弹簧管压力表原理.pptx
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1、压力表课程设计压力表课程设计 压力表课程设计主要内容主要内容 1 压力表课程设计要求压力表课程设计要求 2 压力表设计计算压力表设计计算 1、压力表概述、压力表概述 2、测量环节参数的选择与计算、测量环节参数的选择与计算 3、游丝设计、游丝设计 4、零件尺寸的确定、零件尺寸的确定 3 课程设计报告课程设计报告 4 其它其它 压力表课程设计目的目的1.巩固、实践课堂讲过的知识巩固、实践课堂讲过的知识 本课程设计的内容(任务):本课程设计的内容(任务):本次课程设计就是把学过的知识应用本次课程设计就是把学过的知识应用到机械仪表的设计中,培养同学从整体上到机械仪表的设计中,培养同学从整体上分析问题、
2、解决问题的能力。并进一步加分析问题、解决问题的能力。并进一步加深对学过的知识的理解、巩固。深对学过的知识的理解、巩固。1 压力表课程设计要求压力表课程设计要求压力表的结构设计压力表的结构设计 压力表课程设计目的目的2.掌握正确的设计思想。掌握正确的设计思想。通过课程设计使同学掌握仪表的设计思路。通过课程设计使同学掌握仪表的设计思路。机械产品设计,一般其主要过程为:机械产品设计,一般其主要过程为:(接受)设计任务(拟定)设计方案设(接受)设计任务(拟定)设计方案设计计算绘制装配图绘制零件图计计算绘制装配图绘制零件图 设计过程中需注意以下内容:设计过程中需注意以下内容:1)满足使用要求(功能、可靠
3、性及精度要)满足使用要求(功能、可靠性及精度要求)求)2)注意工艺性(结构合理、简单,经济性,)注意工艺性(结构合理、简单,经济性,外观要求)外观要求)压力表课程设计目的目的3.熟悉有关规范、标准、手册熟悉有关规范、标准、手册 设计中涉及到的零件材料、结构等,均设计中涉及到的零件材料、结构等,均需按照有关标准选择;零件的尺寸、公差需按照有关标准选择;零件的尺寸、公差等亦应符合相关标准;制图也要符合一定等亦应符合相关标准;制图也要符合一定的规范。因此在课程设计过程中要求同学的规范。因此在课程设计过程中要求同学学习、掌握查阅标准及使用手册的能力。学习、掌握查阅标准及使用手册的能力。压力表课程设计
4、压力表课程设计压力表设计的技术要求压力表设计的技术要求1.测量范围测量范围 00.16Mpa2.外廓尺寸外廓尺寸 外径外径150mm 高度高度55mm 接口接口M20 1.5(普通螺纹、外径(普通螺纹、外径20、螺距、螺距1.5)3.标尺标尺 等分刻度等分刻度(满程(满程0.16Mpa)标度角标度角270、分度数、分度数80(格)(格)、分度值分度值(0.02Mpa)4.精度精度 1.5级级27000.160.02 压力表课程设计压力表设计任务要求压力表设计任务要求1.设计说明书设计说明书2.两张相关零件图两张相关零件图(3号或号或4号图)号图)3.压力表三维模型(压力表三维模型(Pro-E)
5、、爆炸图)、爆炸图 压力表课程设计压力表概述压力表概述 弹簧管压力表是一种用来测量气体压力弹簧管压力表是一种用来测量气体压力的仪表。的仪表。压力表的组成:压力表的组成:灵敏部分灵敏部分(弹簧管)(弹簧管)传动放大部分传动放大部分(曲柄滑块、齿轮机构)(曲柄滑块、齿轮机构)示数部分示数部分(指针、刻度盘)(指针、刻度盘)辅助部分辅助部分(支承、轴、游丝)(支承、轴、游丝)2 压力表设计计算压力表设计计算 压力表课程设计 工作原理工作原理 作为灵敏元件的弹簧管可以把气体压力作为灵敏元件的弹簧管可以把气体压力转变为管末端的位移,通过曲柄滑块机构转变为管末端的位移,通过曲柄滑块机构将此位移转变为曲柄的
