Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn399

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Tạ Thị Thuý Hương CƠ SỞ ĐẢM BẢO, NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHÉP ĐO ĐỘ TRỊN TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Tạ Thị Thuý Hương CƠ SỞ ĐẢM BẢO, NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHÉP ĐO ĐỘ TRỊN TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Vũ Toàn Thắng TS Nguyễn Cảnh Quang Hà Nội - 2016 GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1- Tính cấp thiết đề tài luận án Trong ngành khí chế tạo bên cạnh việc gia công chi tiết máy đảm bả o yêu cầu kỹ thuật dung sai kích thước, vị trí tương quan u cầu độ xác hình dáng nghiêm ngặt Theo [11] khảo sát có đến 70% sản phẩm khí có dạng trụ trịn độ trịn thơng s ố hình dáng - tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng chi tiết trụ Sai lệch độ tròn ảnh hưởng đến tất chi tiết có chuyển động quay ổ trục máy, trục dao, trục thiết bị đo…Do việc đánh giá sai lệch độ tròn nhiệm vụ thiết yếu, có ý nghĩa quan trọng việc đạo cơng nghệ gia công nhằm đảm bảo chất lượng chi tiết, mang lại giá trị kinh tế Có nhiều phương pháp đo độ tròn phương pháp đo tọa độ cực có ưu điểm vượt trội, phản ánh đầy đủ thông tin chi tiết cần đo như: giá trị biên độ méo, t ần s ố méo, vị trí méo cực đại…Cơ sở đảm bảo cho phép đo bàn quay chi tiết phải có tâm quay cố đị nh, q trình quay tâm quay khơng phải điểm cố định, tức có biến động tâm sai số ổn định tâm ảnh hưởng theo tỉ lệ 1:1 lên giá trị đo Trong điều kiện công nghệ, chế t ạo ổ khí quay dễ đạt định tâm cao loại ổ quay khác Do nghiên cứu chế tạo thực nghiệm ổ khí quay đượ c chọn làm sở bảo đảm độ xác phép đo sai lệch độ trịn luận án Mặt khác trườ ng hợp yêu c ầu độ xác phép đo cao độ xác định tâm ổ quay ho ặc điều kiện gia cơng gặp khó khăn, sử dụng phương pháp kết hợp nhiều đầu đo loại bỏ độ l ệch tâm dao động tâm tức thời nâng cao độ xác cho phép đo Kết hợp lý q trình hồn ch ỉnh n ội dung đề tài luận án “Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ xác cho phép đo độ trịn” 2- Mục đích nội dung nghiên cứu - Mục đích đề tài luận án xây dựng giải pháp nhằm đả m bảo nâng cao độ xác cho phép đo sai lệch độ tròn, làm sở lý thuyết để ứng dụng chế tạo thiết bị đo phục vụ đo lường chi tiết khí Luận án tập trung giải vấn đề sau: - Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp đo độ tròn hệ tọa độ cực, yếu tố ảnh hưởng đến độ xác phép đo - Nghiên cứu, xây d ựng công thức tính tốn thiết kế ổ khí quay, phân tích yếu tố ảnh hưởng, định hướng công nghệ gia công ổ để đảm bảo độ xác định tâm cho phép đo - Nghiên u sở lý thuyết phương pháp kết hợp nhiều đầu đo, ứng dụng điều kiện thiết bị Việt Nam nhằm loại bỏ độ lệch tâm bao gồm độ dao động tâm quay -Thiết kế chế tạo mơ hình thiết bị đo độ tròn kết h ợp nhiều đầu đo để kiểm chứng lý thuyết nêu 3- Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp thiết bị đo độ tròn hệ toạ độ cực để đo độ trịn ngồi chi tiết dạng trụ 4- Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm kiểm chứng 5- Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Sử dụng ổ khí quay làm yếu t ố định tâm kết hợp đầu đo để thu nhận tín hiệu từ chi tiết đo làm sở đảm bảo nâng cao độ xác cho phép đo độ trịn có ý nghĩa thực tiễn bở i điều kiện công nghệ việc gia cơng chế tạo ổ khí dễ đạt độ xác định tâm gia cơng loại ổ quay khác Mặt khác việc thu nhận tín hiệu đồng chi tiết đo từ đồng hồ so Mitutoyo cho kết hình ảnh profile thực khơng cịn lẫn độ lệch tâm bao gồm độ dao động tâm s ẽ nâng cao độ xác cho phép đo, tạo khả làm chủ thiết kế chế tạo thiết bị đo độ tròn đạt độ xác cao, thúc đẩy phát triển khoa học đo lường -Với tất điều kiện có nghiên cứu sinh, luận án nghiên cứu sở học thuật, sở bảo đảm trì độ xác, xây dựng giải pháp phương pháp thiết bị để có khả thiết kế, chế tạo, hiệu chỉnh, sửa chữa… làm chủ thiết bị đo sai lệch độ tròn, kết đo đả m bảo sở khoa h ọc ý nghĩa khoa học luận án viết 6- Bố cục luận án -Nội dung trình bày chương luận án: Chương 1: Tổng quan phép đo độ tròn Chương 2: Đảm bảo độ xác định tâm cho phép đo độ trịn ổ khí quay Chương 3: Nâng cao độ xác phép đo độ trịn phương pháp kết hợp nhiều đầu đo Chương 4: Thực nghiệm kết NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƢƠNG1 TỔNG QUAN VỀ PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN 1.1 Đặt vấn đề Chi tiết dạng trụ tròn chiếm phần lớn chi tiết máy, t thiết b ị nhỏ đến máy công cụ lớn Bên cạnh yêu cầu kỹ thuật dung sai kích thước, vị trí tương quan u cầu độ xác hình dáng chi tiết nghiêm ngặt cỡ từ 0,1 µm đến vài chục µm Các sai số hình dáng bao gồm độ tròn, độ trụ…sai số ảnh hưởng trực tiếp đến chức làm việc chi tiết máy b ộ phận máy Việc xác định xác giá trị sai l ệch có vai trị định đến đánh giá chất lượng sản phẩm, tìm nguyên nhân gây sai lệch can thiệp vào q trình cơng nghệ gia cơng để giả m thiểu sai lệch, đảm bảo chất lượng chi tiết, mang lại hiệu kinh tế 1.2 Các định nghĩa sai lệch độ tròn 1.2.1 Định nghĩa sai lệch độ tròn theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 1.2.2 Định nghĩa sai lệch độ tròn theo tiêu chuẩn Việt Nam Theo tiêu chuẩn ISO 6318-1985 (E) có định nghĩa: LSC, MCC, MIC, MZC Theo TCVN: Sai lệch độ tròn khoảng cách lớn từ điểm Profile thực tới đường trịn áp Cơng thức xác định : m =( Rmax-Rmin) 1.3 Phƣơng pháp đo độ tròn (1.2) Có nhiều phương pháp đo sai lệch độ trịn sử dụng khí: Phương pháp đo dụng cụ cầm tay; phương pháp đo khối V; phương pháp đo máy đo tọa độ; phương pháp đo máy đo độ tròn chuyên dùng sử dụng tọa độ cực…Tuy nhiên phương pháp đo độ tròn máy đo độ trịn chun dùng đạt độ xác cao cả, phương pháp đánh giá đầy đủ thông tin thông số c ần đo, cho hình ảnh trung thực biên dạng tiết diện đo theo góc quay