量程为10mm的百分表设计说明书

量程为20mm的百分表设计说明书一 百分表简介百分表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。百分表的大表盘上印制有100 个等分刻度，即每一分度值相当于量杆移动0.01毫米。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。 主要用途：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。分度值为0.01mm,测量范围为0-20mm。测量范围：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。 主要由三部分组成：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。百分表的发展趋势：数显 由于传统机械式百分表由人去读表盘刻度，这样就存在读数方法和反应速度等因素带来的误差。为了克服这些缺点，百分表读数在向数字化方向发展。 加快仪表的自动化是当前制造行业发展的大趋势。一般有两种方案可以采用：一种是集位移传感器(光栅、容栅、电感等)、控制、显示与存储等单元于一体的数字式百分表，另外一种就是采用机器视觉技术对机械式的模拟百分表进行自动化识读。由于带指针的模拟式百分表是很多企业特别是传统制造企业使用得非常广泛的一类，于是在已有基础上通过图像识别方法识读表盘是成本相对较低的一种方法。对于百分表的显示系统，传统的表盘显示已经远远不能满足现代生活的需要，尤其是在对测量结果的实时性要求较高的的操作中，人眼的视觉往往不能跟上表针的摆动变化。而数显式百分表多采用容栅传感器将位移量转化为可供电路测量的电压信号，然后通过单片机采集电压信号使之转换为数字信号并进行处理，最终通过液晶显示器将读数显示出来，这种显示方式更利于人们的视觉要求，另外数显式百分表内部可以设置数据存储器，将整个测量过程的数据存储起来，然后传送到计算机上进行细致的分析。三 设计目标设计钟表式百分表，满足以下要求：1. 百分表测量范围为020mm，分度值为0.01mm；2. 百分表的外形尺寸：外壳不大于60mm。3. 百分表的测力应在0.5N至1.5N之间，测力落差（同一点正反向测力之差）不大于0.4N，单向行程测力变化不大于0.5N；4. 示值误差：1） 示值总误差不大于0.0018mm；2） 任一毫米内示值误差不大于0.01mm；3） 回程误差不大于0.003mm；4） 示值变动性不大于0.003mm；5. 测杆移动平衡、灵活、无卡住现象；6. 测杆处于自由状态时，指针应处于从零位开始逆时针30到90之间；7. 当转数指针指示整转数时，指针偏离整转数刻度不大于15；8. 测杆行程应至少超出工作行程终点0.5mm；9. 指针尖端应盖过段刻线长度的30%50%；10. 指针尖端与表盘之间距离应不大于0.7mm；11. 表盘刻度线宽度和指针尖端应为0.150.25mm。目的：（1）.此次课程设计的目的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。综合运用所学课程的知识进行设计，培养分析和解决实际工程问题的能力。（2）.学习仪器结构设计的一般方法和步骤，提高机械设计水平，树立正确的设计思想（3）.扩大知识范围，学会运用各类技术资料，包括技术标准和手册等。任务： 设计一种钟式百分表，在分析样图和参考图的基础上，进行结构方案的比较和选择，包括示数装置、传动系数、消除空回装置、产生测力装置、导轨、支承、限动器和联接等。然后进行总体布局、设计计算，绘制草图和正试图。三 百分表的总体设计和各部分的设计 百分表的最主要设计部件是齿轮齿条的传动设计，根据所要求设计百分表的尺寸大小和百分表的精度要求，首先选择齿轮的模数大小，综合考虑齿轮的直径，确定各个齿轮的齿数。同时还要根据齿轮加工不发生切齿的最小齿数要求来决定是否对每个齿轮进行变位。一定要验算精度。其次，要对游丝进行精心的设计。百分表的游丝是用来保持齿轮传动的有效解除，防止齿轮啮合时不发生空回，从而保证测量的准确度。另外，也需要对弹簧进行优化设计。弹簧为拉伸弹簧，在测量时保证导杆与被测工件的紧密接触，因此弹簧安装时要有一定的初始拉力。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。百分表的结构设计，应尽量减少百分表的体积和重量，一则携带运送方便，二则节约材料，从而降低生产成本。 为导杆1也是齿轮2 分度圆上的线位移，S3为齿轮3分度圆上的线位移，为齿轮2的分度圆直径，为齿轮3的分度圆直径， 为齿轮4的分度圆直径，为齿轮6的分度圆直径，为齿轮2的模数，为齿轮3的模数，为齿轮4的模数，为齿轮6的模数，为齿轮2的齿数，为齿轮3的齿数，为齿轮4的齿数，为齿轮6的齿数， 分别为齿轮2和4的转动角。（下面有的关这些参数就不再声明）1.传动原理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的转动,从而读出被测尺寸的大小。百分表的读数准确度为 0.01mm。百分表的结构原理如图3所示。当测量杆1向上或向下移动1mm时，通过齿轮传动系统带动大指针5转一圈，小指针7转一格,打刻度盘在圆周上有100个等分格，小刻度盘在周围有20个登上格。大指针每格的读数值为0.01mm。小指针每格读数为l rnm。测量时指针读数的变动量即为尺寸变化量。刻度盘可以转动，以便测量时大指针对准零刻线。如图所示外界微小位移通过测杆1传递给齿轮2，齿轮2与齿轮3同轴且相连为一体，它们有相同的角速度，由于齿轮2与齿轮3有不同的分度圆半径，这样导杆1的微小位移就可以在齿轮3的分度圆上得到放大，放大倍数是齿轮2与3的半径比。即： （1）齿轮4又分别与齿轮2齿轮6相啮合，这样一方面，齿轮3分度圆上的线位移可以转换成齿轮4的角位移，带动大指针5的转动；另一方面，齿轮4的线位移通过4,6啮合有可以转换成6的角位移，齿轮6中心轴上带有小指针。