tính toán và thiết kế dụng cụ đo cơ khí phần nghìn milimét

Nhiệm vụ : Thiết kế môn học 1. Đầu đề thiết kế: Tớnh toỏn v thit k dng c o c khớ phn nghỡn milimột 2.Các số liệu ban đầu: Giới hạn đo l = 0 ữ 1mm Giá trị chia một vạch chia C = 2àm Đờng kính thang chia D = 50 mm Khoảng cách giữa hai vạch chia =1,2mm Sai số cho phép [] = 1 àm Lực đo P max =1 ,5 N Giới hạn thay đổi lực đo P = 0,6 N Kích thớc dụng cụ L * B * H = 100 * 60 * 30 Sơ đồ nguyên lý cho trớc 3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: - Giới thiệu nguyên lý làm việc - Tính toán cơ cấu đòn theo điều kiện sai số lý thuyết nhỏ nhất - Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng - Tính toán lò xo lực và lò xo tóc - Xác định sai số đo 5.Các bản vẽ (ghi rõ các loại bản vẽ và kích thớc bản vẽ ) - Bản vẽ sơ đồ nguyên lý (A 1 ). - Bản vẽ kết cấu (A 0 ). - Bản vẽ chi tiết (A 4 ). LờI NóI ĐầU Ngày nay do khoa học phát triển với trình độ cao nên các loại máy móc hiện đã suất hiện ngày càng nhiều đặc biệt là trong vấn đề cơ khí chế tạo máy. Do áp 1 dụng đợc nhiều phơng pháp tiên tiến vào sản xuất để nâng cao năng suất lao động cũng nh chất lợng sản phẩm. Do đó các chi tiết sản xuất ra rất đa dạng và phong phú mặt khác các chiết máy đợc gia công với yêu cầu là phải đạt độ chính xác nhất định. Đó là một yêu cầu hết sức quan trọng bởi vì độ chính xác của chi tiết máy ảnh hởng trực tiếp tới chất lợng và tuổi thọ của toàn máy móc mặt khác nó đánh giá sự phát triển của nền sản xuất công nghiệp chế tạo nói chung. Để đáp ứng nhu cầu sản xuất cơ khí nhằm đạt đợc năng suất lao động ngày càng cao. Để giải quyết vấn đề đó ngành Chế tạo máy nói chung và ngành Máy chính xác nói riêng đã chế tạo ra nhiều máy móc và dụng cụ khác nhau có độ chính xác và độ tin cậy cao nhằm mục đích để kiểm tra chất lợng của chi tiết sau khi gia công (Kiểm tra đọ chính xác sau khi gia công). Một trong những dụng cụ đó là đồng hồ so cơ khí phần nghìn milimét (Đồng hồ so Mỉcômét). Đồng hồ so Mỉcômét có nhiệm vụ biến dịch chuyển thẳng ở đầu đo thành dịch chuyển góc của kim chỉ thị. Bằng những kiến thức đã tiếp thu đợc cùng với sự hớngdẫn nhiệt tình của thâỳ giáo em đã nắm đợc phơng pháp thiết kế dụng cụ và thiết bị chính xác Qua đó em đã tính toán thiết kế dụng cụ đo cơ khí phần nghìn milimét Tính toán thiết kế các thông số hình học vá động học sao cho sai số hệ thống ảnh hởng không lớn đến độ chính xác của phép đo Dụng cụ đo phảI có khích thớc gọn nhẹ,thao tác dễ dàng Phần thứ nhất: Sơ đồ nguyên lý và thuyết minh tóm tắt 1. Sơ đồ nguyên lý của đồng hồ so Micrômét có dạng nh hình vẽ. 2 z 3 6 10 9 8 7 5 4 z 2 2 1 2' 3 z 