[畢業(yè)論文]立式測長儀設計

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1、課程設計說明書（論文） 目 錄 一、儀表工作原理及原理圖…………………………………………1 二、儀表用途…………………………………………………………2 三、參數(shù)及特性計算…………………………………………………3 四、結(jié)構(gòu)說明及調(diào)整…………………………………………………5 五、改進意見…………………………………………………………11 六、心得體會…………………………………………………………11 七、參考文獻…………………………………………………………12 一、儀表工作原理及原理圖 立式測長儀是一個精密玻璃刻線

2、尺為標準，利用讀數(shù)顯微鏡進行讀數(shù)的一種高準確度量儀，用于對長度、軸頸、球頸等外形尺寸進行絕對或相對測量。 儀器工作原理如圖1所示： 圖1：立式測長儀結(jié)構(gòu)原理示意圖 注： 1—底座 2—工件 3—測量頭 4—測量軸 5、8—精密滾動軸承 6—毫米刻度尺 7—讀數(shù)顯微鏡 9—砝碼 10—鋼帶 11—滾輪 12—平衡錘 13—緩沖油缸 14—照明燈 15—透鏡 底座1上放置被測工件2，通過測量軸4上的可換測量頭3與被測工件進行接觸測量。在精密滾動軸承5和8的支持下，測量軸4通過鋼帶10、滾輪11、平衡錘12和緩沖油缸13進行平穩(wěn)的升降運動。砝碼9用來調(diào)節(jié)測量力。 圖2：讀

3、數(shù)顯微鏡我視野 測量軸的軸線上固定有毫米玻璃刻度尺6，其上有101條間隔為1mm的刻線。光源14發(fā)出的光經(jīng)過透鏡15透過毫米玻璃刻度尺6，將毫米刻線影像投射到螺旋讀數(shù)顯微鏡7進行讀數(shù)。 在讀數(shù)顯微鏡7的視場中，應該可以看到三種刻線重合在一起： 一種是毫米玻璃刻度尺6上的刻度，其間距為1mm； 一種是目鏡視野中間隔為0.1mm的刻度； 一種是螺距為0.1mm的阿基米德螺旋雙刻線，螺旋線里面圓周上刻有100格圓周刻度，對0.1mm的刻度進行100細分，因此每小格圓周刻度代表0.001mm。 二、儀表用途 測長儀是一種高效率的單坐標接觸式長度測量儀器，主要用于精密零件及量具的內(nèi)外尺寸測

4、量。一起可進行絕對測量，也可借助量塊或其他標準量具作相對測量。還可以利用附件測量螺紋中徑等。其中測量大尺寸的儀器（一般為測量1m以上）稱為測長（儀）機。測長儀的讀數(shù)方式有目讀讀數(shù)、投影屏讀數(shù)以及數(shù)字顯示讀數(shù)。測長儀引起基準不同可分為：利用精密線紋尺或光柵尺作為基準件的儀器和利用光波干涉的干涉測長儀器兩種。特別是激光技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了激光測長儀，是一起達到了更高的精度。測長儀可分為立式測長儀和臥式測長儀兩種。 本設計中立式測長儀是以一個精密玻璃刻度尺為標準，利用讀數(shù)顯微鏡進行讀數(shù)的一種高準確度量儀，用于對長度、軸徑、球徑等外形尺寸進行絕對或相對測量。 三、參數(shù)及特性計算 1、JDY-1型立

5、式測長儀的設計方案 JDY-1型立式測長儀的主要技術(shù)指標見表1： 表1：JDY-1型立式測長儀的主要技術(shù)指標 項目 名稱 數(shù)據(jù) 技 術(shù) 數(shù) 據(jù) 毫米刻度尺長度、分度值 長度 100mm，分度值 1mm 側(cè)微目鏡的最小刻度值 0.001mm 測量范圍：絕對測量法 100mm 測量范圍：相對測量法 250mm 測量軸中心至立柱間的距離 110mm 測量力 （0.75-2.5）N 儀器外形尺寸 950480240mm 儀器重量 約55kg 精 度 指 標 測量主軸運動方向與工作臺垂直度 在100mm長度上不大于0.03mm

