1、 壓力表課程設計 1 壓力表課程設計要求壓力表課程設計要求 2 壓力表設計計算壓力表設計計算 1、壓力表概述、壓力表概述 2、測量環節參數的選擇與計算、測量環節參數的選擇與計算 3、游絲設計、游絲設計 4、零件尺寸的確定、零件尺寸的確定 3 課程設計報告課程設計報告 4 其它其它 壓力表課程設計1.鞏固、實踐課堂講過的知識鞏固、實踐課堂講過的知識 本課程設計的內容（任務）：本課程設計的內容（任務）： 本次課程設計就是把學過的知識應用本次課程設計就是把學過的知識應用到機械儀表的設計中，培養同學從整體上到機械儀表的設計中，培養同學從整體上分析問題、解決問題的能力。并進一步加分析問題、解決問題的能力

2、。并進一步加深對學過的知識的理解、鞏固。深對學過的知識的理解、鞏固。 1 壓力表課程設計要求壓力表課程設計要求壓力表的結構設計壓力表的結構設計 壓力表課程設計掌握正確的設計思想。掌握正確的設計思想。 通過課程設計使同學掌握儀表的設計通過課程設計使同學掌握儀表的設計思路。機械產品設計，一般其主要過程為：思路。機械產品設計，一般其主要過程為：（接受）設計任務（擬定）設計方案（接受）設計任務（擬定）設計方案設計計算繪制裝配圖繪制零件圖設計計算繪制裝配圖繪制零件圖 設計過程中需注意以下內容：設計過程中需注意以下內容： 1）滿足使用要求（功能、可靠性及精度）滿足使用要求（功能、可靠性及精度要求）要求）

3、2）注意工藝性（結構合理、簡單，經濟）注意工藝性（結構合理、簡單，經濟性，外觀要求）性，外觀要求） 壓力表課程設計熟悉有關規范、標準、手冊熟悉有關規范、標準、手冊 設計中涉及到的零件材料、結構等，設計中涉及到的零件材料、結構等，均需按照有關標準選擇；零件的尺寸、公均需按照有關標準選擇；零件的尺寸、公差等亦應符合相關標準；制圖也要符合一差等亦應符合相關標準；制圖也要符合一定的規范。因此在課程設計過程中要求同定的規范。因此在課程設計過程中要求同學學習、掌握查閱標準及使用手冊的能力。學學習、掌握查閱標準及使用手冊的能力。 壓力表課程設計 壓力表課程設計1.測量范圍測量范圍 00.16Mpa2.外廓尺

4、寸外廓尺寸 外徑外徑150mm 高度高度55mm 接口接口M20 1.5（普通螺紋、外徑（普通螺紋、外徑20、螺距、螺距1.5）標尺標尺 等分刻度等分刻度（滿程（滿程0.16Mpa） 標度角標度角270 、分度數、分度數80（格）（格）、 分度值分度值（0.02Mpa）3.精度精度 1.5級級27000.160.02 壓力表課程設計1.設計說明書設計說明書兩張相關零件圖兩張相關零件圖 （3號或號或4號圖）號圖）2.壓力表三維模型（壓力表三維模型（Pro-E）、爆炸圖）、爆炸圖 壓力表課程設計 彈簧管壓力表是一種用來測量氣體壓力彈簧管壓力表是一種用來測量氣體壓力的儀表。的儀表。 壓力表的組成：壓

5、力表的組成： 靈敏部分靈敏部分（彈簧管）（彈簧管） 傳動放大部分傳動放大部分（曲柄滑塊、齒輪機構）（曲柄滑塊、齒輪機構） 示數部分示數部分（指針、刻度盤）（指針、刻度盤） 輔助部分輔助部分（支承、軸、游絲）（支承、軸、游絲） 2 壓力表設計計算壓力表設計計算 壓力表課程設計 工作原理工作原理 作為靈敏元件的彈簧管可以把氣體壓力作為靈敏元件的彈簧管可以把氣體壓力轉變為管末端的位移，通過曲柄滑塊機構轉變為管末端的位移，通過曲柄滑塊機構將此位移轉變為曲柄的轉角，然后通過齒將此位移轉變為曲柄的轉角，然后通過齒輪機構將曲柄轉角放大，帶動指針偏轉，輪機構將曲柄轉角放大，帶動指針偏轉，從而指示壓力的大小。將

