百分表表体仿真设计毕业论文

I百分表表体仿真设计百分表表体仿真设计Simulation and Design of the body of dial indicator 摘要 本文主要介绍了百分表的设计过程，利用PRO/E软件建模、仿真技术来实现表体、传动系统和读数装置的尺寸设计，并对百分表各零部件设计合理的加工工艺。课题主要研究对象是百分表表体，通过对传动系统的参数计算，来确定表体的基本尺寸，并且利用PRO/E软件建模和模拟仿真技术，对其进行运动分析、选取和计算参数，再者通过查阅大量资料，设计出专用机床夹具，最大限度的提高生产效率，降低生产成本，保证产品质量。另外，通过PRO/E软件制作百分表仿真动画，使得整个设计更加直观、易懂。关键字：关键字：百分表；运动仿真；加工工艺；表体设计IIAbstractThis article describes the design process of dial indicator, using PRO / E software modeling and simulation technology to achieve the size of the table body, drive system and the reading device design, and Rational design of each component of the dial indicator processing technology. Main topic of study is the dial indicator meter body, calculated by the parameters of the transmission system to determine the basic dimensions of the table body, and the use of PRO / E software modeling and simulation technology, its motion analysis, selection and calculation parameters, furthermore, access to large amounts of data through to design dedicated fixture, the maximum increase production efficiency, reduce production costs, ensure product quality. In addition, through the PRO / E software to make dial indicator simulation animation, making the whole design more intuitive and easy to understand.Keyword: Dial indicator; Motion Simulation; Processing; Table body designIII目目 录录摘要.IABSTRACT.II第 1 章 百分表介绍及表体设计理念.11.1 百分表定义和基本结构.11.2 百分表的工作原理及其用途.11.3 百分表表体仿真设计理念.1第 2 章 百分表传动系统设计.32.1 齿轮传动机构参数计算.32.1.1 分度圆、模数和压力角设计.32.1.2 齿距、齿厚和槽宽设计.42.1.3 齿顶高、顶隙和齿根高设计.42.2 齿轮传动机构参数计算结果列表.52.2.1 齿轮 1 的设计参数.52.2.2 齿条的设计参数.62.4 齿轮材料的合理选择.102.4.1 满足材料的机械性能.102.4.2 满足材料的工艺性能.102.4.3 材料的经济性要求.112.5 齿轮的热处理.112.6 结论.132.7 游丝设计.132.7.1 游丝参数设计.132.7.2 游丝的技术要求.152.7.3 游丝内外端的固定方法.152.8 拉伸弹簧设计.152.9 齿轮传动机构技术要求.16IV第 3 章 百分表表体部件设计.173.1 表壳工艺设计及夹具设计.173.1.1 夹具工作原理说明.183.1.2 切削力计算和夹紧力分析.183.1.2 总结.193.2 表体其他部件简要工艺设计.193.2.1 挡冒设计.193.2.2 测杆的设计.193.2.3 上、下套筒设计.193.2.4 测头部件设计.203.2.5 表圈设计.203.2.6 弹簧片设计.203.2.7 底板设计.203.2.8 上夹板和大夹板设计.203.2.9 导杆设计.213.3 表体部件技术要求.21第 4 章 读数装置设计.224.1 上、下表盘设计.224.2 长、短指针设计.234.3 读数装置技术要求.23第 5 章 百分表零件装配工艺性分析.245.1 表体部件装配要求.245.2 表体部件装配的检定及其方法.26第 6 章 百分表表体运动仿真及分析.28第 7 章 设计心得.32参考文献.34附录 .34V致谢 .351第 1 章 百分表介绍及表体设计理念1.1 百分表定义和基本结构百分表是美国的 B.C.