鐘表百分表的設(shè)計(jì)計(jì)劃書

1 鐘表百分表的設(shè)計(jì)計(jì)劃書 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一種鐘表式百分表，在分析樣圖和參考圖的基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的比較和選擇。包括示數(shù)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、消除空回裝置、產(chǎn)生測(cè)力裝置、導(dǎo)軌、支承、限動(dòng)器和聯(lián)接等。然后進(jìn)行總體布局、設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制草圖和正式圖，編寫說明書。 具體要求如下： 1）設(shè)計(jì)一個(gè)滿足使用要求（功能、可靠性及精度）的百分表。 2）注意百分表的加工工藝、安裝工藝性（結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性，外觀要求） 3）熟悉有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)。 設(shè)計(jì)中涉及到的零件材料、結(jié)構(gòu)等，均需按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇；零件的尺寸、公 差等亦應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；制圖也要符合一定的規(guī)范。在課程設(shè)計(jì)過程中要求學(xué)習(xí)、掌握查閱標(biāo)準(zhǔn)及使用手冊(cè)的能力。 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 百分表是利用齒條齒輪或杠桿齒輪傳動(dòng) ,將測(cè)桿的直線位移變?yōu)橹羔樀慕俏灰频挠?jì)量器具。主要用于測(cè)量制件的尺寸和形狀、位置誤差等。分度值為 量范圍為 00000里設(shè)計(jì)的百分表是利用齒輪齒條的傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)測(cè)微的，測(cè)量范圍為0 20 2 百分比的最主要設(shè)計(jì)部件是齒輪齒條，根據(jù)所要求設(shè)計(jì)百分表的尺寸大小和百分表的精度要求，首先選擇齒輪的模數(shù) 大小，綜合考慮齒輪的直徑，確定各個(gè)齒輪的齒數(shù)。同時(shí)還要根據(jù)齒輪加工不發(fā)生切齒的最小齒數(shù)要求來決定是否對(duì)每個(gè)齒輪進(jìn)行變位。 其次，要對(duì)游絲進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。百分表的游絲是用來保持齒輪傳動(dòng)的有效解除，防止齒輪嚙合時(shí)不發(fā)生空回，從而保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。 另外，也需要對(duì)彈簧進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。彈簧為拉伸彈簧，在測(cè)量時(shí)保證導(dǎo)桿與被測(cè)工件的緊密接觸，因此彈簧安裝時(shí)要有一定的初始拉力。 百分表的構(gòu)造主要由 3 個(gè)部件組成：表體部分、傳動(dòng)系統(tǒng)、讀數(shù)裝置。 總體大小為：表盤直徑 6體高度 12 3 （ 1）百 分表的總體設(shè)計(jì)及主要部件的功能設(shè)計(jì)百分表的總體設(shè)計(jì)功能 1s 為導(dǎo)桿 1 也是齒輪 2 分度圓上的線位移， 2s 為齒輪 3分度圓上的線位移， 2D 為齒輪 1 的分度圓直徑， 3D 為齒輪 2的分度圓直徑， 4D 為齒輪 3 的分度圓直徑， 6D 為齒輪 4 的分度圓直徑， 2m 為齒輪2 的模數(shù)， 3m 為齒輪 3 的模數(shù)， 4m 為齒輪 4、 9 的模數(shù)， 6m 為齒輪6 的模數(shù)， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為齒輪 8 的模數(shù)， 2z 為齒輪 2 的齒數(shù)， 3z 為齒輪 3 的齒數(shù)， 4z 為齒輪 4 的齒數(shù)， 6z 為齒輪 6 的齒數(shù)，4為齒輪 4的轉(zhuǎn)動(dòng)角。（下面有的關(guān)這些參數(shù)就不再聲明） 傳動(dòng)與顯示原理 百分表的工作原理是將被測(cè)尺寸引起的測(cè)桿微小直線移動(dòng) ,經(jīng)過齒輪傳動(dòng)放大 ,變?yōu)橹赣?jì)在刻度盤上的轉(zhuǎn)動(dòng) ,從而讀出被測(cè)尺寸的大圖 1 百分表的表體部分和傳動(dòng)系統(tǒng) 圖 2 百分表的讀數(shù)裝置 圖 3 百分表的總體傳動(dòng)原理 4 小 。 百分表的讀數(shù)準(zhǔn)確度為 分表的結(jié)構(gòu)原理如圖 3 所示。