精密零件设计课程设计说明书正式讲解.docx
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精密零件设计课程设计说明书正式讲解
燕山大学
精密零件设计课程设计说明书
题目：
弹簧管压力表
学院（系）：
电气工程学院
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
一、方案分析
1.1结构概述
1.2工作原理
二、弹簧管压力表设计
2.1弹簧管的选择
给出具体参数
2.2弹簧管位移计算
给出计算依据及计算结果
2.3曲柄滑块机构图谱设计
2.3.1曲柄滑块机构设计的图谱法
介绍图谱法设计思想
2.3.2理想线性传动比
给出计算依据和结果
2.3.3曲柄滑块机构初始位置选择
给出依据及结果
2.3.4平均传动比计算
给出依据和结果
2.3.5曲柄滑块机构中各构件长度
给出依据和结果
2.3.6非线性度计算
给出计算依据、过程
2.3.7非线性度计算软件及程序
根据个人兴趣选择适当软件，介绍其主要功能，编制程序计算非线性度
要求设计变量，改变弹簧管型号或者相对杆长可直接得到非线性度结果，最后得到实际位移曲线、理想位移曲线及非线性度计算结果曲线，选择几组数据选择最恰当的计算结果
2.3.8作图法确定曲柄滑块机构位置
给出作图过程
2.4齿轮机构设计
给出设计依据及设计结果，说明扇形齿轮扇形角选择确定
三、附件说明
3.1游丝（作用及选择注意事项）
3.2表盘（位置及刻度分布）
3.3限位销（作用及位置）
四、系统误差分析
除曲柄滑块机构位移转化过程带来的非线性误差外，分析其它误差来源以及对测量结果的影响
五、设计总结
写明设计过程中的心得以及对课程设计的意见和建议等
六、参考文献
一、方案分析
1..1弹簧管压力表结构概述
1.2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：
ρδδaφα
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。
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。
2、弹簧管压力表设计
2.1弹簧管的选择
弹簧管中心角变化与作用压力之间的关系
弹簧管的设计计算
毛坯外径=15mm
材料：
锡磷青铜Qsn4-03
2.2弹簧管位移的计算
μ=0.3
E=
Mpa
λ=
γ和γ'----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μ----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。
3.6375
0.453
0.121
位移切向分量λt
=
位移径向（法向）分量λr
=
自由端位移λ
=
位移与切向分量夹角δ
根据设计要求，弹簧管Φ=100mm,P=1MPa,查表得
＝266°R=52.8mma=10.18mm
b=2.8mmh=0.8mm
经计算，得λ=4.16mmδ=10.74°
2.3曲柄滑块机构图谱设计
2.3.1曲柄滑块机构设计的图谱法
四杆机构简图
相对位移X=
相对杆长
相对偏心量
2.3.2理想线性传动比
mm
2.3.3曲柄滑块机构与初始位置选择
2.3.4平均传动比计算
2.3.5曲柄滑块机构中各构件长度
b=
d=
2.3.6非线性度的计算
校验非线性度。
是否小于允许值
，若超过则应重新选取另外的曲线进行计算
式中--对应某一角度时滑块的实际位移量，可用公式计算
--对应角度时滑块的理论位移量，可用公式计算：
2.3.7非线性度计算软件及程序
程序如下：
clc;
clearall;
closeall;
subplot（1,2,1）;
Pi=3.1415926;
a=linspace（-Pi/3,Pi/3,1000）;
e=1;
l=2;
fork=1:
1000
i（k）=1/（cos（a（k））-（cos（a（k））-e）*sin（a（k））/sqrt（l*l-（cos（a（k））-e）*（cos（a（k））-e）））;
end
plot（a,i）
l=3;
fork=1:
1000
i（k）=1/（cos（a（k））-（cos（a（k））-e）*sin（a（k））/sqrt（l*l-（cos（a（k））-e）*（cos（a（k））-e）））;
end
holdon;