θ, xác định biên độ tần số méo chi tiết đo 1.4 Một số nghiên cứu ngồi nƣớc ổ khí quay phƣơng pháp đo độ tròn kết hợp nhiều đầu đo 1.4.1 Các nghiên cứu lý thuyết tính tốn đệm khí 1.4.2 Các nghiên cứu kết cấu ổ khí quay 1.4.3 Các nghiên cứu kết hợp nhiều đầu đo Trên sở nghiên cứu, tổng hợp cơng trình nghiên cứu ngồi nước cho th nhu cầu đánh giá sai lệch độ tròn lớn Tuy nhiên với cơng trình có nh ững ưu nhược điểm riêng: Các tài liệu chuyên khảo giới trình bày chi ti ết, logic vấn đề nghiên cứu q trình tính toán lại phức tạp, thực phải bổ sung giả thiết, điều kiện ràng buộc để đơn giản hóa tốn Mặt khác có thơng số toán xác định dựa vào quan hệ hệ số bảng thực nghiệm, t ồn t ại sai số kết tính tốn lý thuyết kết thực nghiệm Một số cơng trình khác có sản phẩm thương mại lại cơng bố mang tính chất giới thiệu khơng có tài liệ u thiết kế cơng nghệ cụ thể nên khó áp dụng Trên sở kế thừa nghiên c ứu có, để s ản xuất thiết bị đo độ trịn có độ xác cao nước việc xây dựng giải pháp nhằm đơn giản hóa q trình tính tốn thiết kế xác định đường hướng cơng nghệ cho thiết bị phù hợp với điều kiện Vi ệt Nam nhiệm vụ trọng tâm luận án “Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ xác phép đo độ tròn” 1.5 Kết luận chƣơng Phương pháp đo độ tròn tọa độ cực đạt độ xác cao, đánh giá đầy đủ thơng tin thơng số cần đo, cho hình ảnh tồn diện biên dạng tiết diện đo theo góc quay θ Phương pháp đo t ồn độ lệch tâm bao gồm độ dao động tâm Để đảm bảo độ xác cho phép đo, thiết bị đo độ tròn chuyên dùng phải đảm bảo bàn quay chi ti ết có tâm quay cố định, tâm quay khơng đứng n lượng biến động tâm lẫn vào giá trị đo, ảnh hưởng trực tiếp đến kết qu ả đo, phải t ạo chuyển động quay có độ xác định tâm cao Giải pháp kỹ thuật sử dụng ổ khí quay xem hữu hiệu giải vấn đề định tâm ổ Mặc dù ổ khí quay có độ xác định tâm cao để đạt độ định tâm tuyệt đối khơng có biện pháp cơng nghệ hay loại máy móc gia cơng chế tạo Vì trường hợp u cầu độ xác phép đo độ trịn cao độ xác đị nh tâm ổ quay điều kiện gia cơng ổ quay gặp khó, sử dụng phương pháp bố trí nhiều đầu đo cho kết hợp số đo chúng lượng dao động tâm quay tức thời loại trừ Nghiên cứu xây dựng giải pháp cho thiết bị phương pháp sở lý thuyết để đảm bảo nâng cao độ xác phép đo độ trịn áp dụng điều kiện thực tế cơng nghệ Việt Nam CHƢƠNG 2: ĐẢM BẢO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH TÂM CHO PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN BẰNG Ổ KHÍ QUAY 2.1 Đặt vấn đề Ổ khí quay cấu chuyển động khơng có s ự tiếp xúc khí hai bề mặt trục quay đệm khí ngăn cách lớp màng khí nén với áp suất cao t bar Ổ sử dụng phổ biến cho máy đo sai lệch độ trịn lí sau: - Độ định tâm tốt mang lại độ xác cao - Độ cứng cao, khả tải tốt - Chuyển động không ma sát, độ bền chi tiết cao - Khe hở khớp động không thay đổi suốt trình chuyển động, khả tự cân cao Kết cấu c ổ khí quay gồm có trụ quay hệ thống đệm khí, đệm khí mặt trụ định vị trục quay tạo cân theo phương hướng kính, giúp định tâm ổ Đệm khí ph ẳng định vị mặt đầu tạo cho ổ quay cân b ằng theo phương hướng trục, hạn chế bậc di chuyển dọc trục tạo lực nâng cho ổ 2.