精密机械设计基础课程设计

精密机械设计基础课程设计说明书

设计题目：弹簧管压力表

设计人员：

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指导老师：

目录

§⒈设计任务

§⒉方案论证

2．1结构分析

2．2弹簧管工作原理§⒊参数选择

§⒋参数计算

§⒌标准化统计§⒍工作总结

§⒎附表：公式来源

§⒈设计任务

设计一个用于测量压力的弹簧管压力表，其技术要求如下：

1.测量范围0～0.25Mpa

2.外廓尺寸外径<150mm 高度<50mm

接口尺寸：M20⨯1.5（普通螺纹、外径20、螺距1.5）

3.标尺特性

等分刻度：（满程0.25Mpa）5.4︒

标度角：270︒

分度数：50

分度值：（0.005Mpa）

4.精度 1.5级

5.测量误差小于1%

§⒉方案论证

§2．1结构分析

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：

灵敏元件（弹簧管）：将不便于直接测量的物理转化成易于直接比较的物理量。本设计将弹簧管作为灵敏元件，将不易比较的压力转化成易于测量的位移。

传动放大机构（曲柄滑块、齿轮机构）：本设计由曲柄滑块机构和齿轮机构组成，其目的是为了传递或放大位移，改变位移性质和得到等分刻度，并且应具备一定的保补偿性，同时保持线性对应关系。

示数装置（指针、刻度盘）：其作用是在接受传动放大机构的位移后，这指示出带测量的数值。本设计采用指针指示标尺刻度。

辅助装置：支承、轴、游丝

§2．2弹簧管工作原理

弹簧管在内压作用下，任意非圆截面的弹簧管的截面将力图变为圆形。若管子一端固定，在压力的作用下，自由端将产生位移，直至达到弹性平衡为止。压力表中，弹簧管作为灵敏元件，自由端与连杆相连，而连杆又与扇形齿轮后端的柄（曲柄）及弹簧管本身构成曲柄滑块机构，利用该机构可将自由端的直线位移

转换为曲柄的角位移。齿轮机构又将位移放大，并由中心轴带动指针，在标尺上显示出准确示数，即指示出压力的大小。将转角放大便与测量，可提高测量精度。

压力表工作原理框图

弹簧管的压力——位移是线性关系，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0～0.25Mpa 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。

§⒊参数的选择

1．主要参数选择与计算

毛坯外径 Φ＝10mm 毛坯中径 R ＝33mm 壁 厚 h ＝0.3mm 轴比a/b a/b ＝4

中 心 角 γ´´＝260︒ γ ＝245︒ 材 料 锡磷青铜Qsn4-0.3 E ＝1.127⨯105Mpa 泊 松 比 μ＝0.3

(线性转换) (线性传动)

(线性刻度)

(近似线性传动)

2．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αg －曲柄滑块机构

相对杆长 λ=4 初始位置角 αk ＝9︒ 相对偏轴量 ε=1 终止位置角 α0 = -9︒ 转动范围角 αg =18︒

3．齿轮转动参数

模数 m=0.2 传动比 i 12=15 小齿轮齿数 Z 1=19

弹簧管结构简图

4．标尺指针的参数选择

分度尺寸 5.4︒

长标线长度10mm

短标线长度5mm

指针与短标线重合长度2mm

指针末端宽度2mm

指针形状楔杆形

5．游丝参数的选择

外径：D1=25mm

内径：D2=5mm

圈数：n=10圈

宽厚比：u=6

安装角度ϕmin = π／2

摩擦系数 f = 0.2

当量摩擦系数f v= 0.314

§⒋参数计算

1．弹簧管有关参数的确定

⑴弹簧管外形参数的确定：

（单位：mm） 项目公式依据计算结果

χπ(ϕ－h)= π χ＋2(4χ－χ) 3.3335

短轴中径2b2b=χ 3.3335

长轴中径2a2a=4χ13.3340

短轴2B2B=2b＋h 3.6335

长轴2A2A=2a＋h13.6340

⑵弹簧管末端位移的确定：

（单位：mm）

附：查表C1＝0.437 C2＝0.121 γ＝245︒

2．曲柄滑块机构的参数确定

在弹簧管压力表中，利用曲柄滑块机构，把滑块的位移S转化为曲柄滑块的角度位移ϕ。

（单位：mm ）

3. 压力表原理误差分析

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，使转角与位移存在非线性误差，即为原理误差，应加以控制。

()()αααα--=0

/k

n

n

s s

()⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎣

⎡

⎪⎪⎭

⎫

⎝

⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛----=b e

a b e

a b a s n n

n

ααααcos 1cos 1sin sin 0'2

2

4．游丝应力胶合

结论：因为σmax＜[σb]，因此各参数的选择及计算合理。5．游丝各参数最后确定