6、轉角放大便于測從而指示壓力的大小。將轉角放大便于測量，可以提高測量精度。量，可以提高測量精度。 壓力表課程設計O靈敏部分靈敏部分-彈簧管彈簧管p傳動放傳動放大大-曲柄曲柄滑塊機滑塊機構構傳動放大傳動放大-齒輪傳動齒輪傳動 壓力表課程設計 壓力表工作原理框圖壓力表工作原理框圖 彈簧管的壓力位移是線性關系，但彈簧管本彈簧管的壓力位移是線性關系，但彈簧管本身的工藝問題（如材料、加工等）會造成一些線身的工藝問題（如材料、加工等）會造成一些線性誤差，彈簧管形狀的不直、不均勻也會導致非性誤差，彈簧管形狀的不直、不均勻也會導致非線性誤差。線性誤差。 曲柄滑塊機構可以補償彈簧管的線性及非線性曲柄滑塊機構可以補

7、償彈簧管的線性及非線性誤差。誤差。 從從00.16Mpa調整滿足滿刻度精度為線性誤差調整滿足滿刻度精度為線性誤差調整，中間部分不均勻調整為非線性誤差調整。調整，中間部分不均勻調整為非線性誤差調整。 注：參考趙英老師的網絡錄像。注：參考趙英老師的網絡錄像。彈簧管彈簧管齒輪傳動齒輪傳動標尺示數標尺示數ps(線性轉換)(線性傳動)(線性刻度)曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構(近似線性傳動) 壓力表課程設計 本次壓力表課程設計的主要設計計算內容本次壓力表課程設計的主要設計計算內容1）彈簧管：結構設計計算、末端位移計算）彈簧管：結構設計計算、末端位移計算2）曲柄滑塊機構：結構設計計算）曲柄滑塊機構：結構設計計算

8、3）齒輪傳動結構：結構參數計算）齒輪傳動結構：結構參數計算4）游絲：參數計算）游絲：參數計算 壓力表課程設計一、彈簧管設計計算一、彈簧管設計計算二、曲柄滑塊機構設計計算二、曲柄滑塊機構設計計算三、齒輪傳動機構設計計算三、齒輪傳動機構設計計算四、原理誤差計算四、原理誤差計算 壓力表課程設計1.原理原理（參閱教材（參閱教材p352） 彈簧管在內壓力的作用下，任意非圓彈簧管在內壓力的作用下，任意非圓截面的彈簧管的截面將力圖變為圓形。截面的彈簧管的截面將力圖變為圓形。 從管子中截取中心角為從管子中截取中心角為d 的的一小段。通入壓力一小段。通入壓力p后，管截后，管截面力圖變圓，中性層面力圖變圓，中性層

9、xx以外以外各層被拉伸（如各層被拉伸（如efef），以），以內各層被壓縮（如內各層被壓縮（如kiki）。）。材料產生彈性恢復力矩，力圖材料產生彈性恢復力矩，力圖恢復各層原來長度，從而迫使恢復各層原來長度，從而迫使截面產生旋轉角截面產生旋轉角d ，使管子中，使管子中心角減小，曲率半徑增大。若心角減小，曲率半徑增大。若管子一端固定，自由端便產生管子一端固定，自由端便產生位移，直至彈性平衡為止。位移，直至彈性平衡為止。OOxxefkiefkid d -d d 壓力表課程設計末端位移計算末端位移計算1）彈簧管中心角變化與作用壓力之間的關系）彈簧管中心角變化與作用壓力之間的關系 和和 彈簧管變形前、后的

