百分表课程设计.doc

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1、 精密机械设计课程设计设计名称 百分表设计 学 院 工业制造学院 专 业 测控技术与仪器 学生姓名 赵珺 学 号 201010114237 年级 2010级 指导教师 樊 学 良 职称 教 授 2012年9月目录一绪论21.课程设计的目的22.百分表简介53.百分表读数方法54.百分表使用方法及注意事项 65.百分表的设计意义7二.设计方案的确定81.百分表的结构原理8 2.百分表的工作原理93.百分表的设计条件及要求10三.百分表的总体设计及主要部件设计101.百分表的总体功能设计112.百分表主要部件的设计133.传动导杆和齿轮设计134.游丝的设计175.弹簧的设计18四.结果的分析和注

2、意事项20五.设计总结22六.参考文献23一.绪论1.1课程设计的目的 “精密机械设计基础” 课程设计作为实践环节对于整个课程具有非常重要的意义。学生在这个环节中不仅是完成一项指定任务，更重要的是实际走过一个完整的设计过程。学生在课程设计中应该定位为设计者。设计者要进行方案筛选论证，要考虑装配关系，考虑结构工艺性，考虑选材。整个设计采用AutoCAD和Solidworks完成，从3D 建模到 2D 图纸。我们要求每人拿出至少一张可用于加工的图纸。这样的图纸，仅仅图形表达正确是远远不够的。图纸的尺寸标注要合理，要有尺寸公差和形位公差，要正确选择材料，要有技术要求。总之，通过课程设计要使学生知道，

3、设计过程包括那些步骤，能够投放生产的加工图纸是什么样子。其目的是：（1） 具体应用、巩固加深和扩大课程及有关先修课程的理论知识、生产知识，了解精密机械设计的一般设计方法和步骤，培养学生的实际设计能力，为以后进行毕业设计打下基础；（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零件图 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）3）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

4、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。1.2课程设计的设计要求精密机械课程设计是一次比较完整的精密机械设计，它是理论联系实际、培养初步设计能力的重要教学环节，因此在设计过程中必须做到：4、 综合地考虑使用、经济、工艺、安全性等方面的设计要求，确定合理的设计方案。5、 仔细阅读本课程指导书和随时查阅有关教材，在认真思考的基础上提出自己的见解与指导教师讨论，避免单纯地向指导老师索取答案；6、 通过分析比较吸取现有结构中的优点，并在此基础上发挥自己的创造性，而不是简单抄袭或没有根据在臆造；7、 认真计算和制图，有错误要

5、认真修改，力求设计图纸和计算说明书的质量达到或接近实际生产水平。1.3注意事项课程设计中应注意：（1） 在课程设计前，应认真研究题目，明确设计要求和已知条件，阅读参考资料，了解课程设计的内容；（2） 对设计方案及结构，设计小组应进行讨论和对比，以明确优、劣、正、误，取长补短，改进设计；（3） 在正式进行设计计算前与指导教师充分讨论设计方案，明确设计方案；（4） 设计方案确定后，将确定的结构方案用计算机绘成草图给指导教师审阅，审阅后可绘制正式的设计图纸；（5） 按规定编制设计计算说明书，将设计说明书和全部图纸交指导教师审查，经认可后方可呈交；1.4课程设计说明书的内容课程设计说明书是技术说明书的

6、一种，每个学生毕业后都要接触实际的技术工作，都要会写技术报告，可行性论证报告，产品说明书等文件，因此学生在校期间应受到这方面的训练，掌握这一必须的基本技能。编写课程设计说明书，是学生对课程设计的总结，内容大致包括：（1） 设计题目（包括设计条件和要求）；（2） 设计方案的比较；（3） 机械系统的运动方案的拟定与比较；（4） 所选机械的运动分析、动力分析与设计；（5） 完成设计所用方法及其原理的简要说明；（6） 列出必要的计算公式及主要计算结果；（7） 写出自编的程序及程序框图，并对程序中的符号、变量作说明，并列出数学模型中的符号与程序中符号的对照表；（8） 用表格列出计算结果，或计算机绘制的曲