艾姆斯于 1890 年制成的，是利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用长度测量工具，其传动系统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。 百分表是齿轮传动式测微量具.由于它的外形与钟表相似,又称为钟表式百分表。通常由测头、测杆、防震弹簧圈、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针等组成。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。 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。1.2 百分表的工作原理及其用途百分表的工作原理 ,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,变为指针在刻度盘上的转动 ,从而读出被测尺寸的大小。 当测杆被工件抬高 1mm 时，测杆上的齿轮上升 2 齿。由于转轴齿轮是 20 齿，所以齿条推动转轴齿轮转 1/10 转，与转轴齿轮同轴的转轴齿轮片是 120 齿，所以转轴齿轮片转过 12 齿，中心齿轮为 12 齿，经转轴齿轮片带动中心齿轮以及固定在其轴上的指针正好转过一周。刻度盘刻度为 100 等分，故当测杆移动 1mm 时，指针转过 100 个分度，由此而知，指针转过一个分度相当于测杆移动 0.01mm主要用于测量制件 的直线度、平面度、圆度和圆柱度等形状误差和平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度和位置度等位置误差。机械百分表是齿轮传动式测微量具，测量范围 010mm。它不仅能作比较测量，也能做绝对测量。1.3 百分表表体仿真设计理念 本设计借助于 PRO/E 软件技术，建立百分表各零部件模型以及总装配体，通过2对百分表模型进行分析，得出理论结果。虽然主要研究对象是百分表表体，但是直接从表体入手设计会造成很大困扰，也难以建立表体模型，所以，从传动系统分析，计算出齿轮传动参数，确定齿轮传动系统在表内的位置，从而，推算出表体的基本尺寸以及相关参数要求。对于，加工工艺以及表体夹具体的设计，需要参考相关资料。3第 2 章 百分表传动系统设计2.1 齿轮传动机构参数计算2.1.1 分度圆、模数和压力角设计我们把齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆称为分度圆，分度圆以 d 表示。邻两齿同侧齿廓间的分度圆弧长称为齿距，以 p 表示，p=d/z，z 为齿数。齿距 p 与 的比值p/ 称为模数，以 m 表示（模数是齿轮的基本参数） 。由此可知：齿距 P = M ； 度圆直径 DZM。 我们把渐开线齿廓上与分度圆交点处的压力角称为分度圆压力角，简称压力角，国家规定标准压力角 =20。所以，传动机构齿轮压力角 =20。如图所示为百分表结构图：图 2.1 百分表结构图4 为导杆 1 也是齿轮 1 分度圆上的线位移，齿轮 2 分度圆上的线位移；1s2s为齿轮 1 的分度圆直径，为齿轮 2 的分度圆直径， 为齿轮 3 的分度圆直径，1d2d3d为齿轮 4 的分度圆直径；为齿轮 1 的模数，为齿轮 2 的模数，为齿轮 34d1m2m3m的模数，为齿轮 4 的模数；为齿轮 1 的齿数，为齿轮 2 的齿数，为齿轮 34m1z2z3z的齿数，为齿轮 4 的齿数；， 分别为齿轮 1 和 3 的转动角。 （下面有的关这4z13些参数就不再声明）根据百分表传动精度要求选定模数，根据传动要求大概设计尺寸为10.159m 。根据公式DZM得知，。根据百分表工作原理，传动系统的120Z 13.18dmm传动比；。因此，由百分表表体总体尺寸得出，2130.1ziz3240.1ziz2120Z ，。所以，。312Z 4120Z 219.08dmm31.908dmm419.08dmm2.1.2 齿距、齿厚和槽宽设计齿距 p 分为齿厚 s 和槽宽 e 两部分，即s + e = p =m =0.5mm； 标准齿轮的齿厚和槽宽相等，即s = e =m/2 =0.25mm； 齿距、齿厚和槽宽都是分度圆上的尺寸。2.1.3 齿顶高、顶隙和齿根高设计 由分度圆到齿顶的径向高度称为齿顶高，用 ha 表示ha = ha*m （2.1） 两齿轮装配后，两啮合齿沿径向留下的空隙距离称为顶隙，用 c 表示c = c*m （2.2） 5由分度圆到齿根圆的径向高度称为齿根高，用 hf 表示hf = ha + c =（ha*+c*）m （2.3） 式中 ha*、c*分别称为齿顶高系数和顶隙系数，标准齿制规定：正常齿制ha*=1、c*=0.25，短齿制 ha*=0.8、c*=0.3。因此，ha=0.159mm，c=0.04mm，hf =0.199mm由齿顶圆到齿根圆的径向高度称为全齿高，用 h 表示h = ha +hf =（2ha*+c*）m （2.4） h=0. 