河南理工大学精密机械课程设计设计题目：百分表的设计学院：机械与动力工程专业班级：测控09-4班学号：310904040422姓名：指导老师：张红岩河南理工大学测控技术与仪器系2012-07-03目录一、绪论........................................................................................................................................................................................ 错误!未定义书签。

1、课程设计的目的 (3)2、百分表背景 (4)3、百分表的设计意义 (4)二、设计方案的确定 (4)1、百分表的结构原理 (4)2、百分表的工作原理 (5)3、百分表的设计要求 (6)4、提交的材料 (6)5、设计步骤 (6)三、百分表的数据计算 (7)1、齿轮的设计 (7)2、游丝的设计 (10)3、弹簧的设计 (12)4、测杆的设计 (13)5、其他部件的设计 (13)四、百分表的误差分析 (14)五、百分表的误差鉴定 (16)六、设计总结 (17)七、参考文献 (18)百分表设计一、绪论1、课程设计的目的“精密机械设计基础”课程设计作为实践环节对于整个课程具有非常重要的意义。

学生在这个环节中不仅是完成一项指定任务，更重要的是实际走过一个完整的设计过程。

学生在课程设计中应该定位为设计者。

设计者要进行方案筛选论证，要考虑装配关系，考虑结构工艺性，考虑选材。

整个设计采用AutoCAD和Solid works完成，从3D 建模到2D 图纸。

我们要求每人拿出至少一张可用于加工的图纸，这样的图纸，仅仅图形表达正确是远远不够的。

图纸的尺寸标注要合理，要有尺寸公差和形位公差，要正确选择材料，要有技术要求。

总之，通过课程设计要使学生知道，设计过程包括那些步骤，能够投放生产的加工图纸是什么样子。

其目的是：（1）具体应用、巩固加深和扩大课程及有关先修课程的理论知识、生产知识，了解精密机械设计的一般设计方法和步骤，培养学生的实际设计能力，为以后进行毕业设计打下基础；（2）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。

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：1）满足使用要求（功能、可靠性及精度要求）2）注意工艺性（结构合理、简单，经济性，外观要求）3）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。

2、百分表背景英文：【Dial Indicators】利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用长度测量工具。

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。

百分表是美国的B.C.艾姆斯于1890年制成的。

常用于形状和位置误差以及小位移的长度测量。

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。

3、百分表的设计意义百分表在工业上的应用领域非常广泛，如测表面跳动或不平度，检查圆形零件的跳动，当然也可用来测量小的直线位移，测量工件的尺寸、形状、位置误差、检验机床的集合精度或调整工件的装夹位等等，它已经成为工业生产中不可缺少的仪器。

二、设计方案的确定1、百分表的结构原理百分表是一种精度较高的比较量具，它只能测出相对数值，不能测出绝对数值，主要用于测量形状和位置误差，也可用于机床上安装工件时的精密找正。

百分表的读数准确度为0.01mm。

百分表的结构原理如下图所示。

当测量杆1向上或向下移动1mm 时，通过齿轮传动系统带动大指针5转一圈，小指针7转一格。

刻度盘在圆周上有100个等分格，各格的读数值为0.01mm。

小指针每格读数为l mm。

测量时指针读数的变动量即为尺寸变化量。

刻度盘可以转动，以便测量时大指针对准零刻线。

百分比的最主要设计部件是齿轮齿条，根据所要求设计百分表的尺寸大小和百分表的精度要求，首先选择齿轮的模数大小，综合考虑齿轮的直径，确定各个齿轮的齿数。

同时还要根据齿轮加工不发生切齿的最小齿数要求来决定是否对每个齿轮进行变位。

其次，要对游丝进行精心的设计。

百分表的游丝是用来保持齿轮传动的有效解除，防止齿轮啮合时不发生空回，从而保证测量的准确度。

另外，也需要对弹簧进行优化设计。

弹簧为拉伸弹簧，在测量时保证导杆与被测工件的紧密接触，因此弹簧安装时要有一定的初始拉力。

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。

2、百分表的工作原理百分表的工作原理，是将被测工件尺寸变化引起的测杆微小直线位移，借助齿条齿轮机构的传动和放大，变为指针回转运动，从而在刻度盘上读出被测尺寸（或误差）的大小。

其工作原理如图所示。

测杆1在表壳的铜套内移动，测杆上切有齿条。

当测杆做上下直线位移时，其上的齿条驱动与之啮合的轴齿轮Z2，与Z2同轴的片齿轮Z3也随之转动，Z3又驱动中心齿轮Z1，指针4装在Z1的轴上，所以当测杆产生位移，通过齿条-齿轮驱动指针旋转，表盘5的前面有刻线，指针相对于表盘转动就在表盘上指示出测杆直线位移量。

补偿齿轮Z1与Z4啮合，游丝3通过补偿齿轮以消除各传动副工作齿面的间隙，使传动平稳，减小误差，在Z4上装有一根小指针，指针4转一圈，小指针转过一格。

小指针在小刻度盘上指示出指针4的转数。

3、百分表的设计要求（1）分度值：0.01mm（2）测量范围：0~10mm（3）外线尺寸直径：φ50~φ60（4）使用环境：车间现场（要求防尘、防油、防震、防噪）（5）测杆应移动平衡、灵活、无卡住现象（6）其余按照国家标准4、提交的材料总装配 1号图纸一张（纸质和电子文档）主要零件图零件工作图2张（纸质和电子文档）设计计算说明书（设计步骤、设计计算、结构选择，字数不少于1万字），说明书包含齿轮传动链和零件的设计过程，以及AutoCAD绘制的装配图和两张零件图。