7、线图；（9） 对结果进行分析讨论；（10） 列出主要的参考资料并编号。2.百分表简介百分表通常由测头、量杆、防震弹簧、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针等组成，常用于形状和位置误差以及小位移的长度测量。百分表的圆表盘上印制有100 个等分刻度，即每一分度值相当于量杆移动0.01毫米。改变测头形状并配以相应的支架，可制成百分表的变形品种，如厚度百分表、深度百分表和内径百分表等。如用杠杆代替齿条可制成杠杆百分表和杠杆千分表，其示值范围较小，但灵敏度较高。此外，它们的测头可在一定角度内转动，能适应不同方向的测量，结构紧凑。它们适用于测量普通百分表难以测量的外圆、小孔和沟槽等的形状和位置误差。3.百分表的

8、读数方法读数时视线要垂直于表盘观读，任何偏斜观读都会造成读数误差，如图2所示。 图2百分表表架图3 百分表应用举例百分表可用来精确测量零件圆度、圆跳动、平面度、平行度和直线度等形位误差，也可用来找正工件，如图3所示。 4.百分表的使用方法及注意事项 测量前应将测杆、测头及工件擦净，装夹表头时夹紧力不宜过大，以免套筒变形及测杆移动不灵活。 测量时应把表装夹在表架或其它可靠的支架上，否则会影响测量精度。 使用百分表对批量工件进行比较测量时，要选用量块或其它标准量具调整百分表指针对准零位，然后把被测工件置放在测头下，观察指针偏摆记取读数，确定被测工件误差。 测量平面时，测杆应与被测平面垂直；测量圆柱

9、面时，测杆轴线应通过被测表面的轴线，并与水平垂直。同时根据被测工件的形状，粗糙度等来选用测量头。 为了保证测量力一定，使测头在工件上至少要压缩2025个分度，将指针与刻度盘零位对准，然后轻提测杆12mm，放手使其自行复原，试提23次，若指针停在其它位置上应重新调整零位。 读数时视线要垂直于表盘观读，任何偏斜观读都会造成读数误差。1）使用前，应检查测量杆活动的灵活性。即轻轻推动测量杆时，测量杆在套筒内的移动要灵活，没有如何轧卡现象，每次手松开后，指针能回到原来的刻度位置。 2）使用时，必须把百分表固定在可靠的夹持架上。切不可贪图省事，随便夹在不稳固的地方，否则容易造成测量结果不准确，或摔坏百分表

10、。 3）测量时，不要使测量杆的行程超过它的测量范围，不要使表头突然撞到工件上，也不要用百分表测量表面粗糙度或有显著凹凸不平的工作。 4）测量平面时，百分表的测量杆要与平面垂直，测量圆柱形工件时，测量杆要与工件的中心线垂直，否则，将使测量杆活动不灵或测量结果不准确。 5）为方便读数，在测量前一般都让大指针指到刻度盘的零位。 6）百分表不用时，应使测量杆处于自由状态，以免使表内弹簧失效。5.百分表的设计意义 百分表在工业上的应用领域非常广泛，如测表面跳动或不平度，检查圆形零件的跳动，当然也可以用来测量小的直线位移，测量工件的尺寸、形状、位置误差、检查机床的集合精密度或调整工件的装夹位等等，它已经成

11、为工业生产中不可缺少的仪器。二.设计方案的确定1.结构原理与读数方法 英文：【Dial Indicators】利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用长度测量工具。通常由测头、量杆、防震弹簧、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针等组成。百分表是美国的B.C.艾姆斯于1890年制成的。常用于形状和位置误差以及小位移的长度测量。改变测头形状并配以相应的支架，可制成百分表的变形品种，如厚度百分表、深度百分表和内径百分表等。如用杠杆代替齿条可制成杠杆百分表和杠杆千分表，其示值范围较小，但灵敏度较高。此外，它们的测头可在一定角度内转动，能适应不同方向的测量，结构紧凑。它们适用于测量普通百分表难以测量的外圆、小孔和沟

