弹簧管压力表基本知识.ppt

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1、压力表课程设计,主要内容,1 压力表课程设计要求 2 压力表设计计算 1、压力表概述 2、测量环节参数的选择与计算 3、游丝设计 4、零件尺寸的确定 3 课程设计报告 4 其它,目的,巩固、实践课堂讲过的知识 本课程设计的内容（任务）： 本次课程设计就是把学过的知识应用到机械仪表的设计中，培养同学从整体上分析问题、解决问题的能力。并进一步加深对学过的知识的理解、巩固。,1 压力表课程设计要求,压力表的结构设计,目的,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

2、： 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）,目的,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。,压力表设计的技术要求,测量范围 00.16Mpa 外廓尺寸 外径150mm 高度55mm 接口M201.5（普通螺纹、外径20、螺距1.5） 标尺 等分刻度（满程0.16Mpa） 标度角270、分度数80（格）、 分度值（0.02Mpa） 精度 1.5级,0.02,压力表设计任务要求,设

3、计说明书 两张相关零件图 （3号或4号图） 压力表三维模型（Pro-E）、爆炸图,压力表概述,弹簧管压力表是一种用来测量气体压力的仪表。 压力表的组成： 灵敏部分（弹簧管） 传动放大部分（曲柄滑块、齿轮机构） 示数部分（指针、刻度盘） 辅助部分（支承、轴、游丝）,2 压力表设计计算,工作原理 作为灵敏元件的弹簧管可以把气体压力转变为管末端的位移，通过曲柄滑块机构将此位移转变为曲柄的转角，然后通过齿轮机构将曲柄转角放大，带动指针偏转，从而指示压力的大小。将转角放大便于测量，可以提高测量精度。,灵敏部分-弹簧管,p,传动放大-曲柄滑块机构,传动放大-齿轮传动,压力表工作原理框图 弹簧管的压力位移是

4、线性关系，但弹簧管本身的工艺问题（如材料、加工等）会造成一些线性误差，弹簧管形状的不直、不均匀也会导致非线性误差。 曲柄滑块机构可以补偿弹簧管的线性及非线性误差。 从00.16Mpa调整满足满刻度精度为线性误差调整，中间部分不均匀调整为非线性误差调整。 注：参考赵英老师的网络录像。,本次压力表课程设计的主要设计计算内容 1）弹簧管：结构设计计算、末端位移计算 2）曲柄滑块机构：结构设计计算 3）齿轮传动结构：结构参数计算 4）游丝：参数计算,压力表概述-end,测量环节参数的选择和计算,一、弹簧管设计计算 二、曲柄滑块机构设计计算 三、齿轮传动机构设计计算 四、原理误差计算,弹簧管,原理（参阅

5、教材p352） 弹簧管在内压力的作用下，任意非圆截面的弹簧管的截面将力图变为圆形。,从管子中截取中心角为d的一小段。通入压力p后，管截面力图变圆，中性层xx以外各层被拉伸（如efef），以内各层被压缩（如kiki）。材料产生弹性恢复力矩，力图恢复各层原来长度，从而迫使截面产生旋转角d，使管子中心角减小，曲率半径增大。若管子一端固定，自由端便产生位移，直至弹性平衡为止。,弹簧管,末端位移计算 1）弹簧管中心角变化与作用压力之间的关系 和弹簧管变形前、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和材料的弹性模量和泊松比 C1和C2与a/b有关的系数

6、，查表取之,弹簧管,2）位移切向分量st 3）位移径向（法向）分量sr 4）自由端位移s 5）位移与切向分量夹角,弹簧管,弹簧管参数选择与计算 按照现有的弹簧产品规格，选定尺寸参数如下的弹簧管： 毛坯外径 15mm 中 径 R50mm 壁 厚 h0.3mm 中 心 角 265（参考） 材 料 锡磷青铜Qsn4-0.3 E1.127105Mpa 0.3,弹簧管,弹簧管参数选择与计算 1）安全系数n pj：比例极限压力 pg：工作压力（应小于pj） 2）弹簧管截面与轴比a/b 已知毛坯： 15mm，h0.3mm 选用扁圆形弹簧管，a=？b=？ a/b，灵敏度 ，但pj ， 建议a/b4 提示：圆形

