精密机械设计课程设计精密机械设计课程设计说明书测控技术与仪器系2012.9设计题目：0～6mm百分表的设计学院：工业制造学院专业班级：测控技术与仪器2010级1班*名：***学号： ************指导教师：***日期： 2012.9任务书1 目的本次课程设计是《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。
其目的是：（1）巩固《精密机械设计》课程所学内容，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、手册等。
2 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、传动装置、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，绘制草图和正式图，编写说明书。
3 要求工作量（1）设计装配图一张（1#），按照装配图要求标出必要的尺寸要求和技术要求，列出零件的明细表；（2）零件图2张；（3）说明书一份（15～20页）。
4 时间安排（1）总学时约80学时，分配如下：（2）分析样图（样机），比较方案：2学时；（3）计算与绘制草图：36学时；（4）绘制正式装配图：16学时；（5）绘制零件图：8学时；（6）书写说明书及答辩准备：10学时；（7）答辩：8学时。
摘要百分表的英文名称是Dial Indicators ，是由美国的B·C。
艾姆斯于1890年制成的，百分表通常由测头、量杆、防震弹簧、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针等组成。
百分表是利用齿条齿轮或杠杆齿轮传动，将测杆的微小直线位移经齿轮放大，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、位置误差以及小位移的长度测量等。
百分表的圆表盘上印制有100 个等分刻度，即每一分度值相当于量杆移动0.01毫米。
若在圆表盘上印制有200个或100个等分刻度，则每一分度值为0.001毫米或0.002毫米，这种测量工具即称为千分表[1]。
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杠杆千分表，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。
百分表的结构较简单，易于制造和维修，由于它的传动机构是齿轮系，故外廓尺寸小、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。
由于上述一些优点，百分表在工厂中应用极广。
它的缺点是回程误差较大，精度提高受到本身结构的限制，不易做精度很高的测量工作。
百分表按外形大小分为普通型、小型及小型端面百分表三种。
测量范围有0~2、0~3、0~5、和0~10毫米。
在特殊情况下，测量范围还有0~20和0~30毫米两种。
精度分为0、1、2级。
而本次设计采用0~6毫米的测量范围。
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。
目录1 设计方案的确定 (4)1.1部件设计 (4)1.1.1示数装置设计 (4)1.1.2传动系统设计 (4)1.1.3 消除空回游丝的设计 (6)1.1.4 测力弹簧的设计 (7)1.2各部件装配设计 (9)1.2.1表体部分的设计 (9)1.2.2传动系统的设计 (9)1.2.3读数装置部分的设计 (9)1.3百分表各种装置的设计 (10)1.3.1侧向导向装置 (10)1.3.2测力装置 (10)1.3.3夹持装置 (10)1.3.4游丝和补偿齿轮 (10)1.3.5调整零位装置 (10)2百分表测量的误差和精度分析 (11)2,1误差分析 (11)2.2精度分析 (11)2.2.1：减少误差源和误差值 (12)2.2.2：误差补偿 (13)2.2.3误差校正装置 (13)2.3百分表的灵敏度分析 (13)3 总结 (15)4 致谢 (16)参考文献 (17)1设计方案的确定1.1部件设计1.1.1示数装置设计百分表外形尺寸限制，使用方便和易于装配的原则，确定示数装置的结构和尺寸。
按照分度值大小，决定标线尺寸，计算指针长度。
计算过程如下：因百分表的外直径为60毫米左右，又百分表的分度值0.01毫米，故取大指针长度为L＝28毫米。
标线所在的分度盘取26毫米，又百分表盘上有100个刻度，则标线间隔为2πL／100≈1.76毫米。
1.1.2传动系统设计A：确定齿轮、齿条模数和齿数图3.1 传动结构图1 :导杆2 ：比例齿轮3 ：联轴齿轮4 ：中心齿轮5 ：大指针6 ：补偿齿轮7 ：小指针按照国家标准，取齿顶高系数 =1，小模数齿轮径向间隙系数c *=0.35,分度圆上齿廓的压力角 =20°。
设齿条的节距为p ，则齿条移动1毫米所走过的齿数等于Z=1/p 。
齿轮 Z 2 每个齿相对的弧度为2π/ Z 2 ，故此时1/p 个齿转过的弧度为2π/ Z 2 × (1/p) 。
这个弧度乘上联轴大齿轮Z 3与中心小齿轮 Z 4 的传动比，就是Z 4 转过的弧度。