12、槽等的形状和位置误差。 百分表是一种精度较高的比较量具，它只能测出相对数值，不能测出绝对数值，主要用于测量形状和位置误差，也可用于机床上安装工件时的精密找正。百分表的读数准确度为 0.01mm。百分表的结构原理如图1所示。当测量杆1向上或向下移动1mm时，通过齿轮传动系统带动大指针5转一圈，小指针7转一格。刻度盘在圆周上有100个等分格，各格的读数值为0.01mm。小指针每格读数为l rnm。测量时指针读数的变动量即为尺寸变化量。刻度盘可以转动，以便测量时大指针对准零刻线。 百分表的读数方法为：先读小指针转过的刻度线（即毫米整数），再读大指针转过的刻度线（即小数部分），并乘以0.01，然后两者

13、相加，即得到所测量的数值。 图1 百分表及传动原理2.百分表工作原理分析：百分表是利用齿条齿轮或杠杆齿轮传动,将测杆的直线位移变为指针的角位移的计量器具。主要用于测量制件的尺寸和形状、位置误差等。百分表通常由测头、量杆、弹簧、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针等组成百分表的结构较简单,传动机构是齿轮系,外廓尺寸小,重量轻,传动机构惰性小,传动比较大,可采用圆周刻度,并且有较大的测量范围,不仅能作比较测量,也能作绝对测量。百分表的工作原理,是将被测尺寸引起的测杆微小直线移动,经过齿轮传动放大,变为指计在刻度盘上的转动,从而读出被测尺寸的大小。百分表的构造主要由3个部件组成：表体部分、传动系统、读数装

14、置。3.百分表的设计条件及要求百分表是利用齿条齿轮或杠杆齿轮传动，将测杆的直线位移变为指针的角位移的计量器具。主要用于测量制件的尺寸和形状、位置误差等。1.分度值为0.01mm2.测量范围08mm3.外径60mm4.厚度20.mm每周一、三14:00指导和答疑，第二周周五14:00交作业（一张A3手绘装配图、一张A4机绘图及一本2030页A4设计说明书，宋体4号字,）。三.百分表的总体设计及主要部件设计1.百分表的总体功能设计百分表的最主要设计部件是齿轮齿条的传动设计，根据所要求设计百分表的尺寸大小和百分表的精度要求，首先选择齿轮的模数大小，综合考虑齿轮的直径，确定各个齿轮的齿数。同时还要根据

15、齿轮加工不发生切齿的最小齿数要求来决定是否对每个齿轮进行变位。一定要验算精度。其次，要对游丝进行精心的设计。百分表的游丝是用来保持齿轮传动的有效解除，防止齿轮啮合时不发生空回，从而保证测量的准确度。另外，也需要对弹簧进行优化设计。弹簧为拉伸弹簧，在测量时保证导杆与被测工件的紧密接触，因此弹簧安装时要有一定的初始拉力。百分表的构造主要由3个部件组成：表体部分、传动系统、读数装置。百分表的结构设计，应尽量减少百分表的体积和重量，一则携带运送方便，二则节约材料，从而降低生产成本。 为导杆1也是齿轮2 分度圆上的线位移，S3为齿轮3分度圆上的线位移，为齿轮2的分度圆直径，为齿轮3的分度圆直径， 为齿轮