plot（a,i）
l=4;
fork=1:
1000
i（k）=1/（cos（a（k））-（cos（a（k））-e）*sin（a（k））/sqrt（l*l-（cos（a（k））-e）*（cos（a（k））-e）））;
end
holdon;
plot（a,i）
l=5;
fork=1:
1000
i（k）=1/（cos（a（k））-（cos（a（k））-e）*sin（a（k））/sqrt（l*l-（cos（a（k））-e）*（cos（a（k））-e）））;
end
holdon;
plot（a,i）
title（'e=1,l=2,3,4,5'）
subplot（1,2,2）
e=2;
l=4;
fork=1:
1000
i（k）=1/（cos（a（k））-（cos（a（k））-e）*sin（a（k））/sqrt（l*l-（cos（a（k））-e）*（cos（a（k））-e）））;
end
holdon;
plot（a,i）
l=5;
fork=1:
1000
i（k）=1/（cos（a（k））-（cos（a（k））-e）*sin（a（k））/sqrt（l*l-（cos（a（k））-e）*（cos（a（k））-e）））;
end
holdon;
plot（a,i）
l=6;
fork=1:
1000
i（k）=1/（cos（a（k））-（cos（a（k））-e）*sin（a（k））/sqrt（l*l-（cos（a（k））-e）*（cos（a（k））-e）））;
end
holdon;
plot（a,i）
title（'e=2,l=4,5,6'）
e=1;
l=2;
i3=1/（cos（-Pi/18）-（cos（-Pi/18）-e）*sin（-Pi/18）/sqrt（l*l-（cos（-Pi/18）-e）*（cos（-Pi/18）-e）））;
i4=1/（cos（Pi/18）-（cos（Pi/18）-e）*sin（Pi/18）/sqrt（l*l-（cos（Pi/18）-e）*（cos（Pi/18）-e）））;
i0=（max（[i3,i4]）+1）/2
e=1;
l=3;
i5=1/（cos（-Pi/18）-（cos（-Pi/18）-e）*sin（-Pi/18）/sqrt（l*l-（cos（-Pi/18）-e）*（cos（-Pi/18）-e）））;
i6=1/（cos（Pi/18）-（cos（Pi/18）-e）*sin（Pi/18）/sqrt（l*l-（cos（Pi/18）-e）*（cos（Pi/18）-e）））;
i1=（max（[i5,i6]）+1）/2
e=1;
l=4;
i7=1/（cos（-Pi/18）-（cos（-Pi/18）-e）*sin（-Pi/18）/sqrt（l*l-（cos（-Pi/18）-e）*（cos（-Pi/18）-e）））;
i8=1/（cos（Pi/18）-（cos（Pi/18）-e）*sin（Pi/18）/sqrt（l*l-（cos（Pi/18）-e）*（cos（Pi/18）-e）））;
i2=（max（[i7,i8]）+1）/2
i9=Pi/（9*4.17）
f0=（i0/i9）
f1=（i1/i9）
f2=（i2/i9）
b0=f0*2
b1=f1*3
b2=f2*4
d0=f0*1
d1=f1*1
d2=f2*1
figure;
subplot（1,2,1）;
a=linspace（-Pi/18,Pi/18,1000）;
fork=1:
1000
s1（k）=f0*（sin（a（k））+sin（Pi/18））-b0*（sqrt（1-（（f0*cos（Pi/18）-d0）/b0）*（（f0*cos（Pi/18）-d0）/b0））-sqrt（1-（（f0*cos（a（k））-d0）/b0）*（（f0*cos（a（k））-d0）/b0）））;
s2（k）=4.17*（a（k）+Pi/18）/（Pi/9）;
p（k）=abs（s1（k）-s2（k））/4.17*100;
end
subplot（1,2,1）
plot（a,s1）
holdon;
plot（a,s2）
subplot（1,2,2）
plot（a,p）
figure;
fork=1:
1000
s1（k）=f1*（sin（a（k））+sin（Pi/18））-b1*（sqrt（1-（（f1*cos（Pi/18）-d1）/b1）*（（f1*cos（Pi/18）-d1）/b1））-sqrt（1-（（f1*cos（a（k））-d1）/b1）*（（f1*cos（a（k））-d1）/b1）））;