1 2. Thuyết minh tóm tắt nguyên lý làm việc của đồng hồ so. Đồng hồ so cơ khí phần nghìn minimet dùng để đo với độ chính xác rất cao. Khi thay đổi kích thớc đo làm cho trục đo 1 dịch chuyển theo . Việc truyền chuyển động từ trục đo 1 tới kim chỉ thị 4 đợc thực hiện nhờ xích động học gồm có: - Cơ cấu sin 1-2. - Cơ cấu cu lít có tay quay chủ động, đIểm tiếp xúc của đòn bẩy với bề mặt làm việc của cu lít ở phía ngoài khoảng cách giữa hai trục quay 2-3. - Bộ truyền bánh răng Z 1 Z 2 và Z 3 Z 4 . Kim chỉ thị 4 đợc gắn với bánh răng Z 4 , khi kim chỉ thị 4 quay đi một vòng thì trên bảng chia phụ kim chỉ thị 5 quay đi một vạch. Kim chỉ thị 5 đợc gắn với bánh răng Z 5 và ăn khớp với bánh răng Z 4 . Sự khép kín lực của chuỗi động học đợc thực hiện nhờ lò xo xoắn acximét 6 và lực đo đợc tạo thành bởi lò xo tạo áp lực 8. Các cơ cấu đợc lắp trên bảng máy và đợc gắn trên vỏ 7. Việc đIều chỉnh cơ cấu đợc thực hiện bởi chốt lệnh tâm đợc gắn trên đòn 2 và làm thay đổi chiều dài đòn của cơ cấu sin và tấm gá. Do đó làm thay đổi vị trí góc của đòn 3 của cơ cấu cu lít. Việc nâng hạ đầu đo 1 đợc thực hiện nhờ cơ cấu chêm 10 và thanh đẩy 9. 3 Phần thứ hai : Tính toán cơ cấu đòn theo điều kiện sai số nhỏ nhất 1. Xác định hàm vị trí của cơ cấu. Để tìm hàm vị trí của cơ cấu, tức là quan hệ giữa dịch chuyển của khâu dẫn S (dịch chuyển của trục đo 1) và dịch chuyển của khâu bị dẫn S bd (dịch chuyển của kim chỉ thị 3). Xem hình vẽ dới đây. Trong đó: - r : Bán kính tay quay của cơ cấu sin. - R : Bán kính đòn của cơ cấu cu lít. - 1 : Khoảng cách giữa hai trục quay. - : Góc quay của cơ cấu sin. - : Góc quay của cơ cấu cu lít. Xét cơ cấu sin ta có: Theo công thức II 2 . (I/16) Ta có: =arcsin r S (1) Xét cơ cấu cu lít: Ta thấy cơ cấu cu lít có đòn bẩy chủ động, đIểm tiếp xúc ở phía ngoài khoảng cách giữa hai trục quay. Do đó theo công thức: II 25 (độ chính xác truyền động cơ cấu) 4 = arctg cos sin* lR l + (2) Từ phơng trình (1) và phơng trình (2) ta có quan hệ giữa và nh sau: = arctg cos sin* lR l + = arctg r S r S R r S l arcsin 11 2 2 2 + Khai triển biểu thức trên theo chuỗi Taylor ta có: = ( ) ( ) * 1 * 3 1 1 * 2 1 * 1 3 3 3 32 ++ + r S R R R R r S R R Quan hệ gia dịch chuyển đầu kim S bd và dịch chuyển của trục đo S là: S bd = L k . i 41. Trong đó: L k : Chiều dài của kim chỉ thị. I 41 : Tỷ số truyền của các cặp bánh răng ăn khớp. I 41 = 42 31 * * ZZ ZZ Vậy ta có: S bd = L k * 42 31 * * ZZ ZZ * (3) Vậy hàm vị trí của cơ cấu có dạng: S bd =L k * 42 31 * * ZZ ZZ * ( ) ( ) + + *] 1 * 3 1 1 * 2 1 [* 1 3 3 3 3 2 2 r S R R R R r S R R 5 Theo đề ra ta có S = [- 0.5 0.5] mà r >> S do đó ta có