弹簧管压力表课程设计说明书

0.02 0 0.16
压力表设计任务要求
压 力 表 课 程 设 计
1. 2. 3.
设计说明书 号或4号图 两张相关零件图 （3号或 号图） 号或 号图） 压力表三维模型（ ）、爆炸图 压力表三维模型（Pro-E）、爆炸图 ）、
ξ2
压力表设计计算
压力表概述
压 力 表 课 程 设 计
弹簧管压力表是一种用来测量气体压力 的仪表。 的仪表。 压力表的组成： 压力表的组成： 灵敏部分（弹簧管） 灵敏部分（弹簧管） 传动放大部分（曲柄滑块、齿轮机构） 传动放大部分（曲柄滑块、齿轮机构） 示数部分（指针、刻度盘） 示数部分（指针、刻度盘） 辅助部分（支承、 游丝） 辅助部分（支承、轴、游丝）

连杆方向
p
sr δ = arc tan st
压 力 表 课 程 设 计
3.
弹簧管参数选择与计算
弹簧管
按照现有的弹簧产品规格， 按照现有的弹簧产品规格，选定尺寸参数如 下的弹簧管： 下的弹簧管： 毛坯外径 中 径 壁 厚 中心 角 材 料 Φ＝15mm R＝50mm ＝ h＝0.3mm ＝ γ´´＝265°（参考） ´´＝ ° 参考） 锡磷青铜Qsn4-0.3 锡磷青铜 E＝1.127×105Mpa ＝ × µ＝0.3
δ e’ e x k k’ dγ γ dϕ ϕ i x i’ f’ f
从管子中截取中心角为dγ 从管子中截取中心角为 γ的 一小段。通入压力p后 一小段。通入压力 后，管截 面力图变圆，中性层x－ 以外 面力图变圆，中性层 －x以外 各层被拉伸（ 各层被拉伸（如ef→e’f’）， → ）， 以内各层被压缩（ 以内各层被压缩（如ki→k’i’）。 → ）。 材料产生弹性恢复力矩， 材料产生弹性恢复力矩，力图 恢复各层原来长度， 恢复各层原来长度，从而迫使 截面产生旋转角dϕ 截面产生旋转角 ϕ，使管子中 心角减小，曲率半径增大。若 心角减小，曲率半径增大。 管子一端固定， 管子一端固定，自由端便产生 位移，直至弹性平衡为止。 位移，直至弹性平衡为止。
2.
目的
压 力 表 课 程 设 计
3.
熟悉有关规范、标准、 熟悉有关规范、标准、手册 设计中涉及到的零件材料、结构等， 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、 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； 等亦应符合相关标准；制图也要符合一定 的规范。 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。 学习、掌握查阅标准及使用手册的能力。
2）位移切向分量st ）位移切向分量
弹簧管
t
γ −γ ' st = R(γ − sin γ ) γ
γ −γ ' sr = R(1 − cos γ ) γ
γ0 O R0
δ
st
φ
3）位移径向（法向）分量sr ）位移径向（法向）分量
s sφ sr
r
4）自由端位移s ）自由端位移
s = st2 + sr2
γ −γ ' = R (γ − sin γ ) 2 + (1 − cos γ ) 2 γ 5）位移与切向分量夹角δ ）位移与切向分量夹角δ
弹簧管
γ −γ ' ⋅R⋅∆ 则 s= γ
弹簧管
压 力 表 课 程 设 计
4）弹簧管中径 R＝50mm ） ＝ 5）材料 锡磷青铜 锡磷青铜Qsn4-0.3 ） E＝1.127×105Mpa 弹性模量 ＝ × 泊松比 µ＝0.3
曲柄滑块机构
压 力 表 课 程 设 计 y － ϕ0 + ϕ D b B’ B ψ0 αg ψ x s e O a D’
O
dγ -dϕ γ ϕ
O’
压 力 表 课 程 设 计
2.
末端位移计算
γ −γ ' 1− µ 2 =p E γ
b2 R 2C1 1− 2 2 2 a Rh bh C2 + 4 a
弹簧管
t
1）弹簧管中心角变化与作用压力之间的关系 ）
δ
st γ0 O R0 连杆方向
α0 O αk αg α 1 ia
ε =1
αe
λ＝ 4
曲柄滑块机构
压 力 表 课 程 设 计
4.