6、 測量主軸運動的直線度 在100mm長度上不大于3m 螺旋雙刻線回轉(zhuǎn)的同軸度 不大于0.3m 0.1mm刻度尺和微米刻度尺的相對位置 不大于0.1m 微米刻度尺正反方相對準時的讀數(shù)差 不大于0.3m 示值穩(wěn)定性 0.4m 測量誤差（L——測量長度，單位：mm） （1+L/100）m 2、本次設計的設計方案 本次設計立式測長儀的主要技術(shù)指標見表2： 表2：本次設計立式測長儀的主要技術(shù)指標 項目 名稱 數(shù)據(jù) 技 術(shù) 數(shù) 據(jù) 毫米刻度尺長度、分度值 長度 100mm，分度值 1mm 側(cè)微目鏡的最小刻度值 0.001mm 測量范圍：絕對

7、測量法 0-100mm 測量軸總行程 200mm 測量軸中心至立柱間的距離 110mm 測量力 （0.75-2）N 儀器外形尺寸 718.5462210mm 儀器重量 約85kg 其他技術(shù)要求 不加砝碼時測量頭勻速下降，測量頭可停止在測量范圍內(nèi)的任意位置 鋼帶強度設計 鋼帶連接測量軸和重錘，它受到的力等于這兩個物體的重力，受力示意圖如圖5所示。 圖3：鋼帶強度設計 粗略估算出P1和P2大致相等，。 因此，在鋼帶任意一個截面上受力為。 設計鋼帶寬度為b=10mm,材料為45號鋼，許用正應力為。 設鋼帶厚度為d,則應滿足以下強度條件： 由上計算，可

8、設計鋼帶的厚度d=0.5mm 鋼帶除了受到拉伸外還受到了彎曲，但是鋼帶厚度很小，彎曲后變形也很小，故該變形可忽略。 下面驗算鋼帶的剛度條件，由剛度計算公式可得 其形變量小于測長儀的測量精度0.001mm，滿足設計要求。 四、結(jié)構(gòu)設計及調(diào)整 裝配圖如下： 立式測長儀整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，左側(cè)結(jié)構(gòu)為油缸。油在測量中起緩沖的作用，油的粘滯力使重錘與軸可以勻速的上下移動，而不是過于快速的運動以至于有可能砸壞待測零件。有的另一個作用是提供重錘浮力，使測量周的重力=重錘的重力-重錘的浮力，故測量軸可以任意位置停止。另外我們可以看到有缸蓋是一個凹下去的蓋子，這樣設計可以控制油量，如果油超出油缸

9、的高度，油就會溢出油缸蓋一些，這時我們就可以抽出一部分油，以保證儀器外部的潔凈。 中間的立柱起支撐作用，底部與底座采用梯形螺紋連接。中部與油缸鎖緊在一起，上部支撐著平衡機構(gòu)。我們可以注意到平衡機構(gòu)與立柱上端接觸部位有一個小的螺釘，該螺釘也是一處獨特的設計，螺釘?shù)牡谝粋€作用為使立柱不直接接觸到平衡機構(gòu)，以免時間長了對平衡機構(gòu)有磨損，第二個作用是在安裝的時候可以使孔與軸的安裝更為簡便，可以通過螺孔看到安裝的進度，第三個作用是用來放氣，因為軸與孔之間并沒有多大間隙，安裝時可能會因為氣體排不出去而導致軸裝不進去。 圖4：裝配圖（1） 立式測長儀平衡機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示，首先是帶輪軸與軸承的配合

10、，該配合為過盈配合軸承型號為6204，該結(jié)構(gòu)的設計創(chuàng)意在于用彈性擋圈來防止軸承的位置偏離，因為整個立式測長儀鋼帶的運動速度不會很快且為輕載荷故彈性擋圈完全可以勝任。帶輪與軸承之間的一個使用軸肩定位，另一個使用套筒，套筒的使用是考慮了整個立式測長儀的大小問題，平衡機構(gòu)不宜設計得很寬，原因在于如果上邊過大會導致整體的不協(xié)調(diào)，重心不穩(wěn)，因此，短距離的套筒定位是最佳的選擇。大帶輪軸的一共有兩個帶輪的過盈配合，測量時可以在其中較小的帶輪上掛砝碼，以提高測量軸的運動速度。該結(jié)構(gòu)主要是為了配合鋼帶的運動，與測量時的精度并沒有很大的關(guān)系。 圖5：裝配圖（2） 平衡機構(gòu) 立式測長儀的測量部件如圖6所

