ĐỒ ÁN MÁY CHÍNH XÁC Thiết kế đồng hồ so chân què

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÁY CHÍNH XÁC Thiết kế đồng hồ so chân què ĐỖ VIỆT HOÀNG hoang dv171340sis hust edu vn Ngành Kỹ thuật cơ khí Chuyên ngành Cơ khí chính xác Quang học Giảng viên. THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỒNG HỒ SO CHÂN QUÈ Yêu cầu thiết kế Các thông số cho trước: Bán kính bánh răng lớn :R_1 ,R_2. Bán kính bánh răng nhỏ là :r_1 , r_2. Bán kính thanh cung răng : B. Chiều dài đầu đo: a. Cánh tay đòn cơ culit : c Khoảng cách hai trục culit: b Dịch chuyển của đầu đo là: s , dịch chuyển của kim chỉ thị là: y. Yêu cầu thiết kế đồng hồ so chân què : Độ phân giải : 0,01 mm Chiều dài đầu đo: 17,4 mm Sai số cho phép : ±9μm Phạm vi đo : 0,8 mm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÁY CHÍNH XÁC Thiết kế đồng hồ so chân què ĐỖ VIỆT HỒNG hoang.dv171340@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật khí Chun ngành Cơ khí xác & Quang học Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Văn Quang Bộ môn: Viện: Abc abc abc abc abc abc abc abc abc Abcb dbdbd HÀ NỘI, 1/2022 Chữ ký GVHD ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Biểu mẫu Đề tài/khóa luận tốt nghiệp theo qui định viện, nhiên cần đảm bảo giáo viên giao đề tài ký ghi rõ họ tên Trường hợp có giáo viên hướng dẫn ký tên Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Đây mục tùy chọn, nên viết phần cảm ơn ngắn gọn, tránh dùng từ sáo rỗng, giới hạn khoảng 100-150 từ Tóm tắt nội dung đồ án Tóm tắt nội dung đồ án tốt nghiệp khoảng tối đa 300 chữ Phần tóm tắt cần nêu ý: vấn đề cần thực hiện; phương pháp thực hiện; công cụ sử dụng (phần mềm, phần cứng…); kết đồ án có phù hợp với vấn đề đặt hay khơng; tính thực tế đồ án, định hướng phát triển mở rộng đồ án (nếu có); kiến thức kỹ mà sinh viên đạt Sinh viên thực Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đo lường .1 1.2 Sự phát triển đồng hồ so 1.3 Phân loại đồng hồ so CHƯƠNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỒNG HỒ SO CHÂN QUÈ .4 2.1 Yêu cầu thiết kế 2.2 Nguyên lý đồng hồ so chân què 2.3 Xác định hàm truyền sai số sơ đồ 2.4 2.5 2.3.1 Xác định hàm truyền 2.3.2 Sai số sơ đồ Xác định thông số cấu .6 2.4.1 Xác định thông số 2.4.2 Sai số hàm truyền: .7 Đánh giá ảnh hưởng sai số đến độ xác 2.5.1 Sai số hình học 2.5.2 Sai số động học truyền bánh 2.6 Độ không đảm bảo đo tổng hợp .10 2.7 Thiết kế lò xo xoắn Acsimet lị xo phẳng cơng xơn tiết diện trịn .11 2.7.1 Lò xo xoắn Acsimet 11 2.7.2 Lị xo phẳng cơng xơn tiết diện trịn 12 2.8 Thơng số bánh 13 2.9 Thang chia thị 15 CHƯƠNG KẾT LUẬN 16 3.1 Kết luận 16 3.2 Hướng phát triển đồ án tương lai 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 PHỤ LỤC 18 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mẫu đồng hồ so thiết kế Federal (1924) Hình 1.2 Đồng hồ so chân què .2 Hình 1.3 Đồng hồ so điện tử Hình 2.1 Nguyên lý đồng hồ so chân