thể bỏ các thành phần có số mũ lớn hơn 3 của biểu thức hàm vị trí của cơ cấu khai triển theo chuỗi Taylor. Vậy hàm vị trí của cơ cấu có dạng: S bd =L k * 42 31 * * ZZ ZZ * ( ) ( ) + + *] 1 * 3 1 1 * 2 1 [* 1 3 3 3 3 2 2 r S R R R R r S R R (4) 2.Biểu thức sai số lý thuyết (Sai số sơ đồ) của cơ cấu: Theo công thức II (I/10). S sd = S bd S 0bd (5) Trong đó: S bd : Chuyển vị của khâu bị dẫn thực hiện. S 0bd : Chuyển vị của khâu bị dẫn yêu cầu. Theo đề ra ta có: = 1200 àm, C = 2 àm. S 0bd = K .S = SSS C *600* 2 1200 * == (6) Mặt khác ta có: S sd = S bd S 0bd S bd = L k * 42 31 * * ZZ ZZ * ( ) ( ) + + *] 1 * 3 1 1 * 2 1 [* 1 3 3 3 3 2 2 r S R R R R r S R R - 600*S (7) Trong biểu thức của sai số sơ đồ ta chọn trớc các thông số sau đây: - Chiều dài kim chỉ thị : L k - Bán kính đòn của cơ cấu cu lít : R - Khoảng cách giữa hai trục quay : l - Số răng của các bánh răng : Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4. Dựa vào số liệu cho trớc và tỷ số truyền giới hạn của bộ truyền bánh răng. Chọn loại bánh răng ăn khớp thân khai vì có tỷ số truyền cố định không có dao động gây sai số. 6 Giả sử ta chọn : Tên gọi Ký hiệu Chỉ số Đơn vị Bán kính kim L k 25 Mm Bán kính đòn của cơ cấu cu lít R 20 Mm Khoảng cách giữa hai trục quay L 10 Mm Số răng của các bánh răng Z 1 240 Răng Z 2 20 Răng Z 3 100 Răng Z 4 20 Răng Thông số còn lại ta cần phải tính là bán kính tay quay của cơ cấu sin: r 3.Chọn kiểu đa thức Trebsép. Qua biểu thức sai số sơ đồ của cơ cấu : S r S R R r S R R R R ZZ ZZ L S k sd 600}** 3 1 * 2 1 * 1 {* * * * 3 3 3 3 2 2 42 31 )1()1( + = Ta thấy biểu thức sai số sơ đồ đối xứng lẻ và bằng 0 tại điểm giữa miền làm việc. (S bd = 0 khi S = 0) nên ta chọn kiểu đa thức Trebsép P n (x) với số bậc n = 3. Tra bảng III 2 (I/63 - Độ chính xác truyền động cơ cấu) P n (x) = P 3 (x) = x 3 - 0,75 . x Miền làm việc của x là: x [-1, 1]. 4. Giải bài toán theo phơng pháp nội suy: Ta có: P(x) = X 3 0,75 X X 1 = 0 ; X 2 = 0.866 ; X 3 =- 0.866 Giá trị dịch chuyển kim tại điểm X 23 là lớn nhất: Ta có: S = 0.866 * S m = 0.866 * 0.5 = 0.433 (mm). Kết hợp với: R = 20 (mm) L = 10 (mm) Thay vào phơng trình sai số sơ đồ (7). 7 ( ) S r S lR R lR R r S lR R ZZ ZZ LS ksd *600}*])(* 3 1 * 2 1 [** . . {* 3 3 3 2 2 42 31 + = Thay các số liệu vào biểu thức sai số sơ đồ ta có: ] S r S r S S sd 600}* 1020 20 * 3 1 ) 1020 20 (* 2 1 [* 1020 20 { 20*20 100*240 *25 3 3 3 2 + = Giải phơng trình 0)( = Ksd SS để tìm thông số r. Một cách gần đúng (bỏ qua thành phần bậc 3 của r) ta có: r= 5,72958 (mm). Thay r = 5,72958(mm) vào thành phần bậc 3 tính lại ta đợc giá trị của thông số r: r = 5,74599(mm) Vậy ta lấy: r = 5,746(mm). 