11、示，標號37為照明部件，測量時用燈照射其端部，便可以在螺旋顯微鏡上讀出尺寸（螺旋顯微鏡位在圖中給出）其原理在與照明部件內(nèi)有一個凸透鏡固定在與照明燈距離一倍焦距處，使點光源通過透鏡發(fā)射出平行光，平行光通過反射鏡照射到基準刻線尺上，再通過48（鏡筒）進入我們的視野?；鶞士叹€尺有兩片玻璃構(gòu)成，其中一片帶刻度的為刻度尺，另一片無任何刻度線的薄玻璃為通過膠接于刻度尺帶刻度的一側(cè)緊密粘合在一起，以保護刻度在使用中不會因人為或老化等問題而造成系統(tǒng)誤差。測量部件的主體部分為一個阿貝臂，連接著測量軸。圖中有一個螺桿，旋動螺桿可以鎖死或放松測量軸，以保證讀數(shù)時測量軸不會發(fā)生微小串動。另外，在回轉(zhuǎn)盤上還裝有兩個導向

12、軸承，型號為618/8，軸承分別貼緊測量軸的兩個加工過的平面如圖所示，以防止測量軸發(fā)生轉(zhuǎn)動導致的測量不精確。 儀器在使用一段時間后，由于重力等因素必然出現(xiàn)阿貝臂偏離原來位置（與立柱垂直），所以為了保證測量精度，必須定期進行修正。 圖6：裝配圖（3） 測量部件 圖7：裝配圖（4） 零件圖如圖所示： 底座如圖8所示，底座是鑄件，工作時工作臺與底座通過螺紋連接在一起，螺紋連接可以調(diào)整工作臺的水平， 圖8：零件圖（1） 底座 大帶輪軸如圖9所示。 圖9：零件圖（2） 大帶輪軸 軸承座零件圖如圖10所示，測量軸的垂直定位就是依靠上下兩對軸承座上的各3個均

13、勻分布的軸承座來保證的。軸承座與阿貝臂通過過盈配合連接在一起，過盈配合為不可拆連接，在這里用于精密定位使?jié)L動軸承剛好與測量軸貼在一起并使軸可以自由上下移動。軸承座與軸承蓋采用了螺紋連接，可以隨時拆卸。 圖10：零件圖（3） 軸承座 測量軸的精度要求很高，此處是整個儀器最精密的地方，測量軸的主軸與工作改要保持垂直，與立柱要保持平行，測量時不可以晃動或者扭動，故表面應該非常光滑，也就是說表面粗糙度要求非常高。 圖11：零件圖（4） 測量軸 五、改進意見 對于第一次設計不可能盡善盡美，總是會出現(xiàn)一些設計上的問題，尤其在結(jié)構(gòu)設計方面出現(xiàn)了許多現(xiàn)有知識還無法解決的問題。對這部分設

14、計的改進由于知識所限只能給出較為膚淺的定性方案，通過今后的學習在對它們提出理論結(jié)合實踐的可行方案。下面就對本設計中出現(xiàn)的一些問題提出改進的設想。 1．重錘形狀問題的改進——此次設計的儀器中重錘錘體是一個圓柱形，錘體下降進入油面時可能會濺出油滴，并且錘體上升離開油面時又會因為表面張力而需要更大的力。因此，設想將重錘設計成流線型以部分避免此問題。 2．底座重量問題的改進——此次設計中儀器底座是空心的，質(zhì)量比較輕，可能存在放置時不穩(wěn)定的可能?？赡苡捎谂既辉蚨鴥A斜甚至倒下。因此可以考慮將底座加厚，以增加儀器總質(zhì)量，使儀器重心降低，儀器更加穩(wěn)固以避免以上問題。 六、心得體會 本次課程設計是一個

