彈簧管壓力表原理

壓力表課程設(shè)計(jì)目前一頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)主要內(nèi)容1壓力表課程設(shè)計(jì)要求2壓力表設(shè)計(jì)計(jì)算1、壓力表概述2、測(cè)量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇與計(jì)算3、游絲設(shè)計(jì)4、零件尺寸的確定3課程設(shè)計(jì)報(bào)告4其它目前二頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)目的鞏固、實(shí)踐課堂講過(guò)的知識(shí)本課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容（任務(wù)）：

本次課程設(shè)計(jì)就是把學(xué)過(guò)的知識(shí)應(yīng)用到機(jī)械儀表的設(shè)計(jì)中，培養(yǎng)同學(xué)從整體上分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。并進(jìn)一步加深對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)的理解、鞏固。1壓力表課程設(shè)計(jì)要求壓力表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目前三頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)目的掌握正確的設(shè)計(jì)思想。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使同學(xué)掌握儀表的設(shè)計(jì)思路。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，一般其主要過(guò)程為：（接受）設(shè)計(jì)任務(wù)－（擬定）設(shè)計(jì)方案－設(shè)計(jì)計(jì)算－繪制裝配圖－繪制零件圖

設(shè)計(jì)過(guò)程中需注意以下內(nèi)容：1）滿足使用要求（功能、可靠性及精度要求）2）注意工藝性（結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性，外觀要求）目前四頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)目的熟悉有關(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。因此在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中要求同學(xué)學(xué)習(xí)、掌握查閱標(biāo)準(zhǔn)及使用手冊(cè)的能力。目前五頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)目前六頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)壓力表設(shè)計(jì)的技術(shù)要求測(cè)量范圍0～0.16Mpa外廓尺寸外徑<150mm高度<55mm接口M201.5（普通螺紋、外徑20、螺距1.5）標(biāo)尺等分刻度（滿程0.16Mpa）

標(biāo)度角270、分度數(shù)80（格）、分度值（0.02Mpa）精度1.5級(jí)27000.160.02目前七頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)壓力表設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)兩張相關(guān)零件圖（3號(hào)或4號(hào)圖）壓力表三維模型（Pro-E）、爆炸圖目前八頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)壓力表概述彈簧管壓力表是一種用來(lái)測(cè)量氣體壓力的儀表。壓力表的組成：

靈敏部分（彈簧管）傳動(dòng)放大部分（曲柄滑塊、齒輪機(jī)構(gòu)）示數(shù)部分（指針、刻度盤(pán)）輔助部分（支承、軸、游絲）2壓力表設(shè)計(jì)計(jì)算目前九頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)

工作原理

作為靈敏元件的彈簧管可以把氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)楣苣┒说奈灰?，通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將此位移轉(zhuǎn)變?yōu)榍霓D(zhuǎn)角，然后通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)將曲柄轉(zhuǎn)角放大，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，從而指示壓力的大小。將轉(zhuǎn)角放大便于測(cè)量，可以提高測(cè)量精度。目前十頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)O靈敏部分-彈簧管p傳動(dòng)放大-曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傳動(dòng)放大-齒輪傳動(dòng)目前十一頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)

壓力表工作原理框圖

彈簧管的壓力－位移是線性關(guān)系，但彈簧管本身的工藝問(wèn)題（如材料、加工等）會(huì)造成一些線性誤差，彈簧管形狀的不直、不均勻也會(huì)導(dǎo)致非線性誤差。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可以補(bǔ)償彈簧管的線性及非線性誤差。從0～0.16Mpa調(diào)整滿足滿刻度精度為線性誤差調(diào)整，中間部分不均勻調(diào)整為非線性誤差調(diào)整。注：參考趙英老師的網(wǎng)絡(luò)錄像。彈簧管齒輪傳動(dòng)標(biāo)尺示數(shù)ps(線性轉(zhuǎn)換)(線性傳動(dòng))(線性刻度)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(近似線性傳動(dòng))目前十二頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)

