1、量程為20mm的百分表設計說明書一 百分表簡介百分表利用精密齒條齒輪機構制成的表式通用長度測量工具。通常由測頭、量桿、防震彈簧、齒條、齒輪、游絲、圓表盤及指針等組成。百分表是美國的B.C.艾姆斯于1890年制成的。常用于形狀和位置誤差以及小位移的長度測量。百分表的大表盤上印制有100 個等分刻度，即每一分度值相當于量桿移動0.01毫米。改變測頭形狀并配以相應的支架，可制成百分表的變形品種，如厚度百分表、深度百分表和內徑百分表等。如用杠桿代替齒條可制成杠桿百分表和千分表。其示值范圍較小，但靈敏度較高。此外，它們的測頭可在一定角度內轉動，能適應不同方向的測量，結構緊湊。它們適用于測量普通百分表難以

2、測量的外圓、小孔和溝槽等的形狀和位置誤差。 主要用途：百分表是利用齒條齒輪或杠桿齒輪傳動,將測桿的直線位移變為指針的角位移的計量器具。主要用于測量制件的尺寸和形狀、位置誤差等。分度值為0.01mm,測量范圍為0-20mm。測量范圍：百分表的結構較簡單,傳動機構是齒輪系,外廓尺寸小,重量輕,傳動機構惰性小,傳動比較大,可采用圓周刻度,并且有較大的測量范圍,不僅能作比較測量,也能作絕對測量。 主要由三部分組成：百分表的構造主要由3個部件組成：表體部分、傳動系統、讀數裝置。百分表的發展趨勢：數顯 由于傳統機械式百分表由人去讀表盤刻度，這樣就存在讀數方法和反應速度等因素帶來的誤差。為了克服這些缺點，百

3、分表讀數在向數字化方向發展。 加快儀表的自動化是當前制造行業發展的大趨勢。一般有兩種方案可以采用：一種是集位移傳感器(光柵、容柵、電感等)、控制、顯示與存儲等單元于一體的數字式百分表，另外一種就是采用機器視覺技術對機械式的模擬百分表進行自動化識讀。由于帶指針的模擬式百分表是很多企業特別是傳統制造企業使用得非常廣泛的一類，于是在已有基礎上通過圖像識別方法識讀表盤是成本相對較低的一種方法。對于百分表的顯示系統，傳統的表盤顯示已經遠遠不能滿足現代生活的需要，尤其是在對測量結果的實時性要求較高的的操作中，人眼的視覺往往不能跟上表針的擺動變化。而數顯式百分表多采用容柵傳感器將位移量轉化為可供電路測量的電

4、壓信號，然后通過單片機采集電壓信號使之轉換為數字信號并進行處理，最終通過液晶顯示器將讀數顯示出來，這種顯示方式更利于人們的視覺要求，另外數顯式百分表內部可以設置數據存儲器，將整個測量過程的數據存儲起來，然后傳送到計算機上進行細致的分析。三 設計目標設計鐘表式百分表，滿足以下要求：1. 百分表測量范圍為020mm，分度值為0.01mm；2. 百分表的外形尺寸：外殼不大于60mm。3. 百分表的測力應在0.5N至1.5N之間，測力落差（同一點正反向測力之差）不大于0.4N，單向行程測力變化不大于0.5N；4. 示值誤差：1） 示值總誤差不大于0.0018mm；2） 任一毫米內示值誤差不大于0.01

5、mm；3） 回程誤差不大于0.003mm；4） 示值變動性不大于0.003mm；5. 測桿移動平衡、靈活、無卡住現象；6. 測桿處于自由狀態時，指針應處于從零位開始逆時針30°到90°之間；7. 當轉數指針指示整轉數時，指針偏離整轉數刻度不大于15°；8. 測桿行程應至少超出工作行程終點0.5mm；9. 指針尖端應蓋過段刻線長度的30%50%；10. 指針尖端與表盤之間距離應不大于0.7mm；11. 表盤刻度線寬度和指針尖端應為0.150.25mm。目的：（1）.此次課程設計的目的是精密機械設計課的重要組成部分，是打好技術基礎和進行技能訓練的重要環節。綜合運用所學

6、課程的知識進行設計，培養分析和解決實際工程問題的能力。（2）.學習儀器結構設計的一般方法和步驟，提高機械設計水平，樹立正確的設計思想（3）.擴大知識范圍，學會運用各類技術資料，包括技術標準和手冊等。任務： 設計一種鐘式百分表，在分析樣圖和參考圖的基礎上，進行結構方案的比較和選擇，包括示數裝置、傳動系數、消除空回裝置、產生測力裝置、導軌、支承、限動器和聯接等。然后進行總體布局、設計計算，繪制草圖和正試圖。三 百分表的總體設計和各部分的設計 百分表的最主要設計部件是齒輪齒條的傳動設計，根據所要求設計百分表的尺寸大小和百分表的精度要求，首先選擇齒輪的模數大小，綜合考慮齒輪的直徑，確定各個齒輪的齒數。