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế đệm khí Khơng giống đệm lăn tiếp xúc, đệm khí sử dụng lớp khí nén mỏng có áp lực hai bề mặt phân cách Lớp khí đệm tạo cách cung cấp dịng khí nén áp suất P0 vào đệm khí Khí nén qua đột thắt (lỗ tiết lưu) phân phối vào buồng rãnh chứa khí, hình thành lớp màng khí nén có áp suấ t bề mặt đệm bề mặt dẫn, tạo lực nâng đệm khí lên khỏi bề mặt dẫn khe hở z cân với tải trọng tác động lên đệm khí Lựa chọn kết cấu đệm khí rãnh l ỗ tiết lưu trung tâm để nghiên cứu Sử dụng phương pháp điện khí tương đương xây dựng phương trình lực nâng, phương trình độ cứng, tính tốn áp suất nguồn để tìm mối quan hệ thông số kết cấu, làm sở thiết kế đệm khí Phương trình lực nâng đệm khí phẳng: F P0 Sn x ( L 8.rn.z rn d12 (2.1) 3) 1 x Trong đó: F: lực nâng đệm khí P0: áp suất nguồn cung cấp đệm khí hoạt động Sn: Diện tích ngồi đệm khí : hệ số tỷ lệ sức cản dịng khí với tiết diện chảy z: khe hở lớp đệm khí d1: đường kính tiết lưu rn: bán kính ngồi đệm khí phẳng r0: bán kính rãnh dẫn khí L: chiều dài chảy Phương trình lực nâng đệm khí mặt trụ: F a 0.b0 c c.(a0 P0 b0 ) L d21 a0 b0 2( 1)(2z) 2c a b0 (2.9) Trong đó: a 0, b0: Kích thước chiều rộng chiều dài rãnh dẫn c: chiều dài chảy từ rãnh dẫn bề mặt ngồi đệm khí Kích thƣớc kết cấu đệm khí thiết kế Áp dụng lý thuyết xây dựng kết hợp mô phần mềm Ansys, thiết kế đệm khí rãnh cho ổ chịu tải trọng 500 N, thơng số đệm khí thiết kế sau: - Đệm khí phẳng có kích thước rn = 38 mm, chiều dày đệm 12 mm, bán kính rãnh làm việc r0 = 9.5 mm, chiều sâu rãnh s = 0,3 mm, chiều rộng rãnh r =0,5 mm, đường kính lỗ tiết lưu d =0,5 mm - Đệm khí cong mặt trụ có bán kính R = 57 mm, chiều dài = 92 mm, hai rãnh phân phối khí chữ H có chiều dài 28 mm, chiều rộng rãnh H 12 mm, chiều sâu rãnh s = 0,3 mm, chiều rộng rãnh r =0,5 mm, đường kính lỗ tiết lưu d =0,5 mm ĐỆM KHÍ TRỤ M5 Ø4.3 17±0.1 B 0.5±0.01 R4 Ra 0.32 28±1 12±0.1 28±0.1 01 ±0 0.5 Rz 0.32 ±0.0 Ø0.5 Rz 0.32 90° 13 R5 8± 0.0 0.5±0.01 R4 91 0.3±0 01 25±1 12±0.1 Ø4.3 M5 41 42±0.1 0.5±0.01 0.001 Ø0.5 ±0.01 0.3±0.01 ĐỆM KHÍ PHẲNG 45° Ø24±0.1 B TL 10 : Ø38 Hình 2.18 Kết cấu đệm khí thiết kế Kết cấu ổ khí quay Trục quay Kết cấu ổ khí thiết kế hình 2.19, gồm phần đệm khí trục quay Đệm khí định vị chi tiết tr ục quay khống chế chuyển động theo tr ục x, y, z đảm bảo bậc tự quay quanh trục z đệm khí tr ụ lắp trục quay chia làm t ầng có tác d ụng định vị hướng kính, hạn chế bậc tự do, hai tầng đệm khí bố trí đoạn trụ dài (l ≥ 1,5d) nên đường tâm trục quay định vị Hình 2.19: K ết cấu ổ khí quay ổn định đệm khí phẳng định vị mặt đầu chống di chuyển dọc tr ục đảm bảo lực nâng ổ, l ại bậc tự quay quanh trục z Đây