16、4的分度圆直径，为齿轮6的分度圆直径，为齿轮2的模数，为齿轮3的模数，为齿轮4的模数，为齿轮6的模数，为齿轮2的齿数，为齿轮3的齿数，为齿轮4的齿数，为齿轮6的齿数， 分别为齿轮2和4的转动角。（下面有的关这些参数就不再声明）1.传动原理百分表的工作原理是将被测尺寸引起的测杆微小直线移动,经过齿轮传动放大,变为指计在刻度盘上的转动,从而读出被测尺寸的大小。百分表的读数准确度为 0.01mm。百分表的结构原理如图3所示。当测量杆1向上或向下移动1mm时，通过齿轮传动系统带动大指针5转一圈，小指针7转一格,打刻度盘在圆周上有100个等分格，小刻度盘在周围有20个登上格。大指针每格的读数值为0.01

17、mm。小指针每格读数为l rnm。测量时指针读数的变动量即为尺寸变化量。刻度盘可以转动，以便测量时大指针对准零刻线。如图所示外界微小位移通过测杆1传递给齿轮2，齿轮2与齿轮3同轴且相连为一体，它们有相同的角速度，由于齿轮2与齿轮3有不同的分度圆半径，这样导杆1的微小位移就可以在齿轮3的分度圆上得到放大，放大倍数是齿轮2与3的半径比。即： （1）齿轮4又分别与齿轮2齿轮6相啮合，这样一方面，齿轮3分度圆上的线位移可以转换成齿轮4的角位移，带动大指针5的转动；另一方面，齿轮4的线位移通过4,6啮合有可以转换成6的角位移，齿轮6中心轴上带有小指针。根据测量的要求，导杆每转动1mm大指针转动一周，小指

18、针转动周。2.百分表的主要部件设计2.1传动倒杆和齿轮2设计在保持其他参数不变的条件下,改变小轮齿数和模数,计算出小轮的应力如下表1和表2。由表1和表2可知：在小轮轮齿受力不变的条件下,随着小轮齿数或模数的增加,相应的应力也随之减小;对于接触应力,其受小轮齿数的影响大于受模数的影响;对于弯曲应力,其受小轮模数的影响显著大于受齿数的影响;在模数或齿数较小时(20时),齿数或模数的变化对齿轮承载力都有显著影响。为28。对大模数齿轮齿条的来说,轮齿折断所带来的损失是相当严重的,因此对弯曲强度可靠性提出较高要求,在满足其他设计约束的情况下,应优先选择较大的模数以获取可靠的承载力。但是由于百分表的尺寸要

19、求和精度要求，在一定范围内应选用较小的模数，这是不可调和的矛盾，同时百分表测量是所受的力较小，小模数也可以满足要求。传动导杆1与齿轮2的啮合是齿轮齿条的啮合，齿轮2为标准齿轮它的模数为0.2。齿轮上及齿条上的压力角与啮合角都相同为。它们的具体几何灿亮的设计如下表：表4齿轮2的几何参数齿轮2的几何计算名称代号计算公式模数m0.2分度圆Dm=4.0齿厚sm顶隙c0.35m齿根高1.35m齿顶高m齿距pm齿工作高度h2.35m表5 齿条1的几何参数齿条的的几何计算名称代号计算公式模数m周节tm齿厚sm径向间隙c0.35m齿根高1.35m齿顶高m全齿高pm齿工作高度2.35m图4 齿条的形状设计齿条的

20、工作长度为7 mm，但加工时应保留一些余量，取加工总长度为10mm。2.2.游丝的设计游丝在仪表中的作用主要是通过预紧力或作用力矩，达到不论正行程还是反行程齿轮副总是单项齿廓啮合，消除空行程和传动系统中的摩擦力。游丝安装在齿轮6上，用来防止啮合齿轮的空回。鉴于齿轮6的传动要求，对其上的游丝的滞后和后效要求较高，这里选择游丝的宽厚比u=8,u=b/h,(b为游丝的宽度，h为游丝的厚度)。鉴于齿轮6的直径大小选择游丝的内径大小d1=5mm，外径大小d2=17mm。游丝的总转角要求大于，其总圈数设为n=10。根据传动力矩大小要求，当游丝转动时它的承受力矩MM=（3-6）M，根据生产经验M=0.009

