精密機械設(shè)計課程設(shè)計-量程為0-5mm的百分表設(shè)計

1、精密機械設(shè)計課程設(shè)計說明書題 目: 量程為0-5mm的百分表設(shè)計院 系：工業(yè)制造學(xué)院專業(yè)班級：09級測控技術(shù)與儀器學(xué) 號：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 不會畫圖的加我qq2012 年1月6日精密機械設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書1、百分表測量范圍為03mm（第一組）、05mm（第二組） 、08mm（第三組）、010mm（第四組）、012mm（第五組），分度值為0.01mm。2、百分表的外形尺寸和配合尺寸應(yīng)符合下圖規(guī)定： （圖1）3、百分表的測力應(yīng)在0.5N至1.5N之間，測力落差（同一點正反向測力之差）不大于0.4N，單向行程測力變化不大于0.5N。4、示值誤差：1)對于測量范圍010mm的表，示值總誤差不大于

2、0.018 mm，對于測量范圍05mm及08mm的表，不大于0.016 mm。2)任意一毫米內(nèi)示值誤差不大于0.01 mm。3)回程誤差不大于0.003 mm。4)示值變動性不大于0.003 mm。5、測桿應(yīng)移動平衡、靈活、無卡住現(xiàn)象。6、測桿處于自由狀態(tài)時，指針應(yīng)位于從零位開始逆時針方向3090之間。7、當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)指針指示整轉(zhuǎn)數(shù)時，指針偏離整轉(zhuǎn)數(shù)刻度不大于15。8、測桿行程應(yīng)至少超出工作行程終點0.5mm。9、指針尖端應(yīng)蓋過短刻線長度的30%80% 。10、指針尖端與表盤之間距離不大于0.7mm。11、表盤刻線寬度和指針尖端寬度應(yīng)為0.150.25mm。指導(dǎo)老師（簽名）： 學(xué)生（簽名目錄1概述4

3、1.1百分表簡介41.2 百分表的設(shè)計意義41.3百分表發(fā)展趨勢41.4設(shè)計類容簡介42任方務(wù)分析設(shè)計案62.1任務(wù)分析62.2設(shè)計方案63百分表的表體設(shè)計及主要部件83.1傳動與顯示原理83.2模數(shù)的設(shè)計83.3傳動導(dǎo)桿和齒輪的設(shè)計93.4游絲的設(shè)計113.5彈簧的設(shè)計134百分表的使用與裝配154.1百分表的使用154.2百分表的裝配155設(shè)計結(jié)論166參考資料171 概述1.1百分表簡介百分表通常由測頭、量桿、防震彈簧、齒條、齒輪、游絲、圓表盤及指 針等組成，常用于形狀和位置誤差以及小位移的長度測量。百分表的圓表盤上印制有100 個等分刻度，即每一分度值相當(dāng)于量桿移動0.01毫米。改變測

4、頭形狀并配以相應(yīng)的支架，可制成百分表的變形品種，如厚度百分表、深度百分表和內(nèi)徑百分表等。如用杠桿代替齒條可制成杠桿百分表和杠桿千分表，其示值范圍較小，但靈敏度較高。此外，它們的測頭可在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動，能適應(yīng)不同方向的測量，結(jié)構(gòu)緊湊。它們適用于測量普通百分表難以測量的外圓、小孔和溝槽等的形狀和位置誤差。1.2 百分表的設(shè)計意義百分表在工業(yè)上的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如測表面跳動或不平度，檢查圓形零件的跳動，當(dāng)然也可用來測量小的直線位移， 測量工件的尺寸、形狀、位置誤差、檢驗機床的集合精度或調(diào)整工件的裝夾位等等，他已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的儀器。1.3百分表發(fā)展趨勢在大批量的百分表檢定中，若采用傳統(tǒng)方

5、式的人眼識讀，不僅效率低、工作量大，而且還存在較大的估讀誤差。因此，加快儀表的自動化是當(dāng)前制造行業(yè)發(fā)展的大趨勢。一般有兩種方案可以采用：一種是集位移傳感器(光柵、容柵、電感等)、控制、顯示與存儲等單元于一體的數(shù)字式百分表，另外一種就是采用機器視覺技術(shù)對機械式的模擬百分表進行自動化識讀。由于帶指針的模擬式百分表是很多企業(yè)特別是傳統(tǒng)制造企業(yè)使用得非常廣泛的一類，于是在已有基礎(chǔ)上通過圖像識別方法識讀表盤是成本相對較低的一種方法。對于百分表的顯示系統(tǒng)，傳統(tǒng)的表盤顯示已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代生活的需要，尤其是在對測量結(jié)果的實時性要求較高的的操作中，人眼的視覺往往不能跟上表針的擺動變化。而數(shù)顯式百分表多采用容