358 mm 齿顶高、齿根高、全齿高及顶隙都是齿轮的径向尺寸。2.2 齿轮传动机构参数计算结果列表2.2.1 齿轮 1 的设计参数表 2.1 渐开线直齿圆柱齿轮 1 几何尺寸计算结果 （单位：mm ）名称符号计算公式计算结果齿距ppm0.5齿厚s/ 2sm0.25槽宽ee= m/20.25齿顶高hahaah m0.159齿根高hfdfaahchcm0.199全齿高hh=h2afahhcm0.358分度圆直径1dd=zm3.18齿顶圆直径1dad =d2h =m2aaazh3.4986齿根圆直径1dfdd2hm22fafzhc 2.782基圆直径1dbbbcoscosbmz2.988续表 2.1 渐开线直齿圆柱齿轮 1 几何尺寸计算结果 （单位：mm ）中心距a233411a=22zzmzzm10.4942.2.2 齿条的设计参数 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。齿条的具体尺寸参数设计如20下表： 表 2.2 齿条的几何参数 （单位：mm）名称代号计算公式计算结果模数m0.159周节tm0.5齿厚s12m0.25径向间隙c0.25m0.04齿根高2h1.25m0.2齿顶高1hm0.159全齿高pm0.5齿工作高度gh2.25m0.359 7 图 2.2 齿条的形状齿条的工作长度为 10mm，但加工时应保留一些余量，取加工总长度为 15mm。72.3 变位齿轮设计变位齿轮设计 本课题设计的百分表轮齿采用等移距修正的变位齿轮传动，中心齿轮3采用正变位，轴齿轮和过轮轴采用负变位。啮合中心距保持标准中心距， 啮合角保持标准齿轮传动的啮合角和标准全齿高。避免中心齿轮根切，改善摩擦和磨损，提高传动平稳性，大大改善传动质量。齿轮的变位原理：通过改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置或改变标准刀具的齿槽宽切制出的齿形为非标准渐开线齿形的齿轮。切制轮齿时，改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置称为径向变位。改变标准刀具的齿槽宽称为切向变位。最常用的是径向变位，切向变位一般用于圆锥齿轮的变位。 图 2.3 变位齿轮形状用展成法加工齿轮时,若齿条形刀具的中线 NN 与齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动，加工出来的齿轮称为标准齿轮。若齿条形刀具的中线不与齿轮毛坯的分度圆相切，而是与刀具中线平行的另一条分度线（机床节线）与齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动，则加工出来的齿轮称为径向变位齿轮。加工径向变位齿轮时，齿条形刀具的中线相对被加工齿轮分度圆移动的距离称为变位量，用 x 表示，称为变位系数，m 为模数。通常规定，刀具中线相对轮心移远时，取正值，称为正变位；刀具中线相对轮心移近时，取负值，称为负变位。径向变位齿轮与标准齿轮相比，其模数、齿数、分度圆和基圆均无变化；但是正变位时分度圆齿厚增大，齿根圆和齿顶圆也相应增大；负变位时分度圆齿厚减小，齿根圆和齿顶圆也相应地减小。为了不再加工齿轮时产生大量的齿根切齿现象，由查表得出，小齿轮的最小变位系数位 0.40。在精密仪器中齿轮的传动精度较高，在小模数齿轮的设计中，常用8高度变位齿轮。这样要求两个相互啮合的齿轮的总的变位系数为 0，而它们的啮合角与压力角相等，中心距与未变位前一样。要求变位的齿轮有齿轮 2, 齿轮 3, 齿轮4。其中齿轮 3 为证变位，齿轮 2,4 为负变位。其具体形式如下： 图 2.4 变位齿轮与标准齿轮的比较其具体参数如下表： 表 2.3 变位齿轮 2、3、4 参数结果 （单位：mm）序号名称计算公式1模数m=0.1592变位系数2z20.4Z 3变位系数3z30.4Z 4变位系数4z40.4Z 5压力角6啮合角20 9续表 2.3 变位齿轮 2、3、4 参数结果 （单位：mm）7标准齿顶高系数*1ah8变位齿顶高系数0.4ahh9顶隙系数0.25c10齿轮 2，3 中心距1a12312am zz11齿轮 3，4 中心距2a=2a331()2m zz2417.93bbdd12基圆直径bd31.793bd（对于=0.42，小齿轮 4 的变位系数为+，大齿轮 4,6 的变位系数为-） 。*h*h根据上 表和各齿轮的模数可求得：齿轮 3 的变位量；齿轮 2 的变位量；齿轮 4 的变位量3a0.4 2a0.4 ；4a0.4 齿轮 3,4 中心距；齿轮 4,4 中心距；110.494amm210.494amm齿顶高为 （，） ； (2.5)*()aaihm hx2ixx3x4x全齿高为保持不变； (2.6)*2ahmhc齿顶圆直径； (2.7)齿2()aaiddm hxii根圆直径； (2.8)2()aifiddm hc dxi分度圆直径为； (2.9)iidmz将具体数据代入上面的式子得：，；3a0.4 2a0.4 4a0.4 ，；219.08dmm31.908dmm419.08dmm，；219.27admm32.353admm419.27admm，。