(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu thiết kế đầu phân độ quang học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ĐẦU PHÂN ĐỘ QUANG HỌC GVHD: GVC-ThS TRẦN QUỐC HÙNG SVTH: BÙI QUỐC THỊNH MSSV: 11104027 SKL003785 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  BỘ MƠN KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “ NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ ĐẦU PHÂN ĐỘ QUANG HỌC ” Giảng viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Khoá: Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2015 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn kỹ thuật công nghiệp NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: BÙI QUỐC THỊNH Lớp: 111040A Ngành đào tạo: Kỹ Thuật Cơng Nghiệp MSSV: 11104027 Khóa: 2011 - 2015 Hệ: Đại Học Chính Quy Tên đề tài: Nghiên cứu, tính tốn - thiết kế đầu phân độ quang học Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Đầu phân độ dùng cho máy phay vạn xƣởng trƣờng Nội dung đồ án: - Giới thiệu đề tài nghiên cứu - Trình bày tổng quan đầu phân độ - Nội dung sở lý thuyết dụng cụ đo quang học - Trình bày cụ thể đầu phân độ quang học - Tiến hành tính tốn, lên ý tƣởng – thiết kế vẽ lắp vẽ chi tiết - Cuối phần kết luận, đề nghị đƣa đề xuất 4.Các vẽ: + Bản vẽ lắp: A1 + Tập vẽ chi tiết: 18 A3 Ngày giao đồ án: 20/03/2015 Ngày nộp đồ án: 20/7/2015  TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Nghiên cứu, tính tốn – thiết kế đầu phân độ quang học - GVHD:TRẦN QUỐC HÙNG - Họ tên sinh viên: BÙI QUỐC THỊNH - MSSV: 11104027 Lớp: 111040A - Địa sinh viên: 169/1, Phƣờng Thạnh Xuân, Quận 12, Tp.HCM - Số điện thoại liên lạc: - Email: buithinhspkt@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 20/07/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tơi không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 07 Năm 2015 Ký tên Bùi Quốc Thịnh ii LỜI CẢM ƠN Ngày đất nƣớc ta đƣờng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nƣớc Trong lĩnh vực khoa học – kỹ thuật nói chung ngành khí nói riêng ngành tiên phong để phát triển công nghiệp đất nƣớc Tạo nhiều máy móc, sản phẩm đáp ứng cho nhu cầu xã hội ngày cao Vì địi hỏi kỹ sƣ khí phải có kiến thức sâu rộng, tay nghề vững vàng đồng thời phải biết vận dụng kiến thức học để giải vấn đề cụ thể sản xuất thực tế sau trƣờng Với việc đƣợc trang bị đầy đủ kiến thức lĩnh vực khí – vật liệu nhà trƣờng cộng với tinh thần học hỏi, nổ lực đầy nhiệt huyết sinh viên trƣờng Hứa hẹn tƣơng lai chúng em tân kỹ sƣ đƣợc làm việc môi trƣờng chuyên nghiệp vận dụng đƣợc kiến thức học vào giải vấn đề cụ thể công việc nhằm đạt đƣợc tiêu kinh tế - kỹ thuật góp phần hồn thiện, phát triển thân Mục tiêu đồ án tạo điều kiện cho ngƣời học hệ thống, củng cố nắm vững toàn kiến thức học để vận dụng vào thiết kế, xây dựng quản lý quy trình chế tạo sản phẩm khí mặt kỹ thuật tổ chức sản xuất Mơn học cịn truyền đạt yêu cầu tiêu công nghệ q trình thiết kế kết cấu khí để góp phần nâng cao hiệu chế tạo chúng Các số liệu , thông sốdo tra bang hoăcc̣ tinh toa n dựa vào tài liệu kinh nghiêṃ cua thầy cô hƣơng dâñ… Tuy nhiên , thời gian thực đề tài có giới ̉̉ hạn va phần ̉̀ qua trinh thiết ̉́ thầy, cô giáo để làm em đƣợc hoàn thiện Cuối cung em xin chân cam ơn ̉̀ ̉̀ Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh giảng dạy cho em suốt thời gian qua Đặc biệt thầy, cô giáo khoa khí chế tạo máy thầy TRẦN QUỐC HÙNG đa ̃ tâṇ tinh̀ giúp đỡ, hƣớng dâñ chi tiết để em hoàn thành đồán Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Bùi Quốc Thịnh iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ĐẦU PHÂN ĐỘ QUANG HỌC Đầu phân độ quang học phụ tùng quan trọng máy phay vạn năng, mở rộng khả cơng nghệ máy lên nhiều Dùng để chia độ xác kiểm tra việc chia độ Nội dung đề tài tìm hiểu nghiên cứu, tính tốn - thiết kế đầu phân độ quang học Với đầu phân độ quang học ngồi phận khí giống với loại đầu phân độ khác, cịn có phận quan trọng khác phần quang học đầu phân độ Nêu đƣợc công dụng ƣu - nhƣợc điểm đầu phân độ quang học so với loại đầu phân độ khác; trình bày sở lý thuyết dụng cụ đo quang học; cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống quang học đầu phân độ, đặc điểm – tính chất phận quang học Giả thuyết tốn để tiến hành tính tốn thiết kế đầu phân độ quang học Một số kết đạt đƣợc nhƣ: nghiên cứu – thiết kế tƣơng đối hồn thiện đầu phân độ quang học mặt cơng nghệ nhƣ tính kinh tế; rút đƣợc nhiều kinh nghiệm cải thiện khả đọc – thiết kế vẽ Bên cạnh cịn số mặt chƣa đạt đƣợc nhƣ: kết sau thiết kế chƣa đƣợc xác tối ƣu, khả cơng nghệ đầu phân độ quang học cịn số hạn chế Nếu thời gian tới có hội em tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài hoàn thiện tốt để đạt đƣợc kết chia độ đầu phân độ quang học tối ƣu nhất, xác đến giây; mở rộng khả công nghệ đầu chia độ… Sinh viên thực Bùi Quốc Thịnh ABSTRACT RESEARCH AND DESIGN OF OPTICAL DIVIDING HEADS Optical dividing heads is one of the important parts of the universal milling machine, it extends the technological capabilities of the machine a lot Used for precise measurement of angles in manufacturing various parts and also for inscribing circular scales Contents of this subject is to understand the research, design and calculations optical dividing head With optical dividing heads, apart from the mechanical parts similar to other types of dividing heads, it also has another important component that is part of the optical in dividing heads Stating the usage and the advantages - disadvantages of optical dividing heads than any other dividing heads; presents the theoretical basis of the optical measuring instruments; structure and operating principle of the optical system of dividing heads and characteristics - the nature of the optical elements Hypothetical problem to conduct calculated and design optical dividing heads Some results achieved as: research - designed relatively complete optical dividing heads technological as well as economic; drawn a lot of experience and improved readability - design drawings If the next time have a chance I will continue research and development of the subject better completed to achieve results calibrated on optical dividing heads the most optimal iv MỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN LỜI CAM KẾT LỜI CÁM ƠN TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH MUCc̣ BẢNG BIÊU ̉̉ ̉̀ DANH MUCc̣ SƠ ĐÔ, HÌNH VE CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu 1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.3 Mục đích đề tài nghiên cứu 1.4 Nội dung thực đề tài 1.5 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tƣ 1.5.2 Phạm 1.6 Kết cấu đồ án CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐẦU PHÂN ĐỘ 2.1 Chức đầu phân độ 2.2 Phân loại đầu phân độ 2.3 Cấu tạo 2.3.1 Đầu ph 2.3.2 Đầu ph 2.3.3 Đầu ph 2.3.4 Đầu p CHƢƠNG 3: LÝ THUYẾT VỀ CÁC DỤNG CỤ ĐO QUANG HỌC 3.1 Giới thiệu kính hiển vi quang học 3.1.1 Khái n 3.1.2 Cấu tạ 3.1.3 Nguyên lý hoạt động kính hiển vi quang học 3.1.4 Ứng dụng kính hiển vi quang học 3.2 Nguyên tắc chuyển đổi quang hình máy đo quang học 3.2.1 Nguyên tắc đòn quang học 3.2.2 Nguyên tắc tự chuẩn ánh sáng 3.2.3 Nguyê 3.2.4 Nguyê 3.3 Đo kích thƣớc góc 3.3.1 Đo đầu chia độ quang học 3.3.2 Đo thị kính đo góc 3.4 Máy chiếu biên dạng 3.5 Kính hiển vi dụng cụ v CHƢƠNG 4: ĐẦU PHÂN ĐỘ QUANG HỌC 4.1 Cấu tạo, chức nguyên lý hoạt động đầu phân độ quang họ 4.1.1Cấu tạo 4.1.2Chức 4.1.3 Nguyên lý hoạt động 4.2 Hệ thống quang học đầu phân độ 4.2.1 Cấu tạo hệ thống quang học 4.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống quang học 4.3 Tính tốn hệ thống quang học CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC TRONG ĐẦ 5.1 Đặt giả thiết tính tốn chế độ cắt 5.2 Thiết kế truyền bánh nón – thẳng 5.3 Thiết kế truyền trục vít – bánh vít 5.4 Thiết kế trục 5.5 Tính then 5.6 Thiết kế ổ lăn 5.7 Thiết kế vỏ hộp KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 4.1: Kết tính tốn 40 Bảng 5.1: Hệ thống số liệu 53 Biểu đồ 5.2: Biểu đồ moment trục 66 DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Sơ đồ 2.1: Sơ đồ động đầu phân độ có đĩa chia Sơ đồ 2.2: Sơ đồ động đầu phân độ đĩa chia Sơ đồ 3.1: Sơ đồ nguyên tắc đòn quang học 19 Sơ đồ 3.2: Nguyên tắc tự chuẩn ánh sáng 21 Sơ đồ 3.3: Sơ đồ optimet 22 Sơ đồ 3.4: Nguyên tắc thiết bị đo kiểu chiếu hình 23 Sơ đồ 3.5: Nguyên tắc hiển vi 25 Sơ đồ 3.6: Nguyên lý quang học kính hiển vi dụng cụ 32 Sơ đồ 5.1: Sơ đồ phay bánh trụ - thẳng 47 Sơ đồ 5.2: Sơ đồ động đầu phân độ quang học phay bánh 52 Sơ đổ 5.3: Sơ đồ lực tác dụng lên truyền bánh nón 59 Sơ đổ 5.3: Sơ đồ lực tác dụng lên truyền trục vít – bánh vít 63 Hình 2.1: Máy phay ngang vạn Hình 2.2: Đầu chia độ trực tiếp Hình 2.3: Đầu phân độ có đĩa chia Hình 2.4: Nguyên lý đầu phân độ có đĩa chia, chia gián tiếp Hình 2.5: Đầu chia độ quang học Hình 2.6: Đầu chia độ trục ngang 10 Hình 3.1: Nguyên lý cấu tạo kính hiển vi quang học 11 Hình 3.2: Tụ sáng khúc xạ ngƣời thợ thêu 12 Hình 3.3: Sự khúc xạ ánh sáng ly nƣớc 13 Hình 3.4: Sự tạo ảnh qua thấu kính hội tụ 13 Hình 3.5: Ảnh ảo quan sát thấy khúc xạ 14 Hình 3.6: Cấu tạo kính hiển vi quang học 15 Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động kính hiển vi quang học 17 Hình 3.8: Soi mẫu kim tƣơng kính hiển vi quang học 18 vii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ (tiếp theo) Trang Hình 3.9: Nguyên lý làm việc đầu chia độ quang học 26 Hình 3.10: Thị kính đo góc 27 Hình 3.11: Máy chiếu biên dạng 28 Hình 3.12: Đo kích thƣớc dài máy chiếu biên dạng 