s2（k）=4.17*（a（k）+Pi/18）/（Pi/9）;
p（k）=abs（s1（k）-s2（k））/4.17*100;
end
subplot（1,2,1）
plot（a,s1）
holdon;
plot（a,s2）
subplot（1,2,2）
plot（a,p）
figure;
fork=1:
1000
s1（k）=f2*（sin（a（k））+sin（Pi/18））-b2*（sqrt（1-（（f2*cos（Pi/18）-d2）/b2）*（（f2*cos（Pi/18）-d2）/b0））-sqrt（1-（（f2*cos（a（k））-d2）/b2）*（（f2*cos（a（k））-d2）/b2）））;
s2（k）=4.17*（a（k）+Pi/18）/（Pi/9）;
p（k）=abs（s1（k）-s2（k））/4.17*100;
end
subplot（1,2,1）
plot（a,s1）
holdon;
plot（a,s2）
subplot（1,2,2）
plot（a,p）
结果如下：
比较可知三组数据都满足条件，并且
时的非线性度最小。
2.3.8作图法确定曲柄滑块机构位置
1）做弹簧管端点
的切线
做鱼
夹角为
的直线
2）以
为圆心，以b为半径，作圆弧
3）作
的平行线
，两平行线之间距离为d，再作距离
为
的平行线
，
与圆弧
交于
4）在直线
上，取点N，其中
5）过N点作
的垂线，交
于A。
A点即为曲柄的固定点A
6）连
（曲柄滑块机构的初始位置）
7）以A为圆心，以曲柄a为半径。
做圆弧与
交于
，连
（曲柄滑块机构终点）。
2.4齿轮机构设计
齿轮机构：
取m=0.5Z1=20i=12
Z2=240OA=65mm
小齿轮分度圆直径d1=mZ1/2=10mm
小齿轮的齿顶高ha=ha*m=0.5mm
小齿轮的齿根高hf=（hf*+c*）m=0.625mm
小齿轮全齿高h=ha+hf=1.125mm
小齿轮齿顶圆直径
da1=d1+2ha=（z1+2ha*）m=11mm
齿根圆直径df1=d1-2hf=8.75mm
基圆直径db1=d1cosa=9.40mm
周节p=3.14m=1.57mm
齿厚s=p/2=0.785mm
中心距a=m（z1+z2）/2=65
齿间距e=p/2=0.785mm
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
扇形齿轮参数表
名称
代号
结果（mm）
模数
m
0.50.3
分度圆直径
d1
10
齿顶高
ha
0.5
齿根高
hf
0.625
全齿高
h
1.125
齿顶圆直径
da2
11
齿根圆直径
df2
8.75
基圆直径
db2
9.40
周节
p
1.57
齿厚
s
0.785
齿间距
e
0.785
3、附件说明
3.1游丝作用及选择
3.2表盘位置及刻度分布
3.3限位销作用及位置
4、系统误差分析
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：
∆＝1Mpa×2.5%＝0.025Mpa
5、设计总结
通过大约一周的课程设计，我学会了精密零件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解，更极大地激发了自己对精密机械设计的兴趣。
在这四天的设计过程中，前两天对数据参数进行运算设计，后两天对设计报告进行撰写以及设计图纸的绘画以及修改，在设计图纸的绘画过程中运用工程制图的知识，结合工程实际，对弹簧管压力表进行图纸设计。
总之，在此次课程设计中，我受益匪浅。
同时，在课设的过程中也得到了老师和同学的帮助与指导，为此感谢老师和同学们。
六、参考文献
1.白文普等《精密机械设计基础》
2.闻岩、元家祥《精密设计及仪表
燕山大学《精密零件设计》课程设计综评
项目
细则
成绩
出勤及平时态度
（20分）
（A）满勤、积极
（B）满勤、比较积极
（C）表现一般
（D）缺勤1次，不积极
机构简图设
计合理性、正确性
（30分）
（A）完全合理、正确
（B）比较合理、正确
（C）合理但存在较多问题
（D）存在严重问题
说明书
（30分）
（A）内容详尽，计算精确
（B）内容一般
（C）内容较粗略，不清楚
答辩
（20分）
（A）优
（B）良
（C）中
（D）差
总成绩
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