尺寸3Z（4）24,（5），3Z的中心距2,因为，故需变位，3107Z41/MINXMDDZHMZDHMZAAAAAA120/12/14096432106392334243311313243001AAXMDD取7、验算齿顶厚（1）Z1/046ARCOS58235TN79BAASRDMV103465ASM（2）24Z,1/2031468/07593140754AASRMV124376ASM合格（3）3Z/2TAN0190196TAN20415RCOS/3704152106721490394AAASMDRSM392MAS合格8验算重合度（1）32A4（2）齿厚MBAZAZ103417242/TNTTNT3A2）（342170ABM选如果变位系数选择可能出现齿顶变齿、齿廓干涉一系列问题，因此选择变位系数应在如下基本限制条件下得到保证1不发生根切2不产生齿廓干涉3有足够的齿顶厚度（02504）MSA4有足够的重合度14其中TANZTN/2ZSA21）（）（VARA42示数装置的设计与计算1大刻度盘表2大刻度盘的设计过程项目依据及计算结论外径结构要求小于54MM54MM内径结构要求小于外径，取32MM32MM示值上限1MAAX1MM示值下限0MAIN0MM示值范围1AX1MM分度值/001MM标度角36360分度角AX/1036短标线长取MLIN3MM长标线长取4545MM分度尺寸692736/8R169MM标线宽度取B02MM10B02MM大指针半径取R24MM24MM2小刻度盘表3小刻度盘的设计过程项目依据及计算结论外径取10MM10MM内径取8MM8MM示值上限5MAAX5MM示值下限0IN0MM分度值1/1示值范围5MM标度角8MAX180分度角36/536标线长度L1MM1MM分度尺寸14M/180RL314MM标线宽度3TB03MM大指针半径取R5MM5MM43游丝的设计与计算1计算轴在水平放置和垂直放置的摩擦力矩轴的材料为T12，密度为，齿轮的材料也为T12，齿宽为1MM，齿轮3825G/CM轴I的形状与尺寸如下图2。图2轴I的形状与尺寸标注表4轴I摩擦力矩计算过程项目计算及依据结论1轴I的体积83265IV轴3IM2658轴V2齿轮II的体积IM04轮I04轮3总体积37总37总4水平放置的摩擦力矩265NNM265N5垂直放置的摩擦力矩MF0M0根据上面的计算结果，水平放置时大，故取。1F1F以下的两种轴的计算只需要计算水平放置时的摩擦力矩即可。2轴的摩擦力矩的的计算2FM图3轴II的形状与尺寸标注表5轴II摩擦力矩计算过程项目计算依据结论1轴的体积V轴213685MM313685MM32轴的F2F20001166N0001106N3水平放置MF2MF2000011N000011N3轴的计算游丝座的材料，轴套为GCR18，。389NQSM克379GM表6轴III摩擦力矩计算过程1轴的体积3385124/0146V轴12855MM32齿轮Z4的体积V轮4V轮2264806MM3264806MM33总体积69M轴轮总25966MM34总重量NF0291583002099N5游丝座体积384MV游18133MM36游丝座重量NG01509游0000158N7轴套重量23867套000023N8轴套体积30164/53MV）（套3016MM39轴承重量NGF283套游00228N10水平放置的摩擦力矩MF3000226NMM000226NMM将各轴的最大力矩折算到游丝轴上，当功从一根轴上传递到另一根轴上时，如果你忽略了阻力作用的功，应用是功的保持不变，则常数。WM取转换到游丝轴上的力矩42432/WMFFF,10/43ZW12Z所以260650FNM取安全系数为3则MFM01833时的转角位，是的五倍，则。MAXM5/2MAXIN50915NM设计游丝选锡青铜。6NQS取12,7,18,4,120NUDEP表7游丝的计算与设计项目计算依据结论1游丝长度MDNL4152/1415MM2游丝厚度调整后为H089009MM009MM3游丝宽度MEHFMBM65012IN3065MM4校核最大应力3,/6BBSN即MINAX5M0912MAX/76NBHB合格5盘绕游丝个数648/21取NHDK66实际的U7/BV7244产生测量力矩机构的设计与计算采用弹簧杠杆滚轮机构的导轨摩擦力矩和游丝对测杆作用力均可FFMAXINF游（略去不计。PPFF471471MINAXMAX游F49090IN式中导轮摩擦力FF为测杆重量PMAXIN游（弹簧的最大，最小拉力I,F游丝最大工作转角和初始角MAXIN由得NM98021/4709F21FMINAX）（由结构可知参数ML627H9182MH281MH329所以有NFHLM0131H38FM2选用碳素弹簧钢丝故801LMPA表8测量力矩机构的设计与计算项目计算及依据结果1弹簧应力MD323MM2预选弹簧丝直径D04MM04MM3许用应力NB/150MLB/684688N/MM4旋转比572DDC755曲度系数197604C1K11976验算JD03404J合格7计算NN344圆取整34348计算BHM41901929求刚度F2802810求初应力0N5430219330543N11验算自由度8F05410FH28102没合格12验算初应力DDZ/28013其他尺寸（1）内径1230426DDM26MM（2）外径34MM（3）节矩T04MM（4）展开长度239LHR3393MM（5）螺旋升角221ACTN/45,8RDHM24314验算同一点、正反向测力之差大于045N带导轨的最大摩擦力AX02FN的来源MAXF1）测杆处于最大量程处；2）测杆小于数量3）游丝恢复力矩较小可不计MAX105203125N0225N五仪表的优缺点、改进意见及其他说明问题1优点本设计采用的是侧拉簧杠杆滚轮产生测量力的装置，采用了辅助面式防转装置，测杆防转效果好，同时还带有防震装置，使其在震动的环境下也能工作，提高了表的测量精度和扩大了使用范围，本表测量误差小，各表在保证精度前提下使用了经济性的材料，成本较低，大多数零件为标准件适合大量生产及修配。2缺点本表零件几乎全用金属件组成，比较重，齿轮传动系统由于个参数较小，制造起来不易。3改进意见及其他需要说明的问题本设计说明书中新用到数据由于资料有限，很多未进行标准化，为应分别单项计算的数据只是按设计思路进行的最佳选择。这样难免会产生误差甚至错误。另外，为使各要求指标达到设计的精度要求，衬套应使用铜合金之类的软材料，以减少测量力对测头冲击而影响精度。六设计参考资料1精密机械设计天津大学，庞振基、黄齐圣主编，北京