Tự động hóa giải chuỗi kích thước

Khi tính toán kiểm tra cũng như tính toán thiết kế các chi tiết máy hoặc các bộ phận máythường phải giải chuỗi kích thước để xác định kích thước danh nghĩa (KTDN), sai lệch giới hạn(SLGH) và dung sai (DS) của các khâu cấu tạo nên chuỗi.Để giải chuỗi kích thước cần tra các bảng dung sai tiêu chuẩn và thực hiện những tínhtoán cần thiết. Việc tra các bảng dung sai tiêu chuẩn và thực hiện những tính toán của chuỗi kíchthước theo cách thủ công, không những mất nhiều thời gian mà còn có thể bị nhầm lẫn và bất tiệnvì luôn cần thiết mang theo các tài liệu tra cứu.Bài báo này đề cập đến vấn đề giải chuỗi kích thước đường thẳng (là loại chuỗi thường gặpnhất trong Ngành chế tạo máy) bằng phương pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn theo hướng tựđộng hóa và xây dựng phần mềm, cho phép tự động giải chuỗi kích thước theo phương pháp này.

TỰ ĐỘNG HÓA GIẢI CHUỖI KÍCH THƯỚC THE AUTOMATION OF DIMENSION CHAIN CALCULATION

TS ĐÀO NGỌC BIÊN

Phòng Quản lý Khoa học, Trường ĐHHH

Tóm tắt:

Trong bài báo này trình bày việc tự động hóa giải chuỗi kích thước và xây dựng phần mềm tự động giải chuỗi kích thước

Abstract:

This article is the presentation of the automation of dimension chain calculation and the establishment of the software serving it

1 Đặt vấn đề

Khi tính toán kiểm tra cũng như tính toán thiết kế các chi tiết máy hoặc các bộ phận máy thường phải giải chuỗi kích thước để xác định kích thước danh nghĩa (KTDN), sai lệch giới hạn (SLGH) và dung sai (DS) của các khâu cấu tạo nên chuỗi

Để giải chuỗi kích thước cần tra các bảng dung sai tiêu chuẩn và thực hiện những tính toán cần thiết Việc tra các bảng dung sai tiêu chuẩn và thực hiện những tính toán của chuỗi kích thước theo cách thủ công, không những mất nhiều thời gian mà còn có thể bị nhầm lẫn và bất tiện

vì luôn cần thiết mang theo các tài liệu tra cứu

Bài báo này đề cập đến vấn đề giải chuỗi kích thước đường thẳng (là loại chuỗi thường gặp nhất trong Ngành chế tạo máy) bằng phương pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn theo hướng tự động hóa và xây dựng phần mềm, cho phép tự động giải chuỗi kích thước theo phương pháp này

2 Trình tự giải bài toán chuỗi kích thước bằng phương pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn

2.1 Hai bài toán chuỗi

1) Bài toán thuận

Cho KTDN, SLGH và DS của các khâu thành phần Cần xác định KTDN, SLGH và DS của khâu khép kín

Bài toán thuận dùng để tính toán kiểm tra chuỗi kích thước, xem khâu khép kín có nằm trong phạm vi cho phép hay không

2) Bài toán nghịch

Cho SLGH của khâu khép kín, KTDN của các khâu thành phần Cần xác định SLGH và

DS của các khâu thành phần

Bài toán nghịch là nhiệm vụ thiết kế Xuất phát từ yêu cầu chung về độ chính xác kích thước của bộ phận lắp, cần xác định độ chính xác của các kích thước cấu thành nên nó

2.2 Trình tự giải chuỗi kích thước bằng phương pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn

Theo phương pháp này, DS của các khâu thành phần và khâu khép kín được tính toán sao cho chúng đạt tính đổi lẫn chức năng hoàn toàn, ngay cả khi chúng đạt các trị số giới hạn

1) Bài toán thuận

- KTDN của khâu khép kín: A A A',

n

1 j j m

2 i







Ai, A'j - các khâu thành phần tăng và các khâu thành phần giảm;

m, n - số khâu thành phần tăng và số khâu thành phần giảm;

,

A

m

2

i

i



 n

1 j j

'

A - tổng KTDN của các khâu thành phần tăng và các khâu thành phần giảm

Vì A > 0 nên từ (2.1) suy ra số khâu thành phần tăng m ít nhất phải là 1, còn số khâu thành phần giảm n có thể bằng 0;

- KTGH của khâu khép kín:

+ KTGH lớn nhất: A A A' ,

n

1 j min j m

1 i max i













n

1 j min j m

1

i

max

A - tổng kích thước giới hạn (KTGH) lớn nhất của các khâu tăng và tổng

KTGH nhỏ nhất của các khâu giảm;

+ KTGH nhỏ nhất: A A A' ,

n

1 j max j m

1 i min i













n

1 j max j m

1

i

min

A - tổng KTGH nhỏ nhất của các khâu tăng và tổng KTGH lớn nhất của

các khâu giảm;

- SLGH của khâu khép kín:

+ SLGH trên: ES ES ei,

n

1 j j m

1 i















n

1 j j m

1

i

ES - tổng các SLGH trên của các khâu tăng và tổng các SLGH dưới của các

khâu giảm;

+ SLGH dưới: EI EI es ,

n

1 j j m

1 i















n

1 j j m

1

i

EI - tổng các SLGH dưới của các khâu tăng và tổng các SLGH trên của các

khâu giảm;

- DS của khâu khép kín: T Amax Amin ESEI (2.6)

2) Bài toán nghịch

- Giả thiết các khâu thành phần có cùng cấp chính xác (CCX) với hệ số CCX là atb Khi đó

DS của khâu thành phần thứ i là: Tiatbi, (2.7)

ii - đơn vị dung sai của khâu thứ i, tra bảng theo KTDN của các khâu thành phần tăng Ai và các khâu thành phần giảm A'j

Từ (2.6) và (2.7), ta có:

i

T

a m n

1 i i

tb









Từ trị số atb tính được, tra bảng tiêu chuẩn để tìm trị số của hệ số CCX a gần nhất và CCX tương ứng chung cho các khâu thành phần;

- Chọn 1 khâu thành phần làm khâu Ak để tính SLGH và tra bảng tiêu chuẩn để tìm SLGH của (m+n-1) khâu thành phần còn lại:

Khi tra bảng để tìm SLGH của (m+n-1) khâu thành phần, ta qui ước rằng khâu tăng là lỗ

cơ bản và khâu giảm là trục cơ bản;

- Tính SLCB của khâu Ak:

SLCB của khâu Ak được suy ra từ công thức (2.4) và (2.5):

+ Nếu Ak là khâu tăng:

Từ (2.4): ES ES ES ei;

n

1 j j 1

m

1 i i







Từ (2.5): EI EI EI es;

n

1 j j 1

m

1 i i







+ Nếu Ak là khâu giảm:

Từ (2.5): es EI es EI ;

1 n

1 j j m

1 i i











Từ (2.4): ei ES ei ES ;

1 n

1 j j m

1 i i











3 Xây dựng và sử dụng phần mềm tự động giải chuỗi kích thước

3.1 Xây dựng phần mềm giải chuỗi kích thước

Phần mềm tự động giải chuỗi kích thước (có tên gọi là

CHUOI_KT) được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Delphi là

ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, dựa trên nền tảng là ngôn

ngữ lập trình Pascal, có cấu trúc chặt chẽ, rất thích hợp để giải các

bài toán kỹ thuật

Phần mềm CHUOI_KT gồm 2 biểu mẫu (form) Biểu mẫu 1

(Form1) dành cho Bài toán thuận, Biểu mẫu 2 (Form2) dành cho

Bài toán nghịch

Cấu trúc Form1 để giải Bài toán thuận như sau:

- Phần nhập dữ liệu:

Dữ liệu cần thiết để giải Bài toán thuận là: số khâu thành

phần tăng m, số khâu thành phần giảm n, KTDN và SLGH của các

khâu thành phần Để nhập các dữ liệu này ta sử dụng các Ô văn

bản (EditBox), kết hợp với các Nút nhấn (Button) và các Nhãn

(Label) Tất cả các thành phần này được đặt trong một Nhóm đối

tượng (GroupBox);

- Phần tính toán các thông số của khâu khép kín:

Sử dụng Nút nhấn để thực hiện tính toán Kết quả tính

toán được hiển thị trong một Vùng văn bản (Memo) Phần tính toán

các thông số của khâu khép kín được đặt trong một GroupBox;

- Phần điều khiển:

Sử dụng các Nút nhấn để ghi kết quả, in kết quả, chuyển

sang Form2 để giải Bài toán nghịch hoặc thoát khỏi chương trình

Các Nút nhấn này được đặt trong một GroupBox

Lưu đồ thuật giải Bài toán thuận được trình bày trên hình 3.1

Cấu trúc Form2 để giải Bài toán nghịch như sau:

- Phần nhập dữ liệu ban đầu:

Dữ liệu cần thiết để giải Bài toán nghịch là: SLGH của

khâu khép kín, số khâu thành phần tăng m, số khâu thành phần

giảm n và KTDN của các khâu thành phần Để nhập các dữ liệu

này ta dùng các EditBox, kết hợp với các Button và các Label Tất

cả các thành phần này được đặt trong môt GroupBox;

- Phần tính toán SLGH của các khâu thành phần:

+ Tra bảng tìm đơn vị DS của các khâu thành phần, tính hệ số cấp chính xác trung bình

atb, tra bảng lấy hệ số cấp chính xác gần nhất a và tương ứng là cấp chính xác (CCX) Dùng các Button để thực hiện những tính toán này;

+ Chọn khâu Ak: Dùng các Button để chọn loại khâu (tăng hay giảm) cho khâu Ak, sau đó dùng các Danh sách sổ xuống (ComboBox) để chọn khâu;

+ Tra bảng SLGH của (m+n-1) các khâu thành phần còn lại Dùng Button để thực hiện việc tra bảng;

+ Hiển thị kết quả tính toán: Dùng một Memo để hiển thị kết quả tính toán của phần này;

- Phần điều khiển:

Sử dụng các Nút nhấn để ghi kết quá, in kết quả, chuyển sang Form1 để giải Bài toán thuận hoặc thoát khỏi chương trình Các Nút nhấn này được đặt trong một GroupBox

Lưu đồ thuật giải Bài toán nghịch được trình bày trên hình 3.2

Hình 3.1 Lưu đồ thuật giải Bài toán thuận

Begin

End

Tính KTDN khâu khép kín

Tính KTGH khâu khép kín

Tính SLGH khâu khép kín

Tính DS khâu khép kín

Xuất kết quả Nhập số liệu ban đầu

3.2 Sử dụng phần mềm CHUOI_KT

Phần mềm CHUOI_KT được xây dựng trên 2 form

Form1 dành cho Bài toán thuận, Form2 dành cho Bài toán

nghịch

Giao diện của Form1 và Form2 được trình bày trên hình

3.3 và 3.4

Các bước sử dụng Form1 như sau:

- Nhập số liệu ban đầu:

Sau khi nhập số khâu tăng m và số khâu giảm n cần

nhấn nút Xác nhận khi đó các Ô soạn thảo tương ứng với các

số khâu đã nhập được hiển thị để ta nhập KTDN và SLGH của

các khâu thành phần;

- Tính toán các thông số của khâu khép kín:

Trong GroupBox Xác định khâu khép kín nhấn nút Tính

các thông số của khâu khép kín khi đó kết quả tính toán sẽ

được hiển thị ở Memo ngay phía dưới nút nhấn này;

- Các lựa chọn:

Có thể ghi kết quả, in kết quả, chuyển về Bài toán

nghịch hoặc thoát khỏi chương trình nhờ nhấn các nút tương

ứng trong GroupBox Các lựa chọn

Các bước sử dụng Form2 như sau:

- Nhập dữ liệu ban đầu:

Trong GroupBox Nhập dữ liệu ban đầu cần nhập các

SLGH của khâu khép kín, số khâu thành phần tăng m và số

khâu thành phần giảm n, sau đó nhấn nút Xác nhận khi đó các

Ô soạn thảo tương ứng với các số khâu đã nhập sẽ hiển thị để

ta nhập KTDN của các khâu thành phần;

- Xác định các khâu thành phần:

Trong GroupBox Xác định các khâu thành phần lần lượt

nhấn các nút Tra bảng tìm đơn vị dung sai và Xác định a và

CCX để tự động tra bảng tìm đơn vị DS của các khâu thành

phần ii, hệ số CCX a và CCX chung của các khâu thành phần

Sau đó chọn loại khâu (tăng hay giảm) cho khâu Ak bằng cách

nhấn nút Tăng hay Giảm và nhấn vào mũi tên của Danh sách

sổ xuống tương ứng để chọn khâu Ak Cuối cùng, nhấn các nút

Tra bảng SLGH của n -1 khâu thành phần và Tính SLGH khâu A k để tìm SLGH của tất cả các khâu thành phần Kết quả sẽ được hiển thị trong Memo kết quả theo trình tự nhấn các nút trên;

- Các lựa chọn:

Trong GroupBox Các lựa chọn, nhấn các nút Ghi kết quả, In kết quả, Về Bài toán thuận hoặc Thoát để thực hiện các lựa chọn tương ứng

3 3 Ví dụ sử dụng phần mềm CHUOI_KT

1) Bài toán thuận

Cho sơ đồ chuỗi kích hình 3.5

Các khâu thành phần là: A1500.100mm; A27000..03707 mm;A34000..009071 mm; 065

.

0

026

.

0

A 



 mm; A5 3000..087035



 mm; A6600.120 mm; A7 10000..060060



 mm; A8 8900..091037



 mm Xác định khâu khép kín A

2) Bài toán nghịch

Cho sơ đồ chuỗi kích thước hình 3.5 Khâu khép kín là A 100..290600, KTDN của các khâu thành phần là: A1 = 50 mm; A2 = 70 mm; A3 = 40 mm; A4 = 120 mm; A5 = 30 mm; A6 = 60 mm; A7 =100 mm; A8 =89 mm Xác định SLGH các khâu thành phần

Hình 3.2 Lưu đồ thuật giải Bài toán nghịch

Begin

End

Tra bảng tìm i i

Xác định hệ số a

và CCX

Chọn khâu Ak

Tra bảng tìm SLCB của m+n-1 khâu thành phần

Xuất kết quả Nhập số liệu ban đầu

Hình 3.3 Giao diện Form1 để giải Bài toán thuận

Hình 3.4 Giao diện Form2 để giải Bài toán nghịch

Sử dụng phần mềm CHUOI_KT để giải, kết quả thu được như sau:

1) Bài toán thuận:

Tong cac khau tang la: 280 mm; Tong cac khau giam la: 279 mm;

Kich thuoc danh nghia khau khep kin: A_Xikma = 1 mm;

Kich thuoc gioi han tren khau khep kin: A_XikmaMax = 0.96 mm;

Kich thuoc gioi han duoi khau khep kin: A_XikmaMin = -0.203 mm;

Sai lech gioi han tren khau khep kin: ES_Xikma = -40 micromet;

Sai lech gioi han duoi khau khep kin: EI_Xikma = -1203 micromet;

Dung sai khau khep kin: T_Xikma = 1163 micromet

2) Bài toán nghịch:

Sai lech gioi han cua cac khau tang:

ES1 = 100 micromet; EI1 = 0 micromet;

ES2 = 120 micromet; EI2 = 0 micromet;

ES4 = 140 micromet; EI4 = 0 micromet;

Sai lech gioi han cua cac khau giam:

es1 = 0 micromet; ei1 = - 84 micromet; es2 = 0 micromet; ei2 = -120 micromet;

es3 = 0 micromet; ei3 = -140 micromet; es4 = 0 micromet; ei4 = -140 micromet;

SLGH tren cua khau Ak: ESk = -554 micromet;

SLGH duoi cua khau Ak: EIk = -600 micromet

Kết quả tính toán thủ công như sau:

1) Bài toán thuận:

Tổng các khâu tăng: 280 mm; Tổng các khâu giảm: 279 mm;

KTDN của khâu khép kín: A= 1 mm; KTGH trên của khâu khép kín: Amax = 0.96 mm; KTGH dưới khâu khép kín: Amin = - 0.203 mm; SLGH trên khâu khép kín: ES = -40 mm; SLGH dưới khâu khép kín: EI= -1203 mm; DS khâu khép kín: T = 1163 mm

2) Bài toán nghịch:

SLGH của các khâu tăng:

ES1 = 100 mm; EI1 = 0 mm; ES2 = 120 mm; EI2 = 0 mm;

ES4 = 140 mm; EI4 = 0 mm; SLGH của các khâu giảm:

es1 = 0 mm; ei1 = - 84 mm; es2 = 0 mm; ei2 = -120 mm;

es3 = 0 mm; ei3 = -140 mm; es4 = 0 mm; ei4 = -140 mm;

SLGH trên của khâu Ak: ESk = -554 mm; SLGH dưới của khâu Ak: EIk = -600 mm

Như vậy, kết quả tính toán tự động bằng phần mềm CHUOI_KT hoàn toàn phù hợp với kết quả tính toán thủ công Điều này minh chứng cho tính chính xác của chương trình xây dựng phần mềm này

Kết luận và khuyến nghị

[1] Bài báo đã trình bày việc xây dựng và sử dụng phần mềm CHUOI_KT, cho phép tự động giải chuỗi kích thước

[2] Phần mềm CHUOI_KT có thể sử dụng như một phần mềm trợ giúp thiết kế hoặc sử dụng cùng với giáo án điện tử như một giáo cụ phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1] Lê Phương Lan, Hoàng Đức Hải (2002), Giáo trình lý thuyết và bài tập Borland Delphi, Nxb

Lao động - Xã hội, Hà Nội

[2] Trương Hồng Quang, An Hiệp (2002), Bài tập Dung sai, Nxb Giao thông Vận tải, Hà Nội [3] Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Bắc Hà (2001), Lập trình Delphi 5.0, Nxb Giao thông Vận tải, Hà Nội [4] Ninh Đức Tốn (2007), Dung sai và lắp ghép, Nxb Giáo dục, Hà Nội

[5] Ninh Đức Tốn, Nguyễn Thị Xuân Bảy (2006), Giáo trình Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ

thuật, Nxb Giáo dục, Hà Nội

[6] Hà Văn Vui (2003), Dung sai và lắp ghép, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

Người phản biện: PGS.TS Lê Hồng Bang