10、中心角彈簧管變形前、后的中心角 R彈簧管中性層初始曲率半徑彈簧管中性層初始曲率半徑 h管壁厚度管壁厚度 a和和b橫截面中性層長軸半徑橫截面中性層長軸半徑 和短軸半徑和短軸半徑 E和和 材料的彈性模量和泊松比材料的彈性模量和泊松比C1和和C2與與a/b有關的系數，查表取之有關的系數，查表取之22212222411R CbpEaR hbh CaR0 0Ortsr p ssts 連桿方向 壓力表課程設計2）位移切向分量）位移切向分量st3）位移徑向（法向）分量）位移徑向（法向）分量sr4）自由端位移）自由端位移s5）位移與切向分量夾角）位移與切向分量夾角 tanrtsarcsR0 0Ortsr p

11、ssts 連桿方向2222(sin )(1 cos )trsssR(sin )tsR(1 cos )rsR 壓力表課程設計彈簧管參數選擇與計算彈簧管參數選擇與計算 按照現有的彈簧產品規格，選定尺寸參數按照現有的彈簧產品規格，選定尺寸參數如下的彈簧管：如下的彈簧管： 毛坯外徑毛坯外徑 15mm 中中 徑徑 R50mm 壁壁 厚厚 h0.3mm 中中 心心 角角 265 （參考）（參考） 材材 料料 錫磷青銅錫磷青銅Qsn4-0.3 E1.127 105Mpa 0.3 R 壓力表課程設計彈簧管參數選擇與計算彈簧管參數選擇與計算1）安全系數）安全系數n pj：比例極限壓力：比例極限壓力 pg：工作壓

12、力（應小于：工作壓力（應小于pj）2）彈簧管截面與軸比）彈簧管截面與軸比a/b 已知毛坯：已知毛坯： 15mm，h0.3mm 選用扁圓形彈簧管，選用扁圓形彈簧管，a=？b=？ a/b ，靈敏度，靈敏度 ，但，但pj ， 建議建議a/b4提示：提示：圓形毛坯壓扁后圓形毛坯壓扁后 中性層尺寸不變；中性層尺寸不變；/jgppn 15mmhh2a2b 壓力表課程設計3）中心角）中心角 設設 則則 有有 s 通常取通常取 200 270 。建議：建議： （結構中心角）（結構中心角） =265 另另 插入接口插入接口10 15 自由端壓扁自由端壓扁4 6 則實際參加變形的中心角：則實際參加變形的中心角：

13、= -10 -5 =250 sR22(sin )(1 cos ) 壓力表課程設計4）彈簧管中徑）彈簧管中徑 R50mm5）材料材料 錫磷青銅錫磷青銅Qsn4-0.3 彈性模量彈性模量 E1.127 105Mpa 泊松比泊松比 0.3 壓力表課程設計 加壓后，彈簧管自由端位移加壓后，彈簧管自由端位移s，帶動曲柄，帶動曲柄轉過角度轉過角度 g曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構ODBseab+ 0 0 yxB gD 壓力表課程設計OspB 0eDOEabBeDOabDBs g 0 k 壓力表課程設計1.曲柄最大轉角曲柄最大轉角 g工作轉角工作轉角 彈簧管末端彈簧管末端指針：兩級傳動指針：兩級傳動 一級一級曲柄

14、滑塊機構曲柄滑塊機構、二級、二級齒輪傳動齒輪傳動 i總總=i齒齒 i曲曲=270 / g g /s 推薦：推薦：* i齒齒=13.5, g =20 * i齒齒=15, g =18 （建議選取該組參數，（建議選取該組參數，因為因為i是整數，對后面齒輪是整數，對后面齒輪Z1、Z2選擇方便。）選擇方便。） 壓力表課程設計 、 的選擇的選擇 曲柄滑塊機構的傳動比曲柄滑塊機構的傳動比 i= /s=f(a,b,e, ) 為簡化計算，常引入無量綱系數：為簡化計算，常引入無量綱系數： * 滑塊相對位移滑塊相對位移 * 連桿相對長度連桿相對長度 * 相對偏距相對偏距 * 相對傳動比相對傳動比 =0.81.4、