7、毛坯压扁后 中性层尺寸不变；,弹簧管,3）中心角 设 则 有 s 通常取 200270。 建议： （结构中心角） =265 另 插入接口1015 自由端压扁46 则实际参加变形的中心角： = -10-5=250 ,弹簧管,4）弹簧管中径 R50mm 5）材料 锡磷青铜Qsn4-0.3 弹性模量 E1.127105Mpa 泊松比 0.3,曲柄滑块机构,加压后，弹簧管自由端位移s，带动曲柄转过角度g曲柄滑块机构,O,D,B,e,a,b,+,0,0,B,g,D,曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,曲柄最大转角g工作转角 弹簧管末端指针：两级传动 一级曲柄滑块机构、二级齿轮传动 i总=i齿i曲=270 / g

8、 g /s 推荐：* i齿=13.5, g =20 * i齿=15, g =18（建议选取该组参数，因为i是整数，对后面齿轮Z1、Z2选择方便。）,曲柄滑块机构,、的选择 曲柄滑块机构的传动比 i=/s=f(a,b,e, ) 为简化计算，常引入无量纲系数： * 滑块相对位移 * 连杆相对长度 * 相对偏距 * 相对传动比 =0.81.4、=25 推荐 =1、=4,确定0、k(初始角、终止角) k -0= g 在ia- 曲线上找出极点对应的极角e， 0、 k 以e对称分布。i变化小，工作过程非线性度减小。 0 e g/2 k e g/2 对于=1、=4的曲线有e=0 0 - g/2 k g/2,

9、曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,计算曲柄长度a 最大位移smax ，上式中 k 计算连杆长度b和偏距e 连杆长 b=a 偏距 e=a 连杆b初始位置与弹簧管末端位移s夹角 bsin =e-acosk,齿轮传动机构,初定齿轮中心距A(根据曲柄滑块机构参数计算) 1）求c（过渡量）： OBD中 2）求A： OBO中,齿轮传动机构,选定标准中心距A（i12即前述i齿） 选择适当Z1、m，使A尽可能靠近初定值A 整数（否则Z2无法加工） m选用标准值 0.2 0.25 0.3 0.4 对每一个m值适当选择12个Z1，使A接近A，且Z1不小于17、Z2不要太大（参考样机） 。 计算齿轮参数 da、d、df,

10、齿轮传动机构,修正连杆长度b 当用中心距A代替初定值A后，曲柄回转中心O位置将略有改变，此时可重新计算连杆长度b，使O点与齿轮传动计算得出的O点重合。而a、e、 0、k、=b/a均不需改变。 1）求c（改变c）： OBO中 2）求b： OBD中,齿轮传动机构,扇形齿轮扇形角 扇形齿轮回转中心即是曲柄的回转中心，故扇形齿轮的工作转角即为曲柄的工作转角g ，并适当增大即可。 扇=g(1+25%)+22齿对应中心角,工作初始及满程结束时，两边各多出2齿防脱角。,过载量，指针实际可转角比工作转角大一些。,原理误差,压力表弹簧管末端位移与指针转角应为线性关系。由于在测量环节中采用了曲柄滑块机构，使转角与

11、位移存在非线性误差，即为原理误差，应加以控制。 对应曲柄转角的理想位移 对应曲柄转角的实际位移 原理误差 1为合格,原理误差,非线性度校验： 曲柄每转过2进行一次误差计算。,测量环节参数的选择和计算-end,游丝设计,压力表中的游丝为接触游丝，其作用是消除空回，使齿轮始终保持单面接触。 由于齿轮轴存在摩擦力矩，所以在游丝安装时应给予一定的预紧力矩，使指针在零位时，在该最小安装力矩下，也能驱动传动链使齿轮保持单面接触，即使小齿轮跟随扇形齿轮（无论正转、反转）消除空回误差。,计算最小力矩Mmin,安全系数，k=23,零件偏重力矩,游丝压力产生的摩擦力矩,零件自重产生的摩擦力矩,经过精心设计，某些零

12、件的偏重力矩Mp将有助于完成机构的力封闭，故可将Mp省略。,计算最小力矩Mmin,Mfz的计算 Mfz为中心小齿轮及扇形齿轮的综合影响：,将扇形齿轮的影响诱导至中心轴,中心小齿轮支承上的摩擦力矩,Mfz2扇形齿轮支承上的摩擦力矩； I21齿轮传动的传动系数； 齿轮传动效率,计算最小力矩Mmin,Mfz的计算（续）说明 估算重量; 小齿轮：齿轮轴、指针(Al)、指针帽(Cu) 扇形齿轮：齿轮轴、扇形齿轮（估算） 连杆重量忽略； 分析压力表水平放置、垂直放置两种情况，取其大者； 近似计算，=0.9。 比重：Cu 8.59g/cm3 Al 2.49g/cm3,计算最小力矩Mmin,1） 中心小齿轮M

