精密机械设计课程设计说明书.docx

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1、精密机械设计课程设计说明书 精密机械设计课程设计说明书题目: 量程为0-10mm的百分表设计 院系： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 年月日 精密机械设计课程设计任务书 1、百分表测量范围为05mm（第一组）、08mm（第二组）、010mm（第三组），分度值为0.01mm。 2、百分表的外形尺寸和配合尺寸应符合下图规定： （图1） 3、百分表的测力应在0.5N至1.5N之间，测力落差（同一点正反向测力之差）不大于0.4N，单向行程测力变化不大于0.5N。 4、示值误差： 1) 对于测量范围010mm的表，示值总误差不大于0.018 mm，对于测量范围 05mm及08mm的表，不大于

2、0.016 mm。 2) 任意一毫米内示值误差不大于0.01 mm。 3) 回程误差不大于0.003 mm。 4) 示值变动性不大于0.003 mm。 5、测杆应移动平衡、灵活、无卡住现象。 6、测杆处于自由状态时，指针应位于从零位开始逆时针方向3090之间。 7、当转数指针指示整转数时，指针偏离整转数刻度不大于15。 8、测杆行程应至少超出工作行程终点0.5mm。 9、指针尖端应盖过短刻线长度的30%80% 。 10、指针尖端与表盘之间距离不大于0.7mm。 11、表盘刻线宽度和指针尖端宽度应为0.150.25mm。 指导老师（签名）：学生（签名）： 目录 1.概述 (3) 1.1百分表简介

3、 (3) 1.2百分表设计的意义 (3) 2.百分表的总体设计及主要部件的功能设计 (3) 2.1百分表的总体设计功能 (3) 2.1.1传动与显示原理 (4) 2.1.2模数设计 (5) 2.2百分表主要部件的设计 (5) 2.2.1传动导杆和齿轮2的设计 (5) 2.2.2变位齿轮的设计 (8) 2.2.3游丝的设计 (11) 2.2.4弹簧的设计 (13) 3百分表的使用方法 (14) 4百分表使用注意事项 (14) 4.1影响百分表准确度因素 (14) 4.2表零位不得用千分尺代替标准样圈调整内径百分 (14) 4.3内径百分表头不得随意更换 (15) 5百分表的发展趋势 (15) 6

4、设计心得 (16) 7参考文献 (16) 1.概述 1.1 百分表简介 百分表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。百分表的大表盘上印制有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

5、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。 主要用途： 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。分度值为0.01mm,测量范围为0-3、0-5、0-10mm。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。 1.2百分表设计的意义 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，当然也可用来测量小的直线位移，测量工件的尺寸、形状、位置误差、检验机床的集

6、合精度或调整工件的装夹位等等，他已经成为工业生产中不可缺少的仪器。 2.1百分表的总体设计及主要部件的功能设计 2.1百分表的总体设计功能 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

7、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。 1 s 为导杆1也是齿轮2 分度圆上的线位移，2 s 齿轮3分度圆上的线位移，2 D 为齿轮2的分度圆直径， 3 D 为齿轮3的分度圆直径， 4 D 为齿轮4的分度 圆直径， 6 D 为齿轮6的分度圆直径，2 m 为齿轮2的模数，3 m 为齿轮3的模数， 为齿轮4的模数4m ，6m 为齿轮6的模数，2z 为齿轮2的齿数，3z 为齿轮3的齿数，4z 为齿轮4的齿数，6z 为齿轮6的齿数，2， 4分别为

8、齿轮2和4的转动角。 2.1.1传动与显示原理 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。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。 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

9、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： 1222 12 s D s D =? 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，小指针转动110周。 2.1.2模数设计 根据表体的基本尺寸要求，直径为5cm ，根据传动精度要求选定2m =0.2，大概设计2 D =3.2mm ， 3 D =20mm ，4 D =2

10、mm ， 6 D =20mm 。 根据 D =mz,可知2z =16。 由图3可知4= 2 42 S D =13224 2S D m z D ? 当 1 s 等于1mm 时4 =2，由此可以计算得出2m =1.989，因此模数2m 的选择将 导致实际测量与标度之间的误差。 ?4（2m =1.9894=2）=4 -2=35.2810-?rad ，因此测量时每毫米的测量 误差为?L= 44 8.4102 -?=-?mm ，这样可求得表盘上每个刻度误差为64 8.4102 -?=-?mm ，这是测量原理误差。 考虑到齿轮3,4,6之间的传动精度和与前面的传动步调一致，设定 3m =4m =6m =0