15、相對艱苦的過程，在這之前從沒有獨立完成一項設計工作。這讓我在課程設計剛剛開始的時候惶恐不安。并且由于處于期末考試時期，自己的心思比較浮躁，對初期的設計工作造成了一定的困難和影響，但任務是要獨立完成的，所以只能讓自己靜下心來，全力投入到這次的設計任務中去。本次設計一共安排十天，每一天都有不同的任務需要完成，在畫裝配圖和零件圖的幾天里，每天從早上到晚都在教室里度過，除了吃飯的時間就是在畫畫，從早晨吃過早飯一直到晚上清樓大腦都在不停的運轉(zhuǎn)，這里該怎么設計，那里該怎么畫，每天一回到寢室躺在床上就睡著了，雖然辛苦的在想該怎么做但在設計中依然有很多預想不到的問題，比如當需要連接時，就要考慮采用哪種連接方式

16、，螺紋連接、過盈配合、膠接等等，有很多的備選因此就要自己決定需要哪種，但由于我們只有理論知識而沒有實際經(jīng)驗，不知道在實際中專業(yè)人士都會選擇哪種，就只能按照自己的理解來進行選擇，所以在實際加工中就可能出現(xiàn)問題。但這畢竟是我的第一次設計，羅馬也不是一天建成的，今后我們會有更多的訓練來時我們達到專業(yè)水準。在設計時，由于受到自身知識的限制，經(jīng)常會遇到一些非常棘手的問題，讓人感到無從入手。對于一名初涉機械設計的學生來說，這是十分正常的事情。關(guān)鍵的是我們要通過設計學習如何發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。在今后的實際工作中，遇到困難時常有的事，我們不可能在做任何項目之前就已經(jīng)學會了所要用到的所有知識。因此，我們必須學會

17、通過發(fā)現(xiàn)問題來促進自己學習新的知識，培養(yǎng)一種獨立學習、快速掌握、靈活運用的能力。課程設計恰好給我們提供這么一次難能可貴的學習機會，這不僅有助于學好課內(nèi)理論知識，更重要的是為未來的實際工作打下了堅實的基礎。所以，課程設計培養(yǎng)了學生的獨立學習能力。 此次課程設計不僅僅是對一部儀器一臺設備的設計，更是對已經(jīng)學習過的理論知識的回顧、總結(jié)和歸納。通過本次課程設計，學到了很多書本中沒有的知識。通過本次課程設計我才發(fā)現(xiàn)書中所說的內(nèi)容只是一些零散的、相互獨立的知識，而在實際設計中卻需要的隊整個知識系統(tǒng)進行整合，這不僅要求我們對各種機構(gòu)十分熟悉，而且還必須學會靈活的使用，將這些分離的部分組合成一個有機的整體。

18、培養(yǎng)這種舉一反三、歸納總結(jié)的能力正是此次課程設計的主要目的之一。并且通過本次設計，讓我更好地理解和掌握了關(guān)于機械學基礎以及工程制圖兩門課程的知識，了解了自己在空間想象力、創(chuàng)新能力、全面思維等方面的不足。通過親自動手設計、計算、繪圖、總結(jié)，我更好的提高了自己縝密思考、集中精神等多方面的能力。同時培養(yǎng)了自己的耐心和毅力，讓自己更有自信去獨立解決其他復雜的事情。 七、參考文獻 1. 蔣秀珍主編.機械學基礎.科學出版社.2004年 2. 蔣秀珍主編. “機械學基礎”綜合訓練圖冊.科學出版社.2007年 3. 尚元江、吳佩年、譚家祥主編. 工程制圖基礎.黑龍江人民出版社.2003年 4. 夏宏

19、玉、尚建忠主編.儀器儀表零件結(jié)構(gòu)設計.國防科技大學出版社.2001年 5. 鄭晨升主編.儀表機械結(jié)構(gòu)設計.化學工業(yè)出版社.2006年 6. 周士昌主編.液壓系統(tǒng)設計.機械工業(yè)出版社.2003年 7. 李慶祥、王東生、李玉和編著.現(xiàn)代精密儀器設計.清華大學出版社.2004年 8. 趙躍進、何獻忠編著.精密機械設計基礎.北京理工大學出版社.2003年 9. 孔凌嘉、張春林主編.機械基礎綜合課程設計.北京理工大學出版社.2004年 10. 張龍主編.機械設計課程設計手冊.國防工業(yè)出版社.2006年 ~ 13 ~