13、fz1的计算取两者中大者参与后序计算 * 压力表立放，轴水平 * 压力表平放，轴立 2）扇形齿轮Mfz2的计算 （计算步骤同上，并取大者）,当量摩擦系数，按未经研配计算,d1,d2,d,将轴及轴上零件总重都集中在一端轴颈上计算即可,式11-1,式11-5,计算最小力矩Mmin,Mmin的计算 注意：因为计算中需要知道零件的重量，故游丝设计必须在结构设计之后进行。,选定参数 1）工作角度 最小工作转角 1=/2M1=Mmin 最大工作转角 2=2 2）工作圈数 2 n=1014; 2 n=510 建议 n=810 3）宽厚比u=b/h 接触游丝 u=48，建议u=6 4）外径D1 由空间结构定；

14、 内径D2 由轴定。 5）材 料 锡青铜QSn4-3 E=1.2105Mpa 强度极限b=600Mpa 安全系数S=3 b=b/S=200Mpa,游丝计算,游丝计算,几何尺寸计算 1）初定长度 2）厚度 圆整到0.01 3）宽度 由圆整后的h计算 4）校核应力 一般情况下能满足要求，否则可改变宽厚比u。,游丝计算,5）最后确定L、n、a(圈间距)-圆整后的b、h K-同时盘绕游丝个数取整,游丝设计-end,零件尺寸的确定,按仪表特性的要求确定零件尺寸 如弹簧管 2a、2b、h、R 曲柄滑块机构 a、b、e、 0、k 齿轮 i、Z1、Z2、m 按标准化规范确定零件尺寸 1）标准尺寸（有关标准、规

15、范） 如螺纹、锥度、倒角、直径、m 2）标准件（标准件越多，设计越好） 销钉、螺钉、螺母、垫圈、轴承；游丝亦有标准，但本设计里标准游丝不合适，需自行设计非标准游丝。,由材料规格确定 如弹簧管的毛坯外圆（圆管材），即查材料规格；（卡玻璃的）钢丝直径、外壳铁板厚度、夹板厚度，均需查手册，或参考样机。 由空间结构确定 1）安排尺寸（轴向） 如中心轮安装指针的轴的长度，需按轴向安排尺寸确定，玻璃上夹板下夹板壳 2）零件结构尺寸 计算的是特性尺寸，具体零件结构尺寸自行设计。,由空间结构确定（续） 3）足够的运动空间（平面） 如表盘螺钉不得妨碍指针运动；夹板柱不得妨碍运动件；曲柄滑块机构不得碰壳；机芯应能

16、入壳等。 类比 指针长度、刻度盘刻线长度、扇形轮形状等；拆表时应多测量样机的尺寸为设计提供参考；参考教材中有关示数装置的内容。,零件尺寸的确定-end,课程设计报告,设计说明书 设计说明书是一种专门为技术审查部门编写的技术文件，它主要反映技术特点、计算依据、计算过程及结果。 两张相关零件图 压力表三维建模（Pro-E）、爆炸图 注：结构、计算应说明书模型图纸相一致。,3 课程设计报告,设计说明书的内容,设计任务概述 课程设计目的、任务、技术指标 压力表概述 用途、工作原理、组成框图 参数选择计算 弹簧管、曲柄滑块机构、齿轮、游丝、度盘 标准化统计 压力表零件列表（名称、数量），统计其中标准件的数量和所占比例。 所绘制零件结构参数设计说明 对所绘制零件结构尺寸、公差配合、表面质量、材料选择以及相关零件之间的空间关系进行解释说明。 小结收获,其它,实验室提供n种结构的压力表，可任选一种拆卸，观察结构、进行测绘。 拆表时注意： 小组装（组件）、定位面 哪些是永久安装，哪些是可拆结构 非线性调整、满刻度调整 环节,压力表测量允许误差 1.5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pmax1.5%。 即仪表允许误差为 1.6Mpa 1.5% 0.024Mpa,弹簧管,压力弹簧管,弹簧管截面形状,