kết cấu đơn giản, đảm bảo khả tải yêu cầu phù hợp với điều kiện cơng nghệ chế tạo Việt Nam Đặc tính làm việc ổ khí phụ thuộc phần lớn vào kết cấu đệm khí cách bố trí đệm trục, kích thước trục quay thường chọn cho có diện tích đủ lớn để định vị đệm khí, đảm bảo khả tải định tâm ổ Bên cạnh chọn kích thước trục cịn phụ thuộc kích thước máy, luận án lựa chọn kích thước trục quay có đường kính D =114 mm, L=190 mm 2.3 Phân tích yếu t ố ảnh hƣởng tới chất lƣợng ổ khí quay định hƣớng công nghệ gia công chi ti ết ổ khí 2.3.1 Xét ảnh hƣởng việc bố trí đệm khí m ặt trụ đến khả định tâm ổ khí Theo [12] để đảm b ảo độ ổn định tâm quay bố trí đệm khí đối xứng quanh trục Chọn phương án bố trí đệm khí quanh trục, xét ảnh hưởng cụ thể méo tới định tâm ổ, từ đưa định hướng cơng nghệ gia cơng chi tiết ổ khí để hạn chế độ dao động tâm 2.3.2 Xét ảnh hƣởng bố trí đệm khí tới độ cứng làm việc ổ khí quay cực Cụ thể chương giải vấn đề ổ khí sau: - Xây dựng lý thuyết tính tốn ổ khí quay với kết cấu đệm khí rãnh phương pháp điện khí tương đương, điều kiện cần để thiết kế ổ khí - Nghiên cứu, phân tích yếu tố ảnh hưởng đến khả làm việc ổ làm sở để thiết kế xây dựng cơng nghệ gia cơng ổ khí quay - Thi ết kế, chế tạo thành cơng ổ khí quay đạt độ xác định tâm µm, với khe hở lm vic t ữ 15 àm, kh nng ti 650N, độ cứng 26N/µm T hồn tồn làm chủ thiết kế công nghệ chế tạo ổ khí có độ xác định tâm cao, khả tải lớn khơng có tiếp xúc khí sản xuất Việt Nam Nghiên cứu, xác lập kỹ thuật tính tốn thiết kế đường hướng cơng nghệ gia cơng ổ khí quay với độ định tâm cao dùng thiết bị đo độ tròn giải pháp mặt thiết bị nhằm đảm bảo độ xác cho phép đo Trên sở sử dụng ổ khí luận án tiếp tục tìm phương pháp nâng cao độ xác cho phép đo CHƢƠNG 3: NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN BẰNG PHƢƠNG PHÁP KẾT HỢP NHIỀU ĐẦU ĐO 3.1.Đặt vấn đề: Phép đo độ tròn hệ tọa độ cực phép đo đạt độ xác cao Trong chương chứng minh sử dụng ổ khí quay giải pháp thích hợp để đảm bảo độ định tâm sở để đảm bảo độ xác cho phép đo độ trịn Tuy nhiên nhiều trường hợp cần nâng cao độ xác cho phép đo (yêu cầu độ xác phép đo cao độ xác định tâm ổ quay) công nghệ gia công ổ quay gặp khó khăn, độ xác định tâm quay khơng đáp ứng mong muốn, với việc sử dụng thiết bị nêu kết hợp với phương pháp nhiều đầu đo loại bỏ độ l ệch tâm độ dao động tâm tức thời Cơ sở ý tưởng trình bày sau: Biến động tâm quay xét trình đo, thời điểm tâm quay ch ỉ có vị trí có độ lệch tâm e Nếu có 10 nhiều đầu đo làm việc e đồng thờ i có mặt số đo chúng, vị trí đầu đo xác định ảnh hưởng e lên số đo xác định Do kết hợp số đo theo tỉ lệ tương ứng với vị trí lượng lệch tâm quay lượng biến động tức th ời tâm quay loại trừ, e s ẽ mặt kết hợp Việc kết hợp thực số đầu đo lớn 3.2 Phƣơng pháp đo độ tròn sử dụng đầu đo 3.2.1 Cơ sở lý thuyết Sai lệch độ tròn thể qua Profile bề mặt hiểu là:Tổng dạng méo c ạnh, cạnh, cạnh….k cạnh Số cạnh l ớn k lấy trước sóng méo sóng nhám.Theo Fourier điều nói viết sau [11]: Biến thiên bán kính: m*(θ) = c sin(2θ + α2) + c 3sin(3θ + α3 ) +….