15、=25 推薦推薦 =1、 =4/s a/b a/e aaia i 壓力表課程設計確定確定 0、 k(初始角、終止角初始角、終止角) k - 0= g 在在ia- 曲線上找出極點對應的極角曲線上找出極點對應的極角 e， 0、 k 以以 e對稱分布。對稱分布。i變化小，工作過程非線性度變化小，工作過程非線性度減小。減小。 0 e g/2 k e g/2 對于對于 =1、 =4的曲線有的曲線有 e=0 0 - g/2 k g/2 e ia =1 4O 0 k g1 壓力表課程設計計算曲柄長度計算曲柄長度a 最大位移最大位移smax ，上式中上式中 k 計算連桿長度計算連桿長度b和偏距和偏距e 連桿長

16、連桿長 b= a 偏距偏距 e= a連桿連桿b初始位置與彈簧管末端位移初始位置與彈簧管末端位移s夾角夾角 bsin =e-acos k 2222(sinsin )(cos)(cos)oosa 壓力表課程設計1.初定齒輪中心距初定齒輪中心距A(根據曲柄滑塊機構參數計算根據曲柄滑塊機構參數計算)1）求）求c（過渡量）：（過渡量）： OBD中中 2）求）求A： OBO中中180(90)90kkODB222coscababODB222cosARcRcO BO90arcsin/ O BOe cBOseDAEab kstAO滑道R cc 壓力表課程設計選定標準中心距選定標準中心距A（i12即前述即前述i齒

17、齒） 選擇適當選擇適當Z1、m，使，使A盡可能靠近初定盡可能靠近初定值值A 整數（否則整數（否則Z2無法加工）無法加工） m選用標準值選用標準值 0.2 0.25 0.3 0.4 對每一個對每一個m值適當選擇值適當選擇12個個Z1，使，使A接近接近A，且，且Z1不小于不小于17、Z2不要太大（參不要太大（參考樣機）考樣機） 。計算齒輪參數計算齒輪參數 da、d、df1122112(1)/2AmZiZZ i2112ZZi 壓力表課程設計修正連桿長度修正連桿長度b 當用中心距當用中心距A代替初定值代替初定值A后，曲柄回后，曲柄回轉中心轉中心O位置將略有改變，此時可重新計算連位置將略有改變，此時可重

18、新計算連桿長度桿長度b，使，使O點與齒輪傳動計算得出的點與齒輪傳動計算得出的O點重點重合。而合。而a、e、 0、 k、 =b/a均不需改變。均不需改變。1）求）求c（改變（改變c）：）： OBO中中 2）求）求b： OBD中中222coscRARABO Ocoscos()RABO Oe222cosbacacBODarcs/kBODcoe cBOseDAEab kstAO滑道R cc 壓力表課程設計扇形齒輪扇形角扇形齒輪扇形角 扇形齒輪回轉中心即是曲柄的回轉扇形齒輪回轉中心即是曲柄的回轉中心，故扇形齒輪的工作轉角即為曲柄的中心，故扇形齒輪的工作轉角即為曲柄的工作轉角工作轉角 g ，并適當增大即可

19、。，并適當增大即可。 扇扇= g(1+25%)+22齒對應中心齒對應中心角角工作初始及滿程結束時，工作初始及滿程結束時，兩邊各多出兩邊各多出2齒防脫角。齒防脫角。過載量，指針實際可轉過載量，指針實際可轉角比工作轉角大一些。角比工作轉角大一些。O g初始滿程2齒2齒 壓力表課程設計 壓力表彈簧管末端位移與指針轉角應為線性壓力表彈簧管末端位移與指針轉角應為線性關系。由于在測量環節中采用了曲柄滑塊機構，關系。由于在測量環節中采用了曲柄滑塊機構，使轉角與位移存在非線性誤差，即為原理誤差，使轉角與位移存在非線性誤差，即為原理誤差，應加以控制。應加以控制。 對應曲柄轉角的理想位移對應曲柄轉角的理想位移 對