6、转角,然后通过齿将此位移转变为曲柄的转角,然后通过齿轮机构将曲柄转角放大,带动指针偏转,轮机构将曲柄转角放大,带动指针偏转,从而指示压力的大小。将转角放大便于测从而指示压力的大小。将转角放大便于测量,可以提高测量精度。量,可以提高测量精度。压力表课程设计O灵敏部分灵敏部分-弹簧管弹簧管p传动放传动放大大-曲柄曲柄滑块机滑块机构构传动放大传动放大-齿轮传动齿轮传动 压力表课程设计 压力表工作原理框图压力表工作原理框图 弹簧管的压力位移是线性关系,但弹簧管本弹簧管的压力位移是线性关系,但弹簧管本身的工艺问题(如材料、加工等)会造成一些线身的工艺问题(如材料、加工等)会造成一些线性误差,弹簧管形状的
7、不直、不均匀也会导致非性误差,弹簧管形状的不直、不均匀也会导致非线性误差。线性误差。曲柄滑块机构可以补偿弹簧管的线性及非线性误曲柄滑块机构可以补偿弹簧管的线性及非线性误差。差。从从00.16Mpa调整满足满刻度精度为线性误差调整满足满刻度精度为线性误差调整,中间部分不均匀调整为非线性误差调整。调整,中间部分不均匀调整为非线性误差调整。注:参考赵英老师的网络录像。注:参考赵英老师的网络录像。弹簧管弹簧管齿轮传动齿轮传动标尺示数标尺示数ps(线性转换)(线性传动)(线性刻度)曲柄滑块机构曲柄滑块机构(近似线性传动)压力表课程设计 本次压力表课程设计的主要设计计算内容本次压力表课程设计的主要设计计算
8、内容1)弹簧管:结构设计计算、末端位移计算)弹簧管:结构设计计算、末端位移计算2)曲柄滑块机构:结构设计计算)曲柄滑块机构:结构设计计算3)齿轮传动结构:结构参数计算)齿轮传动结构:结构参数计算4)游丝:参数计算)游丝:参数计算压力表概述压力表概述压力表概述压力表概述-end-end 压力表课程设计测量环节参数的选择和计算测量环节参数的选择和计算一、弹簧管设计计算一、弹簧管设计计算二、曲柄滑块机构设计计算二、曲柄滑块机构设计计算三、齿轮传动机构设计计算三、齿轮传动机构设计计算四、原理误差计算四、原理误差计算 压力表课程设计弹簧管弹簧管1.原理原理(参阅教材(参阅教材p352)弹簧管弹簧管在内压
9、力的作用下,任意非圆在内压力的作用下,任意非圆截面的弹簧管的截面将力图变为圆形。截面的弹簧管的截面将力图变为圆形。从管子中截取中心角为从管子中截取中心角为d 的的一小段。通入压力一小段。通入压力p后,管后,管截面力图变圆,中性层截面力图变圆,中性层xx以以外各层被拉伸(如外各层被拉伸(如efef),),以内各层被压缩(如以内各层被压缩(如kiki)。)。材料产生弹性恢复力矩,力图材料产生弹性恢复力矩,力图恢复各层原来长度,从而迫使恢复各层原来长度,从而迫使截面产生旋转角截面产生旋转角d,使管子,使管子中心角减小,曲率半径增大。中心角减小,曲率半径增大。若管子一端固定,自由端便产若管子一端固定,
10、自由端便产生位移,直至弹性平衡为止。生位移,直至弹性平衡为止。OOxxefkiefkid d -d d 压力表课程设计弹簧管弹簧管2.末端位移计算末端位移计算1)弹簧管中心角变化与作用压力之间的关系)弹簧管中心角变化与作用压力之间的关系 和和 弹簧管变形前、后的中心角弹簧管变形前、后的中心角 R弹簧管中性层初始曲率半径弹簧管中性层初始曲率半径 h管壁厚度管壁厚度 a和和b横截面中性层长轴半径横截面中性层长轴半径 和短轴半径和短轴半径 E和和 材料的弹性模量和泊松比材料的弹性模量和泊松比C1和和C2与与a/b有关的系数,查表取之有关的系数,查表取之R0 0Ortsr p ssts 连杆方向 压力