當(dāng)測(cè)量桿 1 向上或向下移動(dòng) 1，通過齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)大指針 5轉(zhuǎn)一圈，小指針 7轉(zhuǎn)一格?？?度盤在圓周上有 100 個(gè)等分格，各格的讀數(shù)值為 指針每格讀數(shù)為 l 量時(shí)指針讀數(shù)的變動(dòng)量即為尺寸變化量?？潭缺P可以轉(zhuǎn)動(dòng)，以便測(cè)量時(shí)大指針對(duì)準(zhǔn)零刻線。 如圖 3 所示外界微小位移通過測(cè)桿 1 傳遞給齒輪 2，齒輪 2 與齒輪 3 同軸且相連為一體，它們有相同的角速度，由于齒輪 2 與齒輪 3有不同的分度圓半徑，這樣導(dǎo)桿 1的微小位移就可以在齒輪 3 的分度圓上得到放大，放大倍數(shù)是齒輪 2 與 3 的半徑比。即： 122 212 齒輪 4 又與齒輪 3齒輪 8 相嚙合 ，這樣一方面，齒輪 3分度圓上的線位移可以轉(zhuǎn)換成齒輪 4 的角位移，帶動(dòng)大指針 5 的轉(zhuǎn)動(dòng)；另一方面，齒輪 4 的線位移通過 4,8 嚙合有可以轉(zhuǎn)換成 8的角位移，齒輪 8 與齒輪 9 同軸且相連為一體，它們有相同的角速度，齒輪 9中心軸上帶有小指針。根據(jù)測(cè)量的要求，導(dǎo)桿每轉(zhuǎn)動(dòng) 1指針轉(zhuǎn)動(dòng)一周，小指針轉(zhuǎn)動(dòng)二十分之一周。 模數(shù)的設(shè)計(jì) 根據(jù)表體的基本尺寸要求，直徑為 6據(jù)傳動(dòng)精度要求選定2m =概設(shè)計(jì) 2D =3D =4D =2D =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =4誤 !未找到引用源。 =2 5 根據(jù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =知 2z =16。 由圖 3 可知 4 =24232 2 42z D 考慮到齒輪 3,4,6,8,9 之間的傳動(dòng)精度和與前面的傳動(dòng)步調(diào)一致，設(shè)定 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = 3m = 4m = 6m =錯(cuò)誤 !未找到引用源。=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = 因此可得出 3z =100, 4z =10, 6z =100,錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =20,錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =10。 百分表主要部件的設(shè)計(jì) （ 2）傳動(dòng)導(dǎo)桿和齒輪 2 的設(shè)計(jì) 在保持其他參數(shù)不變的條件下 ,改變小輪齒數(shù)和模數(shù) ,計(jì)算出小輪的應(yīng)力如下表 1和表 2。 由表 1 和表 2 可知：在小輪輪齒受力不變的條件下 ,隨著小輪齒數(shù)或模數(shù)的增加 ,相應(yīng)的應(yīng)力也隨之減小 ;對(duì)于接觸應(yīng)力 ,其受小輪齒數(shù)的影響大于受模數(shù)的影響 ;對(duì)于彎曲應(yīng)力 ,其受小輪模數(shù)的影響顯著大于受齒數(shù)的影響 ;在模數(shù)或齒數(shù)較小時(shí) (20時(shí) ),齒數(shù)或模數(shù)的變化對(duì)齒輪承載力都有顯著影響。對(duì)大模數(shù)齒輪齒條的來說 ,輪齒折斷所帶來的損失是相當(dāng)嚴(yán)重的 ,因此對(duì)彎曲強(qiáng)度可靠性提出較高要求 ,在滿足其他設(shè)計(jì)約束的情況下 ,應(yīng)優(yōu)先選擇較大的模數(shù)以獲取可靠的承載力。但是由于百分表的尺寸要求和精度要求，在一定范圍內(nèi)應(yīng)選用較小的模數(shù)，這是不可調(diào)和的矛盾，同時(shí)百分表測(cè)量是所受的力較小，小模數(shù)也可以滿足要求。 壓力角的影響：在其他基本參數(shù)不變的情況下 ,改變壓力角大小 , 6 計(jì)算出小輪的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力見表 3。 傳動(dòng)導(dǎo)桿 1 與齒輪 2 的嚙合是齒輪齒條的嚙合，齒輪 2 為標(biāo)準(zhǔn)齒 輪它的模數(shù)為 輪上及齒條上的壓力角與嚙合角都相同為20 。