20、應曲柄轉角的實際位移對應曲柄轉角的實際位移 原理誤差原理誤差 1為合格為合格0nngss222200(sinsin)(cos)(cos)nnnsaaamax100%nnsss 壓力表課程設計非線性度校驗：非線性度校驗： 曲柄每轉過曲柄每轉過2 進行一次誤差計算。進行一次誤差計算。序序號號計算點計算點 n理想值理想值sn實際值實際值sn絕對值絕對值 snsn 相對值相對值 snsn /smax1234-9 -7 -5 -3 9 壓力表課程設計 壓力表中的游絲為接觸游絲，其作用是壓力表中的游絲為接觸游絲，其作用是消除空回，使齒輪始終保持單面接觸。消除空回，使齒輪始終保持單面接觸。 由于齒輪軸存在摩

21、擦力矩，所以在游絲由于齒輪軸存在摩擦力矩，所以在游絲安裝時應給予一定的預緊力矩，使指針在安裝時應給予一定的預緊力矩，使指針在零位時，在該最小安裝力矩下，也能驅動零位時，在該最小安裝力矩下，也能驅動傳動鏈使齒輪保持單面接觸，即使小齒輪傳動鏈使齒輪保持單面接觸，即使小齒輪跟隨扇形齒輪（無論正轉、反轉）消除空跟隨扇形齒輪（無論正轉、反轉）消除空回誤差。回誤差。3minmin12EbhLMm in4m in12 LMhE 壓力表課程設計minmin0.1fYMMminminfZfYpMK MMMmin1 0.1fZKMMK安全系數，安全系數，k=23零件偏重力矩零件偏重力矩游絲壓力產生的摩擦力矩游絲壓

22、力產生的摩擦力矩零件自重產生的零件自重產生的摩擦力矩摩擦力矩經過精心設計，某些零件的偏重經過精心設計，某些零件的偏重力矩力矩Mp將有助于完成機構的力封將有助于完成機構的力封閉，故可將閉，故可將Mp省略。省略。 壓力表課程設計1.Mfz的計算的計算 Mfz為中心小齒輪及扇形齒輪的綜合影響：為中心小齒輪及扇形齒輪的綜合影響：122111fZfZfZMMMi將扇形齒輪的影將扇形齒輪的影響誘導至中心軸響誘導至中心軸中心小齒輪支承中心小齒輪支承上的摩擦力矩上的摩擦力矩Mfz2扇形齒輪支承上的摩扇形齒輪支承上的摩擦力矩；擦力矩；I21齒輪傳動的傳動系數；齒輪傳動的傳動系數； 齒輪傳動效率齒輪傳動效率 壓力

23、表課程設計1.Mfz的計算（續）說明的計算（續）說明估算重量估算重量; 小齒輪：齒輪軸、指針小齒輪：齒輪軸、指針(Al)、指針帽、指針帽(Cu) 扇形齒輪：齒輪軸、扇形齒輪（估算）扇形齒輪：齒輪軸、扇形齒輪（估算）連桿重量忽略；連桿重量忽略；分析壓力表水平放置、垂直放置兩種情況，分析壓力表水平放置、垂直放置兩種情況，取其大者；取其大者；近似計算，近似計算， =0.9。 比重：比重：Cu 8.59g/cm3 Al 2.49g/cm3 壓力表課程設計1） 中心小齒輪中心小齒輪Mfz1的計算的計算取兩者中大者參與后序計算取兩者中大者參與后序計算 * 壓力表立放，軸水平壓力表立放，軸水平 * 壓力表平

24、放，軸立壓力表平放，軸立 2）扇形齒輪）扇形齒輪Mfz2的計算的計算 （計算步驟同上，并取大者）（計算步驟同上，并取大者）112fZVrMfF d當量摩擦系數，按未經研配計算當量摩擦系數，按未經研配計算1.57Vff33121221213fZaddMf Fddd1d2d將軸及軸上零件總將軸及軸上零件總重都集中在一端軸重都集中在一端軸頸上計算即可頸上計算即可式11-1式11-5 壓力表課程設計Mmin的計算的計算注意：因為計算中需要知道零件的重量，注意：因為計算中需要知道零件的重量，故游絲設計必須在結構設計之后進行。故游絲設計必須在結構設計之后進行。min1 0.1fZKMMK12(,)fZfZ

