Точность и надежность измерительного устройства

Курсовая работа

по дисциплине: «Теория и расчет измерительных преобразователей и приборов»

 

Руководитель:

Бишутин Г.А.

Выполнил:

Студентка гр. 07-ММО

Шполтакова О.В.

«__»______ 2010 г

 

 

Брянск 2010

 

Техническое задание

Спроектировать по предложенной кинематической схеме измерительное устройство для измерения линейных размеров.

Кинематическая схема

 

 

х- измеряемый размер

 

1.Рычажный механизм;

2.Измерительный наконечник;

3.Зубчатый сектор;

4.Зубчатое колесо;

5.Стрелка;

6.Шкала.

 

 

УКСМ 05.01. 00. 000 ПЗ

Изм.

Лист.

№ документа.

Подпись.

Дата.

Лист.

Листов

Лит.

Разраб.

Проверил.

Т.контр.

Утв..

Н.контр.

Бишутин Г.А.

Шполтакова

БГТУ Гр. 07-ММО

Пояснительная записка

Содержание

Введение. 4

1. Точность и надежность измерительного устройства. 5

2. Основные положения механизмов приборов. 7

3. Структура измерительного устройства. 10

3.1..................................................... Описание работы измерительного устройства. Ошибка! Закладка не определена.

3.2........................................................................................................ Механизмы прибора. 11

4. Определение математической модели……………………………………….16

5. Определение цены деления…………………………………………………..18

6. Определение погрешностей измерительного устройства………………….19

Заключение. 24

Список используемой литературы.. ……………………………………….25

 

 

Введение

 

Технические изделия призваны вносить все более эффективный вклад в повышение производительности труда и увеличение национального продукта. В решении этой задачи первостепенную роль играет приборостроение, так как приборы используются как в области материального производства и его подготовки (т.е. на этапах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ), так и в таких областях, как транспорт, охрана труда, народное образование и др. Нельзя представить себе человеческую деятельность без приборов.

Новым стимулом к развитию приборостроения стало повышение требований к качеству информации и к освобождению человека от выполнения повторяющихся работ. Приборы стали одним из решающих факторов народного хозяйства; они находят применение везде, где необходимо повышение производительности труда. Общественная потребность в информации удовлетворяется с помощью различных средств, обеспечивающих получение, хранение, передачу и преобразование информации. Произошел переход от классического измерительного прибора к системе обработки информации.

Исторически первой задачей, выдвинувшей новые требования к приборостроению и обусловившей широкие перспективы его развития, явилась необходимость управления физическими процессами и контроля за их выполнением, т.е. задача автоматизации. Освобождение человека от повторяющихся работ в области исследований, разработки и конструирования, а так же организации и руководства стало задачей приборостроения еще во времена появления логарифмической линейки, механических счетных машин и чертежных приборов.

Данная курсовая работа посвящена проектированию измерительного устройства, рационального в современном мире измерений, а так же определению точности и качества измерений на этом приборе с помощью оценки погрешностей.

Механизмы прибора

Механизмом называется замкнутая кинематическая цепь с одним неподвижным звеном; в этой цепи заданному движению одного или нескольких ведущих звеньев соответствует вполне определенное движение каждого из ведомых звеньев.

Кинематическая цепь механизма состоит из звеньев и кинематических пар. Звеном называется совокупность жестко связанных между собой деталей, находящихся в определенном движении. Кинематической парой называется комбинация 2-х звеньев, соединение которых обеспечивает возможность движения одного из них относительно другого. Ведущим звеном механизма называется звено, соединенное с источником механической энергии, закон его движения заранее известен. Ведомыми называются звенья, движение которых определяется движением ведущих звеньев.

Рассмотрим механизмы, которые входят в состав данного измерительного устройства.

Шарнирно-рычажные механизмы

 

В шарнирно-рычажных механизмах жесткие звенья типа стержней, рычагов соединяются вращательными и поступательными кинематическими парами. Шарнирно-рычажные механизмы применяются для преобразования вращательного или поступательного движения в любое движение с требуемыми параметрами или для изменения направление движения какой-либо части. Допустим, движение происходит горизонтально, а его надо направить вертикально, вправо, влево или под каким-либо углом. Кроме того, иногда длину хода рабочего рычага нужно увеличить или уменьшить. Длину хода при шарнирно-рычажном механизме можно увеличить за счет изменения длины плеча рычага. Чем длиннее плечо, тем больше будет его размах, а, следовательно, и подача связанной с ним части, и наоборот, чем меньше плечо, тем короче ход.