7、同時還要根據齒輪加工不發生切齒的最小齒數要求來決定是否對每個齒輪進行變位。一定要驗算精度。其次，要對游絲進行精心的設計。百分表的游絲是用來保持齒輪傳動的有效解除，防止齒輪嚙合時不發生空回，從而保證測量的準確度。另外，也需要對彈簧進行優化設計。彈簧為拉伸彈簧，在測量時保證導桿與被測工件的緊密接觸，因此彈簧安裝時要有一定的初始拉力。百分表的構造主要由3個部件組成：表體部分、傳動系統、讀數裝置。百分表的結構設計，應盡量減少百分表的體積和重量，一則攜帶運送方便，二則節約材料，從而降低生產成本。 為導桿1也是齒輪2 分度圓上的線位移，S3為齒輪3分度圓上的線位移，為齒輪2的分度圓直徑，為齒輪3的分度圓直

8、徑， 為齒輪4的分度圓直徑，為齒輪6的分度圓直徑，為齒輪2的模數，為齒輪3的模數，為齒輪4的模數，為齒輪6的模數，為齒輪2的齒數，為齒輪3的齒數，為齒輪4的齒數，為齒輪6的齒數， 分別為齒輪2和4的轉動角。（下面有的關這些參數就不再聲明）1.傳動原理百分表的工作原理是將被測尺寸引起的測桿微小直線移動,經過齒輪傳動放大,變為指計在刻度盤上的轉動,從而讀出被測尺寸的大小。百分表的讀數準確度為 0.01mm。百分表的結構原理如圖3所示。當測量桿1向上或向下移動1mm時，通過齒輪傳動系統帶動大指針5轉一圈，小指針7轉一格,打刻度盤在圓周上有100個等分格，小刻度盤在周圍有20個登上格。大指針每格的讀數

9、值為0.01mm。小指針每格讀數為l rnm。測量時指針讀數的變動量即為尺寸變化量。刻度盤可以轉動，以便測量時大指針對準零刻線。如圖所示外界微小位移通過測桿1傳遞給齒輪2，齒輪2與齒輪3同軸且相連為一體，它們有相同的角速度，由于齒輪2與齒輪3有不同的分度圓半徑，這樣導桿1的微小位移就可以在齒輪3的分度圓上得到放大，放大倍數是齒輪2與3的半徑比。即： （1）齒輪4又分別與齒輪2齒輪6相嚙合，這樣一方面，齒輪3分度圓上的線位移可以轉換成齒輪4的角位移，帶動大指針5的轉動；另一方面，齒輪4的線位移通過4,6嚙合有可以轉換成6的角位移，齒輪6中心軸上帶有小指針。根據測量的要求，導桿每轉動1mm大指針轉

10、動一周，小指針轉動周。2.齒輪的設計1）.模數和齒數的確定為了節約成本和制造方便，模數都取為m=0.199對于齒輪2；由于測量范圍為020mm，故可設計齒輪2轉過一周，分度圓上的先位移為10mm。故有 10=m，可得=20齒。關于齒輪3、齒輪4和齒輪6：把齒輪3和齒輪6設計為相同齒輪。根據表體大小，初步設計=19mm，根據公式=mz，=119.384取整數120齒。既有=120齒。齒輪3與齒輪4的傳動比取為1：10，則有=12齒。2） 示值總誤差的校驗由于測量范圍為010mm，當=10mm時，齒輪2的實際轉角為*r2=10r2=m/2=1.5915mm，得=6.28338rad，由于傳動比為1

11、：10，故齒輪4實際轉過的弧度為62.8338rad，而理論上齒輪4應該轉過20，于是產生一個差值：=20-62.8338=-0.0019469rad =-0.11155°即偏差為0.11155°，設計要求示值總誤差不得大于0.018mm，換算成轉角即不得大于6.48°，而偏差遠小于6.48°，所以滿足要求。下面驗算每一毫米的示值誤差；題目要求每一毫米示值誤差不大于0.01mm，即不大于3.6°。當齒輪2的分度圓然過1mm時，實際轉過的弧度為*r2=1，r2=m/2=1.5915mm，由此得=0.628338rad，則齒輪4實際轉過的弧度為6.