+ cksin(kθ + α k) = k j c j sin( j j) Nếu đặ t đầu đo hướng tâm A quay chi ti ết để θ biến thiên từ ÷ 3600 có i l ần l mẫu Giá trị lý thuyết số đo góc θi viết là: k (3.1) m*A ( i ) a c j sin( j i j) j Cùng với profile số đo đầu đo B đặt trước A góc là: m*B ( i ) b0 k j c j sin( j( i ) j) (3.2) Trong đó: - a 0, b0 sai lệch vị trí gá đặt đầu đo A B so với đường trung bình sóng - c j: biên độ méo thứ j - α2, α , ….αk góc lệch pha sóng tính vị trí ban đầu θ = Trên hình 3.1 mô tả sơ đồ kết hợp đầu đo Số đo lý thuyết phản ánh biến thiên profin t ại A ứng với góc quay mA*( ), chiếu lên OX là: 11 m Ax* ( ) = mA* ( ) (3.3) Số đo phản ánh biến thiên profin B mB* ( + ), chiếu lên OX là: m Bx* ( + ) = mB *( + ).sin ( - 900) (3.4) Trong số đo thực mA( ) mB( + ) Cùng chiếu lên OX ta có : m Ax( ) = mA ( ) (3.5) (3.6) m Bx( + ) = mB ( + ).sin ( - 90 ) Nay tâm O biến thiên lượng e( ) gồm thành phn: (3.7) e e e x y Y Y Đầu ®o B B ey ex A O X ChiÒu quay ey O O1 ex ey ex Đầu đo A X Hình 3.1: Sơ đồ đo độ trịn sử dụng đầu đo Mọi điểm chi tiết nhận biến thiên nên dịch chuyển gây l ệch tâm đầu đo A B tính theo phương OX b ằng ex(θ); (chú ý A e x( ) làm tăng số đo; B ex( ) làm giảm số đo) Theo nguyên lý cộng tác dụng, cân s ố đo thực với số đo lý thuyết có kể đến biến động tâm theo phương OX ta có: (3.8) m Ax*( ) + ex( ) = mAx( ) * mBx ( + ) - ex( ) = mBx ( + ) Cộng vế với vế ta khử biến động tâm ex( ) (3.9) mAx *( ) + mBx*( + ) = mAx( ) + mBx( + ) Sai lệch lý thuyết số đo thực ( ) ( ) * * ( ) = mAx ( ) + mBx ( + ) - [mAx( ) + mBx( + )] 12 Hay: ( ) = mA*( ) + mB* ( + ).sin( - 900) -[mA ( ) + mB( + ).sin( -900)] (3.10) Biến đổi ta có : ( ) = d+c2[sin(2 + 2)+sin( -90 ).sin(2( + )+ )]+ …+cj[sin(j + j)+sin( -900).sin(j( + )+ j )]+ +ck [sin(k + k)+sin( -900).sin(k( + )+ k )] - D( ) (3.14) Cuối ta xác định góc lệch pha biên độ méo chi tiết sau: D aj j arctg psin( j n sin2 j ) + qcos(j j ) 900 (3.35) p cos j q sin j D q cos j p sin j D 3.2.2 Xác định vị trí đặt đầu đo -Để đầu đo A B thu nhận tín hiệu tốt vị trí đặt đầu đo A B là: 900 < < 1800 1800 < < 2700 3.2.3 Đánh giá sai số phƣơng pháp sử dụng đầu đo Theo công thức (3.14) với phương án bố trí đầu đo loại bỏ thành phần lệch tâm e Tuy nhiên với phương án đo việc bố trí vị trí đầu đo hạn chế có số vị trí khử đượ c độ l ệch tâm đồng thời khử méo c ạnh l ẻ Mặt khác tồn lượng sai lệch số đo tính tốn số đo thực tế 3.3 Phƣơng pháp đo độ tròn sử dụng đầu đo 3.3.1 Cơ sở lý thuyết Trên hình (3.4) sử dụng đầu đo đặt cố định với góc , quanh chi tiết đo [42] Giả sử O điểm giao đầu đo gần tâm quay chi tiết Các tọa độ x, y cố định hình vẽ Gọi P điểm đo biên ng chi tiết sai lệch độ tròn ký hiệ u hàm r( ), góc điểm P trục X, cịn , góc đầu đo dịch chuyển 