它們的具體幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)如下表： 表 4 齒輪 2 的幾何參數(shù) 齒輪 2 的幾何計(jì)算 名稱 代號(hào) 計(jì)算公式 模數(shù) m 度圓 D 厚 s 12m 頂隙 c 根高 頂高 m 7 齒距 p m 齒工作高度 h 5 齒條 1的幾何參數(shù) 齒條的的幾何計(jì)算 名稱 代號(hào) 計(jì)算公式 模數(shù) m 周節(jié) t m 齒厚 s 12m 徑向間隙 c 根高 2h 頂高 1h m 全齒高 p m 齒工作高度 條的工作長(zhǎng)度為 20加工時(shí)應(yīng)保留一些余量，取加工總長(zhǎng)度為 25 （ 3）變位齒輪的設(shè)計(jì) 8 齒輪的變位原理：通過改變標(biāo)準(zhǔn)刀具對(duì)齒輪毛坯的徑向位置或改變標(biāo)準(zhǔn)刀具的齒槽寬切制出的齒形為非標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形的齒輪。切制輪齒時(shí)，改變標(biāo)準(zhǔn)刀具對(duì)齒輪毛坯的徑向位置稱為徑向變位。改變標(biāo)準(zhǔn)刀具的齒槽寬稱為切向變位。最常用的是徑向變位， 切向變位一般用于圓錐齒輪的變位。 由于 4m =10的限制，為了不再加工齒輪時(shí)產(chǎn)生大量的齒根切齒現(xiàn)象，小齒輪的最小變位系數(shù)位 精密儀器中齒輪的傳動(dòng)精度較高，在小模數(shù)齒輪的設(shè)計(jì)中，常用高度變位齒輪。這樣要求兩個(gè)相互嚙合的齒輪的總的變位系數(shù)為 0，而它們的嚙合角與壓力角相等，中心距與未變位前一樣。要求變位的齒輪有齒輪3, 齒輪 4、 6、 8、 9。其中齒輪 4、 9 為正變位，齒輪 3、 6、 8 為負(fù)變位。 根據(jù)變位齒的各參數(shù)計(jì)算公式和各齒輪的模數(shù)可求得： 齒輪 4： d=誤 !未找到引用源。 =誤 !未找到引用源。=輪 3: d=誤 !未找到引用源。 =誤 !未找到引用源。=輪 6: d=誤 !未找到引用源。 =誤 !未找到引用源。= 5 變位齒輪 9 齒輪 8: d=誤 !未找到引用源。 =誤 !未找到引用源。=輪 9： d=誤 !未找到引用源。 =誤 !未找到引用源。=輪 3,4中心距 1a =11輪 4,8中心距 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =3輪 6,9 中心距 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =12輪 4,8 中心距 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =3 4）游絲的設(shè)計(jì) 游絲在儀表中的作用主要是通過預(yù)緊力或作用力矩，達(dá)到不論正行程還是反行程齒輪副總是單項(xiàng)齒廓嚙合，消除空行程和傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦力。 如圖所示，游絲安裝在齒輪 6 上，用來防止嚙合齒輪的空回。鑒于齒輪 6 的傳動(dòng)要求，對(duì)其上的游絲的滯后和后效要求較高，這里選擇游絲的寬厚比 u=10,u=b/h,(h 為游絲的厚度 )。鑒于齒輪 6 的直徑大小選擇游絲的內(nèi)徑大小 徑大小 5絲的總轉(zhuǎn)角要求大于 2 ，其總?cè)?shù)設(shè)為 n=10。根圖 7 游絲的安裝 齒輪 6 游絲 10 據(jù)傳動(dòng)力矩大小要求，當(dāng)游絲轉(zhuǎn)動(dòng)2時(shí)它的承受力矩 M 不小于210 10 M 。游絲的總長(zhǎng)度 L= 12 ，力矩與轉(zhuǎn)角 ，游絲寬度 b，厚度 h 的關(guān)系為 M= 312 E 為材料的彈性模量，這里游絲的材料用錫銅合金 E= 521 0 /N m m ），根據(jù)上訴的數(shù)據(jù)可求得 h =b = 當(dāng)轉(zhuǎn)到最大轉(zhuǎn)角時(shí)即 =3 ，游絲所承受的力矩為 260 10 M 26 b 許用彎曲應(yīng)力， b = ， S 為材料的安全系數(shù)，錫青銅合金 B為 500600， S為 510，經(jīng)校核設(shè)計(jì)符合要求。 游絲的最終設(shè)計(jì)方案為： 材料為錫青銅合金 內(nèi)徑大小 徑大小 7圈數(shù) n=10 厚度 h =度 b =長(zhǎng)度 L= 12=350 （ 5）彈簧的設(shè)計(jì) 百分表的彈簧為圓柱型拉伸彈簧，彈簧間隙 =0。用來固定導(dǎo)桿的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)百分表的設(shè)計(jì)空間大小，彈簧的設(shè)計(jì)選用簧絲的直徑大小為 繞比為 C=9，（ C=DD/彈簧的中徑大?。?。 11 經(jīng)過計(jì)算這里的材料選擇 60號(hào)的鋼料其值為80000 2/N 彈簧的最終設(shè)計(jì)為：簧絲的直徑大小為 徑 繞比為 C=7 有效環(huán)數(shù) n=40 測(cè)量前應(yīng)將測(cè)桿、測(cè)頭及工件擦凈，裝夾表頭時(shí)夾緊力不宜過大，以免套筒變形及測(cè)桿移動(dòng)不靈活。 測(cè)量時(shí)應(yīng)把表裝夾在表架或其它可靠的支架上，否則會(huì)影響測(cè)量精度。 