5. Xác định sai số sơ đồ lớn nhất ( max sd S ) và đánh giá kết quả. Vì dùng phơng pháp nội suy nên điều kiện để đánh giá kết quả là: [ ] ữ *) 5 2 3 2 (max sd S Theo đề ra ta có: [ ] 1 = ( m à ) Thay các thông số cơ cấu vào biểu thức SSiLSS Ksd *600)(*)( 41 = Thay số và khảo sát giá trị của sai số sơ đồ trong miền làm việc của S S = [-1 1] Ta thấy giá trị lớn nhất tại 2 giá trị lớn nhất của S. Vậy sai số sơ đồ lớn nhất là: )4,06667,0() 5 2 3 2 (37997,0 max ữ=ữ<= sd S Tên gọi Ký hiệu Chỉ số Đơn vị Bán kính kim L k 25 mm Bán kính đòn của cơ cấu cu lít R 20 mm Khoảng cách giữa hai trục quay l 10 mm Bán kính tay quay của cơ cấu sin r 5,746 mm Số răng của các bánh răng Z 1 240 răng Z 2 20 răng Z 3 100 răng 8 Z 4 20 răng Phần thứ ba: Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng Chọn tất cả các bánh răng trong cơ cấu là loại bánh răng ăn khớp thân khai. Chọn mô đun của bánh răng là: m = 0,2 (mm). Theo công thức trong phần tính toán bộ truyền bánh răng Chi tiết máy ta có. Bớc răng trên vòng chia của các bánh răng là: T = .m = 3,1415 . 0,2 = 0,628. 1. Tính toán các thông số của bánh răng S 1. Số răng: Z 1 = 240 ; m = 0,2. Khi S d = [00,5] thì kim quay đi 5 vòng ứng với góc quay là: 0 0 41 0 30 60 18005360 == = i Nh vậy ta chọn góc ở tâm cung răng Z 1 là 40 o . Đờng kính vòng chân của bánh răng Z 1 là: D 1 = m . Z 1 = 0,2 . 240 = 48 (mm) Bán kính vòng chân của bánh răng Z 1 là: R i1 = 75,232,0*25,1 2 48 .25,1 2 1 == m D . (mm) Bán kính vòng đỉnh của bánh răng Z 1 là: R e1 = )(25,242,0 2 48 2 1 mmm D =+=+ Chiều cao của răng là: h = 2,25 . m (mm) H = 2,25 . 0,2 = 0,45 (mm) 2.Tính toán bánh răng Z 2 Số răng: Z 2 = 20 Đờng kính vòng chia: D 2 = m . Z = 0,2 . 20 = 4 (mm) Bán kính vòng chân răng: R 12 = )(75,125,00,2.25,1 2 2 mmm D == . Bán kính vòng đỉnh: R e2 = )(2,22,00,2 2 2 mmm D =+=+ Chiều cao của răng: h = 2,25 . m = 2,25 . 0,2 = 0,45 (mm) 9 3.Tính toán bánh răng Z 3 Số răng: Z 3 = 100 Đờng kính vòng chia: D 3 = m . Z 3 = 0,2 . 100 = 20 (mm) Bán kính vòng chân răng: R i3 = 2 3 D - 1,25 . m = 9,75 (mm) Bán kính vòng đỉnh: R e3 = 2,10 2 3 =+ m D (mm) 4.Tính toán bánh răng Z 4 Số răng: Z 4 = 20 Đờng kính vòng chia: D 4 = m . Z 4 = 0,2 . 20 = 4 (mm) Bán kính vòng chân răng: R i4 = 2 4 D + m = 2,0 + 0,2 = 2,2 (mm) Chiều cao của răng: h = 2,25 . m = 2,25 . 0,2 = 0,45 (mm) Bán kính vòng đỉnh: R e3 = 2,10 2 3 =+ m D (mm) 5. Kiểm nghiệm độ bền bánh răng Z 1 ,Z 2. Tính mô men xoắn: Vì áp lực trên đầu đo là 1,5 N và áp lực lớn nhất là P = 1,5 + 0,6= 2,1 N Mô men xoắn trên bánh răng 1 là: M 1 = )(033,6 20 )1020.(746,5 1,2 )1.