哈工大机械学基础课程设计qfb气动遥控板高分报告

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1、1.工作原理QFB气动遥控板为固定装置的工业仪表，一般均装在控制室内的仪表盘上。它们有的与气动单元组合仪表配套使用，有的做单独手操遥控使用,可以用来测量调节器输出压力及手操定值器输出给执行机构（阀门）的压力。MAP图1QFB气动遥控工作原理图QFB气动遥控工作原理图如图1所示。仪表的测量元件用波纹管和弹簧并联，通过感知压力变化可以I'可接测量气体压强。当输入信号（0.02〜0.12MPa）即清洁和干燥的气体进入测量波纹管时，由"=〃・人可以知道将会对测量元件施加压力。由于波纹管和弹簧组成的弹性测量元件具有线性的工作特性，即在弹性范围内，

2、满足△F二K・°S,因此会产生一个位移量。通过传动放大杆机构把直线位移转变为放大了的指针的角位移。具体而言，对于曲柄滑块机构，可以将直线位移转化为角位移，在近似线性区有；而较链四杆机构则将小的角位移放大为大的角位移，在近似线性区有Mfg°此时，指针转角亦为人他，其指示读数即为输入信号压力。综上可知，指针的转角和被测气体压强PZ间存在对应关系K,不难看出指针的转角气体压强为线性关系。QFB气动遥控板工作流程图如图2所示。AP弹簧和波纹管AS曲柄滑块机构较链四杆机构Aa,谟数压力砍感元件运动形式转换角度放大小图2QFB气动遥控工作流程图2

3、・设计流程主要设计対象为压力敏感元件（弹簧和波纹管）、传动放大机构（曲柄滑块机构和较链四杆机构）和示数机构；设计内容为材料选择、参数设计和计算以及精度校验；此外还要对各种可调整结构进行结构设计。2.1波纹管波纹管是一种具有环形波纹的圆柱薄壁管，如图3所示。在压力或轴向力的作用下，波纹管伸长或缩短。由于波纹管在很大的变形范围内与压力具有线性关系，有效面积比较稳定，因而被广泛用作测量或控制压力的敏感元件。考虑到波纹管的滞后误差较大以及刚度较小，所以，本设计选择奖波纹管与圆柱螺旋弹簧并联使用。图3波纹管用于制造波纹管的材料主要有不锈钢、锡青铜

4、和彼青铜等。参考教材（见参考文献[1],下同）选材说明可知锡青铜QSn6.5-0」在仪表中使用较多，因此木设计选择锡青铜QSn6.5-0.1作为波纹管材料。波纹管的尺寸规格已按内径标准系列化（JB/T6169・2006）,—般将波纹管的内径或外径作为基木尺寸，其他尺寸以此为基准按比例确定。考虑到木设计空间限制，选取波纹管外径D=20mm.根据JB/T6169-2006（教材表15-10）查得其他参数如表1所示。表1波纹管部分参数表内径d12mm波距q2.1mm配合端长度ld3mm单波轴向刚度K单41.5N/mm参照图册（见参考文献[2]

5、,下同）案例仿照选取波纹数n1=10.由此计算波纹管刚度为竺=4.15W/mm10冇效面枳为評+皿話(20+12)—201.062加选取端部结构为NN结构，如图4所示。图4波纹管两端内配合结构则计算得波纹管原长厶=qg+2ld=10x2.1+2x3=21mm2.2圆柱螺旋压缩弹簧圆柱螺旋压缩弹簧是用线材绕制成的空间螺旋形的弹性元件，在仪器中使用十分广泛，其一般结构如图5所示。图5圆柱螺旋压缩弹簧本设计选取常用弹簧材料碳素弹簧钢丝C级（1【级）。市教材表15・3查得该材料部分参数如表2所示。表2碳素弹簧钢丝C级（II级）参数表许用应力［「

6、］0・4巧弹性模量E206250MPa切变模量81500MPa由教材表15-4杳得拉伸强度极限0=2O8OMPg,其中预估弹簧丝直径dt=于是可以计算得到[rj=0.4巧=0.4x2080=S32MPa考虑到仪表空间限制，选取弹簧中径Dt=10mm市此算得环绕比为=8.333曲度系数为=1」76Kuf四=4x8.333—+四4C-4C4x8.333-48.333选取工作圈数n2=7则可以计算得到弹簧刚度为=3・O8N/mmGd：_81500x1.248D>2~8x103x7下面分析该压缩弹簧受到的最大轴向力丘瘁工作载荷范围为F,=Ap

7、•4=(0・12-0.02)x201.062=20J06N工作时，弹簧与波纹管并联，如图6所示。图6弹簧耳波纹管并联弹簧与波纹管并联刚度为K严尸+K波=3.018+4」5=7.1682/mm工作位移为S工二F,_20J067.168=2.805mm波纹管预紧位移为S硕二1・25St二1.25X2.805=3.506mm弹簧预紧位移为KA_4.15x3.506Kf~3.018-=4.821mm弹簧预紧力为心弹=笛$预弹=3・018x4.821=14・550N工作时，最大载荷位移量为S»P沙少2眾.062=3.366^弹赞受到最大载荷为比X

8、=片负弹+S工噺Kf=14.550+3.366x3.018=24.709/V8A：C3<[r]D2由强度条件71厲那,算得[r]Pz2_832xlQ2忑24.709=3367.2查教材表15-8得C=10.