计算曲柄长度a 计算曲柄长度 s 2 2 2 2 χ = =(sinα−sinαo) + λ −(cosαo −ε) − λ −(cosα−ε) a 最大位移smax ，上式中 α→αk 计算连杆长度b和偏距 和偏距e 计算连杆长度 和偏距 连杆长 b=λa 偏距 e=εa 连杆b初始位置与弹簧管末端位移 夹角 连杆 初始位置与弹簧管末端位移s夹角φ 初始位置与弹簧管末端位移 夹角φ bsinφ =e-acosαk
压 力 表 课 程 设 计
压力表设计的技术要求
压 力 表 课 程 设 计
1. 2.
3.
4.
0～0.16Mpa 测量范围 ～ 外径<150mm 高度 高度<55mm 外廓尺寸 外径 接口M20×1.5（普通螺纹、外径 、螺距 ） 普通螺纹、外径20、螺距1.5） 接口 × 满程0.16Mpa） 标尺 等分刻度（满程 ） 标度角270°、分度数 （格）、 标度角 ° 分度数80 270° 分度值（0.02Mpa） ） 1.5级 精度 级
压 力 表 课 程 设 计
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
压 力 表 课 程 设 计
1.
弹簧管 参阅教材p352） 原理（参阅教材 ） 弹簧管在内压力的作用下 在内压力的作用下， 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。 截面的弹簧管的截面将力图变为圆形。
因为i是整数，对后面齿轮 选择方便。） 因为 是整数，对后面齿轮Z1、Z2选择方便。） 是整数
曲柄滑块机构
压 力 表 课 程 设 计
2.
ε、λ的选择 α 曲柄滑块机构的传动比 i=α/s=f(a,b,e, α) 为简化计算，常引入无量纲系数： 为简化计算，常引入无量纲系数： * 滑块相对位移 χ = s / a * 连杆相对长度 λ = b / a ε = e/a * 相对偏距 * 相对传动比 ia = a ⋅ i ε=0.8~1.4、λ=2~5 、 推荐 ε=1、λ=4 、
压 力 表 课 程 设 计
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 ）弹簧管：结构设计计算、 2）曲柄滑块机构：结构设计计算 ）曲柄滑块机构： 3）齿轮传动结构：结构参数计算 ）齿轮传动结构： 4）游丝：参数计算 ）游丝：
压力表概述压力表概述-end
测量环节参数的选择和计算
φ
γ和γ’－弹簧管变形前、后的中心角 弹簧管变形前、 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 － 和短轴半径 E和µ－材料的弹性模量和泊松比 和 C1和C2－与a/b有关的系数，查表取之 有关的系数， 有关的系数
s sφ sr
r
p
压 力 表 课 程 设 计
压 力 表 课 程 设 计
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， 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， 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， 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。 从而指示压力的大小。将转角放大便于测 可以提高测量精度。 量，可以提高测量精度。
γ´´
Φ
3.
压 力 表 课 程 设 计
弹簧管参数选择与计算
弹簧管
1）安全系数n ）安全系数 p j / pg = n pj：比例极限压力 pg：工作压力（应小于 j） 工作压力（应小于p 2）弹簧管截面与轴比 ）弹簧管截面与轴比a/b 已知毛坯： 已知毛坯： h Φ＝15mm，h＝0.3mm ， ＝ 选用扁圆形弹簧管， ？ ？ 选用扁圆形弹簧管，a=？b=？ a/b↑，灵敏度↑ ，但pj ↓， ↑ 灵敏度↑ Φ＝15mm 建议a/b＝ 建议 ＝4
压力表的结构设计
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， 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。 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。 深对学过的知识的理解、巩固。
目的
压 力 表 课 程 设 计
掌握正确的设计思想。 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。 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： 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－ －（拟定 （接受）设计任务－（拟定）设计方案－设 计计算－绘制装配图－ 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： 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 ）满足使用要求（功能、 求） 2）注意工艺性（结构合理、简单，经济性， ）注意工艺性（结构合理、简单，经济性， 外观要求） 外观要求）
加压后，弹簧管自由端位移 ， 加压后，弹簧管自由端位移s，带动曲柄 转过角度α 转过角度αg－曲柄滑块机构
曲柄滑块机构
压 力 表 课 程 设 计 O’ O b e aD E O s B b B e B’ s
ϕ0
D’ αg a D
α0 αk
p
曲柄滑块机构
压 力 表 课 程 设 计
1.
曲柄最大转角α 曲柄最大转角αg－工作转角 弹簧管末端→指针： 弹簧管末端→指针：两级传动 一级－曲柄滑块机构、二级－ 一级－曲柄滑块机构、二级－齿轮传动 i总=i齿⋅i曲=270° / αg ⋅ αg /s ° 推荐： 推荐：* i齿=13.5, αg =20° ° * i齿=15, αg =18°（建议选取该组参数， ° 建议选取该组参数，