根据齿条移动一毫米，指针转一圈的设计要求知，这个弧度应为2π，因此=2π (3-1) 又根据p=mπ，故有 m=(Z 3/Z 4) (3-2) 由于齿轮模数国家已经标准化，又在设计中避免使用变位齿轮（齿数大于17），此外，应使得Z 3/Z 4为非偶数，以避免齿轮在坏点的情况下在一处重复降低精度。
所以设置Z 3/Z 4=9，若取Z 2=19代入式（3-2）中计算后m=0.15078.非常接近标准值0.15.反算使得m=0.15，Z 2=19，代入式（3-2）中，得Z 3/Z 4=8.953，符合之前推算。
为减少刀具数量， Z 6、Z 3的模数一般也与Z 2相同。
根据连轴大齿轮Z 3和中心小齿轮Z 4的传动比来设计 Z 4 、Z 3 的值：本着精确与易于加工的原则，经过了多次尝试后最后取得，Z 4=20，Z 6=Z 3=179。
因179／20=8.95 ≈8.953，故结果还是比较准确的。
因百分表的测量范围为0～6毫米。
故令齿条的长度为L max =6毫米，因L max =p ×Z=πmz ，则齿条齿数Z=L max /（mπ）=13.综上所述，各齿轮的齿数和模数分别为，Z 4=20，Z 2=19，Z 3=179，Z 6=179，m=0.15，Z=13。
B ：下面进行小分度盘的设计，因该百分表的分度表测量范围为0～6毫米，即在测杆最大位移6mm 处，大分度盘转6圈，小分度盘转6个刻度，由于Z 3/Z 4=8.953，设计小刻度盘时选择把小刻度盘总刻度盘分为9等份，即刻度间隔为40度，这是因为测杆总长度一般会大于6mm ，所以没把2π圆周分成6份。
C ： 齿轮各部分尺寸计算：计算分度圆直径、中心距、齿顶圆直径、齿高和齿宽等（小模数齿轮径向间隙系数c *=0.35，齿宽一般取b=3~10m ），然后结合结构草图定出齿轮中心的坐标尺寸。
齿轮各部分的尺寸见表3-2：h a*αz 21*πp z ⨯22π34z z表3-2：齿轮各部分的尺寸1.1.3消除空回游丝的设计A ：计算游丝的最小力矩：在装配时，游丝应有一定变形角（通常取π/2）以获得一最小力矩 M min ，它能保证能克服轴与齿轮的摩擦力矩单面啮合。
可按下式计算： M min =（3～6）M f (3-3)根据生产实践经验: M f ≈9.3×10-3N•mm则：M min ≈（27.9～55.8）×10-3B ：计算游丝的最大力矩根据传动关系求出游丝的总转角 ，由： (3-4) m axϕmax max 2/M M =πϕ可求出M max = =0.133。
式中为保证有较好的结构力封闭，取游丝在开始的π／2 转角内所产生的力矩M min =5.0×10-2MPa ； C ：计算游丝的结构参数根据游丝的安装空间，选定外径D 1=20mm ，内径D 2=20mm ，n=10故游丝的长度为： (3-5) 取游丝材料为锡青铜，查表得E=1.2×105MPa ，由于接触对游丝弹性滞后和弹性后效没有严格要求，选取宽厚比 =5游丝的厚度为： h=0.12 (3-6)计算游丝宽度b ：b=5h=0.6mm (3-7)D ：校核游丝最大应力 查表得强度极限 =500-600MPa ，取为500MPa ；选取S=3(3-8) =6M ∕bh*h=6×0.133／0.6×0.0144=92.36MPa由于92.36MPa<[]，故强度满足要求。
1.1.4测力弹簧的设计A ：根据任务书技术要求确定工作载荷F 1，F 2。
技术要求规定测力在0.5N 之间。
为克服机构内部摩檫，应选一大于0.5N 的力作为F 1。
技术要求规定测力变化不大于0.5N ，即F 2-F 1<0.5N ，由此可选F 2。
由F 1、F 2可求出 、 。
(3－9) 取F 1为0.8N ，F 2 为1.2N ，由F 1、F 2可求出 , 、 分别为20，30。
（注： 、 为弹簧的挠度）B ：根据草图空间大小选取适当中径D 2为3.6mm 。
C ：选定适当弹簧材料为锡青铜后，假设几种簧丝直径d=0.4mm ，验算满足公式：(3-10) 式中k=1/ =0.0333 、F=1.2N 、C=D 2/d=12则可以计算出 =13.57MPa 。
由手册可知拉伸弹簧3类青铜线的许用切应力 =0.32 ；而抗拉强度也可用324100.52max min 2⨯⨯⨯⨯=-πππϕM πmm D D n L 8.3762102082)(21=+⨯⨯=+=ππμmaxσb σb σb σ21121210F F F F λλ-==][d8FC k 2max τπτ≤=1λ2λ1λ2λmax τ[]τB σB σ1λ2λ手册查出当材料为锡青铜线直径为0.2mm时为784MPa， =250.8MPa，所选用的直径尺寸满足强度要求[7]。
D：计算弹簧有效圈数：= 67.8 (3-11) 由n可计算出弹簧自由长度H0，安装时弹簧长既为H0+。
G为切变模量可查得为40000N/mm2，2=30mm，F2=1.2N，C=D2/d=9mm，d=0.4mm 可求出n=67.8，取整为68E:弹簧展开长L=（n+2）D2π+挂钩长度=811mm2328G dnF Cλ=1λ2λ1λ1.2各部件装配设计百分表主要由3个部件组成：表体部分、传动系统、读数装置部分。