(. Nmm R RrP = = Tính cả tổn hao do ma sát trong các cơ cấu và ổ trục, ta lấy M 1 = 10 Nmm b) Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc: Khoảng cách trục: a = r 1 + r 2 = 26 2 448 2 21 = + = + DD (mm) Chọn vật liệu: Đồng thanh E = 10 5 (N/mm 2 ) b = 100 (N/mm 2 ). [ k ] =145 (N/mm 2 ) [ 1 ] =35 (N/mm 2 ) Mô đun đàn hồi tơng đơng: E n = 5 10 2 == + E EE EE ( N/mm 2 ) Chọn 05,0 == a b 10 [...]... 9 2 .Tính toán bánh răng Z2 .9 3 .Tính toán bánh răng Z3 10 4 .Tính toán bánh răng Z4 .10 5 Kiểm nghiệm độ bền bánh răng Z1,Z2 10 Phần thứ t: Tính toán lò xo lực và lò so xoắn acsimet 12 1 .Tính lò xo lực chịu kéo: 12 2 .Tính toán lò xo xoắn acsimet 13 3 .Tính chính xác đờng kính thang chia .14 Phần thứ năm: Tính sai số đo ... 85 80 70 75 50 100 20 Phần thứ hai : Tính toán cơ cấu đòn theo điều kiện sai số nhỏ nhất 4 1 Xác định hàm vị trí của cơ cấu 4 2.Biểu thức sai số lý thuyết (Sai số sơ đồ) của cơ cấu: 6 3.Chọn kiểu đa thức Trebsép 7 4 Giải bài toán theo phơng pháp nội suy: .7 .9 Phần thứ ba: Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng .9 1 Tính toán các thông số của... 45.84(mm) 3,14159 Tính toán thang chia phụ: Vì đồng hồ quay đi tổng cộng là 5 vòng do đó ta cần chọn một cơ cấu đếm số vòng quay khi kim dài quay kết 1 vòng Ta chia bảng chia phụ thành 12 phần, khi kim dài quay hết 1 vòng thì kim ngắn quay đi 2 vạch (đánh số từ 0 đến 6) Chọn kim ngắn có bán kính là 5 (mm), do vậy ta chọn đờng kính bảng chia phụ la 12 (mm) Sau khi tính toán và thiết kế ta có hình vẽ... 15 Phần thứ năm: Tính sai số đo 1.Đối với cơ cấu sin: Sai số chiều dài cánh tay đòn r, , Theo công thức phần 5 quyển (I/165) Px = * r o r Ta có: (11) Là tỷ số truyền của khâu bị dẫn của cơ cấu sin với toàn bộ cơ r o Trong đó: cấu đòn và cơ cấu bánh răng l 10 = + 1 * i 41 * Lk = + 1 * 60 * 25 = 2100 r o R 25 Px = 2100 * r Với cơ cấu sin khâu dẫn là... đợc vào biểu thức : C2 = -22,715 * 1 + 3,726 * l - 25,24 * 2 C2 = -22,715 *0,0058+ 3,726 * 0,05 - 25,24 * 0,0058 =0,082 Vậy sai số tổng cộng của cơ cấu là: = Ssdmax + 0,75*C2 = 0,379 + 0,75*(0,082) =0,4405 (àm) Ta thấy . thâỳ giáo em đã nắm đợc phơng pháp thiết kế dụng cụ và thiết bị chính xác Qua đó em đã tính toán thiết kế dụng cụ đo cơ khí phần nghìn milimét Tính toán thiết kế các thông số hình học vá động. lý làm việc - Tính toán cơ cấu đòn theo điều kiện sai số lý thuyết nhỏ nhất - Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng - Tính toán lò xo lực và lò xo tóc - Xác định sai số đo 5.Các bản vẽ. bảng chia phụ la 12 (mm). Sau khi tính toán và thiết kế ta có hình vẽ sau: 15 0 Phần thứ năm: Tính sai số đo 1.Đối với cơ cấu sin: Sai số chiều dài