彈簧管壓力表原理

壓力表課程設(shè)計目前一頁\總數(shù)五十頁\編于八點主要內(nèi)容1壓力表課程設(shè)計要求2壓力表設(shè)計計算1、壓力表概述2、測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇與計算3、游絲設(shè)計4、零件尺寸的確定3課程設(shè)計報告4其它目前二頁\總數(shù)五十頁\編于八點目的鞏固、實踐課堂講過的知識本課程設(shè)計的內(nèi)容（任務(wù)）：

本次課程設(shè)計就是把學過的知識應(yīng)用到機械儀表的設(shè)計中，培養(yǎng)同學從整體上分析問題、解決問題的能力。并進一步加深對學過的知識的理解、鞏固。1壓力表課程設(shè)計要求壓力表的結(jié)構(gòu)設(shè)計目前三頁\總數(shù)五十頁\編于八點目的掌握正確的設(shè)計思想。通過課程設(shè)計使同學掌握儀表的設(shè)計思路。機械產(chǎn)品設(shè)計，一般其主要過程為：（接受）設(shè)計任務(wù)－（擬定）設(shè)計方案－設(shè)計計算－繪制裝配圖－繪制零件圖

設(shè)計過程中需注意以下內(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、簡單，經(jīng)濟性，外觀要求）目前四頁\總數(shù)五十頁\編于八點目的熟悉有關(guān)規(guī)范、標準、手冊設(shè)計中涉及到的零件材料、結(jié)構(gòu)等，均需按照有關(guān)標準選擇；零件的尺寸、公差等亦應(yīng)符合相關(guān)標準；制圖也要符合一定的規(guī)范。因此在課程設(shè)計過程中要求同學學習、掌握查閱標準及使用手冊的能力。目前五頁\總數(shù)五十頁\編于八點目前六頁\總數(shù)五十頁\編于八點壓力表設(shè)計的技術(shù)要求測量范圍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）標尺等分刻度（滿程0.16Mpa）

標度角270、分度數(shù)80（格）、分度值（0.02Mpa）精度1.5級27000.160.02目前七頁\總數(shù)五十頁\編于八點壓力表設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計說明書兩張相關(guān)零件圖（3號或4號圖）壓力表三維模型（Pro-E）、爆炸圖目前八頁\總數(shù)五十頁\編于八點壓力表概述彈簧管壓力表是一種用來測量氣體壓力的儀表。壓力表的組成：

靈敏部分（彈簧管）傳動放大部分（曲柄滑塊、齒輪機構(gòu)）示數(shù)部分（指針、刻度盤）輔助部分（支承、軸、游絲）2壓力表設(shè)計計算目前九頁\總數(shù)五十頁\編于八點

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┒说奈灰疲ㄟ^曲柄滑塊機構(gòu)將此位移轉(zhuǎn)變?yōu)榍霓D(zhuǎn)角，然后通過齒輪機構(gòu)將曲柄轉(zhuǎn)角放大，帶動指針偏轉(zhuǎn)，從而指示壓力的大小。將轉(zhuǎn)角放大便于測量，可以提高測量精度。目前十頁\總數(shù)五十頁\編于八點O靈敏部分-彈簧管p傳動放大-曲柄滑塊機構(gòu)傳動放大-齒輪傳動目前十一頁\總數(shù)五十頁\編于八點

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題（如材料、加工等）會造成一些線性誤差，彈簧管形狀的不直、不均勻也會導致非線性誤差。曲柄滑塊機構(gòu)可以補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。彈簧管齒輪傳動標尺示數(shù)ps(線性轉(zhuǎn)換)(線性傳動)(線性刻度)曲柄滑塊機構(gòu)(近似線性傳動)目前十二頁\總數(shù)五十頁\編于八點