 

Зубчатые механизмы

Зубчатые механизмы чаще по сравнению с другими видами механизмов применяются в машиностроении, приборостроении, в технических системах. Они служат для преобразования вращательного движения ведущего звена и передачи моментов сил.

Достоинствами таких передач являются постоянство заданного передаточного отношения, компактность, высокий КПД (0,92 … 0,98); наличие небольших сил давления на валы и опоры; высокая надежность; простота обслуживания. К недостаткам можно отнести сложность и высокую точность изготовления и сборки, наличие шума при работе, невозможность плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения ведомого звена.

Все понятия, параметры и их обозначения, относящиеся к геометрии и кинематике зубчатых передач, стандартизированы.

Меньшее из пары зубчатых колес принято называть шестерней, большее – колесом. Термин «зубчатое колесо» можно применять как к шестерне, так и к колесу зубчатой передачи. Индексы «1» и «2» присваивают соответственно параметрам шестерни и колеса.

Зацепление зубчатых колес можно кинематически представить как качение без скольжения друг по другу двух поверхностей, называемых начальными. Для цилиндрических передач это цилиндры, для конических – конусы. Точку качения начальных поверхностей определяют как полюс зацепления.

По числу пар зацепляющихся колес зубчатые передачи бывают одно-, двух- и многоступенчатыми. По взаимному расположению осей их делят на цилиндрические – с параллельными осями (рис. 3, а), конические – с пересекающимися осями (рис. 3, д), на червячные (рис. 3, з), винтовые (рис. 3, и) – со скрещивающимися в пространстве осями. По расположению зубьев относительно образующих начальной поверхности колеса зубчатые передачи делят на прямозубые (рис. 3, а) и косозубые (рис. 3, б, в), шевронные (рис.3, в) и с круговым зубом (рис. 3, ж).

Прямозубыми называются колеса (передачи), направление каждого зуба которых совпадает с образующей начальной поверхности (цилиндра или конуса). Косозубыми называются зубчатые колеса, направление каждого зуба которых составляет некоторый постоянный угол с образующей начальной поверхности. Шевронными называются колеса (рис.3, в), зубчатый венец которых образуется из двух рядов косых зубьев противоположного направления.

Конические колеса могут быть прямозубыми, косозубыми и с круговым зубом (рис.3, д, е, ж).Зацепление зубчатых колес может быть внешним и внутренним (рис.3, г).Реечные зубчатые передачи (рис. 3, к) преобразуют вращательное движение в поступательное или наоборот.

 

г

в

а

б

д е ж

к

з и

Рис. 3

 

Наибольшее распространение получили передачи с эвольвентным профилем зубьев. Во-первых, эвольвентное зацепление мало чувствительно к отклонениям межосевого расстояния, не нарушается правильность зацепления. Во-вторых, профиль зубьев инструмента для нарезания эвольвентных зубчатых колес может быть прямолинейным, сравнительно простое изготовление и контроль инструмента и колес, одним инструментом можно нарезать колеса с разным числом зубьев. Траекторией точки контакта эвольвентных профилей зубьев является прямая линия.

По конструктивному выполнению корпуса зубчатые передачи бывают открытыми и закрытыми. Открытые не имеют защиты от попадания пыли и грязи, закрытые передачи имеют жесткий корпус и работают в масляной ванне.

По характеру своей работы передачи могут быть реверсивные и нереверсивные. Реверсивные передачи характеризуются поочередным изменением на противоположное направления движения ведущего звена.

По величине окружной скорости различают передачи – тихоходные (до 3 м/с), средних скоростей (3 … 15 м/с) и быстроходные (свыше 15 м/с).

Число зубьев колес обозначают буквой z с индексом, соответствующим индексу колеса. Основной характеристикой размеров зубьев является модуль m – отношение окружного шага к числу π. Модули стандартизированы и имеют размерность в миллиметрах. Зубчатые колеса (передачи) с модулем m < 1 называют мелкомодульными.