què .4 Hình 2.2 Lị xo phẳng cơng xơn 12 DANH MỤC HÌNH VẼ No table of figures entries found CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đo lường Đo lường phần thiếu sống hàng ngày Khi nhìn lại trình phát triển phép đo, người ta thấy liên quan trực tiếp đến tiến nhân loại Ngay từ sơ khai, với bắt đầu nông nghiệp quyền sở hữu đất, yêu cầu đặt cần phải có phương tiện đo để phân chia đất đai Từ đó, tiêu chuẩn thiết bị đo lường ngày phát triển áp dụng rộng rãi Chúng sử dụng để xây dựng cơng trình kiến trúc cổ đại kim tự tháp cơng trình vĩ đại khác từ xưa tới Để khám phá giới, chế tạo thiết bị gia cơng xác, … kỹ thuật đo địi hỏi dụng cụ có độ xác cao cần phát triển thực tế, thiết bị đo mở rộng, nghiên cứu, phát triển theo tiến khoa học nhân loại Trong thời gian gần đây, việc trọng nâng cao chất lượng cạnh tranh quốc tế thúc đẩy nhu cầu đo nhanh xác Máy đo tọa độ (CMM) hệ thống đại phát triển để đáp ứng yêu cầu ngày tăng Tuy nhiên, thiết bị đo sử dụng phổ biến chế tạo, đo lường, kiểm tra, … với độ xác cao đồng hồ so Đồng hồ so thiết bị thường thấy sử dụng ngành cơng nghiệp khí Chúng thường gắn đầu đo thước đo cao, chuyên đo độ thẳng, độ phẳng, … Hoặc dùng để so sánh vị trí độ song son, độ vng góc, độ cơn, độ đảo, độ lệch,… Nhờ vào độ sai số thấp, xác tới từ 0.01mm đến 0.001mm Đồng hồ so sử dụng vị trí yêu cầu độ nhạy cảm cao, đem lại xác cho số liệu với cách thực đơn giản 1.2 Sự phát triển đồng hồ so Đồng hồ so di sản từ nhà sản xuất đồng hồ Châu Âu Vào kỷ 19, nhà sản xuất đồng hồ New England có bước phát triển xa mặt số thị Nó phát triển chủ yếu thiết bị đo để sản xuất đồng hồ xác Tuy nhiên, tính hữu ích rộng rãi ngành công nghiệp công nhận phổ biến rộng rãi sau đó.Theo hồ sơ Văn phịng sáng chế Hoa Kỳ, ngày 15 tháng năm 1883, John Logan Waltham, Massachusetts nộp đơn xin cấp sáng chế cho đồng hồ so mà ông gọi “một cải tiến thiết bị đo lường” Về ngoại hình, cơng cụ khơng khác nhiều so với đồng hồ so tại, chuyển động khác biệt Thay sử dụng giá đỡ bánh răng, Logan sử dụng dây đồng hồ Thụy Sĩ tốt để truyền chuyển động trục tới kim thị Sự hạn chế lượng khuếch đại phương pháp lý mà Logan nhà sản xuất sau chuyển sang cấu bánh cho đồng hồ so đại Nhận thị trường rộng lớn cho đồng hồ so, Frank E Randall mua sáng chế Logan vào năm 1896 Hợp tác với Francis G Stickney, Logan tiến hành sản xuất tiếp thị đồng hồ so Sau đó, B C Ames vào sân với báo kiểu bánh Felix Auerbach, người viết Cơng trình Zeiss Jena, công ty Đức tìm kiếm cơng cụ đo lường có độ xác cao Năm 1890, Giáo sư Ernst Abbe thành lập phận dụng cụ đo lường Zeiss Works Đến năm 1904, Zeiss phát triển số cơng cụ chung đồng hồ so, có báo quay số (Auerbach 1904) Một mẫu đồng hồ so lưu trữ thể hình 1.1 Hình 1.1 Mẫu đồng hồ so thiết kế Federal (1924) Do đó, việc nghiên cứu, thiết kế thiết bị phổ biến khí, chế tạo, đo lường đồng hồ so có tác dụng lớn nhằm củng cố, phát triển tìm hiểu kiến thức thiết