本次壓力表課程設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容1）彈簧管：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、末端位移計(jì)算2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3）齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算4）游絲：參數(shù)計(jì)算壓力表概述-end目前十三頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)測(cè)量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇和計(jì)算一、彈簧管設(shè)計(jì)計(jì)算二、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算三、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算四、原理誤差計(jì)算目前十四頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)彈簧管原理（參閱教材p352）

彈簧管在內(nèi)壓力的作用下，任意非圓截面的彈簧管的截面將力圖變?yōu)閳A形。

從管子中截取中心角為d的一小段。通入壓力p后，管截面力圖變圓，中性層x－x以外各層被拉伸（如efe’f’），以內(nèi)各層被壓縮（如kik’i’）。材料產(chǎn)生彈性恢復(fù)力矩，力圖恢復(fù)各層原來(lái)長(zhǎng)度，從而迫使截面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角d，使管子中心角減小，曲率半徑增大。若管子一端固定，自由端便產(chǎn)生位移，直至彈性平衡為止。OO’xxefkie’f’k’i’dd-dd目前十五頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)彈簧管末端位移計(jì)算1）彈簧管中心角變化與作用壓力之間的關(guān)系

和’－彈簧管變形前、后的中心角R－彈簧管中性層初始曲率半徑h－管壁厚度a和b－橫截面中性層長(zhǎng)軸半徑和短軸半徑E和－材料的彈性模量和泊松比C1和C2－與a/b有關(guān)的系數(shù)，查表取之R00Ortsrpssts連桿方向目前十六頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)彈簧管2）位移切向分量st3）位移徑向（法向）分量sr4）自由端位移s5）位移與切向分量夾角R00Ortsrpssts連桿方向目前十七頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計(jì)算按照現(xiàn)有的彈簧產(chǎn)品規(guī)格，選定尺寸參數(shù)如下的彈簧管：毛坯外徑＝15mm中徑R＝50mm

壁厚h＝0.3mm中心角′′＝265（參考）材料錫磷青銅Qsn4-0.3E＝1.127105Mpa＝0.3′′R目前十八頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計(jì)算1）安全系數(shù)npj：比例極限壓力pg：工作壓力（應(yīng)小于pj）2）彈簧管截面與軸比a/b已知毛坯：＝15mm，h＝0.3mm

選用扁圓形彈簧管，a=？b=？a/b，靈敏度，但pj，建議a/b＝4提示：圓形毛坯壓扁后中性層尺寸不變；＝15mmhh2a2b目前十九頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)彈簧管3）中心角設(shè)則有s通常?。?00～270。建議：（結(jié)構(gòu)中心角）′′=265另插入接口10～15自由端壓扁4～6則實(shí)際參加變形的中心角：=′′-10-5=250目前二十頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)彈簧管4）彈簧管中徑R＝50mm5）材料錫磷青銅Qsn4-0.3

彈性模量E＝1.127105Mpa

泊松比＝0.3

目前二十一頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)加壓后，彈簧管自由端位移s，帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)角度g－曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ODBseab+－00yxB’gD’目前二十二頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)O’spB0eDOEabBeDOabD’B’sg0k目前二十三頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄最大轉(zhuǎn)角g－工作轉(zhuǎn)角彈簧管末端指針：兩級(jí)傳動(dòng)一級(jí)－曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、二級(jí)－齒輪傳動(dòng)i總=i齒i曲=270/g

g

/s

推薦：*i齒=13.5,g

=20

*i齒=15,g

=18（建議選取該組參數(shù)，因?yàn)閕是整數(shù)，對(duì)后面齒輪Z1、Z2選擇方便。）目前二十四頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、的選擇曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i=/s=f(a,b,e,)為簡(jiǎn)化計(jì)算，常引入無(wú)量綱系數(shù)：*滑塊相對(duì)位移*連桿相對(duì)長(zhǎng)度*相對(duì)偏距*相對(duì)傳動(dòng)比

=0.8~1.4、=2~5推薦=1、=4目前二十五頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)確定0、k(初始角、終止角)k-0=g

在ia-曲線上找出極點(diǎn)對(duì)應(yīng)的極角e，0、k以e對(duì)稱分布。i變化小，工作過(guò)程非線性度減小。

0＝

e－

g/2

k＝

e＋

g/2對(duì)于=1、=4的曲線有e=0

0＝-

g/2

k＝

g/2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)eia=1＝4O0kg1目前二十六頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算曲柄長(zhǎng)度a