根据测量的要求，导杆每转动1mm大指针转动一周，小指针转动周。2.齿轮的设计1）.模数和齿数的确定为了节约成本和制造方便，模数都取为m=0.199对于齿轮2；由于测量范围为020mm，故可设计齿轮2转过一周，分度圆上的先位移为10mm。故有 10=m，可得=20齿。关于齿轮3、齿轮4和齿轮6：把齿轮3和齿轮6设计为相同齿轮。根据表体大小，初步设计=19mm，根据公式=mz，=119.384取整数120齿。既有=120齿。齿轮3与齿轮4的传动比取为1：10，则有=12齿。2） 示值总误差的校验由于测量范围为010mm，当=10mm时，齿轮2的实际转角为*r2=10r2=m/2=1.5915mm，得=6.28338rad，由于传动比为1：10，故齿轮4实际转过的弧度为62.8338rad，而理论上齿轮4应该转过20，于是产生一个差值：=20-62.8338=-0.0019469rad =-0.11155即偏差为0.11155，设计要求示值总误差不得大于0.018mm，换算成转角即不得大于6.48，而偏差远小于6.48，所以满足要求。下面验算每一毫米的示值误差；题目要求每一毫米示值误差不大于0.01mm，即不大于3.6。当齿轮2的分度圆然过1mm时，实际转过的弧度为*r2=1，r2=m/2=1.5915mm，由此得=0.628338rad，则齿轮4实际转过的弧度为6.28338rad，而理论上齿轮4应该转过的弧度为2，于是有差值为2-6.28338=-0.0001947rad，约为-0.011155小于3.6，故满足要求。3）.变为齿轮重要参数的计算由于齿轮4的齿数为12，小于14.为了避免产生根切，需要对它进行正变位。与之相啮合的齿轮3和齿轮6应该相应负变位。这里可以采用高度变位的变位方式。最小变位系数 X=0.294取X=-0.3,X=0.3.其具体参数如下表：表6 序号名称计算公式1模数m=0.1992变位系数X3=-0.33变位系数X4=0.34变位系数X6=-035压力角=6啮合角7标准齿顶高系数=18变位齿顶高系数=0.429顶隙系数=0.2510齿轮3,4中心距=11齿轮4,6中心距=根据上表和各齿轮的模数可求得：齿轮3,4中心距=10.5039mm齿轮4,6中心距=10.5039mm齿顶圆直径齿根圆直径分度圆直径为=m=19.098mm,=1.9098mm, =19.3208mm，=2.3236mm，=18.6046mm，=1.6074mm， 齿轮6的数据和齿轮3的完全相同。2.齿条的设计齿条与齿轮2啮合。具体数据如下：齿条的的几何计算名称代号计算公式模数m0.15915齿厚sm径向间隙c0.25m齿根高h11.25m齿顶高h2m图4 齿条的形状设计齿条的工作长度为10mm，但加工时应保留一些余量，取加工总长度为16mm。3.游丝的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。游丝安装在齿轮6上，用来防止啮合齿轮的空回。鉴于齿轮6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6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n=10。根据传动力矩大小要求，当游丝转动时它的承受力矩MM=（3-6）M，根据生产经验M=0.0093N.mm。故可取M=40.0093，游丝的最大转矩为1.448 N.mm庞振基，黄其圣游丝的总长度L=力矩与转角，游丝宽度b，厚度h的关系为M=（E为材料的弹性模量，这里游丝的材料用锡青铜合金E=），根据上诉的数据可求得h =0.12mm，b =0.96mm。材料为锡铜合金内径大小d1=5mm外径大小d2=17mm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310mm。4.拉簧的设计百分表的弹簧为圆柱型拉伸弹簧。用来固定导杆的运动，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F1-F20.5.取F1=0.6N,F2=1N。根据公式 可得1=15mm，2=25mm。选择不锈钢丝为材料许用切应力843（N.mm-2切边模量G=78000（N.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：可取n=50，即50圈。（8）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自由长度（n+1）d+2D1=13.6mm。四 使用百分表的简单说明1. 使用前检查1）. 检查表头的相互作用和稳定性。2）. 检查活动测头和可换测头表面光洁,连接稳固。2读数方法测量孔径,孔轴向的最小尺寸为其直径,测量平面间的尺寸,任意方向内均最小的尺寸为平面间的测量尺寸。百分表测量读数加上零位尺寸即为测量数据。3.正确使用1）. 把百分表插入量表直管轴孔中,压缩百分表一圈,紧固。2）. 选取并安装可换测头,紧固。3）. 测量时手握隔热装置。4）. 根据被测尺寸调整零位。用已知尺寸的环规或平行平面（千分尺）调整零位,以孔轴向的最小尺寸或平面间任意方向内均最小的尺寸对0位,然后反复测量同一位置2-3次后检查指针是否仍与0线对齐,如不齐则重调。为读数方便,可用整数来定零位位置。5）. 测量时,摆动内径百分表,找到轴向平面的最小尺寸（转折点）来读数。6）. 测杆、测头、百分表等配套使用,不要与其他表混用。4.维护与保养1） 远离液体,不使冷却液、切削液、水或油与内径表接触。2）. 在不使用时,要摘下百分表,使表解除其所有负荷,让测量杆处于自由状态。3）. 成套保存于盒内,避免丢失与混用。 五 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.