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1、 钟表式百分表的设计说明百分表背景英文：【Dial Indicators】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。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杠杆千分表，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。一、设计要求
2、：设计钟表式百分表具体技术指标要求如下：1. 分度值：0.01mm2. 测量范围：010mm3. 外线尺寸直径：50 604. 使用环境：车间现场（要求防尘、防油、防震、防噪）5. 测杆应移动平衡、灵活、无卡住现象6. 其余按照国家标准二、设计任务：1. 提出设计方案2. 给出装配结构示意图（A1 号图纸）3. 给出 2 张零件图（A4 号图纸）4. 给出设计说明书三、设计目的：本次课程设计是精密机械设计课的重要组成部分，是打好技术基础和进行技能训练的重要环节。其目的是：1. 训练同学们独立思考、独立运用。独立设计的能力，掌握百分表的具体原理，强化掌握平时学到的理论知识2. 扩大同学们的知识面
3、，提高对知识的应用能力3. 培养同学们的创新能力4. 加强同学们的团队合作精神百分表结构图四、设计步骤：1. 去实验室观察百分表结构2. 小组人员分工，去图书馆借书，在网上搜索相关资料，然后大家一起分析资料，对百分表的功能和结构有了初步的认识3. 讨论创新方案经过大家集思广益，我们小组提出了两点比较大的创新： 去掉测杆的防转槽，直接在表盘的内表面开槽，从而使百分表结构更简单 给百分表增加锁紧结构，在每次测量结束后可以锁紧测杆，方便读数然后经过与老师和同学们的热烈讨论，并且认真考虑了百分表的使用方法和使用环境，决定取消锁紧结构。只采用在表盘上开槽的改进方案。4. 确定设计方案5. 计算数据6.
4、绘制正式设计装配图（用 AUTOCAD 软件绘制，A1 号图纸）7. 绘制零件图（手绘， A4 号图纸）8. 完善百分表设计说明书五、百分表工作原理分析：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。百分表通常由测头、量杆、 i弹簧、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针等组成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。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
5、的转动,从而读出被测尺寸的大小。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。六、数据计算：（一）、齿轮设计结构简图1.选择齿轮材料：考虑百分表的外廓尺寸不宜过大，大小齿轮都选用 40Cr，对小齿轮 Z2,Z1 表面淬火4855HRC，对大齿轮 Z3 调制处理，硬度为 280HBW2.强度校核：1.许用弯曲应力：因为又由精密机械设计基础课本 148 页表 7-9 查表可知 flimb1=600 N/mm2flimb2=1.8HBW=(1.8280) N/mm2=504 N/mm2取 Sf=2,双向传动取 KFC=0.7， Kfl=1由此可得小齿轮 Z2 的弯曲应力 F1=6
6、002 N/mm2=300 N/mm2大齿轮 Z3 的弯曲应力 F2=5042 N/mm2=252 N/mm2转矩： 小齿轮 Z1 T1=Fr1=1.51 N .mm= 1.5 N.mm小齿轮 Z2 T2=Fr2=1.51.6 N .mm= 2.4 N.mm大齿轮 Z3 T3=Fr3=1.510 N .mm= 15 N.mm验算弯曲应力：由公式再由又有精密机械设计基础课本 147 页图 7-38 查图可知Z2=16 Yf2=4.35Z3=100 Yf3=3,75=3004.35=68.9 N/mm2=2523.75=67.2 N/mm2因为 ，所以我们应该验算大齿轮的弯曲应力N/mm2=3.0
7、375 N/mm2 =252N/mm2通过以上校核可知齿轮满足弯曲强度要求，设计合理，可以用于生产2.确定齿数：由传动机构的特性我们取各齿轮的齿数 z1=10， z3=100在充分考虑对强度与耐冲击承受能力，我们小组取 z2=163:计算齿轮模数：由传动比的计算公式式中： max：相应于测杆最大位移的指针转角， Smax：测杆的最大位移（示值范围）。齿轮 Z3 和 Z1 的传动比。相应于 SmaxZ2 轮转角。齿条（测杆）与齿轮 2的传动系数。因 2 齿轮的分度圆半径： 故有： 所以可得：所以由以上数据可得： 经过国家标准圆整后取 m=0.2 mm为减少刀具数量，我们小组将 Z1、Z 3 模数
8、也取与 Z2 相同。即 m1=m2=m3=0.2 mm4.齿轮几何参数的计算齿距： p1=p2=p3=m=0.628 mm各齿轮分度圆直径： d1=mz1=0.210=2 mmd2=mz2=0.216=3.2 mmd3=mz3=0.2100=20 mm 齿顶高： ha=m=0.2 mm齿根高： hf=1.35m=0.27 mm顶隙： c=0.35m=0.07 mm齿厚： s=m/2=0.31415 mm齿间宽： e=m/2=0.31415 mm齿宽： b1=12m=2. 4 mm, b2=12m=2.4 mmb3=b4=10m=2 mm标准中心距： a=m(Z1+Z3)/2=11 mm5.最小