本次壓力表課程設(shè)計的主要設(shè)計計算內(nèi)容1）彈簧管：結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、末端位移計算2）曲柄滑塊機構(gòu)：結(jié)構(gòu)設(shè)計計算3）齒輪傳動結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)參數(shù)計算4）游絲：參數(shù)計算壓力表概述-end目前十三頁\總數(shù)五十頁\編于八點測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇和計算一、彈簧管設(shè)計計算二、曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計計算三、齒輪傳動機構(gòu)設(shè)計計算四、原理誤差計算目前十四頁\總數(shù)五十頁\編于八點彈簧管原理（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)各層原來長度，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\總數(shù)五十頁\編于八點彈簧管末端位移計算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\總數(shù)五十頁\編于八點彈簧管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\總數(shù)五十頁\編于八點彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計算按照現(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\總數(shù)五十頁\編于八點彈簧管彈簧管參數(shù)選擇與計算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\總數(shù)五十頁\編于八點彈簧管3）中心角設(shè)則有s通常取＝200～270。建議：（結(jié)構(gòu)中心角）′′=265另插入接口10～15自由端壓扁4～6則實際參加變形的中心角：=′′-10-5=250目前二十頁\總數(shù)五十頁\編于八點彈簧管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\總數(shù)五十頁\編于八點曲柄滑塊機構(gòu)加壓后，彈簧管自由端位移s，帶動曲柄轉(zhuǎn)過角度g－曲柄滑塊機構(gòu)ODBseab+－00yxB’gD’目前二十二頁\總數(shù)五十頁\編于八點曲柄滑塊機構(gòu)O’spB0eDOEabBeDOabD’B’sg0k目前二十三頁\總數(shù)五十頁\編于八點曲柄滑塊機構(gòu)曲柄最大轉(zhuǎn)角g－工作轉(zhuǎn)角彈簧管末端指針：兩級傳動一級－曲柄滑塊機構(gòu)、二級－齒輪傳動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)，因為i是整數(shù)，對后面齒輪Z1、Z2選擇方便。）目前二十四頁\總數(shù)五十頁\編于八點曲柄滑塊機構(gòu)、的選擇曲柄滑塊機構(gòu)的傳動比i=/s=f(a,b,e,)為簡化計算，常引入無量綱系數(shù)：*滑塊相對位移*連桿相對長度*相對偏距*相對傳動比

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

在ia-曲線上找出極點對應(yīng)的極角e，0、k以e對稱分布。i變化小，工作過程非線性度減小。

0＝

e－

g/2

k＝

e＋

g/2對于=1、=4的曲線有e=0

0＝-

g/2

k＝

g/2曲柄滑塊機構(gòu)eia=1＝4O0kg1目前二十六頁\總數(shù)五十頁\編于八點曲柄滑塊機構(gòu)計算曲柄長度a

最大位移smax

，上式中k

計算連桿長度b和偏距e連桿長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\總數(shù)五十頁\編于八點齒輪傳動機構(gòu)初定齒輪中心距A’(根據(jù)曲柄滑塊機構(gòu)參數(shù)計算)1）求c’（過渡量）：OBD中

2）求A’：O’BO中BO’seDA’EabkstAO滑道Rc’c目前二十八頁\總數(shù)五十頁\編于八點齒輪傳動機構(gòu)選定標準中心距A（i12即前述i齒）選擇適當Z1、m，使A盡可能靠近初定值A(chǔ)’＝整數(shù)（否則Z2無法加工）m選用標準值0.20.250.30.4對每一個m值適當選擇1～2個Z1，使A接近A’，且Z1不小于17、Z2不要太大（參考樣機）。計算齒輪參數(shù)da、d、df目前二十九頁\總數(shù)五十頁\編于八點齒輪傳動機構(gòu)修正連桿長度b當用中心距A代替初定值A(chǔ)’后，曲柄回轉(zhuǎn)中心O位置將略有改變，此時可重新計算連桿長度b，使O點與齒輪傳動計算得出的O點重合。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\總數(shù)五十頁\編于八點齒輪傳動機構(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，并適當增大即可。