218.56fdmm31.638fdmm418.56fdmm102.4 齿轮材料的合理选择 在加工之前，为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据实际的工作条件和材料的特点来选取。 在本文的一些条件下，对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。可以知道的是，常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。2.4.1 满足材料的机械性能在加工过程中，如果齿根部受到大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效；如果齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面电蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。 因此我们要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。2.4.2 满足材料的工艺性能材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。 齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选择材料时要特别注意材料的工艺性能。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求，但强度不高，淬透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途径来改善材料的工艺性能。112.4.3 材料的经济性要求 在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应该注意尽量降低零件的总成本。从材料本身价格来考虑，碳钢和铸铁的价格比较低廉，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可以降低成本。从齿轮生产过程的耗费来考虑。首先，采用不同的热处理方法相对加工费用也不一样。其次，通过改进热处理工艺也可以降低成本 。2.5 齿轮的热处理 材料成形原理与工艺中对齿轮材料的基本要求如下： 齿面要硬,齿芯要韧 易于加工及热处理软齿面齿轮齿面配对硬度差为 30-50HBS常用的齿轮材料及其热处理方法有：（1）中碳钢(如 45 钢)进行调质或表面淬火，综合力学性能较好，用于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮。（2）合金调质钢(如 40Cr)进行调质或表面淬火，综合力学性能更好，且热处理变形小，适用于中速、中载及精度要求较高的齿轮。（3）合金渗碳钢(如 20Cr，20CrMnTi)进行渗碳淬火或液体碳氮共渗，齿面硬度可达 58HRC，且心部有较高韧性，适用于高速、中载和或有冲击载荷的齿轮（4）铸铁及其他非金属材料(如尼龙、夹布胶木等)。这些材料强度低、易加工，适用于一些轻载的齿轮。12 由于本文用到的齿轮材料为钢制齿轮，因此主要介绍一下它的的热处理方法（本篇文章的加工工艺过程的选用中需要用到的热处理方法是正火和调质）：a.表面淬火表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如 45、 40Cr 钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为 4055HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高。耐磨性好；由于齿心部分未淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。 b.渗碳淬火渗碳淬火常用于低碳钢和低碳含金钢，如 20、 20Cr 钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达 5662HRC，而齿轮心部仍保持较高的韧性，轮齿的抗弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨削加工。 c.渗氮 渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铅、钼、铝等合金元素的渗氮钢，如 38CrMoAl 等。 d.调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钥，如 45、40Cr、35SiMn 钢等。调质处理后齿面硬度一般为 220280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。e.正火正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。