最大位移smax

，上式中k

計(jì)算連桿長(zhǎng)度b和偏距e連桿長(zhǎng)b=a偏距e=a連桿b初始位置與彈簧管末端位移s夾角

bsin=e-acosk

目前二十七頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)初定齒輪中心距A’(根據(jù)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算)1）求c’（過(guò)渡量）：OBD中

2）求A’：O’BO中BO’seDA’EabkstAO滑道Rc’c目前二十八頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選定標(biāo)準(zhǔn)中心距A（i12即前述i齒）選擇適當(dāng)Z1、m，使A盡可能靠近初定值A(chǔ)’＝整數(shù)（否則Z2無(wú)法加工）m選用標(biāo)準(zhǔn)值0.20.250.30.4對(duì)每一個(gè)m值適當(dāng)選擇1～2個(gè)Z1，使A接近A’，且Z1不小于17、Z2不要太大（參考樣機(jī)）。計(jì)算齒輪參數(shù)da、d、df目前二十九頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)修正連桿長(zhǎng)度b當(dāng)用中心距A代替初定值A(chǔ)’后，曲柄回轉(zhuǎn)中心O位置將略有改變，此時(shí)可重新計(jì)算連桿長(zhǎng)度b，使O點(diǎn)與齒輪傳動(dòng)計(jì)算得出的O點(diǎn)重合。而a、e、0、k、=b/a均不需改變。1）求c（改變c’）：OBO’中

2）求b：OBD中BO’seDA’EabkstAO滑道Rc’c目前三十頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)扇形齒輪扇形角扇形齒輪回轉(zhuǎn)中心即是曲柄的回轉(zhuǎn)中心，故扇形齒輪的工作轉(zhuǎn)角即為曲柄的工作轉(zhuǎn)角g，并適當(dāng)增大即可。

扇=g(1+25%)+2×2齒對(duì)應(yīng)中心角工作初始及滿程結(jié)束時(shí)，兩邊各多出2齒防脫角。過(guò)載量，指針實(shí)際可轉(zhuǎn)角比工作轉(zhuǎn)角大一些。Og初始滿程2齒2齒目前三十一頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)原理誤差

壓力表彈簧管末端位移與指針轉(zhuǎn)角應(yīng)為線性關(guān)系。由于在測(cè)量環(huán)節(jié)中采用了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使轉(zhuǎn)角與位移存在非線性誤差，即為原理誤差，應(yīng)加以控制。對(duì)應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角的理想位移對(duì)應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角的實(shí)際位移原理誤差1％為合格目前三十二頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)原理誤差非線性度校驗(yàn)：曲柄每轉(zhuǎn)過(guò)2進(jìn)行一次誤差計(jì)算。序號(hào)計(jì)算點(diǎn)n理想值sn實(shí)際值sn’絕對(duì)值sn－sn’相對(duì)值sn－sn’/smax1234-9-7-5-39測(cè)量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇和計(jì)算-end目前三十三頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)游絲設(shè)計(jì)

壓力表中的游絲為接觸游絲，其作用是消除空回，使齒輪始終保持單面接觸。由于齒輪軸存在摩擦力矩，所以在游絲安裝時(shí)應(yīng)給予一定的預(yù)緊力矩，使指針在零位時(shí)，在該最小安裝力矩下，也能驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈?zhǔn)过X輪保持單面接觸，即使小齒輪跟隨扇形齒輪（無(wú)論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)）消除空回誤差。目前三十四頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)計(jì)算最小力矩Mmin安全系數(shù)，k=2~3零件偏重力矩游絲壓力產(chǎn)生的摩擦力矩零件自重產(chǎn)生的摩擦力矩經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，某些零件的偏重力矩Mp將有助于完成機(jī)構(gòu)的力封閉，故可將Mp省略。目前三十五頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)計(jì)算最小力矩MminMfz的計(jì)算Mfz為中心小齒輪及扇形齒輪的綜合影響：將扇形齒輪的影響誘導(dǎo)至中心軸中心小齒輪支承上的摩擦力矩Mfz2－扇形齒輪支承上的摩擦力矩；I21－齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)系數(shù)；－齒輪傳動(dòng)效率目前三十六頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)計(jì)算最小力矩MminMfz的計(jì)算（續(xù)）說(shuō)明估算重量;小齒輪：齒輪軸、指針(Al)、指針帽(Cu)扇形齒輪：齒輪軸、扇形齒輪（估算）連桿重量忽略；分析壓力表水平放置、垂直放置兩種情況，取其大者；近似計(jì)算，=0.9。比重：Cu8.59g/cm3Al2.49g/cm3目前三十七頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)計(jì)算最小力矩Mmin1）中心小齒輪Mfz1的計(jì)算－取兩者中大者參與后序計(jì)算*壓力表立放，軸水平