扇=g(1+25%)+2×2齒對應(yīng)中心角工作初始及滿程結(jié)束時，兩邊各多出2齒防脫角。過載量，指針實際可轉(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\總數(shù)五十頁\編于八點原理誤差

壓力表彈簧管末端位移與指針轉(zhuǎn)角應(yīng)為線性關(guān)系。由于在測量環(huán)節(jié)中采用了曲柄滑塊機構(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。對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角的理想位移對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角的實際位移原理誤差1％為合格目前三十二頁\總數(shù)五十頁\編于八點原理誤差非線性度校驗：曲柄每轉(zhuǎn)過2進行一次誤差計算。序號計算點n理想值sn實際值sn’絕對值sn－sn’相對值sn－sn’/smax1234-9-7-5-39測量環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇和計算-end目前三十三頁\總數(shù)五十頁\編于八點游絲設(shè)計

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，所以在游絲安裝時應(yīng)給予一定的預(yù)緊力矩，使指針在零位時，在該最小安裝力矩下，也能驅(qū)動傳動鏈使齒輪保持單面接觸，即使小齒輪跟隨扇形齒輪（無論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)）消除空回誤差。目前三十四頁\總數(shù)五十頁\編于八點計算最小力矩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)過精心設(shè)計，某些零件的偏重力矩Mp將有助于完成機構(gòu)的力封閉，故可將Mp省略。目前三十五頁\總數(shù)五十頁\編于八點計算最小力矩MminMfz的計算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－齒輪傳動的傳動系數(shù)；－齒輪傳動效率目前三十六頁\總數(shù)五十頁\編于八點計算最小力矩MminMfz的計算（續(xù)）說明估算重量;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；近似計算，=0.9。比重：Cu8.59g/cm3Al2.49g/cm3目前三十七頁\總數(shù)五十頁\編于八點計算最小力矩Mmin1）中心小齒輪Mfz1的計算－取兩者中大者參與后序計算*壓力表立放，軸水平

*壓力表平放，軸立2）扇形齒輪Mfz2的計算

（計算步驟同上，并取大者）當量摩擦系數(shù)，按未經(jīng)研配計算d1d2d將軸及軸上零件總重都集中在一端軸頸上計算即可式11-1式11-5目前三十八頁\總數(shù)五十頁\編于八點計算最小力矩MminMmin的計算注意：因為計算中需要知道零件的重量，故游絲設(shè)計必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計之后進行。目前三十九頁\總數(shù)五十頁\編于八點選定參數(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強度極限b=600Mpa安全系數(shù)S=3[b]=b/S=200Mpa游絲計算D1D2目前四十頁\總數(shù)五十頁\編于八點游絲計算幾何尺寸計算1）初定長度2）厚度圓整到0.013）寬度由圓整后的h計算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\總數(shù)五十頁\編于八點游絲計算5）最后確定L、n、a(圈間距)-圓整后的b、hK-同時盤繞游絲個數(shù)－取整

游絲設(shè)計-end目前四十二頁\總數(shù)五十頁\編于八點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曲柄滑塊機構(gòu)a、b、e、0、k齒輪i、Z1、Z2、m按標準化規(guī)范確定零件尺寸

1）標準尺寸（有關(guān)標準、規(guī)范）如螺紋、錐度、倒角、直徑、m

2）標準件（標準件越多，設(shè)計越好）銷釘、螺釘、螺母、墊圈、軸承；游絲亦有標準，但本設(shè)計里標準游絲不合適，需自行設(shè)計非標準游絲。目前四十三頁\總數(shù)五十頁\編于八點由材料規(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，或參考樣機。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)尺寸計算的是特性尺寸，具體零件結(jié)構(gòu)尺寸自行設(shè)計。目前四十四頁\總數(shù)五十頁\編于八點由空間結(jié)構(gòu)確定（續(xù)）3）足夠的運動空間（平面）如表盤螺釘不得妨礙指針運動；夾板柱不