[畢業(yè)論文]立式測(cè)長(zhǎng)儀設(shè)計(jì)

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1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)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(jì)算…………………………………………………3 四、結(jié)構(gòu)說(shuō)明及調(diào)整…………………………………………………5 五、改進(jìn)意見(jiàn)…………………………………………………………11 六、心得體會(huì)…………………………………………………………11 七、參考文獻(xiàn)…………………………………………………………12 一、儀表工作原理及原理圖 立式測(cè)長(zhǎng)儀是一個(gè)精密玻璃刻線

2、尺為標(biāo)準(zhǔn)，利用讀數(shù)顯微鏡進(jìn)行讀數(shù)的一種高準(zhǔn)確度量?jī)x，用于對(duì)長(zhǎng)度、軸頸、球頸等外形尺寸進(jìn)行絕對(duì)或相對(duì)測(cè)量。 儀器工作原理如圖1所示： 圖1：立式測(cè)長(zhǎng)儀結(jié)構(gòu)原理示意圖 注： 1—底座 2—工件 3—測(cè)量頭 4—測(cè)量軸 5、8—精密滾動(dòng)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(cè)工件2，通過(guò)測(cè)量軸4上的可換測(cè)量頭3與被測(cè)工件進(jìn)行接觸測(cè)量。在精密滾動(dòng)軸承5和8的支持下，測(cè)量軸4通過(guò)鋼帶10、滾輪11、平衡錘12和緩沖油缸13進(jìn)行平穩(wěn)的升降運(yùn)動(dòng)。砝碼9用來(lái)調(diào)節(jié)測(cè)量力。 圖2：讀

3、數(shù)顯微鏡我視野 測(cè)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(guò)透鏡15透過(guò)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(jìn)行讀數(shù)。 在讀數(shù)顯微鏡7的視場(chǎng)中，應(yīng)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(duì)0.1mm的刻度進(jìn)行100細(xì)分，因此每小格圓周刻度代表0.001mm。 二、儀表用途 測(cè)長(zhǎng)儀是一種高效率的單坐標(biāo)接觸式長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器，主要用于精密零件及量具的內(nèi)外尺寸測(cè)

4、量。一起可進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量，也可借助量塊或其他標(biāo)準(zhǔn)量具作相對(duì)測(cè)量。還可以利用附件測(cè)量螺紋中徑等。其中測(cè)量大尺寸的儀器（一般為測(cè)量1m以上）稱為測(cè)長(zhǎng)（儀）機(jī)。測(cè)長(zhǎng)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(cè)長(zhǎng)儀引起基準(zhǔn)不同可分為：利用精密線紋尺或光柵尺作為基準(zhǔn)件的儀器和利用光波干涉的干涉測(cè)長(zhǎng)儀器兩種。特別是激光技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了激光測(cè)長(zhǎng)儀，是一起達(dá)到了更高的精度。測(cè)長(zhǎng)儀可分為立式測(cè)長(zhǎng)儀和臥式測(cè)長(zhǎng)儀兩種。 本設(shè)計(jì)中立式測(cè)長(zhǎng)儀是以一個(gè)精密玻璃刻度尺為標(biāo)準(zhǔn)，利用讀數(shù)顯微鏡進(jìn)行讀數(shù)的一種高準(zhǔn)確度量?jī)x，用于對(duì)長(zhǎng)度、軸徑、球徑等外形尺寸進(jìn)行絕對(duì)或相對(duì)測(cè)量。 三、參數(shù)及特性計(jì)算 1、JDY-1型立

5、式測(cè)長(zhǎng)儀的設(shè)計(jì)方案 JDY-1型立式測(cè)長(zhǎng)儀的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1： 表1：JDY-1型立式測(cè)長(zhǎng)儀的主要技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目 名稱 數(shù)據(jù) 技 術(shù) 數(shù) 據(jù) 毫米刻度尺長(zhǎng)度、分度值 長(zhǎng)度 100mm，分度值 1mm 側(cè)微目鏡的最小刻度值 0.001mm 測(cè)量范圍：絕對(duì)測(cè)量法 100mm 測(cè)量范圍：相對(duì)測(cè)量法 250mm 測(cè)量軸中心至立柱間的距離 110mm 測(cè)量力 （0.75-2.5）N 儀器外形尺寸 950480240mm 儀器重量 約55kg 精 度 指 標(biāo) 測(cè)量主軸運(yùn)動(dòng)方向與工作臺(tái)垂直度 在100mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm

6、 測(cè)量主軸運(yùn)動(dòng)的直線度 在100mm長(zhǎng)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(duì)位置 不大于0.1m 微米刻度尺正反方相對(duì)準(zhǔn)時(shí)的讀數(shù)差 不大于0.3m 示值穩(wěn)定性 0.4m 測(cè)量誤差（L——測(cè)量長(zhǎng)度，單位：mm） （1+L/100）m 2、本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)立式測(cè)長(zhǎng)儀的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2： 表2：本次設(shè)計(jì)立式測(cè)長(zhǎng)儀的主要技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目 名稱 數(shù)據(jù) 技 術(shù) 數(shù) 據(jù) 毫米刻度尺長(zhǎng)度、分度值 長(zhǎng)度 100mm，分度值 1mm 側(cè)微目鏡的最小刻度值 0.001mm 測(cè)量范圍：絕對(duì)

7、測(cè)量法 0-100mm 測(cè)量軸總行程 200mm 測(cè)量軸中心至立柱間的距離 110mm 測(cè)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(shí)測(cè)量頭勻速下降，測(cè)量頭可停止在測(cè)量范圍內(nèi)的任意位置 鋼帶強(qiáng)度設(shè)計(jì) 鋼帶連接測(cè)量軸和重錘，它受到的力等于這兩個(gè)物體的重力，受力示意圖如圖5所示。 圖3：鋼帶強(qiáng)度設(shè)計(jì) 粗略估算出P1和P2大致相等，。 因此，在鋼帶任意一個(gè)截面上受力為。 設(shè)計(jì)鋼帶寬度為b=10mm,材料為45號(hào)鋼，許用正應(yīng)力為。 設(shè)鋼帶厚度為d,則應(yīng)滿足以下強(qiáng)度條件： 由上計(jì)算，可

8、設(shè)計(jì)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(yàn)算鋼帶的剛度條件，由剛度計(jì)算公式可得 其形變量小于測(cè)長(zhǎng)儀的測(cè)量精度0.001mm，滿足設(shè)計(jì)要求。 四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及調(diào)整 裝配圖如下： 立式測(cè)長(zhǎng)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(cè)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(dòng)，而不是過(guò)于快速的運(yùn)動(dòng)以至于有可能砸壞待測(cè)零件。有的另一個(gè)作用是提供重錘浮力，使測(cè)量周的重力=重錘的重力-重錘的浮力，故測(cè)量軸可以任意位置停止。另外我們可以看到有缸蓋是一個(gè)凹下去的蓋子，這樣設(shè)計(jì)可以控制油量，如果油超出油缸

9、的高度，油就會(huì)溢出油缸蓋一些，這時(shí)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(jī)構(gòu)。我們可以注意到平衡機(jī)構(gòu)與立柱上端接觸部位有一個(gè)小的螺釘，該螺釘也是一處獨(dú)特的設(shè)計(jì)，螺釘?shù)牡谝粋€(gè)作用為使立柱不直接接觸到平衡機(jī)構(gòu)，以免時(shí)間長(zhǎng)了對(duì)平衡機(jī)構(gòu)有磨損，第二個(gè)作用是在安裝的時(shí)候可以使孔與軸的安裝更為簡(jiǎn)便，可以通過(guò)螺孔看到安裝的進(jìn)度，第三個(gè)作用是用來(lái)放氣，因?yàn)檩S與孔之間并沒(méi)有多大間隙，安裝時(shí)可能會(huì)因?yàn)闅怏w排不出去而導(dǎo)致軸裝不進(jìn)去。 圖4：裝配圖（1） 立式測(cè)長(zhǎng)儀平衡機(jī)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(guò)盈配合軸承型號(hào)為6204，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)創(chuàng)意在于用彈性擋圈來(lái)防止軸承的位置偏離，因?yàn)檎麄€(gè)立式測(cè)長(zhǎng)儀鋼帶的運(yùn)動(dòng)速度不會(huì)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(gè)使用軸肩定位，另一個(gè)使用套筒，套筒的使用是考慮了整個(gè)立式測(cè)長(zhǎng)儀的大小問(wèn)題，平衡機(jī)構(gòu)不宜設(shè)計(jì)得很寬，原因在于如果上邊過(guò)大會(huì)導(dǎo)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(gè)帶輪的過(guò)盈配合，測(cè)量時(shí)可以在其中較小的帶輪上掛砝碼，以提高測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)速度。該結(jié)構(gòu)主要是為了配合鋼帶的運(yùn)動(dòng)，與測(cè)量時(shí)的精度并沒(méi)有很大的關(guān)系。 圖5：裝配圖（2） 平衡機(jī)構(gòu) 立式測(cè)長(zhǎng)儀的測(cè)量部件如圖6所