*壓力表平放，軸立2）扇形齒輪Mfz2的計(jì)算

（計(jì)算步驟同上，并取大者）當(dāng)量摩擦系數(shù)，按未經(jīng)研配計(jì)算d1d2d將軸及軸上零件總重都集中在一端軸頸上計(jì)算即可式11-1式11-5目前三十八頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)計(jì)算最小力矩MminMmin的計(jì)算注意：因?yàn)橛?jì)算中需要知道零件的重量，故游絲設(shè)計(jì)必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后進(jìn)行。目前三十九頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)選定參數(shù)1）工作角度最小工作轉(zhuǎn)角1=/2M1=Mmin最大工作轉(zhuǎn)角2=22）工作圈數(shù)2n=10~14;<2n=5~10建議n=8~103）寬厚比u=b/h接觸游絲u=4~8，建議u=64）外徑D1

由空間結(jié)構(gòu)定；

內(nèi)徑D2

由軸定。5）材料錫青銅QSn4-3E=1.2105Mpa強(qiáng)度極限b=600Mpa安全系數(shù)S=3[b]=b/S=200Mpa游絲計(jì)算D1D2目前四十頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)游絲計(jì)算幾何尺寸計(jì)算1）初定長(zhǎng)度2）厚度圓整到0.013）寬度由圓整后的h計(jì)算4）校核應(yīng)力

一般情況下能滿足要求，否則可改變寬厚比u。D1D2目前四十一頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)游絲計(jì)算5）最后確定L、n、a(圈間距)-圓整后的b、hK-同時(shí)盤(pán)繞游絲個(gè)數(shù)－取整

游絲設(shè)計(jì)-end目前四十二頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)零件尺寸的確定按儀表特性的要求確定零件尺寸如彈簧管2a、2b、h、、R曲柄滑塊機(jī)構(gòu)a、b、e、0、k齒輪i、Z1、Z2、m按標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范確定零件尺寸

1）標(biāo)準(zhǔn)尺寸（有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范）如螺紋、錐度、倒角、直徑、m

2）標(biāo)準(zhǔn)件（標(biāo)準(zhǔn)件越多，設(shè)計(jì)越好）銷釘、螺釘、螺母、墊圈、軸承；游絲亦有標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計(jì)里標(biāo)準(zhǔn)游絲不合適，需自行設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)游絲。目前四十三頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)由材料規(guī)格確定如彈簧管的毛坯外圓（圓管材），即查材料規(guī)格；（卡玻璃的）鋼絲直徑、外殼鐵板厚度、夾板厚度，均需查手冊(cè)，或參考樣機(jī)。由空間結(jié)構(gòu)確定1）安排尺寸（軸向）如中心輪安裝指針的軸的長(zhǎng)度，需按軸向安排尺寸確定，玻璃－上夾板－下夾板－殼……2）零件結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算的是特性尺寸，具體零件結(jié)構(gòu)尺寸自行設(shè)計(jì)。目前四十四頁(yè)\總數(shù)五十頁(yè)\編于八點(diǎn)由空間結(jié)構(gòu)確定（續(xù)）3）足夠的運(yùn)動(dòng)空間（平面）如表盤(pán)螺釘不得妨礙指針運(yùn)動(dòng)；夾板柱不