燕山大学弹簧管压力表

1、目录 一 摘要. .2 二 设计任务概述. .31. 课程设计的目的2. 弹簧管压力表设计任务要求3. 技术指标二 弹簧管压力表概述.4 1. 工作原理三参数选择计算. 51. 弹簧管的设计计算2. 曲柄滑块机构的设计计算3. 齿轮传动机构5 课程设计总结 .15 参考文献 .16摘要弹簧管压力表是一种以弹簧管作为灵敏部分用来测量气体压力的仪表作为灵敏元件的弹簧管可以把气体压力转变为管末端的位移，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转角放大，带动指针偏转，从而指示压力的大小。将转角放大便于测量，可以提高测量精度。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

2、材料、加工等）会造成一些线性误差，弹簧管形状的不直、不均匀也会导致非线性误差。曲柄滑块机构可以补偿弹簧管的线性及非线性误差。从 00.6Mpa 调整满足满刻度精度为线性误差调整，中间部分不均匀调整为非线性误差调整。设计过程及计算结果一 设计任务概述1. 课程设计的目的1. 巩固、实践课堂讲过的知识本课程设计的内容（任务） 本次课程设计就是把学过的知识应用到机械仪表的设计中，培养从整体上分析问题、解决问题的能力。并进一步加深对学过的知识的理解、巩固。2. 掌握正确的设计思想通过课程设计使同学掌握仪表的设计思路。机械产品设计，一般其主要过程为：（接受）设计任务（拟定）设计方案设计计算绘制装配图绘制

3、零件图3. 设计过程中需注意以下内容：1）满足使用要求（功能、可靠性及精度要求）2）注意工艺性（结构合理、简单，经济性，外观要求 ）4. 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。因此在课程设计过程中要求同学学习、掌握查阅标准及使用手册的能力2.弹簧管压力表设计任务要求1) 总装配图1张2) 设计说明书1份3. 技术指标1) 测量范围：00.6Mpa2) 线性刻度：240°3) 外形尺寸：100mm设计过程及计算结果4) 精度：2.5 级5）工作环境： 无振动， ± 20二弹簧管

4、压力表概述1.工作原理弹簧管压力表由三部分组成：弹性敏感元件、传动放大机构和示数装置。其原理结构框图如下弹簧管标尺示数齿轮传动曲柄滑块机构 a灵敏元件将不便直接测量的物理量转变成易于测量的物理量。弹簧管压力表讲弹簧作为敏感元件，将不便于比较的压力转换为易于测量的位移。传动放大机构传动放大机构由曲柄滑块机构和齿轮传动机构组成。其目的为了传递和放大位移，改变位移性质和等分刻度，并且具备一定的补偿性和同时保持线性对应关系。 设计过程及计算 结果弹簧工作原理 弹簧是弯曲呈弧形的空心管，其截面是椭圆形或扁平形，它的接口焊接在带孔的接头中并固定在仪表的基座上，而封闭端为自由端，与传动机构相连。弹簧管就是在

5、利用任意非圆形截面的管子在压力作用下其截面将力图变为圆形，从而引起位移的原理制成的。压力表中弹簧管自由端与连杆相连，而连杆又与变形齿轮后端的曲柄及弹簧本身构成滑块机构，该机构可将自由端的直线位移转为曲柄的角位移，齿轮机构又将位移放大，并由中心轴带动指针，在标尺上显示准确示数。三参数选择计算1. 弹簧管的工作原理 设计过程及计算 结果弹簧管在内压力的作用下，任意非圆截面的弹簧管的截面将力图变为圆形。从管子中截取中心角为dg 的一小段。通入压力 p 后，管截面力图变圆，中性层 xx 以外各层被拉伸（如 ef® ef），以内各层被压缩（如 ki® ki）。材料产生弹性恢复力矩，力

6、图恢复各层原来长度，从而迫使截面产生旋转角 dj ，使管子中心角减小，曲率半径增大。若管子一端固定，自由端便产生位移，直至弹性平衡为止。2. 末端位移计算弹簧管中心角变化与作用压力之间的关系中径R=52.7mm壁厚h=0.6mm中心角=240弹簧管的设计计算 毛坯外径=15mm材料：锡磷青铜 Qsn4-03=0.3E=1.2×105Mpa 设计过程及计算 结果和'-弹簧管变形前、后的中心角R-弹簧管中性层初始曲率半径h- 管壁厚度a 和 b -横截面中性层长轴半径和短轴半径E 和-材料的弹性模量和泊松比C1 和 C2-与 a/b 有关的系数，查表取之-R( sin ) 位移切