6、柵傳感器將位移量轉(zhuǎn)化為可供電路測量的電壓信號，然后通過單片機采集電壓信號使之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行處理，最終通過液晶顯示器將讀數(shù)顯示出來，這種顯示方式更利于人們的視覺要求，另外數(shù)顯式百分表內(nèi)部可以設(shè)置數(shù)據(jù)存儲器，將整個測量過程的數(shù)據(jù)存儲起來，然后傳送到計算機上進行細致的分析。1.4設(shè)計類容簡介1 百分表測量范圍為05 mm，分度值為0.01mm；2 百分表的外形尺寸和配合尺寸； 圖1-1 百分表尺寸3 百分表的測力是1N，測力落差（同一點正反向測力之差）不大于0.4N，單向行程測力變化不大于0.5N；4 示值誤差：1)測量范圍05mm，示值總誤差不大于0.016mm；2) 任意一毫米內(nèi)示值誤差不

7、大于0.01 mm；3) 回程誤差不大于0.003 mm；4) 示值變動性不大于0.003 mm；5 測桿應(yīng)移動平衡、靈活、無卡住現(xiàn)象；6 測桿處于自由狀態(tài)時，指針應(yīng)位于從零位開始逆時針方向3090之間；7 當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)指針指示整轉(zhuǎn)數(shù)時，指針偏離整轉(zhuǎn)數(shù)刻度不大于15；8 測桿行程應(yīng)至少超出工作行程終點0.5mm；9 指針尖端應(yīng)蓋過短刻線長度的30%80%；10 指針尖端與表盤之間距離不大于0.7mm；11 表盤刻線寬度和指針尖端寬度應(yīng)為0.150.25mm。2 任方務(wù)分析設(shè)計案2.1 任務(wù)分析（1）.本次課程設(shè)計的目的是精密機械設(shè)計課的重要組成部分，是打好技術(shù)基礎(chǔ)和進行技能訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。綜合運用所

8、學(xué)課程的知識進行設(shè)計，培養(yǎng)分析和解決實際工程問題的能力。（2）.學(xué)習(xí)儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般方法和步驟，提高機械設(shè)計水平，樹立正確的設(shè)計思想（3）.擴大知識范圍，學(xué)會運用各類技術(shù)資料，包括技術(shù)標準和手冊等。任務(wù)： 設(shè)計一種鐘式百分表，在分析樣圖和參考圖的基礎(chǔ)上，進行結(jié)構(gòu)方案的比較和選擇，包括示數(shù)裝置、傳動系數(shù)、消除空回裝置、產(chǎn)生測力裝置、導(dǎo)軌、支承、限動器和聯(lián)接等。然后進行總體布局、設(shè)計計算，繪制草圖和正試圖。2.2設(shè)計方案百分表是利用齒條齒輪或杠桿齒輪傳動,將測桿的直線位移變?yōu)橹羔樀慕俏灰频挠嬃科骶?。主要用于測量制件的尺寸和形狀、位置誤差等。分度值為0.01mm,測量范圍為0-3、0-5、0-10

9、mm。這里設(shè)計的百分表是利用齒輪齒條的傳動來實現(xiàn)測微的，測量范圍為05mm。百分比的最主要設(shè)計部件是齒輪齒條，根據(jù)所要求設(shè)計百分表的尺寸大小和百分表的精度要求，首先選擇齒輪的模數(shù)大小，綜合考慮齒輪的直徑，確定各個齒輪的齒數(shù)。同時還要根據(jù)齒輪加工不發(fā)生切齒的最小齒數(shù)要求來決定是否對每個齒輪進行變位。其次，要對游絲進行精心的設(shè)計。百分表的游絲是用來保持齒輪傳動的有效解除，防止齒輪嚙合時不發(fā)生空回，從而保證測量的準確度。另外，也需要對彈簧進行優(yōu)化設(shè)計。彈簧為拉伸彈簧，在測量時保證導(dǎo)桿與被測工件的緊密接觸，因此彈簧安裝時要有一定的初始拉力。百分表的構(gòu)造主要由3個部件組成：表體部分、傳動系統(tǒng)、讀數(shù)裝置。