132.6 小结表 2.4 齿轮材料及热处理2.7 游丝设计2.7.1 游丝参数设计游丝在仪表中的作用主要是通过预紧力或作用力矩，达到不论正行程还是反行程齿轮副总是单项齿廓啮合，消除空行程和传动系统中的摩擦力。如下图所示：名称材料热处理转轴齿轮（齿轮 1）T12A正火、光亮淬火 HRC5055，硬度至280HBW转轴齿轮片（齿轮2、4）HPB633调质、表面淬火中心齿轮（齿轮 3）T12A光亮淬火 HRC5055，硬度至 280HBW齿条（测杆）9Cr18正火、光亮淬火游丝轮转轴T12A光亮淬火 HRC5055，硬度至 280HBW14 图 2.5 游丝的安装游丝安装在齿轮 4 上，用来防止啮合齿轮的空回。鉴于齿轮 4 的传动要求，对其上的游丝的滞后和后效要求较高，这里选择游丝的宽厚比 u=8，u=b/h，(b 为游丝的宽度，h 为游丝的厚度)。鉴于齿轮 4 的直径大小选择游丝的内径大小d1=5mm，外径大小 d2=17mm。游丝的总转角要求大于，其总圈数设为2n=10。 根据传动力矩大小要求，当游丝转动时，它的承受力矩，2minM 由公式 min3 6fMM（2.10） 所以生产经验，故。0.0093fMNmmmin4 0.00930.0372MNmmmm 游丝的最大转矩为，游丝的总长度1.448N mm， 12n2ddL（2.11） 力矩与转角，游丝宽度 b，厚度 h 的关系为 412EuhML（2.12）E 为材料的弹性模量，这里游丝的材料用锡青铜合金，根据521.2 10/EN mm15上述的数据可求得 h =0.12mm，b =0.96mm。 当转到最大转角时即，游丝所承受的力矩为，最大值。3260 10 MPa 因此，此时校核最大应力： 26260.42bbMN mmbh（2.13） 许用弯曲应力，,为材料的安全系数，锡铜合金为bsbSB500600，为510，经校核设计符合要求。S游丝的最终设计方案为：材料为锡铜合金，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，热处理为回火加工。内径大小 ；15dmm外径大小 ；217dmm总圈数 n=10；厚度 h =0.12mm；宽度 b =9.6mm。总长度 L=276mm，考虑到其固定端的长度最终的加工长度为12n2dd310mm。2.7.2 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 Ra2.55m；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。162.7.3 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。2.8 拉伸弹簧设计百分表的弹簧为圆柱型拉伸弹簧，弹簧间隙=0。用来固定测杆的运动，根据百分表的设计空间大小，弹簧的设计选用簧丝的直径大小为 d=0.2mm，旋绕比为C=10，C=D/d，D 为弹簧的中径大小 D=10mm。技术要求测力在 0.515N 之间，为克服机构内部摩擦，应选大于 0.5N 力作为F1.技术要求规定测力变化不大于 0.5N，即。取，120.5FF10.6FN。 （、为弹簧的初始拉力和最终位置拉力） 。21FN1F2F根据公式 22111210FFFF（2.14） 可得，。 （、为弹簧变形量。 ）115mm225mm12 选择不锈钢丝为材料许用切应力 843N.mm-2 切边模量 G=78000N.mm-2 经验算，直径为 0.2mm 的钢丝符合要求。下面计算弹簧圈数： 3228CFdGn（2.15） 可取 n=50，即 50 圈。17 图 2.6 拉伸弹簧弹簧的最终设计为： 簧丝的直径大小为 d=0.2mm； 中径 D=2mm； 旋绕比为 C=10； 有效环数 n=50 圈； 自由长度 （n+1）d+2D1=13.6mm； 材料选择 60si2Mn。2.9 齿轮传动机构技术要求齿轮和齿轮之间单项啮合，相互之间无干涉现象存在，运动时平衡、灵活、无卡住现象，加工工艺处理得当，零件在检验时采用相应检具以及三坐标测量仪等国家标准测量仪器。17第 3 章 百分表表体部件设计3.1 表壳工艺设计及夹具设计由于上文计算了齿轮传动系统的参数，因此，可以初步推算齿轮传动机构底板的直径，进而计算出表壳的直径。现设定表壳内径 43mm， 外径 55mm，表壳厚度为 12mm，如果表壳厚度太大，会增加整体百分表的重量，因而造成测量的不便，表壳厚度太小，在测量过程中容易产生变形，而造成测量误差。权衡上下，对于表壳厚度为 12mm 最为理想。有初步设定表壳内径 43mm 得知，来计算表体内齿轮传动机构的尺寸，以达到合理放置的效果。表壳材料选择 T8 钢管，表面处理采用电镀 DL3Cu15/Cr10，在电镀之前可以采取化学除油、热水烫、提高弱浸蚀液中盐酸的含量以及增加电解除油液中氢氧化钠和碳酸钠的含量等方法, 可以有效改善表圈镀前表面处理质量, 消除表圈镀层的水印故障, 同时还可以提高工件表面光亮度, 提高电镀一次出槽合格率。详细加工工艺过程见附录。