百分表设计书

百分表的设计

测控技术与仪器

摘要百分表的工作原理,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。构造主要包括示数装置、传动系统、消除空回装置、产生测力装置、导轨、支承、限动器和联接等。本文则是针对这些方面进行分析计算，试验测试，设计出一款性能良好的百分表。

主题词百分表设计传动系统齿轮模数导杆

1设计任务

设计一种钟表式百分表，在分析样图和参考图的基础上，进行结构方案的比较和选择。包括示数装置、传动系统、消除空回装置、产生测力装置、导轨、支承、限动器和联接等。然后进行总体布局、设计计算，绘制草图和正式图，编写说明书。

具体要求如下：

1）设计一个满足使用要求（功能、可靠性及精度）的百分表。

2）注意百分表的加工工艺、安装工艺性（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。在课程设计过程中要求学习、掌握查阅标准及使用手册的能力。

2 结构设计

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、0-10、0-20、0-50mm。这里设计的百分表是利用齿轮齿条的传动来实现测微的，测量范围为0—20mm。

百分比的最主要设计部件是齿轮齿条，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。

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。总体大小为：表盘直径6cm，表体高度12cm。

图1百分表的表体部分和传动图2百分表的读数装置

（1）百分表的总体设计及主要部件的功能设计百分表的总体设计功能

图 3 百分表的总体传动原

1s 为导杆1也是齿轮2 分度圆上的线位移，2

s 为齿轮3分度圆上的线位移，2D 为齿轮1的分度圆直径，3D 为齿轮2的分度圆直径，

4D 为齿轮3的分度圆直径，6D 为齿轮4的分度圆直径，2m 为齿轮2的模数，3m 为齿轮3的模数，4m 为齿轮4、9的模数，6m 为齿轮6的模数， 为齿轮8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，

4θ为齿轮4的转动角。（下面有的关这些参数就不再声明）

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3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： 122212s D s D =•

齿轮4又与齿轮3齿轮8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4,8啮合有可以转换成8的角位移，齿轮8与齿轮9同轴且相连为一体，它们有相同的角速度，齿轮9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，小指针转动二十分之一周。

模数的设计

根据表体的基本尺寸要求，直径为6cm ，根据传动精度要求选定2m =0.199mm ，大概设计2D =3.2mm ，3D =19.9mm ，4D =2mm ，6D =19.9mm ，=4mm,=2mm 。 根据=mz,可知2z =16。

由图3可知4θ=242S D =132242S D m z D •••

考虑到齿轮3,4,6,8,9之间的传动精度和与前面的传动步调一致，设定=3m =4m =6m ===0.199。

因此可得出3z =100,4z =10,6z =100,

=20,=10。 百分表主要部件的设计

（2）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：①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;②对于接触应力,其受小轮齿数的影响大于受模数的影响;③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;④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。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 。它们的具体几何参数的设计如下表：

表4齿轮2的几何参数