10、總體大小為：表盤直徑6cm，表體高度11cm。圖2百分表的表體部分和傳動3 百分表的表體設(shè)計及主要部件3.1傳動與顯示原理百分表的工作原理是將被測尺寸引起的測桿微小直線移動,經(jīng)過齒輪傳動放大,變?yōu)橹赣嬙诳潭缺P上的轉(zhuǎn)動,從而讀出被測尺寸的大小。百分表的讀數(shù)準確度為 0.01mm。百分表的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。當(dāng)測量桿1向上或向下移動1mm時，通過齒輪傳動系統(tǒng)帶動大指針5轉(zhuǎn)一圈，小指針7轉(zhuǎn)一格?？潭缺P在圓周上有100個等分格，各格的讀數(shù)值為0.01mm。小指針每格讀數(shù)為l rnm。測量時指針讀數(shù)的變動量即為尺寸變化量?？潭缺P可以轉(zhuǎn)動，以便測量時大指針對準零刻線。如圖3所示外界微小位移通過測桿1傳遞給

11、齒輪2，齒輪2與齒輪3同軸且相連為一體，它們有相同的角速度，由于齒輪2與齒輪3有不同的分度圓半徑，這樣導(dǎo)桿1的微小位移就可以在齒輪3的分度圓上得到放大，放大倍數(shù)是齒輪2與3的半徑比。即： 齒輪4又分別與齒輪2齒輪6相嚙合，這樣一方面，齒輪3分度圓上的線位移可以轉(zhuǎn)換成齒輪4的角位移，帶動大指針5的轉(zhuǎn)動；另一方面，齒輪4的線位移通過4,6嚙合有可以轉(zhuǎn)換成6的角位移，齒輪6中心軸上帶有小指針。根據(jù)測量的要求，導(dǎo)桿每轉(zhuǎn)動1mm大指針轉(zhuǎn)動一周，小指針轉(zhuǎn)動1格。3.2模數(shù)的設(shè)計根據(jù)表體的基本尺寸要求，直徑為5cm，可選模數(shù) =0.2設(shè)計=3.2mm，=40 mm，=4 mm，=40mm。根據(jù)=mz,可知=

12、16。由圖3可知=（2）當(dāng)?shù)扔?mm時=，由此可以計算得出=0.2模數(shù)的選擇將導(dǎo)致實際測量與標度之間的誤差。（=0.1194 =）=-=rad，因此測量時每毫米的測量誤差為L=mm，這樣可求得表盤上每個刻度誤差為mm，這是測量原理誤差?？紤]到齒輪3,4,6之間的傳動精度和與前面的傳動步調(diào)一致，設(shè)定=0.2可得出=200,=20,=200。3.3傳動導(dǎo)桿和齒輪的設(shè)計在保持其他參數(shù)不變的條件下,改變小輪齒數(shù)和模數(shù),計算出小輪的應(yīng)力如下表1和表2。由表1和表2可知：在小輪輪齒受力不變的條件下,隨著小輪齒數(shù)或模數(shù)的增加,相應(yīng)的應(yīng)力也隨之減小;對于接觸應(yīng)力,其受小輪齒數(shù)的影響大于受模數(shù)的影響;對于彎曲應(yīng)

13、力,其受小輪模數(shù)的影響顯著大于受齒數(shù)的影響;在模數(shù)或齒數(shù)較小時(20時),齒數(shù)或模數(shù)的變化對齒輪承載力都有顯著影響。為28。對大模數(shù)齒輪齒條的來說,輪齒折斷所帶來的損失是相當(dāng)嚴重的,因此對彎曲強度可靠性提出較高要求,在滿足其他設(shè)計約束的情況下,應(yīng)優(yōu)先選擇較大的模數(shù)以獲取可靠的承載力。但是由于百分表的尺寸要求和精度要求，在一定范圍內(nèi)應(yīng)選用較小的模數(shù)，這是不可調(diào)和的矛盾，同時百分表測量是所受的力較小，小模數(shù)也可以滿足要求。壓力角的影響：在其他基本參數(shù)不變的情況下,改變壓力角大小, 計算出小輪的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力見表3。 表4齒輪2的幾何計算齒輪2的幾何計算名稱代號計算公式模數(shù)m0.2分度圓Dm齒厚

