1、1量程为 20mm 的百分表设计说明书一 百分表简介百 分 表 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 。 百 分 表 的 大 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 。 改
2、 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 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 。 主 要
3、 用 途 ：百 分 表 是 利 用 齿 条 齿 轮 或 杠 杆 齿 轮 传 动 ,将 测 杆 的直 线 位 移 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 等 。 分 度 值 为 0.01mm,测 量 范围 为 0-20mm。测 量 范 围 ：百 分 表 的 结 构 较 简 单 ,传 动 机 构 是 齿 轮 系 ,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2度 ,并 且 有 较 大 的 测 量 范 围 ,不 仅 能 作 比 较 测 量 ,也 能
4、 作 绝对 测 量 。 主 要 由 三 部 分 组 成 ：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 。百 分 表 的 发 展 趋 势 ： 数 显由于传统机械式百分表由人去读表盘刻度，这样就存在读数方法和反应速度等因素带来的误差。为了克服这些缺点，百分表读数在向数字化方向发展。加快仪表的自动化是当前制造行业发展的大趋势。一般有两种方案可以采用：一种是集位移传感器(光栅、容栅、电感等)、控制、显示与存储等单元于一体的数字式百分表，另外一种就是采用机器视觉技术对机械式的模拟百分表进行自动化识读。由于带指针的模拟式百分表是很多
5、企业特别是传统制造企业使用得非常广泛的一类，于是在已有基础上通过图像识别方法识读表盘是成本相对较低的一种方法。对于百分表的显示系统，传统的表盘显示已经远远不能满足现代生活的需要，尤其是在对测量结果的实时性要求较高的的操作中，人眼的视觉往往不能跟上表针的摆动变化。而数显式百分表多采用容栅传感器将位移量转化为可供电3路测量的电压信号，然后通过单片机采集电压信号使之转换为数字信号并进行处理，最终通过液晶显示器将读数显示出来，这种显示方式更利于人们的视觉要求，另外数显式百分表内部可以设置数据存储器，将整个测量过程的数据存储起来，然后传送到计算机上进行细致的分析。三 设 计 目 标设 计 钟 表 式 百
6、 分 表 ， 满 足 以 下 要 求 ：1.百 分 表 测 量 范 围 为 020mm， 分 度 值 为 0.01mm；2.百 分 表 的 外 形 尺 寸 ： 外 壳 不 大 于 60mm。3.百 分 表 的 测 力 应 在 0.5N 至 1.5N 之 间 ， 测 力 落 差 （ 同一 点 正 反 向 测 力 之 差 ） 不 大 于 0.4N， 单 向 行 程 测 力变 化 不 大 于 0.5N；4.示 值 误 差 ：1） 示 值 总 误 差 不 大 于 0.0018mm；2） 任 一 毫 米 内 示 值 误 差 不 大 于 0.01mm；3） 回 程 误 差 不 大 于 0.003mm；4）
7、 示 值 变 动 性 不 大 于 0.003mm；5.测 杆 移 动 平 衡 、 灵 活 、 无 卡 住 现 象 ；6.测 杆 处 于 自 由 状 态 时 ， 指 针 应 处 于 从 零 位 开 始 逆 时 针30到 90之 间 ；7.当 转 数 指 针 指 示 整 转 数 时 ， 指 针 偏 离 整 转 数 刻 度 不 大4于 15；8.测 杆 行 程 应 至 少 超 出 工 作 行 程 终 点 0.5mm；9.指 针 尖 端 应 盖 过 段 刻 线 长 度 的 30%50%；10. 指 针 尖 端 与 表 盘 之 间 距 离 应 不 大 于 0.7mm；11. 表 盘 刻 度 线 宽 度
8、和 指 针 尖 端 应 为 0.150.25mm。目 的 ：（ 1） .此 次 课 程 设 计 的 目 的 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 。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
9、料 ， 包 括 技 术标 准 和 手 册 等 。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 系 数 、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 试 图 。5三 百 分 表 的 总 体 设 计 和 各 部 分 的 设 计百分表的最主要设计部件是齿轮齿条的传动设计，根据所要求设计百分表的尺寸大小和百分表的精