百分表表壳夹具设计，夹具 3D 总装配图如下所示： 图 3.1 表壳夹具总装配图 3D 图183.1.1 夹具工作原理说明本夹具主要用来钻工艺孔 8mm。这个工艺孔均有尺寸精度要求为上偏差-0.034mm，下偏差-0.056mm，表面粗糙度要求，表面粗糙度为 1.6m。工件定位采用标准 V 形块和削边定位销定位。夹紧装置采用快速夹紧，可以缩短工时，提高劳动效率。工件装配上以后，工件紧靠固定支撑板，工件确定贴平后，快速夹紧装置把手向前推进，推到底后旋转一定角度，锁住即可加工。加工精度相对比较高，直接影响测杆行径，因此，设计本夹具来达到图纸要求。夹具平面总装配图如下所示: 图 3.2 表壳夹具总装配图平面图3.1.2 切削力计算和夹紧力分析由于本道工序主要完成工艺孔的钻、铰加工，而钻削力远远大于铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由切削手册得：钻削力 6 . 08 . 026HBDfF 19（3.1） 钻削力矩 6 . 08 . 09 . 110HBfDT （3.2） 式中： 8Dmm150HB 代入上述两个公式得：10.2fmm r；0.80.626 8 0.21501160FN 。1.90.80.610 80.21502900TN mm本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向垂直。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。3.1.2 总结夹具是制造系统的重要组成部分，夹具对加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响。是能否高效、便捷生产出合格、优质零件的保证。所以对夹具设计也是非常重要的。 3.2 表体其他部件简要工艺设计3.2.1 挡冒设计挡冒是有冒柄和螺钉用强力胶粘接而成，其选用的材料分别是 HPB59-1 和45#，冒柄表面处理采用氧化铬研磨粉精抛，螺钉采用发黑处理。3.2.2 测杆的设计 测杆选取材料为 9Cr18，热处理工艺采用正火、光亮淬火。测杆直径为 4.5mm，长度 100mm。详细加工工艺过程见附录。203.2.3 上、下套筒设计由于圆柱面导轨面的加工和检验比较简单，易于达到较高的精度，所以选取圆柱面导轨。在实际应用中，为减小摩擦阻力，常用不同材料匹配使用。圆柱面导轨一般采用淬火钢套筒与表壳之间采用螺纹配合。为了提高圆柱面导轨的精度，必须正确选择圆柱面导轨的配合。因为导向精度要求较高，所以选用 H7/g6 配合。已知测杆直径为 4.5mm，所以导轨内径=4.5mm，外径=8mm上套筒的长度为 18mm，表面处理采用电镀 DL3Cr15，并且外圆氧化铝抛光；下套筒的长度为 28mm，热处理采用淬火 HRC4550，磨外圆用无心磨加工。3.2.4 测头部件设计测头部件分为测头体和钢球，分别采用 HPB591 材料和 YG6X 材料。车床加工，用氧化铬研磨粉抛光圆锥面。3.2.5 表圈设计 设计百分表表圈外圈直径 60mm，采用车床加工，表圈外侧加工滚花，表面处理为电镀DL3Cu10/Cr10，发黑（HHy） ，倒角面采用氧化铬精抛光。3.2.6 弹簧片设计 弹簧片的材料选用 65Mn，加工采用冲床落料，表面发黑处理（HHy） 。3.2.7 底板设计 设计底板直径 52.5mm，材料选用 HPB591，加工采用冲床落料、冲孔，表面电镀 DL1Cr15。213.2.8 上夹板和大夹板设计 上夹板外形选用车床切削，大夹板采用冲床落料，表面处理均为电镀DL1Cr15。详细加工工艺过程见附录。3.2.9 导杆设计 设计导杆直径为 2mm，长度 24.5mm，车床加工，材料选用 Cr40，热处理工艺为：淬火 HRC4853。3.3 表体部件技术要求表体各零部件相互之间装配合理，测头表面光洁,连接稳固，无毛刺、飞边、缺肉、多肉等现象，测杆应移动平衡、灵活、无卡住现象，上下套筒应压配牢固、可靠，连接螺钉均为 M3、M2 标准螺钉，其他均按国家标准。22第 4 章 读数装置设计根据百分表外形尺寸限制，使用方便和易于装配的原则，确定示数装置的结构和尺寸，测量范围：010mm。百分表读数装置如图所示为： 图 4.1 百分表读数装置结构图4.1 上、下表盘设计上表盘分度值大小：0.01mm，直径为 56mm，下表盘分度值大小：1mm 直径为 40mm。上、下表盘正面喷细砂，阳极氧化处理（呈乳白色） ，并喷透明清漆；数字、刻线及转数圆环线均呈黑色，厂商标为红色，线条应均匀、清晰且边缘平整；刻线及转数圈圆环线的线宽为： 0.20.05mm，宽度差应不大于 0.04mm。234.2 长、短指针设计 长指针：材料选择 65Mn，表面发黑处理，长度 24mm。短指针：材料选择 65Mn，表面发黑处理，长度 8mm。4.3 读数装置技术要求读数时应该将百分表放在支架上，然后固定百分表，不让其上下移动和摆动，然后让工件在其下面贴住测头，然后缓慢移动，边移动边读出百分表表盘上的示数。当转数指针指示整转数时，指针偏离整转数刻度不大于 15；指针尖端应盖过短刻线长度的 30%80%；指针尖端与表盘之间距离不大于 0.7mm；表盘刻线宽度和指针尖端宽度应为 0.150.25mm；测杆处于自由状态时，指针应位于从零位开始逆时针方向 3090之间。