使用百分表對(duì)批量工件進(jìn)行比較測(cè)量時(shí)，要選用量塊或其它標(biāo)準(zhǔn)量具調(diào)整百分表指針對(duì)準(zhǔn)零位，然后把被測(cè)工件置放在測(cè)頭下，觀察指針偏擺記取讀數(shù)，確定被測(cè)工件誤差。 測(cè)量平面時(shí)，測(cè)桿應(yīng)與 被測(cè)平面垂直；測(cè)量圓柱面時(shí)，測(cè)桿軸線應(yīng)通過被測(cè)表面的軸線，并與水平垂直。同時(shí)根據(jù)被測(cè)工件的形狀，粗糙度等來選用測(cè)量頭。 為了保證測(cè)量力一定，使測(cè)頭在工件上至少要壓縮 20 25 個(gè)分度，將指針與刻度盤零位對(duì)準(zhǔn)，然后輕提測(cè)桿 1 2手使其自行復(fù)原，試提 2 3 次，若指針停在其它位置上應(yīng)重新調(diào)整零位。 12 讀數(shù)時(shí)視線要垂直于表盤觀讀，任何偏斜觀讀都會(huì)造成讀數(shù)誤差。 注意事項(xiàng) 1）使用前，應(yīng)檢查測(cè)量桿活動(dòng)的靈活性。即輕輕推動(dòng)測(cè)量桿時(shí)，測(cè)量桿在套筒內(nèi)的移動(dòng)要靈活，沒有如何軋卡現(xiàn)象，每次 手松開后，指針能回到原來的刻度位置。 2）使用時(shí)，必須把百分表固定在可靠的夾持架上。切不可貪圖省事，隨便夾在不穩(wěn)固的地方，否則容易造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，或摔壞百分表。 3）測(cè)量時(shí)，不要使測(cè)量桿的行程超過它的測(cè)量范圍，不要使表頭突然撞到工件上，也不要用百分表測(cè)量表面粗糙度或有顯著凹凸不平的工作。 4）測(cè)量平面時(shí)，百分表的測(cè)量桿要與平面垂直，測(cè)量圓柱形工件時(shí)，測(cè)量桿要與工件的中心線垂直，否則，將使測(cè)量桿活動(dòng)不靈或測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。 5）為方便讀數(shù)，在測(cè)量前一般都讓大指針指到刻度盤的零位。 6）百分表不用時(shí)，應(yīng)使測(cè)量桿處于自由狀態(tài)，以免使表內(nèi)彈簧失效。 7）百分表修理時(shí)，通常按外觀、各部分相互作用、測(cè)力、示值變動(dòng)性和示值誤差依次進(jìn)行修理。修理時(shí)需注意，盡量少卸零件，有些表盤不能用汽油或煤油洗擦，以免擦掉刻度。游絲不能有油。起螺釘時(shí)應(yīng)選擇合適的螺絲刀，避免損壞零件，裝卸工作一定要 13 細(xì)心，要保持外觀無損 對(duì)于百分表的顯示系統(tǒng)，傳統(tǒng)的表盤顯示已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代生活的需要，尤其是在對(duì)測(cè)量結(jié)果的實(shí)時(shí)性要求較高的的操作中，人眼的視覺往往不能跟上表針的擺動(dòng)變化。 而數(shù)顯式百分表多采用 容柵傳感器將位移量轉(zhuǎn)化為可供電路測(cè)量的電壓信號(hào)，然后通過單片機(jī)采集電壓信號(hào)使之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行處理，最終通過液晶顯示器將讀數(shù)顯示出來，這種顯示方式更利于人們的視覺要求，另外數(shù)顯式百分表內(nèi)部可以設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將整個(gè)測(cè)量過程的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，然后傳送到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行細(xì)致的分析。 通過這一次課程設(shè)計(jì)自己不但對(duì)以往有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)進(jìn)行了一次全面的總結(jié)和復(fù)習(xí)，更為重要的是鍛煉了解決問題的能力。從開始對(duì)課題任務(wù)進(jìn)行初步了解，進(jìn)而開始查找資料，聆聽指導(dǎo)老師的教誨，一步一步不斷完善課程設(shè)計(jì)中的每一細(xì)節(jié)，對(duì) 論文作更一步的細(xì)化，總結(jié)設(shè)計(jì)的方法，最后完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 這次設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到自己的機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，開始設(shè)計(jì)的時(shí)候根本不知道如何下手。尤其是變位設(shè)計(jì)齒輪的時(shí)候，查看了齒輪設(shè)計(jì)有關(guān)的書籍后，對(duì)許多幾何尺寸參數(shù)的選擇根本沒有頭緒，只好從最基本的知識(shí)著手，同時(shí)與同