21、3N.mm。故可取M=40.0093，游丝的最大转矩为1.448 N.mm庞振基，黄其圣游丝的总长度L=力矩与转角，游丝宽度b，厚度h的关系为M=（E为材料的弹性模量，这里游丝的材料用锡青铜合金E=），根据上诉的数据可求得h =0.12mm，b =0.96mm。材料为锡铜合金内径大小d1=5mm外径大小d2=17mm总圈数n=10厚度h =0.12mm宽度b =9.6mm总长度L=276mm，考虑到其固定端的长度最终的加工长度为310mm。2.3、弹簧设计1确定工作载荷考虑到测杆的工作位置可以在多个方向，测杆本身的重力会产生影响，设测杆重力为G，系统对测杆的摩擦力（齿轮、滑动导轨、防转导杆等）

22、为f，弹簧的拉力为F，测杆的测力为T，分3种情况讨论：a、 百分表正放时，重力G与弹簧拉力F同向，是助力，有方程：f+T=G+F1（此时F最小）；b、 百分表横放时，重力G对弹簧无作用，视为0，有方程F2=f+T，F2即为初拉力（查精密机械设计基础P305页图13-17得F2=1N）；c、 百分表倒放时，重力G与弹簧拉力F反向，是阻力，有方程：F3=G+f+T（此时F最大）。根据任务书技术要求确定工作载荷F1，F2，技术要求规定测力在0.5N1.5N之间。估计重力G=1N，fmax=0.5N进而计算出F的范围为0.1N3N考虑到弹簧的作用是归零，为使归零迅速、准确，应使弹簧力适当大一点，经计算

23、取9N（要求其初长H0为40mm左右，而最大弹性拉伸量约为12mm）2选材由于百分表弹簧的作用是使测杆完成测量后归零，并无其他特殊用途，故选择碳素弹簧钢65Mn类。3选定簧丝直径、选取中径D2=6mm假设簧丝直径为0.25mm、0.3mm、0.35mm，验算是否满足下面公式：其中曲度系数公式 ，弹簧的旋绕比C=D/d，求得，查精密机械设计基础P296页图13-2得b（0.25）2278，b（0.3）2270，b（0.35）2260所以应选用0.35mm直径的簧丝4计算有效圈数根据公式：，取=10，F0=1N，查表得G=79000 N/mm2，求得n=945弹簧自由长度：H0=nd+d+2D=（

24、94+1）0.35+26=45.25mm6总结由上述计算结果，应该选取65Mn类材料的弹簧，弹簧中径D2为6mm，簧丝直径为0.35mm，圈数94，弹簧自由长度为45.25mm，弹簧的最大拉伸量为12mm。四.结果的分析和注意事项4.1影响百分表测量准确度的因素影响内径百分表测量准确顿的原因很多。如影响表头示值的测量力，传动齿轮的正常磨损，测量杆齿的条的磨损，齿条与中心齿轮的啮合松紧，垂直啮合接触面，游丝的预紧力及弹力平整程度，百分表的阻尼情况，测量杆内部杆传动比例的失调，活动测头内的导向定位小轴的磨损，表头与测杆部分装夹松紧程度等原因都是造成不合格，不能正常使用的故障原因4.2内径百分表的表

25、头不能随意更换有操作者随意更换内径百分表的表头，或把这只内径百分表的表头与那只内径百分表的表头混用，或将机床调试用的百分表用来作内径百分表的表头，他们认为经过计量部门检定合格的百分表就可以更换，其实，这种作法是错误的。根据内径表检定规程(JJG-89)，以测量范围为1835mm 的内径百分表为例，为0.015mm。此示值误差包括两部分：一是表头部分其最大的示值误差(即百分表)，二是表架传动部分，它是通过在检定内径百分表时系统调整综合性检定的。也就是说内径百分表的示值误差为表头示值误差与支架传动部分误差的叠加。经计量部门检定为合格的内径百分表，说明其总示值误差没有超过检定规程允许的范围。未经调整