24第 5 章 百分表零件装配工艺性分析机械产品一般是由许多零件和部件组成。零件是机器制造的最小单元，部件是两个或两个以上的零件结合成为一体并可完成一定功能的功能部件。根据一定的技术要求，将若干零件结合成部件，或将若干个零件和部件结合成机器的过程称为机器的装配。前者称为部件装配，后者称为机器的总装配。在零件设计时，不能把零件的工艺性同整个机器的装配工艺性分割开来。例如有的设计的零件单独看虽具有良好的加工工艺性，但在整个机器的装配和维修时不方便，甚至很困难，则不具有良好的工艺性。5.1 表体部件装配要求表体部件装配要求下面介绍表体主要部件装配工艺性。对于表壳和上、下套筒的之间的装配要求十分高，若不能精确装配到位，会直接影响表内传动系统的装配尺寸以及测杆的行径。其装配时，需要静压力将上、下套筒压入表壳且牢固可靠。如图为装配后的3D图：图5.1 表壳与上下套筒装配关系在装配表圈时应注意表圈与传动机构的底板配合关系，其配合间隙所引起的示25值变化应小于0.001mm，而弹簧片应压紧表圈并且旋紧，然后钉上三个压圈螺钉。装上、下表盘时，尤其要注意上表盘与表圈配合要适当，装夹上以后，再装上塑料圈。 组合齿轮的装配关系直接影响百分表的精度要求，因此，对于这两个齿轮的装配要求相对比较高，采用的装配方法是用紧密压力机的静压力将转轴齿轮与转轴齿轮片压铆，不允许有任何松动。注意的是，在装配之前，将两个零件清洗干净，并且擦干。组合齿轮3D装配图图如图所示：图 5.2 组合齿轮装配 3D 图大夹板和上夹板与齿轮传动机构的底板装配关系也有为重要，大夹板如果装配不对，会使齿轮传动时产生干涉，严重的会产生卡齿现象，导致整个传动系统不能正常工作，因此，其装配工艺要求也相对较高。对于测杆、导杆等部件的装配关系应严格按照图纸尺寸选择配合。装测杆时，与上、下套筒的间隙要小于 0.012mm 来选择配合关系，装配测杆后，要求其平稳移动，无卡住、严重摩擦现象出现。装配导杆时，导杆与表壳导轨槽间隙小于 0.03mm来选择配合关系，并且导杆另一侧应旋紧牢固，无松动现象。装配侧头部件、挡冒以及拉簧螺钉都必须旋紧牢固，其他部件均按图纸要求装配。如图所示为表体部件装配 3D 图：26图 5.3 表体部件 3D 装配图5.2 表体部件装配的检定及其方法表体部件装配的检定及其方法 (1) 清洗后的测杆与上、下套筒间是否能自由滑动。(1) 检查测杆上的套筒等各部位是否清洗干净, 是否还有杂质。 (3) 清洗后的游丝与齿轮间是否能自由转动。(用一只手握住底板, 另一只手反复转动齿轮, 观察齿轮与游丝转动是否正常, 感觉是否有阻碍, 如感觉有阻碍需对此配件再进行清洗。直至感觉齿轮与游丝转动自由为止。) (4) 检查游丝、齿轮各部位是否有杂质。 (5) 检查游丝装配是否合理以及齿轮各部位的螺丝是否紧固。用一只手握住底板, 另一只手转动齿轮, 同时用握住底板的手的中指或食指紧按大针头处, 不让齿轮回转, 转动齿轮直至游丝自由状志的2/31/3处。装到表体上, 轻轻锁上紧固螺钉, 放开紧按大针头处的手指。用手握住装夹套筒于垂直高度, 用手往上推动测杆,观察测杆是否在游丝的作用力下自由滑下, 滑下过程是否匀速、正常。否则进行重装。测杆滑下正常后, 锁上紧固螺钉。 (7) 按检定规程对百分表进行检定。27 (8) 检定合格后, 再进行表圈和后盖的装配。 (9) 再次进行检定。合格后贴上合格标记, 出检定证书。百分表方可使用。 (10) 无法修复或检定不合格的百分表, 出具不合格通知书。28第 6 章 百分表表体运动仿真及分析仿真技术在机械产品的设计中起着非常重要的作用，通过机构仿真，可以在进行整体设计和零件设计后，对各种零件进行装配后模拟机构的运动，从而检查机构的运动是否达到设计的要求，可以检查机构运动中各种运动构件之间是否发生干涉。同时，可直接分析各运动副与构件在某一时刻的位置、运动量以及各运动副之间的相互运动关系及关键部件的受力情况。从而可以将整机设计中可能存在的问题消除在萌芽状态，减少试制样机的费用，并大大缩短机械产品的开发周期。 现代CAD技术不再仅仅是代替手工绘图的一种工具，而是包含了产品方案决策、结构设计、性能分析、功能仿真，直至工艺设计的全部过程，由二维绘图发展为今天基于特征的三维参数化和变量化造型技术。使用三维设计技术更能反映实际产品的设计、构造及制造过程，同时利用CAD软件对机器或机构进行运动仿真与分析，对设计中可能出现的问题做出预测和改进，有利于实现自动化设计，加快产品更新换代的速度，提高企业市场竞争力。而Pro/Engineer软件以其参数化、基于特征、全相关等概念闻名于机械设计领域。该软件的应用领域主要是针对产品的三维实体模型建立、三维实体零件的加工、以及设计产品的有限元分析。该软件的参数化造型的功能是它的一个主要功能，它贯穿于整个系统，包括特征、曲面、曲线以及线框模型等。而且系统经过多年的努力，已经把参数化的造型技术应用到工程设计的各个模块，如绘图、工程分析、数控编程、布线设计和概念设计等。