5、设计步骤：1.听老师讲解百分表的设计方法及要求2.去图书馆借书，在网上搜索相关资料，然后分析资料，对百分表的功能和结构有了初步的认识3.确定设计方案4.计算百分表的各项数据5.绘制正式设计装配图（用AUTOCAD软件绘制，A1号图纸）6.绘制零件图（用AUTOCAD软件绘制，A3号图纸）7.完善百分表设计说明书三、百分表的数据计算1、齿轮的设计（1）选择齿轮材料：考虑百分表的外廓尺寸不宜过大，大小齿轮都选用40Cr，对小齿轮Z2,Z1表面淬火48~55HRC，对大齿轮Z3调制处理，硬度为280HBW（2）强度校核：计算弯曲应力，因为又由《精密机械设计基础》课本148页表7-9查表可知flimb1=600 N/mm2 flimb2=1.8HBW=(1.8×280) N/mm2=504 N/mm2取Sf =2,双向传动取KFC=0.7，Kfl=1由此可得小齿轮Z2的弯曲应力 [F]1=600÷2 N/mm2=300 N/mm2大齿轮Z 3的弯曲应力[F]2=504÷2 N/mm 2=252 N/mm 2转矩： 小齿轮Z 4 T1=F ×r 4=1.5×1 N .mm= 1.5 N.mm 小齿轮Z 2 T2=F ×r 2=1.5×1.6 N .mm= 2.4 N.mm 大齿轮Z 3 T3=F ×r 3=1.5×10 N .mm= 15 N.mm 验算弯曲应力：由公式再由又有《精密机械设计基础》课本147页图7-38查图可知 Z 2=16 Y f2=4.35 Z 3=100 Y f3=3,75=300÷4.35=68.9 N/mm 2=252÷3.75=67.2 N/mm2因为，所以我们应该验算大齿轮的弯曲应力N/mm 2=3.0375 N/mm 2＜=252N/mm 2通过以上校核可知齿轮满足弯曲强度要求，设计合理，可以用于生产（3）模数及齿数的设计设齿条的节距为P ，则齿条移动1mm 所走的齿数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2πZ 2×(1P ⁄)⁄。

这个弧度乘上连轴大齿轮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1mm ，指针转一圈的设计要求可知，这个弧度应为2π，因此有2πZ 2×(1P ⁄)×Z 3Z 4=2π⁄⁄ （3-1）又根据P =mπ，有m =(Z 3Z 4⁄)(π×Z 2)⁄ （3-2） 一般取Z 3/Z 4=10，此时若有小齿轮Z 2=16，代入式子3-2得m=0.1990。

与m=0.2接近，所以取m=0.2。

为减少刀具数量，将Z 3 、 Z 4 、Z 6模数也取与Z 2相同。

即m 2=m 3=m 4=m 6=0.2。

取模数m=0.2、 Z2=16代入式3-2得Z3/Z4=10.048根据联轴大齿轮Z3和中心小齿轮Z4的传动比来设计Z3、Z4值，本着精确与易加工的原则，经过了多次尝试后最后取得Z3=100 、Z4=10由于100/10=10，还是比较接近10.048的，故取Z3=100、 Z4=10。

计算齿轮6的齿数，因m(Z3＋Z4＋Z6)＜40（百分表总外径），代入各已知值后，最后取 Z6=68。

因百分表的测量范围是0-3mm，故令齿条的长度为Lmax =3mm，因Lmax=P=πm，则齿条的齿数Z=Lmax/（mπ）取Z=5。

综上，各齿轮的齿数和模数分别为：Z2=16 、Z3=100 、Z4=10 、Z6=68 、m=0.2 、Z=5（4）最小变位系数的确定：因为根切现象的存在，标准齿轮的最小齿数：由Zmin =2ha*/sina2有：当α=20°，ha*=0.8时，Zmin=14而所取函数Z4=10<Zmin=14，所以用展成法加工齿轮时，被切齿轮的齿数不得小于最小齿数Zmin,对此该齿轮应该采用变为齿轮。

并且采用正变位的方法。

最小变位齿数计算公式：（5）齿轮几何参数的计算齿距：p2=p3=p4=mπ=0.628 mm各齿轮分度圆直径：d2=mz2=0.2×16=3.2 mmd3=mz3=0.2×100=20 mmd4=mz4=0.2×10=2 mm齿顶高： ha=m=0.2 mm齿根高： hf=1.35m=0.27 mm顶隙： c=0.35m=0.07 mm齿厚： s=πm/2=0.31415 mm齿间宽： e=πm/2=0.31415 mm标准中心距： a=m×(Z4+Z3)/2=11 mm（6）总结由以上计算，大小齿轮都选用40Cr，对小齿轮Z2，Z1表面淬火48~55HRC，对大齿轮Z3调制处理，硬度为280HBW应该选取的3个齿轮为齿轮2：分度圆直径d2=3.2mm，齿宽为b2=2.4mm齿轮3：分度圆直径d3=20mm，齿宽为b3=2mm齿轮4：分度圆直径d1=2mm，齿宽为b1=2.4mm齿轮的齿距为0.628mm，齿顶高为0.2mm，齿根高为0.27mm，顶隙为0.07mm，齿厚为0.31415mm，齿间宽为0.31415mm，标准中心距为11mm2、游丝的设计（1）游丝的作用：游丝在仪表中的作用主要是通过预紧力或作用力矩，达到不论正行程还是反行程齿轮副总是单项齿廓啮合，消除空行程和传动系统中的摩擦力。