25、fZMMM23K 壓力表課程設計1.選定參數選定參數1）工作角度工作角度 最小工作轉角最小工作轉角 1= /2M1=Mmin 最大工作轉角最大工作轉角 2=2 2）工作圈數工作圈數 2 n=1014; 2 n=510 建議建議 n=8103）寬厚比寬厚比u=b/h 接觸游絲接觸游絲 u=48，建議，建議u=64）外徑外徑D1 由空間結構定；由空間結構定； 內徑內徑D2 由軸定。由軸定。5）材材 料料 錫青銅錫青銅QSn4-3 E=1.2 105Mpa 強度極限強度極限 b=600Mpa 安全系數安全系數S=3 b= b/S=200MpaD1D2 壓力表課程設計幾何尺寸計算幾何尺寸計算1）初定長

26、度）初定長度 2）厚度）厚度 圓整到圓整到0.013）寬度）寬度 由圓整后的由圓整后的h計算計算 4）校核應力）校核應力 一般情況下能滿足要求，否則可改變寬厚一般情況下能滿足要求，否則可改變寬厚比比u。122DDLnmin4min12LMhE buh2max2minmin14MMMMmaxmax26bMb hD1D2 壓力表課程設計5）最后確定最后確定L、n、a(圈間距圈間距)-圓整后的圓整后的b、h K-同時盤繞游絲個數取整同時盤繞游絲個數取整 3minmin12EbhLM/Ka h122()LnDD122DDan 壓力表課程設計1.按儀表特性的要求確定零件尺寸按儀表特性的要求確定零件尺寸

27、如彈簧管如彈簧管 2a、2b、h、 、R 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 a、b、e、 0、 k 齒輪齒輪 i、Z1、Z2、m按標準化規范確定零件尺寸按標準化規范確定零件尺寸 1）標準尺寸（有關標準、規范）標準尺寸（有關標準、規范） 如螺紋、錐度、倒角、直徑、如螺紋、錐度、倒角、直徑、m 2）標準件（標準件越多，設計越好）標準件（標準件越多，設計越好）2. 銷釘、螺釘、螺母、墊圈、軸承；游絲亦銷釘、螺釘、螺母、墊圈、軸承；游絲亦有標準，但本設計里標準游絲不合適，需自行設有標準，但本設計里標準游絲不合適，需自行設計非標準游絲。計非標準游絲。 壓力表課程設計由材料規格確定由材料規格確定 如彈簧管的毛坯外

28、圓（圓管材），即查材如彈簧管的毛坯外圓（圓管材），即查材料規格；（卡玻璃的）鋼絲直徑、外殼鐵板厚度、料規格；（卡玻璃的）鋼絲直徑、外殼鐵板厚度、夾板厚度，均需查手冊，或參考樣機。夾板厚度，均需查手冊，或參考樣機。由空間結構確定由空間結構確定1）安排尺寸（軸向）安排尺寸（軸向） 如中心輪安裝指針的軸的長度，需按軸向如中心輪安裝指針的軸的長度，需按軸向安排尺寸確定，玻璃上夾板下夾板殼安排尺寸確定，玻璃上夾板下夾板殼2）零件結構尺寸零件結構尺寸 計算的是特性尺寸，具體零件結構尺寸自計算的是特性尺寸，具體零件結構尺寸自行設計。行設計。 壓力表課程設計由空間結構確定（續）由空間結構確定（續）3）足夠的運動空間（平面）足夠的運動空間（平面） 如表盤螺釘不得妨礙指針運動；夾板柱不如表盤螺釘不得妨礙指針運動；夾板柱不得妨礙運動件；曲柄滑塊機構不得碰殼；機芯得妨礙運動件；曲柄滑塊機構不得碰殼；機芯應能入殼等。應能入殼等。類比類比 指針長度、刻度盤刻線長度、扇形輪形狀指針長度、刻度盤刻線長度、扇形輪形狀等；拆表時應多測量樣機的尺寸為設計提供參等；拆表時應多測量樣機的尺寸為設計提供參考；參考教材中