10、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。一定要验算精度。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。百分表的结构设计，应尽量减少百分表的体积和重量，一则携带运送方便，二则节约材料，从而降低生产成本。6为导杆 1 也是齿轮 2 分度圆
11、上的线位移，S3 为齿轮1s3 分度圆上的线位移， 为齿轮 2 的分度圆直径， 为齿D3D轮 3 的分度圆直径， 为齿轮 4 的分度圆直径， 为齿4 6轮 6 的分度圆直径， 为齿轮 2 的模数， 为齿轮 3 的模2m3m数，为齿轮 4 的模数 ， 为齿轮 6 的模数， 为齿轮 246 2z的齿数， 为齿轮 3 的齿数， 为齿轮 4 的齿数， 为齿轮3z4z66 的齿数， ， 分别为齿轮 2 和 4 的转动角。 （下面有的24关这些参数就不再声明）1.传动原理百分表的工作原理是将被测尺寸引起的测杆微小直线移动,经过齿轮传动放大,变为指计在刻度盘上的转动,从而读出被测尺寸的大小。百分表的读数准确
12、度为 0.01mm。百分表的结构原理如图 3 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,打刻度盘在圆周上有 100 个等分格，小刻度盘在周围7有 20 个登上格。大指针每格的读数值为 0.01mm。小指针每格读数为 l rnm。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。如图所示外界微小位移通过测杆 1 传递给齿轮 2，齿轮2 与齿轮 3 同轴且相连为一体，它们有相同的角速度，由于齿轮 2 与齿轮 3 有不同的分度圆半径，这样导杆 1 的微小位移就可以在齿轮 3 的分度圆上得到放大，放大倍数是
13、齿轮 2 与 3 的半径比。即：1sD（1）齿轮 4 又分别与齿轮 2 齿轮 6 相啮合，这样一方面，齿轮 3 分度圆上的线位移可以转换成齿轮 4 的角位移，带动大指针 5 的转动；另一方面，齿轮 4 的线位移通过 4,6 啮合有可以转换成 6 的角位移，齿轮 6 中心轴上带有小指针。根据测量的要求，导杆每转动 1mm 大指针转动一周，小指针转动 周。102.齿轮的设计1）.模数和齿数的确定为了节约成本和制造方便，模数都取为 m=0.199对于齿轮 2；8由于测量范围为 020mm，故可设计齿轮 2 转过一周，分度圆上的先位移为 10mm。故有 10= =m ，2D2z可得 =20 齿。2z关
14、于齿轮 3、齿轮 4 和齿轮 6：把齿轮 3 和齿轮 6 设计为相同齿轮。根据表体大小，初步设计 =19mm，3根据公式 =mz，D=119.3843z取整数 120 齿。既有 = =120 齿。3z6齿轮 3 与齿轮 4 的传动比取为 1：10，则有 =12 齿。4z2） 示值总误差的校验由于测量范围为 010mm，当=10mm 时，齿轮 2 的实际转角为1s*r2=102r2=m /2=1.5915mm，z得 =6.28338rad，2由于传动比为 1：10，故齿轮 4 实际转过的弧度为 62.8338rad，而理论上齿轮 4 应该转过 20，9于是产生一个差值 ：=20 -62.8338
15、=-0.0019469rad=-0.11155即偏差为 0.11155，设计要求示值总误差不得大于 0.018mm，换算成转角即不得大于 6.48，而偏差远小于 6.48，所以满足要求。下面验算每一毫米的示值误差；题目要求每一毫米示值误差不大于 0.01mm，即不大于3.6。当齿轮 2 的分度圆然过 1mm 时，实际转过的弧度为*r 2=1，r2=m /2=1.5915mm，2z由此得 =0.628338rad，则齿轮 4 实际转过的弧度为 6.28338rad，而理论上齿轮 4 应该转过的弧度为 2，于是有差值为 2-6.28338=-0.0001947rad，约为-0.011155小于 3
16、.6，故满足要求。3）.变为齿轮重要参数的计算由于齿轮 4 的齿数为 12，小于 14.为了避免产生根切，10需要对它进行正变位。与之相啮合的齿轮 3 和齿轮 6应该相应负变位。这里可以采用高度变位的变位方式。最小变位系数X = =0.294min172取 X =-0.3,X =0.3.34其具体参数如下表：序号 名称 计算公式1 模数 m=0.1992 变位系数3zX3=-0.33 变位系数4X4=0.34 变位系数6X6=-035 压力角 6 啮合角 = =207 标准齿顶高系数 =1*ah8 变位齿顶高系数 = 0.42i9 顶隙系数 =0.25*c10 齿轮 3,4 中心距 1a= 46()2mz11 齿轮 4,6 中心距 2=表 6