12、28338rad，而理論上齒輪4應該轉過的弧度為2，于是有差值為2-6.28338=-0.0001947rad，約為-0.011155°小于3.6°，故滿足要求。3）.變為齒輪重要參數的計算由于齒輪4的齒數為12，小于14.為了避免產生根切，需要對它進行正變位。與之相嚙合的齒輪3和齒輪6應該相應負變位。這里可以采用高度變位的變位方式。最小變位系數 X=0.294取X=-0.3,X=0.3.其具體參數如下表：表6 序號名稱計算公式1模數m=0.1992變位系數X3=-0.33變位系數X4=0.34變位系數X6=-035壓力角=6嚙合角7標準齒頂高系數=18變位齒頂高系數=0.

13、429頂隙系數=0.2510齒輪3,4中心距=11齒輪4,6中心距=根據上表和各齒輪的模數可求得：齒輪3,4中心距=10.5039mm齒輪4,6中心距=10.5039mm齒頂圓直徑齒根圓直徑分度圓直徑為=m=19.098mm,=1.9098mm, =19.3208mm，=2.3236mm，=18.6046mm，=1.6074mm， 齒輪6的數據和齒輪3的完全相同。2.齒條的設計齒條與齒輪2嚙合。具體數據如下：齒條的的幾何計算名稱代號計算公式模數m0.15915齒厚sm徑向間隙c0.25m齒根高h11.25m齒頂高h2m圖4 齒條的形狀設計齒條的工作長度為10mm，但加工時應保留一些余量，取加工

14、總長度為16mm。3.游絲的設計游絲在儀表中的作用主要是通過預緊力或作用力矩，達到不論正行程還是反行程齒輪副總是單項齒廓嚙合，消除空行程和傳動系統中的摩擦力。游絲安裝在齒輪6上，用來防止嚙合齒輪的空回。鑒于齒輪6的傳動要求，對其上的游絲的滯后和后效要求較高，這里選擇游絲的寬厚比u=8,u=b/h,(b為游絲的寬度，h為游絲的厚度)。鑒于齒輪6的直徑大小選擇游絲的內徑大小d1=5mm，外徑大小d2=17mm。游絲的總轉角要求大于，其總圈數設為n=10。根據傳動力矩大小要求，當游絲轉動時它的承受力矩MM=（3-6）M，根據生產經驗M=0.0093N.mm。故可取M=4×0.0093，游絲

15、的最大轉矩為1.448 N.mm龐振基，黃其圣游絲的總長度L=力矩與轉角，游絲寬度b，厚度h的關系為M=（E為材料的彈性模量，這里游絲的材料用錫青銅合金E=），根據上訴的數據可求得h =0.12mm，b =0.96mm。材料為錫銅合金內徑大小d1=5mm外徑大小d2=17mm總圈數n=10厚度h =0.12mm寬度b =9.6mm總長度L=276mm，考慮到其固定端的長度最終的加工長度為310mm。4.拉簧的設計百分表的彈簧為圓柱型拉伸彈簧。用來固定導桿的運動，根據百分表的設計空間大小，彈簧的設計選用簧絲的直徑大小為d=0.2mm，旋繞比為C=10，C=D/d，D為彈簧的中徑大小D=10mm。

16、技術要求測力在0.515N之間，為克服機構內部摩擦，應選大于0.5N力作為F1.技術要求規定測力變化不大于0.5N，即F1-F2<0.5.取F1=0.6N,F2=1N。根據公式 可得1=15mm，2=25mm。選擇不銹鋼絲為材料許用切應力843（N.mm-2切邊模量G=78000（N.mm-2經驗算，直徑為0.2mm的鋼絲符合要求。下面計算彈簧圈數：可取n=50，即50圈。（8）彈簧的最終設計為：簧絲的直徑大小為d=0.2mm中徑D=2mm旋繞比為C=10有效環數n=50自由長度（n+1）d+2D1=13.6mm。四 使用百分表的簡單說明1. 使用前檢查1）. 檢查表頭的相互作用和穩定性。2）. 檢查活動測頭和可換測頭表面光潔,連接穩固。2讀數方法測量孔徑,孔軸向的最小尺寸為其直徑,測量平面間的尺寸,任意方向內均最小的尺寸為平面間的測量尺寸。百分表測量讀數加上零位尺寸即為測量數據。3.正確使用1）. 把百分表插入量表直管軸孔中,壓縮百分表一圈,緊固。2）. 選取并安裝可換測頭,緊固。3）. 測量時手握隔熱裝置。4）. 根據被測尺寸調整零位。用已知尺寸的環規或平行平面（千分尺）調整零位,以孔軸向的最小尺寸或平面間任意方向內均最小的尺寸對0位,然后反復測量同一位置2-3次后檢查指針