对于本次设计而言，首先从整体研究将要建模的零件，分析其特征组成，明确不同特征之间的关系和内在联系，确定零件特征的创建顺序，在此基础上进行建模、添加工程特征等设计。通过二维平面草绘图的旋转、拉伸、扫描和混合等工具来实现三维实体模型的构建。ProE三维模型将线框、曲面和实体三者有机地结合起来，形成一个整体，整个建模过程是基于特征为基本单位的参数化设计过程。其中参数包括几何参数和尺寸参数。几何参数确定了实体特征基本位置的固定关系，尺寸参数决定了产品外观尺寸和相对距离。利用参数可以准确控制和修改所建立的三维模型。29通过前文对百分表表体设计来对其进行运动分析。由于设计的百分表量程为010mm，因此，设定PRO/E中百分表模型的实际位移为10mm，并对此进行模拟测量。首先，建立测量定义，如下图所示：图 6.1 位置测量定义界面选取定义类型为位置，然后，选择测量基准点，并且选取测量基准轴为侧头行程同一方向，最后运行机构并截取测量结果图，如图所示为百分表机构仿真位置曲线：图 6.2 百分表位置曲线图以测量基准点为零点，百分表侧头从-75.5mm接触被测物，到-65.5mm离开被测物，总共行程为10mm,而所设计的百分表量程为010mm，所以，分析结果符合要30求。此外，对于百分表测量时受的力也需要分析，避免产品生产出来后出现设计理念性的错误。分析过程同上述类似，在定义测量时要选择连接反作用类型，如下图所示：图 6.3 受力测量定义界面最后截取测量受力分析图，如图所示为百分表测力的受力分析：图 6.4 百分表测力分析图上图分析得知，显示的最大作用力为1300 mm kg/sec2，即1.3N，所以百分表侧头所受的最大作用力为1.3N。根据国家标准，百分表的测力应在0.5N到1.5N之间。因此，对比国家标准，本设计符合要求。32第 7 章 设计心得 本次毕业设计让我收获很多，不单单是专业知识的拓展，更重要的是加强了我独立解决问题的能力。最初的我，态度懒散，对于毕业设计不加理会，一心想不劳而获，后来，在指导老师的苦心教导下，终于让我明白了不劳而获得来的东西是没有意义的。因此，我一改以往态度，独立专研课题，终于完成了毕业设计，也从中品尝到了学识研究的乐趣，我想，这应该是毕业设计的最大意义，而不是盲目的去完成它，其中的意义只有去做，才会体会到。在专业领域方面，我认识到自己的专业技能有多么不足，以及基本知识的缺乏。刚开始时，毫无头绪，不知道该做些什么，但是，凭着顽强的毅力和不服输的态度，我开始从最基本的知识着手，查阅大量资料和寻求导师的指导，设计的思路渐渐清晰。整个毕业设计持续 4 个多月，当中的过程虽然辛苦，但却证明了自己的能力，也增强了专业技能以及磨练了自己的性子，我相信，在以后的工作道路中，我会做的更好。 34参考文献【1】 辛一行现代机械设备设计手册M北京：机械工业出版，2000. 【2】 庞振基，黄其圣机密机械设计M北京：机械工业出版社，2000.【3】 王东明 Pro/ENGINEER 中文野火版基础教程M北京： 清华大学出版社，2008.【4】 吴宗泽机械零件设计手册M北京：机械工业出版社，2004.4【5】 郑家骧，刘永田画法几何与机械制图M 内蒙古科技出版社，2002.8【6】 管敏策计量器具百分表的可靠性设计J发明与革新，200210(6)：1819【7】 关天顾 量具精度分析与计算M北京：工业出版社1982，113、142143、153【8】 陈宏钧 实用机械加工工艺手册M北京：机械工业出版社，2008.【9】 濮良贵，纪名刚机械设计M北京：西北工业大学出版社，2006.5【10】王志刚，王 旗百分表外圈黑化的工艺实践J电镀与精饰，2003，25(1)：23【11】 武 丽基于 CAD 的机械零件设计及分析研究J机械管理开发，2006，2(1)：4647【12】程海正，曹清林，莫亚梅基于PRO/E的平面机构运动仿真J南通工学院学报(自然科学版)21304(4)：3941【13】 COST 9483-60. Weight-Measuring Instruments. Quadrant-Type Circular Dial Indicators in Russian.【14】 COST 2614-65. Ribbon, Steel Spring Heat-Treated Cold-Rolled Flattened in Russian.3535附录百分表总装配图 A1 一张；表体装配图 A1 A2 各一张；表壳零件图 A2 一张；表体零件图 A4 十三张；表壳加工工艺过程卡 A4 二张；上夹板加工工艺过程卡 A4 一张；测杆加工工艺过程卡 A4 二张；表壳夹具总装配图 A3 一张；内部资料，请勿外传！#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxG89AmUE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNuGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89Amv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWw