kỹ thuật đo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO Biên soạn: NGUYỄN VĂN TƯỜNG Nha Trang, 2012 1 LƯU Ý KHI SỬ DỤNG BÀI GIẢNG 1. Một số hình vẽ trong bài giảng được lấy từ tài liệu nước ngoài có tiêu chuẩn hơi khác so với tiêu chuẩn Việt Nam. Do đó bạn đọc cần lưu ý đến đường nét, kích thước và cách ghi dung sai và chỉnh sửa cho phù hợp với tiêu chuẩn của nước ta. 2. Bài giảng được sử dụng kèm với các bảng tra dung sai. Bạn đọc tự tìm các bảng tra dung sai trong các tài liệu chuyên về dung sai và lắp ghép để làm bài tập. 2 Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DUNG SAI 1.1 KHÁI NIỆM VỀ TÍNH ĐỔI LẪN Tính đổi lẫn của loại chi tiết là khả năng thay thế cho nhau, không cần lựa chọn và sữa chữa gì thêm mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm đã qui định. Trong một loạt chi tiết cùng loại, nếu các chi tiết đều có thể đổi lẫn cho nhau thì loạt chi tiết đó đạt được tính đổi lẫn hoàn tòan; nếu một trong số các chi tiết ấy không thể đổi lẫn cho nhau được thì loạt chi tiết đó chỉ đạt được tính đổi lẫn không hoàn toàn. Các chi tiết có tính đổi lẫn phải giống nhau về hình dạng, kích thước, hoặc chỉ được khác nhau trong một phạm vi cho phép. Phạm vi cho phép đó được gọi là dung sai. Vậy yếu tố quyết định đến tính đổi lẫn là dung sai. Ý nghĩa thực tiễn của tính đổi lẫn: - Trong sản xuất, tính đổi lẫn của chi tiết làm đơn giản hóa qúa trình lắp ráp. Trong sửa chữa, nếu thay thế một chi tiết bị hỏng bằng một chi tiế dự trữ cùng loại thì máy có thể làm việc được ngay, giảm thời gian ngừng máy. - Về mặt công nghệ, nếu các chi tiết được thiết kế và chế tạo đảm bảo tính đỗi lẫn sẽ tạo điều kiện hợp tác hóa, chuyên môn hóa, tạo điều kiện để áp dụng kỹ thuật tiên tiến, tổ chức sản xuất hợp lý, nâng cao năng suất và chất lượng, hạ giá thành sản phẩm. 1.2 KHÁI NIỆM VỀ KÍCH THƯỚC, SAI LỆCH CƠ BẢN VÀ DUNG SAI 1.2.1 Kích thước Kích thước là giá trị bằng số của đại lượng đo chiều dài (đường kính, chiều dài,…) theo đơn vị đo được chọn. Trong công nghệ chế tạo cơ khí, đơn vị đo thường dùng là milimét và qui ước không ghi chữ “mm” trên bản vẽ. Dãy kích thước thẳng tiêu chuẩn: Để thống nhất hóa và tiêu chuẩn hóa kích thước chi tiết và lắp ghép người ta lập ra 4 dãy số ưu tiên kí hiệu là R a 5, R a 10, R a 20, R a 40 (xem bảng tra trong các tài liệu về Dung sai). Khi thiết kế chế tạo chi tiết và sản phẩm, các kích thước thẳng danh nghĩa của chúng được chọn theo giá trị của các dãy số ưu tiên và phải ưu tiên chọn trong dãy có độ chia lớn nhất. Việc chọn các kích thước danh nghĩa của chi tiết theo tiêu chuẩn nhằm giảm bới số loại, kích cỡ của chi tiết và sản phẩm, do đó cũng làm giảm số loại, kích cỡ của các trang bị công nghệ như dụng cụ cắt, dụng cụ đo. Số loại giảm thì sản lượng của từng loại sẽ tăng, quá trình sản xuất đạt hiệu quả cao. 1.2.2 Kích thước danh nghĩa Kích thước danh nghĩa là kích thước được xác định bằng tính toán dựa vào chức năng chi tiết, sau đó quy tròn (về phía lớn lên) với chỉ số gần nhất của kích thước có trong bảng tiêu chuẩn. Kích thước danh nghĩa dùng để xác định các kích thước giới hạn và tính sai lệch. Kích thước danh nghĩa của chi tiết lỗ kí hiệu là D, chi tiết trục kí hiệu là d. 1.2.3 Kích thước thực Kích thước thực là kích thước nhận được từ kết quả đo với sai số cho phép. 3 Ví dụ: khi đo kích thước chi tiết trục bằng panme có giá trị vạch chia là 0,01 mm, kết quả đo nhận được là 24,98mm, thì kích thước thực của chi tiết trục là 24,98mm với sai số cho phép là ± 0,01mm. Kích thước thực của chi tiết lỗ kí hiệu là D t , chi tiết trục kí hiệu là d t . 1.2.4 Kích thước giới hạn Khi gia công bất kỳ một kích thước bất kỳ của một chi tiết nào đó, ta cần phải qui định một phạm vi cho phép của sai số chế tạo kích thước đó. Phạm vi cho phép ấy được giới hạn bởi hai kích thước qui định gọi là kích thước giới hạn. Vậy có hai kích thước giới hạn: D max , d max : kích thước giới hạn lớn nhất của lỗ và trục. D min , d min : kích thước giới hạn nhỏ nhất của lỗ và trục. Phạm vi cho phép phải qui định sao cho chi tiết đạt được tính đổi lẫn về phương diện kích thước. Chi tiết đạt yêu cầu khi kích thước thực thỏa mãn điều kiện sau: D min ≤ D t ≤ D max d min ≤ d t ≤ d max 1.2.5 Sai lệch giới hạn Sai lệch giới hạn là sai lệch của các kích thước giới hạn so với kích thước danh nghĩa. Sai lệch giới hạn gồm sai lệch giới hạn trên (es, ES) và sai lệch giới hạn dưới (ei, EI). Sai lệch giới hạn trên của chi tiết trục: es = d max – d Sai lệch giới hạn trên của chi tiết lỗ: ES = D max – D Sai lệch giới hạn dưới của chi tiết trục: ei = d min – d Sai lệch giới hạn dưới của chi tiết lỗ: EI = D min – D Tùy theo giá trị của kích thước giới hạn và kích thước danh nghĩa mà sai lệch có thể âm, dương hoặc bằng không. 1.2.6 Dung sai Vậy dung sai là hiệu giữa kích thước giới hạn lớn nhất với kích thước giới hạn nhỏ nhất. Kí hiệu: T Dung sai chi tiết lỗ: T D = D max – D min = ES – EI Dung sai chi tiết trục: T d = d max - d min = es – ei Chú ý: T luôn luôn dương. Trị số dung sai lớn thì độ chính xác của chi tiết thấp và ngược lại. Ví dụ: Gia công chi tiết lỗ có D max = 50,050mm, D min = 50,030 mm. Tính dung sai của chi tiết. Nếu người thợ gia công đạt kích thước 50,00 mm thì chi tiết có đạt yêu cầu không. Giải: Ta có: T D = D max – D min = 50,050 – 50,030 = 0,020 mm77 Kích thước gia công đạt 50,00 mm là kích thước thực: D t = 50,00 mm < D min = 50,030 mm Vậy chi tiết không đạt yêu cầu. 4 1.2.7 Sai lệch thực, sai lệch cơ bản Sai lệch thực là hiệu đại số giữa kích thước thực và kích thước danh nghĩa. Sai lệch cơ bản là một trong hai sai lệch (trên hoặc dưới) dùng để xác định vị trí của miền dung sai so với đường không. TCVN qui định sai lệch gần với đường không là sai lệch cơ bản. Đường không là đường biểu thị vị trí kích thước danh nghĩa. Khi biểu diễn sơ đồ phân bố dung sai và lắp ghép thì sai lệch dương đặt ở phía trên đường không, sai lệch âm đặt ở phía dưới. Miền dung sai là miền được giới hạn bởi sai lệch trên và sai lệch dưới. Miền giá trị dung sai xác định trị số và sự phân bố dung sai tương đối so với kích thước danh nghĩa. Ví dụ: một chi tiết trục có d = 50 mm, d max = 50,055 mm, d min = 49,985 mm. Tính trị số sai lệch giới hạn trên, sai lệch giới hạn dưới và dung sai của trục. Giải: Ta co: es = d max – d = 50,055 – 50 = 0,055 mm ei = d min – d = 49,985 – 50 = - 0,015 mm T d = es – ei = 0,055 – (- 0,015) = 0,070 mm. 1.3 ĐIỀU KIỆN VẬT LIỆU 1.3.1 Điều kiện vật liệu lớn nhất (MMC) Điều kiện vật liệu lớn nhất là điều kiện của chi tiết hoặc đối tượng đạt lượng vật liệu lớn nhất, ví dụ lỗ có kích thước nhỏ nhất hoặc trục có kích thước lớn nhất. Trên bản vẽ kỹ thuật, điều kiện vật liệu lớn nhất được ký hiệu bằng chữ M trong vòng tròn m (hình 1.1). Ở ví dụ này, kích thước của của phần hình trụ ứng với MMC là 150 mm. 1.3.2 Điều kiện vật liệu nhỏ nhất (LMC) Điều kiện vật liệu nhỏ nhất là điều kiện của chi tiết hoặc đối tượng đạt lượng vật liệu bé nhất, ví dụ lỗ có kích thước lớn nhất hoặc trục có kích thước nhỏ nhất. Trên bản vẽ kỹ thuật, điều kiện vật liệu lớn nhất được ký hiệu bằng chữ L trong vòng tròn l. 1.4 LẮP GHÉP VÀ CÁC LOẠI LẮP GHÉP 1.4.1 Khái niệm về lắp ghép Thông thường các chi tiết đứng riêng biệt thì không có công dụng gì cả, chỉ khi phối hợp với nhau chúng mới có công dụng. Sự phối hợp các chi tiết với nhau (như đai ốc vặn vào bu lông để kẹp chặt…) tạo thành những mối ghép. Trong các mối ghép có những bề mặt và những kích thước mà dựa theo chúng để lắp ghép với nhau. những bề mặt và kích thước đó được gọi là bề mặt lắp ghép và kích thước lắp ghép. Các bề mặt lắp ghép được chia làm hai loại: bề mặt bao (chi tiết 1 trên hình 1.2) và bề mặt bị bao (chi tiết 2 hình 1.2). Mối lắp ghép bao giờ cũng có chung một kích thước danh nghĩa cho cả chi tiết và gọi là kích thước danh nghĩa của lắp ghép. Hình 1.1 5 Hình 1.2 Các mối ghép trong chế tạo máy được phân thành: - Lắp ghép bề mặt trơn: + Lắp ghép trụ trơn: bề mặt lắp ghép là bề mặt trụ trơn. + Lắp ghép phẳng: bề mặt lắp ghép là bề mặt phẳng. - Lắp ghép ren. - Lắp ghép truyền động bánh răng. 1.4.2 Các loại lắp ghép bề mặt trơn Đặc tính của lắp ghép bề mặt trơn được xác định bởi hiệu số của kích thước bao và kích thước bị bao trong lắp ghép. Nếu hiệu số đó dương thì lắp ghép có độ hở; nếu hiệu số đó âm thì lắp ghép có độ dôi. Để đánh giá độ chính xác của mối ghép người ta dùng khái niệm dung sai của lắp ghép. Đó là dung sai độ hở (T S ) trong lắp ghép có độ hở hoặc dung sai độ dôi (T N ) trong lắp ghép có độ dôi. 1. Lắp ghép có độ hở (hình 1.3) Lắp ghép có độ hở còn được gọi là lắp lỏng. Trong mối ghép này kích thước lỗ luôn lớn hơn kích thước thực. Độ hở trong lắp ghép đặc trưng cho sự chuyển động tương đối giữa hai chi tiết trong lắp ghép. Độ hở càng lớn thì khả năng dịch chuyển tương đối càng lớn và ngược lại. Độ hở kí hiệu là S: S = D – d Độ hở lớn nhất: S max = D max – d min = ES – ei Độ hở nhỏ nhất: S min = D min – d max = EI – es. Độ hở trung bình: max min tb S + S S = 2 Dung sai độ hở: T S = S max – S min = T D + T d . Ví dụ: Một lắp ghép có độ hở trong đó chi tiết lỗ φ50 +0,023 ; chi tiết trục 005,0 028,0 50 − − Φ - Tính kích thước giới hạn và dung sai của các chi tiết. - Tính độ hở giới hạn, độ hở trung bình và dung sai của lắp ghép. Giải: Ta có: D max = D + ES = 50,023 mm Hình 1.3 6 D min = D + EI = 50,00 mm T D = D max – D min = 0,023 mm d max = d + es = 50 – 0,005 = 49,995 mm d min = d + ei = 49,972 mm T d = d max – d min = 0,023 mm S max = D max – d min = 0,051 mm S min = D min – d max = 0,005 mm max min tb S + S S = = 0,028 mm 2 T S = S max – S min = 0,051 – 0,005 = 0,046 mm 2. Lắp ghép có độ dôi (hình 1.4) Lắp ghép có độ dôi còn được gọi là lắp chặt. Đây là loại lắp ghép trong đó kích thước của lỗ luôn nhỏ hơn kích thước của trục. Độ dôi trong lắp ghép đặc trưng cho sự cố định tương đối giữa hai chi tiết trong lắp ghép. Nếu độ dôi càng lớn thì sự cố định giữa hai chi tiết càng bền chặt và ngược lại. Độ dôi kí hiệu là N: N = d – D Độ dôi lớn nhất: N max = d max – D min = es - EI Độ dôi nhỏ nhất: N min = d min – D max = ei - ES Độ dôi trung bình: max min tb N + N N = 2 Dung sai độ dôi: T N = N max – N min = T D + T d . Ví dụ: Một lắp ghép có độ dôi trong đó chi tiết lỗ φ60 +0,025 ; chi tiết trục 055,0 032,0 60 + + Φ - Tính trị số giới hạn độ dôi và độ dôi trung bình của mối lắp. - Tính dung sai của lỗ, dung sai của trục và dung sai của lắp ghép. Giải: Ta có: N max = d max – D min = es – EI = 0,055 – 0 = 0,055mm N min = d min – D max = ei – ES = 0,032 – 0,025 = 0,007mm N tb = (N max + N min )/2 = 0,031mm T D = D max – D min = ES – EI = 0,025mm T d = d max – d min = es – ei = 0,023mm T N = T D + T d = 0,048mm Hình 1.4 7 3. Lắp ghép trung gian (hình 1.5) Lắp ghép trung gian là loại lắp ghép quá độ giữa lắp ghép có độ hở và lắp ghép có độ dôi. Trong lắp ghép này tùy theo kích thước của chi tiết lỗ và chi tiết trục (kích thước thực tế trong phạm vi dung sai) mà lắp ghép có độ hở hoặc lắp ghép có độ dôi. - Nếu lắp chi tiết lỗ có kích thước giới hạn lớn nhất với chi tiết trục có kích thước giới hạn nhỏ nhất thì lắp ghép có độ hở lớn nhất: S max = D max – d min = ES – ei - Nếu lắp chi tiết lỗ có kích thước giới hạn nhỏ nhất với chi tiết trục có kích thước giới hạn lớn nhất thì lắp ghép có độ dôi lớn nhất: N max = d max – D min = es – EI Dung sai của lắp ghép trung gian là dung sai độ hở hoặc dung sai trung gian: T S = T N = N max + S max = T D + T d Nếu lắp ghép có độ hở lớn nhất lớn hơn độ dôi lớn nhất thì lắp ghép có độ hở trung bình: Nếu lắp ghép có độ dôi lớn nhất lớn hơn độ hở lớn nhất thì lắp ghép có độ hở trung bình: max max tb S - N S = 2 Độ hở trung bình hoặc độ dôi trung bình trong các lắp ghép đạt được khi các kích thước của các chi tiết được chế tạo theo các trị số trung bình của dung sai của chúng. max max tb N - S N = 2 Ví dụ: Một lắp ghép trung gian trong đó chi tiết lỗ φ55 +0,030 ; chi tiết trục 015,0 013,0 55 + − Φ . - Tính kích thước giới hạn và dung sai của lỗ và trục. - Tính trị số giới hạn độ dôi, độ hở; độ hở hoặc độ dôi trung bình và dung sai của lắp ghép . Giải: Ta có: D max = D + ES = 55,0 + 0,030 = 55,030mm. D min = D + EI = 55,0 + 0 = 55,0mm T D = D max – D min = 0,030mm d max = d + es = 55 + 0,015 = 55,015mm d min = d + ei = 55 – 0,013 = 54,987mm T d = d max – d min = 0,028mm N max = d max – D min = 55,015 – 55,00 = 0,015 mm S max = D max – d min = 55,030 – 54,987 = 0,043 mm Trong lắp này độ hở lớn nhất lớn hơn độ dôi lớn nhất nên lắp ghép có độ hở trung bình là: S tb = (S max – N max )/2 = 0,014mm Dung sai của lắp ghép: T N = T S = N max + S max = 0,015 + 0,043 = 0,058mm Hình 1.5 8 1.5 HỆ THỐNG LẮP GHÉP 1.5.1 Hệ thống lỗ Lắp ghép trong hệ thống lỗ là tập hợp các lắp ghép trong đó các độ hở và độ dôi khác nhau có được bằng cách ghép các trục có kích thước khác nhau với lỗ cơ sở. Trong hệ thống lỗ, lỗ là chi tiết cơ sở nên còn gọi là hệ lỗ cơ sở. Chi tiết lỗ cơ sở kí hiệu là H và EI = 0 nên D min = D, ES = T D . 