29 Hình 3.13: Đo kích thƣớc góc máy chiếu biên dạng 30 Hình 3.14: Kính hiển vi dụng cụ 31 Hình 3.15: Tấm kính chuẩn 33 Hình 4.1: Đầu phân độ quang học 34 Hình 4.2: Bản vẽ lắp đầu phân độ quang học 36 Hình 4.3: Hệ thống quang học đầu phân độ 41 Hình 4.4: Sự tạo ảnh gƣơng phẳng 43 Hình 4.5: Ảnh vật tạo gƣơng phẳng 44 Hình 4.6: Sự tạo ảnh vật qua thấu kính hội tụ 45 viii d3C 65 CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC  Biểu đồ 5.1 – Biểu đồ moment trục chính: 66 CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC 5.5 Tính then: Để cố định bánh theo phƣơng tiếp tuyến, nói cách khác để truyền moment xoắn chuyển động quay từ trục đến bánh vít ngƣợc lại ta dùng then Theo đƣờng kính trục đoạn lắp then là52; tra bảng 9-1, trang 173 – tài liệu [3], chọn then có b = 16mm, h = 10mm, t1 = 6mm, t2 = 4,3mm Chiều dài then l = 22mm Trục III (trục chính): Ta có: T3 = 8508182 (N.mm) - Trên trục III lắp then B: dB = 52 (mm) - Điều kiện dập, theo công thức (9.1), trang 173 – tài liệu [3]: d  d - Theo bảng (9.5), trang 178 – tài liệu [3], ta có: [ d ] = 150 MPa Vì: d = 140 MPa < [ d ] = 150MPa  - then thỏa điều kiện dập Điều kiện bền cắt, theo công thức (9.2), trang 173 – tài liệu [3]:  C  2.T d.lt b 2.8508182  C  55MPa Vì:c = 55 Mpa < [c] = (60…90) MPa  then thỏa điều kiện cắt  Vậy then đủ bền Trục II: - Ta có: T2 = 221386 (N.mm) - Đƣờng kính đoạn trục lắp then: d = 20 (mm) - Theo bảng (9.1a), trang 173 – tài liệu [3]: b = mm; h = mm; t1 = 3,5 mm; l = 12 mm - Điều kiện dập, theo công thức (9.1), trang 173 – tài liệu [3]:  d [d.l(h t1 )] 67 CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC d  - Theo bảng (9.5), trang 178 – tài liệu [3], ta có: [ d ] = 150 MPa Vì: d = 136 MPa < [ d ] = 150MPa  - then thỏa điều kiện dập Điều kiện bền cắt, theo công thức (9.2), trang 173 – tài liệu [3]:  C  2.T d.lt b 2.221386  C  50MPa Vì:c = 50 Mpa < [c] = (60…90) MPa 5.6  then thỏa điều kiện cắt  Vậy then đủ bền Thiết kế ổ lăn:  Thiết kế ổ lăn cho trục III: - Theo kết tính tốn trục ta có: Fly31 = 9246 N Fly32 = 29463 N - Tổng lực dọc trục chi tiết quay truyền đến ổ : - Tổng phản lực tác dụng lên ổ: + Ổ có: Fro = Flx231 Flý231 361392 92462 37303N + Ổ có: F - Ta thấy Fr1 > Fr0 nên ta xét tỷ số : Ta có : F at Fr1 -  10063  0,15  Ta chọn ổ bi đỡ dãy 76144 Chọn sơ ổ bi đỡ cỡ trung, kí hiêu: 309 Với: d = 45 mm; D= 75 mm ; b= 25 mm ; r = 2,5 mm; C = 37,8 kN; C0 = 26,7 kN 68 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC * Kiểm nghiệm khả tải động ổ : F 10063 - Ta có at C026700  0,37 Theo bảng 11.4, trang 215 – tài liệu [2] ta chọn đƣợc: e = 0,38 Vì vịng quay nên V=1 - Theo cơng thức (11.8), tài liệu [3] ta tính lực dọc trục Fs cho ổ : + Fso = e.Fro = 0,38 37303 = 14175 N + Fs1 = e.Fr1 = 0,38 76144 = 28934 N -  Theo công thức (11.10), tài liệu [3] ta có : Fao = Fs1 - Fat = 28934 – 10063 = 18871 (N) > Fso  Fao = 18871 ( N)  Fa1 = Fs0 + Fat = 14175 + 10063 = 24238 (N) < Fs1  Fa1 = 28934 N - F Xác định X Y : a0 V F r0 Theo bảng 11.4 ta đƣợc: X0= 0,56 ; Y0= 1,15 F a1 V F r1 + Theo bảng 11.4 ta đƣợc: X1= ; Y1= Theo công thức 11.3 ta có : - Tải trọng động: Q=( X.V.Fr + Y.Fa) kt kđ Trong đó: + kt = (nhiệt độ