11、示，標(biāo)號(hào)37為照明部件，測(cè)量時(shí)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(gè)凸透鏡固定在與照明燈距離一倍焦距處，使點(diǎn)光源通過(guò)透鏡發(fā)射出平行光，平行光通過(guò)反射鏡照射到基準(zhǔn)刻線尺上，再通過(guò)48（鏡筒）進(jìn)入我們的視野?；鶞?zhǔn)刻線尺有兩片玻璃構(gòu)成，其中一片帶刻度的為刻度尺，另一片無(wú)任何刻度線的薄玻璃為通過(guò)膠接于刻度尺帶刻度的一側(cè)緊密粘合在一起，以保護(hù)刻度在使用中不會(huì)因人為或老化等問(wèn)題而造成系統(tǒng)誤差。測(cè)量部件的主體部分為一個(gè)阿貝臂，連接著測(cè)量軸。圖中有一個(gè)螺桿，旋動(dòng)螺桿可以鎖死或放松測(cè)量軸，以保證讀數(shù)時(shí)測(cè)量軸不會(huì)發(fā)生微小串動(dòng)。另外，在回轉(zhuǎn)盤上還裝有兩個(gè)導(dǎo)向

12、軸承，型號(hào)為618/8，軸承分別貼緊測(cè)量軸的兩個(gè)加工過(guò)的平面如圖所示，以防止測(cè)量軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的測(cè)量不精確。 儀器在使用一段時(shí)間后，由于重力等因素必然出現(xiàn)阿貝臂偏離原來(lái)位置（與立柱垂直），所以為了保證測(cè)量精度，必須定期進(jìn)行修正。 圖6：裝配圖（3） 測(cè)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(shí)工作臺(tái)與底座通過(guò)螺紋連接在一起，螺紋連接可以調(diào)整工作臺(tái)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(cè)量軸的垂直定位就是依靠上下兩對(duì)軸承座上的各3個(gè)均

13、勻分布的軸承座來(lái)保證的。軸承座與阿貝臂通過(guò)過(guò)盈配合連接在一起，過(guò)盈配合為不可拆連接，在這里用于精密定位使?jié)L動(dòng)軸承剛好與測(cè)量軸貼在一起并使軸可以自由上下移動(dòng)。軸承座與軸承蓋采用了螺紋連接，可以隨時(shí)拆卸。 圖10：零件圖（3） 軸承座 測(cè)量軸的精度要求很高，此處是整個(gè)儀器最精密的地方，測(cè)量軸的主軸與工作改要保持垂直，與立柱要保持平行，測(cè)量時(shí)不可以晃動(dòng)或者扭動(dòng)，故表面應(yīng)該非常光滑，也就是說(shuō)表面粗糙度要求非常高。 圖11：零件圖（4） 測(cè)量軸 五、改進(jìn)意見(jiàn) 對(duì)于第一次設(shè)計(jì)不可能盡善盡美，總是會(huì)出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，尤其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面出現(xiàn)了許多現(xiàn)有知識(shí)還無(wú)法解決的問(wèn)題。對(duì)這部分設(shè)

14、計(jì)的改進(jìn)由于知識(shí)所限只能給出較為膚淺的定性方案，通過(guò)今后的學(xué)習(xí)在對(duì)它們提出理論結(jié)合實(shí)踐的可行方案。下面就對(duì)本設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的一些問(wèn)題提出改進(jìn)的設(shè)想。 1．重錘形狀問(wèn)題的改進(jìn)——此次設(shè)計(jì)的儀器中重錘錘體是一個(gè)圓柱形，錘體下降進(jìn)入油面時(shí)可能會(huì)濺出油滴，并且錘體上升離開油面時(shí)又會(huì)因?yàn)楸砻鎻埩Χ枰蟮牧?。因此，設(shè)想將重錘設(shè)計(jì)成流線型以部分避免此問(wèn)題。 2．底座重量問(wèn)題的改進(jìn)——此次設(shè)計(jì)中儀器底座是空心的，質(zhì)量比較輕，可能存在放置時(shí)不穩(wěn)定的可能。可能由于偶然原因而傾斜甚至倒下。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(wèn)題。 六、心得體會(huì) 本次課程設(shè)計(jì)是一個(gè)