14、sm頂隙c0.35m齒根高1.35m齒頂高m齒距pm齒工作高度h2.35m表5 齒條1的幾何參數(shù)齒條的的幾何計算名稱代號計算公式模數(shù)m周節(jié)tm齒厚sm徑向間隙c0.35m齒根高1.35m齒頂高m全齒高pm齒工作高度2.35m圖3 齒條的形狀設(shè)計齒條的工作長度為5 mm，但加工時應(yīng)保留一些余量，取加工總長度為8mm。3.4游絲的設(shè)計游絲在儀表中的作用主要是通過預(yù)緊力或作用力矩，達到不論正行程還是反行程齒輪副總是單項齒廓嚙合，消除空行程和傳動系統(tǒng)中的摩擦力。壓力表、血壓表中的游絲是利用其反作用力矩，使中心小齒輪和大齒輪保持單向齒廓緊密接觸，來消除中心小齒輪與大齒輪的嚙合間隙及各傳動軸孔等結(jié)合處的間

15、隙所引起的示值變動性和指針走動的不平穩(wěn)性；并使指針能回到零位標記內(nèi)。在檢修過程中，我們通過看指針走動就可以判斷游絲是否出現(xiàn)故障。例如，百分表游絲未預(yù)緊或預(yù)緊力不夠克服不了傳動系統(tǒng)中的摩擦力，齒輪在齒間間隙中游動，指針表現(xiàn)出松弛狀態(tài)，可以停留在一定范圍內(nèi)任何位置上，很不穩(wěn)定。在壓力表中由于游絲的起始力矩過小或長期使用在不良的環(huán)境中，游絲本身的耐蝕性不佳，以致由于腐蝕的影響而引起其彈性逐漸消退，力矩減小，從而在增減負荷過程中。輕敲外殼后指針擺動不止，示值指示不穩(wěn)定。而由于游絲亂圈，顯著變形：或游絲的彈性差、彈性消退，以致作用力矩難以克服機構(gòu)中摩擦力和空程的影響；或游絲的內(nèi)外圈固定端失控(游絲座脫落

16、或銷子脫出)，以致無法克服機構(gòu)中的摩擦力和空行程的影響；或游絲的外圈觸及機構(gòu)中的其他零件，使其活動范圍受到了一定的限制。或其圈與圈之間接觸，影響作用力矩得不到應(yīng)有的改變都會在增減負荷過程中，當(dāng)輕敲外殼后指針示值的變動量或跳動量遠超過允許誤差值，從而造成輕敲位移超差。而在血壓表中，指針轉(zhuǎn)動不到全量程，在上限對準后指針在沒有轉(zhuǎn)回到下限時，預(yù)針已經(jīng)和膜盒頭子脫離，就需要取出機芯重新安裝游絲當(dāng)空心螺絲在中間位置，預(yù)針自然下垂時。游絲自由端應(yīng)在頂針附近，在此位置把游絲固定到中心輪的軸上。再將其自由端銷緊。若指針轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)或跳針都需要整理或重裝游絲。游絲損壞或變形多數(shù)都是由以下原因造成的：一是人為操作原因

17、在維修保養(yǎng)中不小心讓工具觸動到游絲，使游絲變形；二是震動過大，儀表不小心摔在地上或長期使用在劇烈顫動環(huán)境中：三是沖擊力過大。如突然加壓或加力使測量上限超出最大使用范圍：四是長期使用不保養(yǎng)，游絲太臟產(chǎn)生粘連：五是環(huán)境腐蝕或疲勞使用造成游絲作用力矩消失等。齒輪6游絲圖4游絲的安裝如圖所示，游絲安裝在齒輪6上，用來防止嚙合齒輪的空回。鑒于齒輪6的傳動要求，對其上的游絲的滯后和后效要求較高，這里選擇游絲的寬厚比u=10,u=b/h,(b為游絲的寬度，h為游絲的厚度)。鑒于齒輪6的直徑大小選擇游絲的內(nèi)徑大小d1=4mm，外徑大小d2=16mm。游絲的總轉(zhuǎn)角要求大于，其總?cè)?shù)設(shè)為n=10。根據(jù)傳動力矩大小