kế chế tạo đo lường 1.3 Phân loại đồng hồ so  Đồng hồ so khí Đây mẫu đồng hồ so tiêu chuẩn hình 1.1 Nó thiết kế với đầu đo trục đo không cố định chỗ, giúp di chuyển lên xuống dễ dàng Vạch đo chia thiết bị giao động 0,01mm – 0,002mm và phạm vi đo đo phạm vi từ 0-1mm 1-5mm 1-10mm  Đồng hồ so chân gập Đây gọi đồng hồ so chân què hay đồng hồ so đòn bẩy Dòng sản phẩm sử dụng nguyên lý cộng hưởng đòn bẩy cho khuếch đại chuyển động đầu đo Với thiết kế đầu đo nhỏ gọn, chân đo thay đổi theo góc linh hoạt, thiết bị áp dụng góc đo khó, khơng gian đo giới hạn Hình 1.2 Đồng hồ so chân què  Đồng hồ so điện tử Cũng thiết kế giống đồng hồ dạng kim, nhiên sản phẩm trang bị hình LCD để hiển thị kết đo nhằm giúp người thực đọc kết nhanh chóng Đồng hồ đo điện tử áp dụng loại địa hình mà khơng phụ thuộc vào yếu tố bên ngồi Hình 1.3 Đồng hồ so điện tử CHƯƠNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỒNG HỒ SO CHÂN QUÈ 2.1 Yêu cầu thiết kế   - Các thơng số cho trước: Bán kính bánh lớn : R1 , R2 Bán kính bánh nhỏ :r , r Bán kính cung : B Chiều dài đầu đo: a Cánh tay đòn culit : c Khoảng cách hai trục culit: b Dịch chuyển đầu đo là: s , dịch chuyển kim thị là: y Yêu cầu thiết kế đồng hồ so chân què : Độ phân giải : 0,01 mm Chiều dài đầu đo: 17,4 mm Sai số cho phép : ±9 μm Phạm vi đo : 0,8 mm 2.2 Nguyên lý đồng hồ so chân què Nguyên lý đo đồng hồ so chân què thể hiên hình 2.1 Hình 2.4 Nguyên lý đồng hồ so chân què Theo đó, thân vật đo kết hợp với đầu đo tạo thành cấu sin Khi đầu đo dịch chuyển đoạn S làm đòn bẩy cấu sin quay => làm cấu culit chuyển động =>cung quay theo => bánh nhỏ bán kính r quay làm cho trục quay theo (hình 2.1) => bánh lớn R quay => bánh côn nhỏ r quay => kim thị quay Khi bánh lớn R quay làm bánh nhỏ r quay => lò xo xoắn lại Lị xo xoắn Acsimet có nhiệm vụ làm bánh ăn khớp phía kết hợp với lị xo phẳng kéo đầu đo trở lại vị trí ban đầu, bánh R r2 tiếp xúc phía => khử hành trình chết 2.3 Xác định hàm truyền sai số sơ đồ 2.3.1 Xác định hàm truyền Trong cấu dụng cụ đo (hình 2.1), hàm vị trí phụ thuộc dịch chuyển “S” trục đo đầu vào dịch chuyển “y” đầu Theo yêu cầu thiết kế chọn tỷ số truyền k = 1000 Hàm truyền yêu cầu : y = 1000.S Theo thực tế, với thông số cấu: - a : chiều dài đầu đo - b: khoảng cách trục - c: chiều dài tay quay - B: bán kính cung - R: bán kính bánh lớn - r2: bán kính bánh nhỏ - r1: bán kính bánh trụ - S: dịch chuyển đầu đo Xét cấu Sin, ta có: Góc lệch qua cấu culit: Sau kết hợp với cấu cung răng-bánh có tỷ số truyền kết cấu cung răng- bánh răng, bánh -bánh là: Chiều dài kim thị giả định: L Ta có biểu thức hàm truyền thực tế: Đây hàm truyền lý tưởng Khi xét với dịch chuyển nhỏ: ≈ 2.3.2 Sai số sơ đồ Khai triển Taylor hàm arcsin ta hàm truyền thực tương đương: Ta có sai số sơ đồ: ∆ysd = y - kS Δ y sd=L × [( ( ) ( ) () ( ) ) ]−1000 S R B b S b S b S S S S × × × + × × + × − − × − r2 r1 c a c a 40 c a a a 40 a 2.4 Xác định