 

 

Определение цены деления

Шкалы и стрелки служат для снятия показаний с приборов, в данной измерительной системе так же являются регистрирующим устройством.

Шкала – совокупность отметок, изображающих ряд последовательных чисел, соответствующих значениям измеряемой величины. Она может быть нанесена непосредственно на поверхность корпуса прибора или на специальную деталь, называемую циферблатом. В нашем измерительном устройстве шкала нанесена на циферблат, который прикрепляется на металлическую пластину 9.

Стрелки применяют в измерительных приборах с непосредственным отсчетом по шкале. Их конструктивное оформление разнообразно и зависит от назначения прибора, способа крепления, точности отсчета по шкале. В данном измерительном устройстве мы сконструировали изогнутую стрелку для получения более точного измерения.

Чтобы определить цену деления шкалы, для начала необходимо определить интервал, на который отклоняется стрелка.

, где b – интервал отклонения стрелки, a – длина стрелки.

a = 100 мм, φ =0,3 рад

Тогда, мм.

Так как b = 0,5 мм, отклонение ∆x =0,5 мм, а на шкале вмещается 50 делений: нуль шкалы находится в крайнем левом положении, следовательно, наносим 50 делений вправо.

Из этих данных мы можем сделать вывод, что цена деления c = 0,01 мм.

 

Заключение

В данной курсовой работе на основе принципиальной схемы было разработано механическое измерительное устройство для измерения линейного размера. Причем были учтены общетехнические требования технологичности, низкой стоимости, а также специальные требования минимизации массы и габаритных размеров. Размеры звеньев и элементов кинематических пар определены из условий прочности, жесткости, устойчивости с учетом требований к надежности, виброактивности и другим параметрам.

Для данного измерительного устройства по кинематической схеме было выполнено математическое описание, т.е. составление математической модели, выполнена оценка основных первичных погрешностей и определены допуски на размеры звеньев. Допускаемые отклонения размеров вычислены из условия обеспечения заданной точности и надежности механизма. Для различных значений была подсчитана суммарная погрешность и по этим данным построен график.

Проектируя данное измерительное устройство, мы выбирали наиболее рациональные формы и размеры, решали вопросы точности, надежности, унификации и экономичности. Наша работа была направлена на проектирование рационального в современном мире измерений устройства.

 

 

Список используемой литературы

 

1. Гост 13600-68 «ГСИ. Средства измерений. Классы точности. Общие требования»

2. Конструирование приборов. В 2-х кн./под ред. В.Краузе; Кн.1 – М., Машиностроение, 1987.- 384с

3. Конструирование приборов. В 2-х кн./под ред. В.Краузе; Кн.2 – М., Машиностроение, 1987.- 376с

4. Справочник конструктора точного приборостроения, К.Н. Явленский, Ленинград: «Машиностроение» Ленинградское отделение, 1989г

 

Курсовая работа

по дисциплине: «Теория и расчет измерительных преобразователей и приборов»

 

Руководитель:

Бишутин Г.А.

Выполнил:

Студентка гр. 07-ММО

Шполтакова О.В.

«__»______ 2010 г

 

 

Брянск 2010

 

Техническое задание

Спроектировать по предложенной кинематической схеме измерительное устройство для измерения линейных размеров.

Кинематическая схема

 

 

х- измеряемый размер

 

1.Рычажный механизм;

2.Измерительный наконечник;

3.Зубчатый сектор;

4.Зубчатое колесо;

5.Стрелка;

6.Шкала.

 

 

УКСМ 05.01. 00. 000 ПЗ

Изм.

Лист.

№ документа.

Подпись.

Дата.

Лист.

Листов

Лит.

Разраб.

Проверил.

Т.контр.

Утв..

Н.контр.

Бишутин Г.А.

Шполтакова

БГТУ Гр. 07-ММО

Пояснительная записка

Содержание

Введение. 4

1. Точность и надежность измерительного устройства. 5

2. Основные положения механизмов приборов. 7

3. Структура измерительного устройства. 10

3.1..................................................... Описание работы измерительного устройства. Ошибка! Закладка не определена.