18、要求，當(dāng)游絲轉(zhuǎn)動時它的承受力矩M不小于。游絲的總長度L=（5）力矩與轉(zhuǎn)角，游絲寬度b，厚度h的關(guān)系為M=（E為材料的彈性模量，這里游絲的材料用錫銅合金E=），根據(jù)上訴的數(shù)據(jù)可求得h =0.114mm，b =1.14mm。當(dāng)轉(zhuǎn)到最大轉(zhuǎn)角時即=，游絲所承受的力矩為（6）許用彎曲應(yīng)力，=，為材料的安全系數(shù)，錫銅合金為500600，為510，經(jīng)校核設(shè)計符合要求。游絲的最終設(shè)計方案為：材料為錫銅合金內(nèi)徑大小d1=4mm外徑大小d2=16mm總?cè)?shù)n=10厚度h =0.114mm寬度b =1.14mm總長度L=314mm，考慮到其固定端的長度最終的加工長度為336mm。3.5彈簧的設(shè)計百分表的彈簧為圓柱型

19、拉伸彈簧。用來固定導(dǎo)桿的運動，根據(jù)百分表的設(shè)計空間大小，彈簧的設(shè)計選用簧絲的直徑大小為d=0.2mm，旋繞比為C=10，C=D/d，D為彈簧的中徑大小D=10mm。技術(shù)要求測力在0.515N之間，為克服機構(gòu)內(nèi)部摩擦，應(yīng)選大于0.5N力作為F1.技術(shù)要求規(guī)定測力變化不大于0.5N，即F1-F20.5.取F1=0.6N,F2=1N。根據(jù)公式可得1=15mm，2=25mm。選擇不銹鋼絲為材料許用切應(yīng)力843N.mm-2切邊模量G=78000N.mm-2 經(jīng)驗算，直徑為0.2mm的鋼絲符合要求。下面計算彈簧圈數(shù)：可取n=150，即150圈。（8）彈簧的最終設(shè)計為：簧絲的直徑大小為d=0.2mm中徑D=

20、2mm旋繞比為C=10有效環(huán)數(shù)n=150自由長度（n+1）d+2D1=51mm。4 百分表的使用與裝配4.1 百分表的使用測量前應(yīng)將測桿、測頭及工件擦凈，裝夾表頭時夾緊力不宜過大，以免套筒變形及測桿移動不靈活。測量時應(yīng)把表裝夾在表架或其它可靠的支架上，否則會影響測量精度。使用百分表對批量工件進行比較測量時，要選用量塊或其它標準量具調(diào)整百分表指針對準零位，然后把被測工件置放在測頭下，觀察指針偏擺記取讀數(shù)，確定被測工件誤差。測量平面時，測桿應(yīng)與被測平面垂直；測量圓柱面時，測桿軸線應(yīng)通過被測表面的軸線，并與水平垂直。同時根據(jù)被測工件的形狀，粗糙度等來選用測量頭。為了保證測量力一定，使測頭在工件上至少

21、要壓縮2025個分度，將指針與刻度盤零位對準，然后輕提測桿12mm，放手使其自行復(fù)原，試提23次，若指針停在其它位置上應(yīng)重新調(diào)整零位。讀數(shù)時視線要垂直于表盤觀讀，任何偏斜觀讀都會造成讀數(shù)誤差。4.2百分表的裝配有操作者隨意更換內(nèi)徑百分表的表頭，或把這只內(nèi)徑百分表的表頭與那只內(nèi)徑百分表的表頭混用，或?qū)C床調(diào)試用的百分表用來作內(nèi)徑百分表的表頭，他們認為經(jīng)過計量部門檢定合格的百分表就可以更換，其實，這種作法是錯誤的。根據(jù)內(nèi)徑表檢定規(guī)程(JJG-89)，以測量范圍為1835mm 的內(nèi)徑百分表為例，為0.015mm。此示值誤差包括兩部分：一是表頭部分其最大的示值誤差(即百分表)，二是表架傳動部分，它是通過在檢定內(nèi)徑百分表時系統(tǒng)調(diào)整綜合性檢定的。也就是說內(nèi)徑百分表的示值誤差為表頭示值誤差與支架傳動部分誤差的疊加。經(jīng)計量部門檢定為合格的內(nèi)徑百分表，說明其總示值誤差沒有超