1.5.2 Hệ thống trục Lắp ghép trong hệ thống trục là tập hợp các lắp ghép trong đó các độ hở và độ dôi khác nhau có được bằng cách ghép các lỗ có kích thước khác nhau với trục cơ sở. Trong hệ thống trục, trục là chi tiết cơ sở nên còn gọi là hệ trục cơ sở. Chi tiết trục cơ sở kí hiệu là h và es = 0 nên d max = d, ei = -T d . 1.6 SƠ ĐỒ LẮP GHÉP Sơ đồ lắp ghép là hình biễu diễn vị trí tương quan giữa miền dung sai của lỗ và miền dung sai của trục trong các lắp ghép. Trên sơ đồ lắp ghép cần thể hiện được hệ thống lắp ghép, các sai lệch giới hạn, kích thước giới hạn, miền dung sai của các chi tiết và đặc tính của lắp ghép. Các bước tiến hành vẽ sơ đồ lắp ghép: 1. Vẽ hệ trục tọa độ vuông góc, trong đó: - Trục tung: biểu thị giá trị của sai lệch giới hạn tính bằng µm. - Trục hoành: biểu thị vị trí đường không. Sai lệch giới hạn được bố trí về hai phía của đường không: sai lệch dương ở phía trên, sai lệch âm ở phía dưới. Đường không là đường giới hạn nhỏ nhất của kích thước chi tiết lỗ trong hệ thống lỗ. Miền dung sai của chi tiết lỗ trong hệ thống lỗ nằm phía trên đường không. Miền dung sai của trục nằm ở những vị trí khác nhau tùy theo từng lắp ghép. Đường không là đường giới hạn lớn nhất của kích thước chi tiết trục trong hệ thống trục. Miền dung sai của chi tiết trục trong hệ thống trục nằm phía dưới đường không. Miền dung sai của lỗ nằm ở những vị trí khác nhau tùy theo từng lắp ghép. 2. Biểu diễn miền dung sai của trục hoặc lỗ cơ sở. 3. Biểu diễn phạm vi dung sai của lỗ hoặc trục. 4. Nhận xét. Chú ý: Trên sơ đồ lắp ghép: - Nếu miền dung sai của lỗ nằm trên miền dung sai của trục thì lắp ghép đó thuộc loại lắp Hình 1.6 Hình 1.7 9 ghép có độ hở. - Nếu miền dung sai của lỗ nằm dưới miền dung sai của trục thì lắp ghép đó thuộc loại lắp ghép có độ dôi. - Nếu miền dung sai của lỗ và miền dung sai của trục có phần nằm trùng lên nhau thì lắp ghép đó thuộc loại lắp ghép trung gian. Sơ đồ lắp ghép theo hệ lỗ Sơ đồ lắp ghép theo hệ trục Hình 1.8 Ví dụ: Một lắp ghép theo hệ thống trục có d = 40mm, T d = 25µm, T D = 28µm, lắp ghép có độ dôi lớn nhất N max = 20µm. Xác định các sai lệch giới hạn của trục và lỗ, vẽ sơ đồ lắp ghép. Giải: - Xác định các sai lệch giới hạn: Vì lắp ghép theo hệ thống trục nên: es = 0 Ta có: T d = es - ei ⇒ ei = es - T d = 0 - 25 = - 25µm N max = d max - D min = es - EI ⇒ EI = es - N max = 0 - 20 = -20 µm T D = ES - EI ⇒ ES = T D + EI = 28 + (-20) = 8 µm - Sơ đồ lắp ghép: - Nhận xét: Trên sơ đồ lắp ghép, miền dung sai của trục và lôc có phần trùng nhau (theo trục tung), như vậy lắp ghép ta đang khảo sát là lắp ghép trung gian. Từ sơ đồ lắp ghép ta xác định được các yếu tố khác như độ dôi lớn nhất và độ hở lớn nhất Hình 1.9 µm . TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO Biên soạn: NGUYỄN VĂN TƯỜNG Nha Trang, 2012 1 . Kích thước là giá trị bằng số của đại lượng đo chiều dài (đường kính, chiều dài,…) theo đơn vị đo được chọn. Trong công nghệ chế tạo cơ khí, đơn vị đo thường dùng là milimét và qui ước không. là kích thước nhận được từ kết quả đo với sai số cho phép. 3 Ví dụ: khi đo kích thước chi tiết trục bằng panme có giá trị vạch chia là 0,01 mm, kết quả đo nhận được là 24,98mm, thì kích