11、.2，因此可得出3z =100,4z =10,6z =100。 2.2百分表主要部件的设计 2.2.1传动导杆和齿轮2的设计 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

12、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。 压力角的影响：在其他基本参数不变的情况下,改变压力角大小, 计算出小轮 的接触应力和弯曲应力见表3。 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20?。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 m 0.2 分度圆 D m 2z =3.2 齿厚 s 1 2 m 顶隙 c 0.25m

13、齿根高 f h 1.25m 齿顶高 a h m 齿距 p m 齿工作高度 h 2.25m 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 t m 齿厚 s 1 2 m 径向间隙 c 0.25m 齿根高 2h 1.25m 齿顶高 1h m 全齿高 p m 齿工作高度 g h 2.25m 齿条的工作长度为10mm ，但加工时应保留一些余量，取加工总长度为15mm 。 2.2.2变位齿轮的设计 齿轮的变位原理：通过改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置或改变标准刀具的齿槽宽切制出的齿形为非标准渐开线齿形的齿轮。切制轮齿时，改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置称为径向变位。改变标

14、准刀具的齿槽宽称为切向变位。最常用的是径向变位，切向变位一般用于圆锥齿轮的变位。 用展成法加工齿轮时,若齿条形刀具的中线NN 与齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动，加工出来的齿轮称为标准齿轮。若齿条形刀具的中线不与齿轮毛坯的分度圆相切，而是与刀具中线平行的另一条分度线（机床节线）与齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动，则加工出来的齿轮称为径向变位齿轮。加工径向变位齿轮 图 4 齿条的形状 时，齿条形刀具的中线相对被加工齿轮分度圆移动的距离称为变位量，用x 表示，称为变位系数，m 为模数。通常规定，刀具中线相对轮心移远时，取正值，称为正变位；刀具中线相对轮心移近时，取负值，称为负变位。 径向变位齿轮与标准

15、齿轮相比，其模数、齿数、分度圆和基圆均无变化；但是正变位时分度圆齿厚增大，齿根圆和齿顶圆也相应增大；负变位时分度圆齿厚减小，齿根圆和齿顶圆也相应地减小。 由于4m =10的限制，为了不再加工齿轮时产生大量的齿根切齿现象，小齿轮的最小变位系数位0.42。在精密仪器中齿轮的传动精度较高，在小模数齿轮的设计中，常用高度变位齿轮。这样要求两个相互啮合的齿轮的总的变位系数为0，而它们的啮合角与压力角相等，中心距与未变位前一样。要求变位的齿轮有齿轮3, 齿轮4, 齿轮6。其中齿轮4为证变位，齿轮3,6为负变位。其具体形式如下： 其具体参数如下表： 序号 名称 计算公式 1 模数 m=0.2 2 3z 变位

16、系数 X3=-0.42 3 4z 变位系数 X4=0.42 4 6z 变位系数 X6=-0.42 5 压力角 =20? 6 啮合角 7 标准齿顶高系数 *a h =1 8 变位齿顶高系数 *ai h =*h 0.42 9 顶隙系数 *c =0.35 10 齿轮3,4中心距1a 1a =461 ()2m z z + 11 齿轮4,4中心距2a 2a =461 ()2 m z z + （对于*h =*h 0.42，小齿轮4的变位系数为+，大齿轮4,6的变位系数为-）。根据上表和各齿轮的模数可求得： 齿轮4的变位量4a ?=0.42m 齿轮3的变位量3a ?=-0.42m 齿轮6的变位量6a ?=-0.42m 齿轮3,4中心距1a =11mm 齿轮4,4中心距2a =11mm 齿顶高为* ()a a i h m h X =+ （i X =3X ，4X ，6X ） 全齿高为h=m （2*a h +*c ）保持不变 齿顶圆直径*2()ai i a i D m h x D =+ （3） 齿根圆直径 *2()fi i a i D m h C x D =-+- （4） 分度圆直径为 i D =m i z