3.2........................................................................................................ Механизмы прибора. 11

4. Определение математической модели……………………………………….16

5. Определение цены деления…………………………………………………..18

6. Определение погрешностей измерительного устройства………………….19

Заключение. 24

Список используемой литературы.. ……………………………………….25

 

 

Введение

 

Технические изделия призваны вносить все более эффективный вклад в повышение производительности труда и увеличение национального продукта. В решении этой задачи первостепенную роль играет приборостроение, так как приборы используются как в области материального производства и его подготовки (т.е. на этапах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ), так и в таких областях, как транспорт, охрана труда, народное образование и др. Нельзя представить себе человеческую деятельность без приборов.

Новым стимулом к развитию приборостроения стало повышение требований к качеству информации и к освобождению человека от выполнения повторяющихся работ. Приборы стали одним из решающих факторов народного хозяйства; они находят применение везде, где необходимо повышение производительности труда. Общественная потребность в информации удовлетворяется с помощью различных средств, обеспечивающих получение, хранение, передачу и преобразование информации. Произошел переход от классического измерительного прибора к системе обработки информации.

Исторически первой задачей, выдвинувшей новые требования к приборостроению и обусловившей широкие перспективы его развития, явилась необходимость управления физическими процессами и контроля за их выполнением, т.е. задача автоматизации. Освобождение человека от повторяющихся работ в области исследований, разработки и конструирования, а так же организации и руководства стало задачей приборостроения еще во времена появления логарифмической линейки, механических счетных машин и чертежных приборов.

Данная курсовая работа посвящена проектированию измерительного устройства, рационального в современном мире измерений, а так же определению точности и качества измерений на этом приборе с помощью оценки погрешностей.

Точность и надежность измерительного устройства

Задачей конструирования является подготовка производства промышленных изделий с учетом результатов научно-исследовательских работ. На этапе опытно-конструкторских работ имеются широкие возможности для укрепления и значительного расширения материально-технической базы современного прибора строения. Требования к технико-экономическим показателям, качеству изготовления и выполнение изделием своих функций постоянно повышаются. Возрастающий объем научно-исследовательских работ требует значительного увеличения производительности конструкторских отделов предприятий по их реализации при сокращении сроков разработки и затрат на неё. Отсюда вытекает необходимость дальнейшей рационализации конструкторских работ, ускорения и повышения надежности необходимой информации. Одновременно повышаются требования к конструкторам. В особой мере это относится к приборостроению.

Все большее применение изделий приборостроения во всех областях обуславливает повышение требований к точности и надежности. По сравнению с машинами, которые расширяют и дополняют в основном физические возможности человека, приборы расширяют и дополняют его творческие возможности. Поскольку сбор и обработка информации производятся по всем отраслям науки и техники, приборостроение оказывает значительное влияние на их развитие. Это в особой мере относится к приборам, предназначенным для измерения, управления и регулирования, в самое же последнее время – к приборам, автоматически выполняющим различные операции и относящимся непосредственно к технологическому оборудованию. Зачастую при этом для получения информации необходимо фиксировать очень малые значения измеряемых величин, увеличивая их, по возможности, без искажений для регистрации. В связи с этим чувствительность и надежность в приборостроении играют доминирующую роль, и их значение еще более возрастает вследствие повышения требований к производительности.

В результате увеличения числа конструктивных элементов в таких приборах их чувствительность к возмущениям повышается, т.е. надежность падает. В отдельных случаях снижение надежности происходит не только по этой причине, но и за счет повышения точности. Надежность может быть сохранена неизменной даже при увеличении числа элементов. Основной причиной снижения надежности является работа многих элементов па пределе своих прочностных возможностей, независимо от того, что они имеют более высокие параметры производительности, чем раньше. В то время как раньше запас прочности определяется в основном по опытным данным о надежности, для современных изделий размеры должны назначаться в зависимости от нагрузки при использовании специальных свойств материалов.

Формулировка требований к надежности производится из условий эксплуатации изделия. При этом должны быть учтены все ухудшающие её процессы, которые возможны в течение всего жизненного цикла изделия, от разработки до эксплуатации.

Точность и надежность прибора определяется в основном уже на стадиях его разработки и конструирования, поэтому конструкторы должны обладать соответствующей квалификацией в этих областях