弹簧管压力表原理_讲义课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,压力表课程设计,弹簧管压力表原理,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：,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M20,1.5,（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,270,0,0.16,0.02,中心小齿轮支承上的摩擦力矩,中 径 R50mm,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。,巩固、实践课堂讲过的知识,=-10-5=250,弹簧管压力表是一种用来测量气体压力的仪表。,如弹簧管的毛坯外圆（圆管材），即查材料规格；,4）外径D1 由空间结构定；,材 料 锡磷青铜Qsn4-0.,计算连杆长度b和偏距e,2）弹簧管截面与轴比a/b,零件尺寸的确定-end,1 压力表课程设计要求,pj：比例极限压力 pg：工作压力（应小于pj）,注：参考赵英老师的网络录像。,（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,*相对传动比,1.,有 s,=-10-5=250,压力表设计任务要求,设计说明书,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。,O,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。,弹簧管,齿轮传动,标尺示数,p,s,(,线性转换,),(,线性传动,),(,线性刻度,),曲柄滑块机构,(,近似线性传动,),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ef,ef），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。,O,O,x,x,e,f,k,i,e,f,k,i,d,d,-,d,d,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,C,1,和,C,2,与,a/b,有关的系数，查表取之,R,0,0,O,r,t,s,r,p,s,s,t,s,连杆方向,弹簧管,2）位移切向分量,s,t,3）位移径向（法向）分量s,r,4）自由端位移s,5）位移与切向分量夹角,R,0,0,O,r,t,s,r,p,s,s,t,s,连杆方向,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,R,50mm,壁 厚,h,0.3mm,中 心 角,265,（参考）,材 料,锡磷青铜,Qsn4-0.3,E,1.127,10,5,Mpa,0.3,R,弹簧管,弹簧管参数选择与计算,1,）安全系数,n,p,j,：比例极限压力,p,g,：工作压力（应小于,p,j,）,2,）弹簧管截面与轴比,a/b,已知毛坯：,15mm,，,h,0.3mm,选用扁圆形弹簧管，,a=,？,b=,？,a/b,，灵敏度，但,p,j,，,建议,a/b,4,提示：,圆形毛坯压扁后,中性层尺寸不变；,15mm,h,h,2a,2b,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：,=,-1,0-5=250,弹簧管,4）弹簧管中径,R,50mm,5）,材料,锡磷青铜Qsn4-0.3,弹性模量,E1.127,10,5,Mpa,泊松比,0.3,对于=1、=4的曲线有e=0,对于=1、=4的曲线有e=0,2）求A：OBO中,接口M201.,3）位移径向（法向）分量sr,过载量，指针实际可转角比工作转角大一些。,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。,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。,零件自重产生的摩擦力矩,拆表时应多测量样机的尺寸为设计提供参考；,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.,如弹簧管 2a、2b、h、R,5）最后确定L、n、a(圈间距)-圆整后的b、h,和短轴半径,弹簧管压力表是一种用来测量气体压力的仪表。,5）材料 锡磷青铜Qsn4-0.,指针长度、刻度盘刻线长度、扇形轮形状等；,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。,曲柄滑块机构 a、b、e、0、k,3）宽度 由圆整后的h计算,小齿轮：齿轮轴、指针(Al)、指针帽(Cu),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,s,e,a,b,+,0,0,y,x,B,g,D,曲柄滑块机构,O,s,p,B,0,e,D,O,E,a,b,B,e,D,O,a,b,D,B,s,g,0,k,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,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Z,1,、Z,2,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,i,a,-,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,曲柄滑块机构,e,i,a,=1,4,O,0,k,g,1,曲柄滑块机构,计算曲柄长度,a,最大位移,s,max,，,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-acos,k,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,B,O,s,e,D,A,E,a,b,k,s,t,A,O,滑道,R,c,c,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。,对应曲柄转角的实际位移,4）外径D1 由空间结构定；,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。,15mm，h0.,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.,压力表弹簧管末端位移与指针转角应为线性关系。,确定0、k(初始角、终止角)k-0=g,E和材料的弹性模量和泊松比,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。,对应曲柄转角的理想位移,a和b横截面中性层长轴半径,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。,测量环节参数的选择和计算,三、齿轮传动机构设计计算,扇=g(1+25%)+22齿对应中心角,曲柄滑块机构可以补偿弹簧管的线性及非线性误差。,3）位移径向（法向）分量sr,泊松比 0.,1）弹簧管中心角变化与作用压力之间的关系,齿轮传动机构,选定标准中心距,A,（,i,12,即前述,i,齿,）,选择适当,Z,1,、,m,，使,A,尽可能靠近初定值,A,整数（否则,Z,2,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,1,2,个,Z,1,，使,A,接近,A,，且,Z,1,不小于,17,、,Z,2,不要太大（参考样机）。,计算齿轮参数,d,a,、,d,、,d,f,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,B,O,s,e,D,A,E,a,b,k,s,t,A,O,滑道,R,c,c,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。,O,g,初始,满程,2齿,2齿,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。,序号,计算点,n,理想值s,n,实际值s,n,绝对值,s,n,s,n,相对