9、变位系数的确定：因为根切现象的存在，标准齿轮的最小齿数：由 Zmin=2ha*/sina2 有：当 =20，h a*=0.8 时，Z min=14而所取函数 Z1=10Zmin=14，所以用展成法加工齿轮时，被切齿轮的齿数不得小于最小齿数 Zmin,对此该齿轮应该采用变为齿轮。并且采用正变位的方法。最小变位齿数计算公式：3总结由以上计算，大小齿轮都选用 40Cr，对小齿轮 Z2，Z 1 表面淬火 4855HRC，对大齿轮 Z3 调制处理，硬度为 280HBW应该选取的 3 个齿轮为齿轮 1：分度圆直径 d1=2mm，齿宽为 b1=2.4mm齿轮 2：分度圆直径 d2=3.2mm，齿宽为 b2=
10、2.4mm齿轮 3：分度圆直径 d3=20mm，齿宽为 b3=2mm齿轮的齿锯为 0.628mm，齿顶高为 0.2mm，齿根高为 0.27mm，顶隙为 0.07mm，齿厚为0.31415mm，齿间宽为 0.31415mm，标准中心距为 11mmError! No bookmark name given.（二）、游丝设计1选取材料：GB/T 31341982 铍青铜线 优点：弹性滞后和弹性后效比较小，强度高，可实现在给定特性的条件下减轻重量并具有较好的振动稳定性加工方法：回火2计算：1、 游丝的最小力矩：根据生产实践经验 Nmm计算 Nmm2、 游丝的最大力矩：总转角 =2即可求出最大力矩 Nm
11、m3、 游丝的参数：圈数 n=10（转角 ，所以圈数选择 10）外径 D1=18mm，内径 D2=5mm游丝长度 L= =361.28mm选定材料为铍青铜，回火处理，所以弹性模量 E= N/mm2，安全系数选择S=34，对于接触游丝，宽厚比选择 48，所以 u=b/h=7游丝的厚度 h= =0.114mm游丝的宽度 b=uh=0.798mm经过查仪器仪表结构设计手册圆整数据得 b=0.76mm， h=0.11mm4、 校核最大应力： b= =145.63N/mm2查表知许用弯曲应力为 1180N/mm2，所以满足设计要求5、 重新确定参数长度 L= =313.23mm圈数 N= =8.67mm
12、9mm圈间距离 a= =0.72mm3游丝座的尺寸系列：游丝座外径：5mm；游丝座孔径公称尺寸为 3mm，允差+0.05mm；高度为 2mm4标记示例：游丝 反型（3mm 为游丝座孔径，18mm 为外径， 为转矩 M）5游丝的技术要求：游丝转矩允差为8%游丝形状应为阿基米德螺旋线，各圈均在垂直于螺旋中心线的平面上，圈距应均与一致游丝表面粗糙度 Ra0.08m，侧面 Ra1.25m。游丝座孔内表面粗糙度 Ra1.25m，其余表面 Ra2.55 m游丝表面应无明显划痕、严重的氧化斑点；应无毛刺、发霉等缺陷6游丝内外端的固定方法：内端采用冲榫的方法固定铆在游丝套上，外端采用锥销楔紧在表的内壳上7总结
13、：游丝材料选择铍青铜线，使用回火加工。游丝长度 L 为 313.23mm，圈数 n 为 9，圈间距离为 0.72mm，内径为 5mm，外径 18mm。游丝座的外径为 5mm，游丝座孔径公称尺寸为3mm，允差+0.05mm；高度为 2mm （三）、弹簧设计1确定工作载荷考虑到测杆的工作位置可以在多个方向，测杆本身的重力会产生影响，设测杆重力为G，系统对测杆的摩擦力（齿轮、滑动导轨、防转导杆等）为 f，弹簧的拉力为 F，测杆的测力为 T，分 3 种情况讨论：a、 百分表正放时，重力 G 与弹簧拉力 F 同向，是助力，有方程：f+T=G+F 1（此时 F 最小）；b、 百分表横放时，重力 G 对弹簧
14、无作用，视为 0，有方程 F2=f+T，F 2 即为初拉力（查精密机械设计基础P305 页图 13-17 得 F2=1N） ；c、 百分表倒放时，重力 G 与弹簧拉力 F 反向，是阻力，有方程：F 3=G+f+T（此时 F 最大）。根据任务书技术要求确定工作载荷 F1，F2 ，技术要求规定测力在 0.5N1.5N 之间。估计重力 G=1N，f max=0.5N进而计算出 F 的范围为 0.1N3N考虑到弹簧的作用是归零，为使归零迅速、准确，应使弹簧力适当大一点，经计算取9N（要求其初长 H0 为 40mm 左右，而最大弹性拉伸量约为 12mm）2选材由于百分表弹簧的作用是使测杆完成测量后归零，
15、并无其他特殊用途，故选择碳素弹簧钢 65Mn类。3选定簧丝直径、选取中径 D2=6mm假设簧丝直径为 0.25mm、0.3mm、0.35mm ，验算是否满足下面公式：其中曲度系数公式 ，弹簧的旋绕比 C=D/d，求得 ， ，查精密机械设计基础P296 页图 13-2 得 b（0.25） 2278， b（0.3） 2270， b（0.35 ） 2260所以应选用 0.35mm 直径的簧丝4计算有效圈数根据公式： ，取 =10，F 0=1N，查表得 G=79000 N/mm2，求得 n=945弹簧自由长度：H0=nd+d+2D=（94+1 ）0.35+26=45.25mm6总结由上述计算结果，应该选取 65Mn类材料的弹簧，弹簧中径 D2 为 6mm，簧丝直径为0.35mm，圈数 94，弹簧自由长度为 45.25mm，弹簧的最大拉伸量为 12mm。（四）、测杆设计测杆选取材料为淬火钢。测杆直径为 5mm，长度 121mm。（五）、导轨设计由于圆柱