11、表课程设计弹簧管弹簧管2)位移切向分量)位移切向分量st3)位移径向(法向)分量)位移径向(法向)分量sr4)自由端位移)自由端位移s5)位移与切向分量夹角)位移与切向分量夹角 R0 0Ortsr p ssts 连杆方向 压力表课程设计弹簧管弹簧管3.弹簧管参数选择与计算弹簧管参数选择与计算 按照现有的弹簧产品规格,选定尺寸参数如按照现有的弹簧产品规格,选定尺寸参数如下的弹簧管:下的弹簧管:毛坯外径毛坯外径 15mm 中中 径径 R50mm 壁壁 厚厚 h0.3mm 中中 心心 角角 265(参考)(参考)材材 料料 锡磷青铜锡磷青铜Qsn4-0.3 E1.127 105Mpa 0.3 R 压
12、力表课程设计弹簧管弹簧管3.弹簧管参数选择与计算弹簧管参数选择与计算1)安全系数)安全系数n pj:比例极限压力:比例极限压力 pg:工作压力(应小于:工作压力(应小于pj)2)弹簧管截面与轴比)弹簧管截面与轴比a/b 已知毛坯:已知毛坯:15mm,h0.3mm 选用扁圆形弹簧管,选用扁圆形弹簧管,a=?b=?a/b,灵敏度,灵敏度 ,但,但pj ,建议建议a/b4提示:提示:圆形毛坯压扁后圆形毛坯压扁后 中性层尺寸不变;中性层尺寸不变;15mmhh2a2b 压力表课程设计弹簧管弹簧管3)中心角)中心角 设设 则则 有有 s 通常取通常取 200 270。建议:建议:(结构中心角)(结构中心角
13、)=265 另另 插入接口插入接口10 15 自由端压扁自由端压扁4 6 则实际参加变形的中心角:则实际参加变形的中心角:=-10-5=250 压力表课程设计弹簧管弹簧管4)弹簧管中径)弹簧管中径 R50mm5)材料材料 锡磷青铜锡磷青铜Qsn4-0.3 弹性模量弹性模量 E1.127 105Mpa 泊松比泊松比 0.3 压力表课程设计曲柄滑块机构曲柄滑块机构 加压后,弹簧管自由端位移加压后,弹簧管自由端位移s,带动曲柄,带动曲柄转过角度转过角度 g曲柄滑块机构曲柄滑块机构ODBseab+0 0 yxB gD 压力表课程设计曲柄滑块机构曲柄滑块机构OspB 0eDOEabBeDOabDBs g
14、 0 k 压力表课程设计曲柄滑块机构曲柄滑块机构1.曲柄最大转角曲柄最大转角 g工作转角工作转角 弹簧管末端弹簧管末端指针:两级传动指针:两级传动 一级一级曲柄滑块机构曲柄滑块机构、二级、二级齿轮传动齿轮传动 i总总=i齿齿 i曲曲=270 /g g/s 推荐:推荐:*i齿齿=13.5,g=20 *i齿齿=15,g=18(建议选取该组参数,(建议选取该组参数,因为因为i是整数,对后面齿轮是整数,对后面齿轮Z1、Z2选择方便。)选择方便。)压力表课程设计曲柄滑块机构曲柄滑块机构2.、的选择的选择 曲柄滑块机构的传动比曲柄滑块机构的传动比 i=/s=f(a,b,e,)为简化计算,常引入无量纲系数:
15、为简化计算,常引入无量纲系数:*滑块相对位移滑块相对位移 *连杆相对长度连杆相对长度 *相对偏距相对偏距 *相对传动比相对传动比 =0.81.4、=25 推荐推荐 =1、=4 压力表课程设计3.确定确定 0、k(初始角、终止角初始角、终止角)k-0=g 在在ia-曲线上找出极点对应的极角曲线上找出极点对应的极角 e,0、k 以以 e对称分布。对称分布。i变化小,工作过程非线性度减变化小,工作过程非线性度减小。小。0 e g/2 k e g/2 对于对于=1、=4的曲线有的曲线有 e=0 0-g/2 k g/2曲柄滑块机构曲柄滑块机构 e ia =1 4O 0 k g1 压力表课程设计曲柄滑块机
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