7、向分量tt=位移径向（法向）分量rr= - R(1 cos )自由端位移-R ( sin ) 2 + (1 cos ) 2 = = arc tanrt位移与切向分量夹角 设计过程及计算 结果 根据设计要求，弹簧管=100mm,P=0.6MPa,查表得 r265° R =52.7mm a = 10.24mm b =2.7mm h =0.6mm C1=0.446 C2=0.121经计算，得 =4.63mm =10.74°3.曲柄滑块机构的设计计算1) 理想传动比计算：i=psp×180.=0.0754 、 的选择为简化计算，常引入无量纲系数：取 =1、=22) 确定起

8、始角H和终止角F 设计过程及计算 结果 为了满足线性要求，P最好分布在极值左右，如上图所确定H=-10°和F=10°(H和F分别表示起始工作点和终止工作点)。3) 根据HF范围内对应的ia变化，取平均值iac作为设计的依据。 iac=iah+iao2=1.01 4) 由式iac=ai，即可求出曲柄长度a。a=iaci=1.010.0754=13.43mm5) 根据选定的 和，可求出b、d之值。b=a=26.86mm d=a=13.43mm6) 校验非线性度。是否小于允许值【a】，若超过则应重新选取另外的曲线进行计算 a=S1-S2Sp×100% 式中S1-对应某一

9、角度时滑块的实际位移量，可用公式计算 S2-对应角度时滑块的理论位移量，可用公式计算： 设计过程及计算 结果S2=Sp-Hp非线性度校验：曲柄每转过2°进行一次误差计算-10°-8°-6°-4°-2°0°S1 00.4630.9281.3951.8632.232S2 00.4630.9261.3891.8522.315000.04%0.13%0.24%0.37%2°4°6°8°10°aS12.8013.2693.7364.2014.641S22.7783.2413.7044.

10、1674.6320.48%0.6%0.09%0.73%0.73%2.5级经校验曲柄的滑块机构合格。4曲柄滑块的二维视图1) Caxa的二维简介CAXA四个字母是由：C-Computer（计算机），A- Aided（辅助的），X（任意的），A-Alliance、Ahead（联盟、领先）四个字母组成的，其涵义是"领先一步的计算机辅助技术和服务"（Computer Aided X Alliance - Always a step Ahead）。CACX的特点：1.设计、编程集成化 “CAXA线切割xp”可以完成绘图设计、加工代码生成、连机通讯等功能，集图纸设计和代码编程于一 设计

11、过程及计算 结果2.完善的数据接口 “CAXA线切割xp”可直接读取EXB格式文件、DWG格式文件、任意版本的DXF格式文件以及IGES格式、DAT格式等各种类型的文件，使得所有CAD软件生成的图形都能直接读入“CAXA线切割xp”，这样不管用户的数据来自何方，均可利用“CAXA线切割xp”完成加工编程，生成加工代码。 3.齿轮、花键加工功能解决任意参数的齿轮加工问题。输入任意的模数、齿数等齿轮相关参数，由软件自动生成齿轮、花键的加工代码。 2) 四杆机构的展示 四杆机构的二维图5. 零件尺寸的确定弹簧管：=100mm r266 ° R =52.7mm A=10.24mm 设计过程及

12、计算结果 B =2.7mm h =0.4mm材料为 Qsn4-0.3曲柄滑块机构：a=13.43mm b=26.86mm d=13.43mmp=20° H=-10° F=10° 0=0° 齿轮机构：取 m =0.3 Z1=20 i=12Z2 = 240 OA=78mm小齿轮分度圆直径 d1=mZ1/2=6mm 小齿轮的齿顶高 ha=ha*m=0.3mm 小齿轮的齿根高 hf=(hf*+c*)m=0.375mm 小齿轮全齿高 h= ha+ hf=0.675mm 小齿轮齿顶圆直径 da1=d1+2ha=(z1+2ha*)m=6.6mm 齿根圆直径 df1=

13、d1-2hf=5.25mm 基圆直径 db1= d1cosa=5.64mm 周节 p=3.14m=0.942mm 齿厚 s=p/2=0.47mm 中心距 a=m(z1+z2)/2=78 齿间距 e=p/2=0.47mm扇形齿轮的相关参数的计算方法与小齿轮的一样结果请见下表 设计过程及计算 结果 扇形齿轮参数表名称代号结果(mm)模数m0.3分度圆直径d172齿顶高ha0.3齿根高hf0.375全齿高h0.675齿顶圆直径da272.6齿根圆直径df271.25基圆直径db267.66周节p0.94齿厚s0.47齿间距e0.476. 弹簧管压力表的二维展示设计过程及计算结果 弹簧管压力表2.5级表测量允许误差为：在测量范围内任一压力处测量 值 与 标 准 值 （ 标 准 表 的 示 值 ） 之 差 小 于 满 幅 压 力pmax×2.5%。即仪表允许误差为： 0.25Mpa ×2.5% 0.00625Mpa设计过程及计算结果四课程设计总结通过大约一周的课程设计，我学会了精密机械课程设计的一般方法与步骤，并且通过课程设计的实践，锻炼了自我动手动脑能力，使得课堂上所学知识得到了更深刻的理