26、和检定随意更换的表头部分，其示值误差可以这样进行分析：表头更换后的内径百分表，根据指示表检定规程(JJG-89) 的规定，测量范围为03mm 的1级百分表的最大示值误差为1.015mm，这样，只有当表架传动部分的误差等于零时内径百分表才是合格的，但这是不可能的。所以，内径百分表的表头不能随意更换。4.3表零位不得用千分尺代替标准样圈调整内径百分有些操作者常用千分尺来调整内径百分表零位，这种方法是不可取的，因这样会导致内径百分表的测量误差增大。例如，用上述方法测量 有配合要求的孔，内径百分表的表头为1级，其任意一转内的测量极限误差为：若内径百分表的表头为0级，则其任意一转内的测量极限误差为： （

27、其中包括由校对量块引起的误差）。1级千分尺的测量极限误差为：如用千分尺代替标准样圈，根据误差的合成原则，配备%级表头的内径百分表测量极限误差为： =0.0280mm测量误差增加量为0.009mm。同样，如用千分尺代替标准样圈，配备0级表头的内径百分表测量极限误差约为0.0256mm，则测量误差增加量为0.0116mm。用这与内径百分表的正常工作状态不符，护桥由于制造、千分尺调整内径百分表时没有使用定位护桥，使用中磨损、松动、变形等情况产生的定中心误差没有在对零位时得到应有的补偿。另外，千分尺活动测量杆都可能存在轴向窜动，按千分尺检定规程的规定：测微螺杆( 即活动测量杆) 的轴向窜动量不大于0.

28、01mm。这样小的窜动量，在用量块检定千分尺示值时，由于受力方向一致，作用力和反作用力可以抵消，因而不影响示值检定。但用千分尺调整内径百分表时，由于受力方向经常变化，所以千分尺活动测量杆的轴向窜动量无法抵消，因而就带进内径百分表的综合误差之中，这样便增大了内径百分表的测量误差。综上所述，可以得出结论：不能用千分尺调整内径百分表零位，而应采用与被测孔尺寸接近的标准样圈。五.设计的自我总结这次课程设计，才算是真正将所学习的精密机械设计知识，制图，AutoCAD，仪器仪表等等知识重新温过且真正运用了起来。设计方案确定后，就明确了很多。数据的计算纵然反复，但正是这个过程，让众多公式的应用变得更为熟悉和

29、顺畅。绘制图就方便很多了，更多的是熟悉和练习AutoCAD。发觉软件对于设计的重要，能够更方便的修改和隐藏线条，突出重点，分层的方法让我对仪器更深入和透彻的掌握。最后完善设计说明书，整个设计的过程变得更加清晰和深刻。非常感谢能有这样一个小组一起搜集资料，讨论和商量设计方案，最后一同完善方案。在这个设计过程中，让我们一同感受了精密仪器的复杂和严谨，让我们了解了仪器设计的步骤和注意事项，更是熟悉和掌握设计和计算方法，能够运用到将来的学习和工作中。期待更多这样的设计和锻炼机会。整个设计过程持续了两个多星期，设计很是吃力，也有打堂鼓的想法，但想到，若自己不认真设计白白浪费这一次很好的锻炼的机会，而且到最后自己将一无所得，因此我坚定信心认真完成这次设计作业。这次设计作业不但巩固了我的专业知识、增长了见识、增加能力，而且也磨练了自己的性子。六.参考文献【1】庞振基，黄其圣.精密机械设计基础M.北京：机械工业出版社，2000【2】郑晨升.仪表机械结构设计M.北京：化学工业出版社，2006.【3】张展.齿轮设计与实用数据速查M.北京：机械工业出版社2009.【4】辛一行.现代机械设备设计手册M.北京：机械工业出版，2000.【5】张印杰 任学军 野火中文版零部件造型设计 电子工业出版社2004.