13 Hình 3.4: Sơ đồ đo độ tròn sử dụng ba đầu đo dịch chuyể n[42] Các đầu đo dịch chuyển xác định hàm m A( ), mB( ), mC( ) tương ứng với tín hiệu đo xác định sau: mA( )= r( )+eX ( ) (3.36) mB( )=r( - )+e ( ).sin +e ( ).cos (3.37) Y X mC( )=r( - )+e (3.38) Y( ).sin +e X ( ).cos Ở eX( ), eY( ) sai số độ lệch tâm & độ dao động tâm tương ứng theo phương x y Khi tâm O1 chi tiết lệch so với tâm quay O2 lượng e hình 3.5, thành phần eY làm đầu đo B tăng lên lượng tương ứng với góc làm đầu đo C giảm lượng tương ứng với góc , kết hợp đầu đo khử eY Hình 3.5 Khi tâm chi tiết lệch so với tâm quay Thành phần eX làm đầu đo B C giảm lượng tương ứng góc , đầu đo A tăng lên lượng Xe, kết hợp đầu đo khử thành phần eX Trong luận án s ẽ đưa phương pháp biến đổi giải tích để tìm biên độ méo ci 14 Biên dạng chi tiết đo r( ) tổ hợp tần số méo chồng lên nên viết dạng khai triển Fourier [17] sau: r R k i) (3.45) b i sin i (3.46) c i cos(i i ci biên độ méo tần số thứ i r R k i a i cos i Như muốn xác định r( ), ta phải xác định R, ai, bi tần s ố méo i với thông s ố biết trước tín hiệu tổng mt( ) góc quay Kết cuối cùng: N N N mt cos i Ei mt j sin i Fi j N N mt cos i Ei sin i Fi j E i2 Fi E i2 F i (3.64) bi N N mt N sin i Ei j mt cos i Fi j i E Fi N N mt sin i E i cos i Fi j1 Ei2 Fi2 (3.65) Biên độ tần số méo thứ i tính theo cơng thức [17]: a i2 bi2 ci (3.66) Góc lệch pha: (3.67) arctan(bi / a i ) Với xác định biên độ méo ci góc l ệch pha i t ại tần số méo thứ i, ta hoàn toàn xác định biên dạng chi tiết đo i k r R a i cos i bi sin i i Sai lệch độ trịn tính theo cơng thức: m =r( )max- r( )min (3.68) 3.3.2 Xác định vị trí đặt đầu đo Với phương án bố trí đầu đo mặt lý thuyết loại bỏ hồn tồn độ lệch tâm mà khơng phụ thuộc vào công nghệ gia công ổ quay phương án c ũng đưa cách thức đặt đầu đo Để đầu đo lấy tín hiệu t ốt khơng đặt đầu đo cách góc 1200C khử méo số cạnh chẵn 15 3.3.3 Xây dựng mơ hình thực nghiệm đầu đo Trên sở lý thuyết giải pháp sử dụng kết hợp nhiều đầu đo, luận án tiến hành xây dựng mô hình thực nghiệm Trên hình vẽ 3.8 sơ đồ bố trí đầu đo sử dụng đồng hồ so điện t Mitutoyo 543185 [30] làm đầu đo dị ch chuyển lấy tín hiệu đo Ri, góc quay θ i bàn đo xác đị nh encoder góc HE 50B-8-1024-3-N-24 Vi điều khiển Pic hãng Microchip điều khiển trình đo, truyền nhận x lý tín hiệu đồng hồ so encoder góc Ph ần mềm Matlab ứng dụng làm cơng cụ tính tốn, kết nối thiết kế giao diện a)Sơ đồ bố trí đầu đo b) Sơ đồ mơ hình thực nghiệm Hình 3.8: Sơ đồ bố trí kết hợp đầu đo nguyên lý mơ hình thực nghi ệm 3.3.4 Đánh giá sai số mơ hình thiết kế Sau xây dựng mơ hình kết hợp đầu đo, thực đánh giá sai số mơ hình nghiên cứu, bao gồm sai số độ nghiêng chi tiết so với đường tâm quay, sai số góc đặt đầu đo, sai số giới hạn độ phân giải đồng hồ so encoder góc, sai số ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ Đánh giá sai số t ổ ng h ợp t h ợ p: ∆tr = 1,52 m 3.4 Kết luận Với giải pháp kết hợp nhiều đầu đo chứng minh loại độ lệch tâm tức thời khỏi số liệu đo, điều có ý nghĩa lớn 16 việc nâng cao độ xác phép đo độ trịn, đặc biệt chất lượng ổ quay thiết bị đo khơng đả m b ảo, cịn tồn t ại độ dao động tâm trình đo Trên sở ứng dụng phương pháp kết hợp nhiều đầu đo nghiên cứu nước ngoài, luận án dùng biến đổi tốn h ọc để tính biên độ méo ci góc lệch pha α i tần số méo thứ i từ tín hiệu tổng hợ p đầu đo, xác định biên dạng chi tiết đo r( ), từ xác định xác giá trị sai lệch độ tròn với số cạnh méo độ lớn cạnh Thiết lập vị trí đặt đầu đo hai trường hợp sử dụng đầu đo Xây dựng mô hình máy đo độ trịn sử dụng đầu đo với bố trí đầu đo A B cách góc ϕ = 900, đầu đo A C cách góc = 2400 , thực đánh giá sai số mơ hình thiết kế với kết đánh giá sai lệch cho phép mơ hình 1,52µm Tuy có kết cấu phức t ạp so với phương án đầu đo, mơ hình kết hợp ba đầu đo giải pháp hi ệu nhằm nâng cao độ xác cho phép đo có hạn chế mặt cơng nghệ chế t ạo ổ quay, tạo sở lý thuyết cho việc thiết kế chế tạo thiết bị đo độ tròn Việt Nam CHƢƠNG THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QU Ả 4.1.Mơ hình thực nghiệm Trên sở xây dựng lu ận điểm lý thuyết đảm bảo nâng cao độ xác phép đo độ trịn, chương tiến hành thực nghiệm mơ hình máy đo độ trịn sử dụng ổ khí quay định tâm kết hợp đầu đo để kiểm chứng lý thuyết Mơ hình s dụng đồng hồ so điện t Mitutoyo 543-185 làm đầu đo dịch chuyển có độ phân giải 0,001 encoder góc HE 50B-8-1024-3-N-24 17 12 M8x1 13 14 15 16 11 B B M6x0.5 17 10 18 M8x1 19 20 Ø115 H7/g6 482 M10x1 21 22 23 24 25 Hình 4.1 Kết c ấu mơ hình máy đo độ trịn thiết k ế 1.giá đỡ 2.Tấm cố định encoder 3.Gá encoder Khớp nối đàn hồi Tấm đỡ Đệm khí phẳng Đệm khí trụ Bi cầu ϕ10 Miếng đệm 10.Thanh gá đứng 11 Bàn xoay 12 Đồng hồ so 13 Vòng gá đồng hồ so 14 Mẫu đo 15.Thanh ngang 16 Đế bàn xoay 17 Tấm đỡ 18 Bu lơng giữ đệm khí 19 Trục quay 20 Đai ố c giữ đệm khí 21.Vít đế 22 Động 23 Đai ốc giữ đế 24 Puly đai 25 Encoder 4.2 Tiến hành thực nghiệm Mục đích thực nghiệm xác định biên độ tần số méo, áp suất nguồn để đánh giá chức làm việc c mơ hình máy đo độ trịn nghiên cứu, kiểm chứng lý thuyết Các bước thí nghiệ m đo với áp suấ t nguồn bar, 3bar bar chi tiết không chỉnh tâm chỉnh tâm Số liệu thu nhận xử lý đầu đo kết hợp đầu đo Một số hình ảnh kết quả: 18 0.2 Biên độ méo (mm) Đầu đo B 0.15 0.1 0.05 Số cạnh méo 1011121314151617181920 Hình 4.21: Kết biên độ méo tần số méo đầu đo B với áp suất nguồn bar(chưa chỉnh tâm) Hình ảnh đồ thị hình (4.21) cho thấy biên độ c ạnh méo - độ lệch tâm r ất lớn e = 2c1 0,4 mm (bao gồm độ lệch tâm c chi tiết so với bàn đo độ dao động tâm) Các tần số méo c ạnh (phản ảnh độ méo trục quay, độ nghiêng độ val chi tiết đo), ngồi cịn thấy xuất t ần số méo cạnh 3, 4, với biên độ méo trội Tuy nhiên tất biên độ méo cạnh có trị số nhỏ rấ t nhiều so với độ lệch tâm e (max 8,5µm