15、相對(duì)艱苦的過(guò)程，在這之前從沒(méi)有獨(dú)立完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)工作。這讓我在課程設(shè)計(jì)剛剛開始的時(shí)候惶恐不安。并且由于處于期末考試時(shí)期，自己的心思比較浮躁，對(duì)初期的設(shè)計(jì)工作造成了一定的困難和影響，但任務(wù)是要獨(dú)立完成的，所以只能讓自己靜下心來(lái)，全力投入到這次的設(shè)計(jì)任務(wù)中去。本次設(shè)計(jì)一共安排十天，每一天都有不同的任務(wù)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(guò)，除了吃飯的時(shí)間就是在畫畫，從早晨吃過(guò)早飯一直到晚上清樓大腦都在不停的運(yùn)轉(zhuǎn)，這里該怎么設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)中依然有很多預(yù)想不到的問(wèn)題，比如當(dāng)需要連接時(shí)，就要考慮采用哪種連接方式

16、，螺紋連接、過(guò)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(shí)而沒(méi)有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，不知道在實(shí)際中專業(yè)人士都會(huì)選擇哪種，就只能按照自己的理解來(lái)進(jìn)行選擇，所以在實(shí)際加工中就可能出現(xiàn)問(wèn)題。但這畢竟是我的第一次設(shè)計(jì)，羅馬也不是一天建成的，今后我們會(huì)有更多的訓(xùn)練來(lái)時(shí)我們達(dá)到專業(yè)水準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)時(shí)，由于受到自身知識(shí)的限制，經(jīng)常會(huì)遇到一些非常棘手的問(wèn)題，讓人感到無(wú)從入手。對(duì)于一名初涉機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這是十分正常的事情。關(guān)鍵的是我們要通過(guò)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。在今后的實(shí)際工作中，遇到困難時(shí)常有的事，我們不可能在做任何項(xiàng)目之前就已經(jīng)學(xué)會(huì)了所要用到的所有知識(shí)。因此，我們必須學(xué)會(huì)

17、通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題來(lái)促進(jìn)自己學(xué)習(xí)新的知識(shí)，培養(yǎng)一種獨(dú)立學(xué)習(xí)、快速掌握、靈活運(yùn)用的能力。課程設(shè)計(jì)恰好給我們提供這么一次難能可貴的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，這不僅有助于學(xué)好課內(nèi)理論知識(shí)，更重要的是為未來(lái)的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所以，課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力。 此次課程設(shè)計(jì)不僅僅是對(duì)一部?jī)x器一臺(tái)設(shè)備的設(shè)計(jì)，更是對(duì)已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的理論知識(shí)的回顧、總結(jié)和歸納。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多書本中沒(méi)有的知識(shí)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我才發(fā)現(xiàn)書中所說(shuō)的內(nèi)容只是一些零散的、相互獨(dú)立的知識(shí)，而在實(shí)際設(shè)計(jì)中卻需要的隊(duì)整個(gè)知識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行整合，這不僅要求我們對(duì)各種機(jī)構(gòu)十分熟悉，而且還必須學(xué)會(huì)靈活的使用，將這些分離的部分組合成一個(gè)有機(jī)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(shè)計(jì)的主要目的之一。并且通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我更好地理解和掌握了關(guān)于機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)以及工程制圖兩門課程的知識(shí)，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(guò)親自動(dòng)手設(shè)計(jì)、計(jì)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(shí)培養(yǎng)了自己的耐心和毅力，讓自己更有自信去獨(dú)立解決其他復(fù)雜的事情。 七、參考文獻(xiàn) 1. 蔣秀珍主編.機(jī)械學(xué)基礎(chǔ).科學(xué)出版社.2004年 2. 蔣秀珍主編. “機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)”綜合訓(xùn)練圖冊(cè).科學(xué)出版社.2007年 3. 尚元江、吳佩年、譚家祥主編. 工程制圖基礎(chǔ).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(shè)計(jì).國(guó)防科技大學(xué)出版社.2001年 5. 鄭晨升主編.儀表機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)出版社.2006年 6. 周士昌主編.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)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(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.2004年 8. 趙躍進(jìn)、何獻(xiàn)忠編著.精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京理工大學(xué)出版社.2003年 9. 孔凌嘉、張春林主編.機(jī)械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計(jì).北京理工大學(xué)出版社.2004年 10. 張龍主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).國(guó)防工業(yè)出版社.2006年 ~ 13 ~