thông số cấu 2.4.1 Xác định thông số Giả sử chọn các thông số : Tên gọi Ký hiệu Chỉ số Đơn vị Chiều dài đầu đo a 17.4 mm Bán kính cung B 24 mm R 10 mm r1 mm r2 mm Khoảng cách hai gối đỡ culit b 15 mm Chiều dài tay quay c mm Bán kính của các bánh Thông số còn lại ta phải tính là chiều dài của kim đo: L Chọn biểu thức Trebusep: Qua biểu thức sai số sơ đồ: Δ y sd=L × [( ( ) ( ) () ( ) ) ]−1000 S R B b S b S b S S S S × × × + × × + × − − × − r2 r1 c a c a 40 c a a a 40 a Ta thấy biểu thức sai số sơ đồ đối xứng lẻ và không tại giữa miền làm việc nên: Chọn kiểu đa thức: Rn(x), Bậc đa thức: n = Ta có dạng đa thức: R3(x) = Nghiệm đa thức: R3(x) theo bảng (12.2) giáo trình “ Chi tiết cấu xác II”, ta có xk = 0.4641, xk =0.9282 Đổi biến số theo cơng thức (12.28) giáo trình “ Chi tiết cấu xác II “ ta có: Vậy: x= S−0 0,8−0 S= 0,8x Thay thơng số biết vào phương trình sai số sơ đồ ta có Δ y sd=L × [( ( ( ) )]−1000× 0,8 x ) 10 24 15 0,8 x 15 0,8 x 0,8 x 0,8 x × × × + × × − − × 1 a a a a [ Δ y sd= L x 240 x x Tại ( ) ]− 800 x 0,8 x 26 0,8 x + x 17,4 17,4 với xk = 0.4641, xk =0.9282 ta có tìm L = 36,2 mm 2.4.2 Sai số hàm truyền: ( Δ y sd=8688 × arcsin x 0,8 x −arcsin ( −800 x ( 155 × 0.8 ) 17.4 17.4 ) ) Với hàm đa thức bậc chọn Ta có sai số lớn điểm: Xi= 0.1961; 0,7320; Thay giá trị vào biểu thức ∆ysd ta ∆ysd = 1,9 10-4 ; 6,34.10-4; 0,0026 Vậy: 1 Δ×|Δx|max= ×|0.0026−1,9 ×1 0−4|=1,2.1 0−3 (mm) 2 Thỏa mãn sai số yêu cầu 0.7 /100 vạch Vậy: u sd=± Δ y sd =1,2.10−3 2.5 Đánh giá ảnh hưởng sai số đến độ xác 2.5.1 Sai số hình học a Sai lệch chiều dài cánh tay địn: δa Trong : [ ] δy L R = × × B=8688 δa r r Theo tỷ số truyền khâu bị dẫn cấu Sin, culit với cấu bánh hệ thống kim thị, ta có: Suy Pδa =8688 × [ [ ] ] ( 0,8 x ) −2 S S3 −1,6 x −13 × Δa=8688× −13 × Δa 4 17,4 a a 17,4 Chọn độ xác h4 chiều dài a = 17,4mm Ta có ∆a = 0.005mm S = 0.8 mm suy Pδa = -0,004 mm Vậy uδa = ±1/2 Pδa = ±0.002 mm b Sai số vị trí khoảng cách hai trục culit Trong [ ] δy L R = × × B=8688 δb r r Tỷ số truyền khâu bị dẫn cấu Sin, culit với cấu bánh hệ thống kim thị Suy S 0,8 x pδb =8688 × × Δb=8688 × Δb a 17,4 Với khoảng cách trục 15mm cấp xác lựa chọn IT4, ta có ∆b = 0.005 mm S = 0.8 mm Pδb = mm Vậy uδb = ±1/2 Pδb = ± mm c Sai số chiều dài đòn bẩy culit Trong [ ] δy L R = × × B=8688 δc r r Tỷ số truyền khâu bị dẫn cấu Sin, culit với cấu bánh hệ thống kim thị δφ −b × S −15× 0,8 x = = δc a× c 17,4.c Suy pδc =8688 × −15 S 4x × Δc=−8688× Δc 145 17,4 ×5 Với c = 5mm cấp xác IT4, ta có ∆c = 0.004 S= 0.8 mm suy Pδc = -0,96 mm Vậy uδc = ± ½ Pδc = ±0.48 mm 2.5.2 Sai số động học truyền bánh Chọn vật liệu làm bánh dùng đồng hồ so có thơng số: (Bảng 3.6 “ Chi tiết cấu xác I” ) Dạng truyền: Trụ thẳng, bánh Tốc độ vịng (m/s) : Cấp xác: Độ nhám bề mặt : 0,63-2,50 Bánh (mác thép ): thép 55 Bánh (mác thép ): Thép 45 Tính sai số động học bánh răng: F 'ir Ta có: F 'ir =F pk + f f Với: Mô đun bánh phi tiêu chuẩn (