Đ−ờng kính vòng chia thực của bánh răng, khoảng cách trục và khe hở ăn khớp hình thành một chuỗi kích th−ớc, vì thế kích th−ớc thực của nó sẽ làm ảnh h−ởng đến khe hở ăn khớp, có thể làm thay đổi dạng đối tiếp của cặp ăn khớp.
Hình2.2 : Sơ đồ đo đ−ờng kính vòng chia
Ng−ời ta dùng ph−ơng pháp đo gián tiếp thông qua con lăn hoặc bi có đ−ờng kính D đ−ợc đặt vào rãnh nh− hình 2.2 mô tả. Đ−ờng kính con lăn hoặc bi đ−ợc chọn sao cho vòng chia đi qua tâm bi. Theo TCVN 2345-78, với vòng chủ động, một cách gần đúng lấy D= 1,5m và vòng bị động lấy D=1,7m.
Khi Z chẵn : dc = M - D Khi Z lẻ : cos 4 c M D d = −ψ với 360 Z ο ψ =
Khi đo M bằng bi hoặc con lăn có đ−ờng kính khác , tiếp điểm của bi hoặc con lăn với mặt răng sẽ thay đổi và góc ăn khớp tai điểm tiếp xúc sẽ là αD khác góc ăn khớp α tại đ−ờng kính vòng chia.
cos cos CD
c D
d = d αα
2.3. Ph−ơng pháp đo sai số tích lũy b−ớc vòng
Hình 2.3a : Sự phân bố của các răng gây ra sai số b−ớc vòng
B−ớc vòng pt là khoảng cách giữa hai profin cùng phía của hai răng kề nhau đo theo cung tròn đồng tâm của bánh răng.
Sai lệch b−ớc vòng phản ánh độ không đồng đều của b−ớc vòng, đó là sai lệch vị trí t−ơng đối của các răng với nhau. Hình 2.3a mô tả sự phân bố của các răng gây sai số tích lũy b−ớc vòng.
Sai số tích lũy b−ớc vòng là trị số sai lệch b−ớc vòng lớn nhất sau một vòng quay của bánh răng và đ−ợc quy định là sai lệch giới hạn của b−ớc vòng fpt dùng đánh giá mức làm việc êm của bánh răng.
m ax m in 1 Z ti i pt f p p p = = − = ∑ ∆ ∆ ∆
Sai lệch b−ớc vòng giới hạn có thể đo theo ba ph−ơng pháp:
• Đo sai lệch b−ớc góc
• Đo sai lệch b−ớc vòng trên vòng tròn đo
• Đo sai lệch b−ớc trên nửa vòng quay
Nh−ng ta chỉ trình bày ph−ơng pháp đo theo sai lệch b−ớc góc.
B−ớc góc 2.
Zπ
τ = là góc chắn b−ớc vòng. Vì vậy, ta có thể đo sai lệch b−ớc vòng qua đo sai lệch b−ớc góc. Hình 2.3b mô tả ph−ơng pháp đo sai lệch b−ớc vòng theo ph−ơng pháp đo sai lệch b−ớc góc. Trong đó bánh răng đo đ−ợc lắp đồng trục với các cơ cấu chia độ, ở hình a, b, c là bàn chia độ cơ khí hoặc bàn chia độ quang học, ở hình b4 là đĩa chia độ. Trong hình a, b thông qua đầu đo lắp trên đòn bẩy 4 tiếp xúc với s−ờng răng, đồng hồ 5 là dụng cụ chỉ "0", ở hình c điều chỉnh ngắm chuẩn cho tâm vạch chuẩn a-a và b-b nằm trên biên dạng răng. Khi quay bánh răng lần l−ợt cho các s−ờng răng vào vị trí đo "0", ta sẽ đọc đ−ợc các giá trị số góc đã chuyển qua sai lệch góc giữa góc đo τ1 với τ2, cho ta sai lệch b−ớc vòng tại các điểm đo t−ơng ứng.
Ngoài ra cả 4 sơ đồ đều có thể áp dụng nguyên tắc: quay bánh răng đi góc
τ quy định, chuyển đổi đo sẽ cho ta sai lệch b−ớc vòng trên cung đo. ở hình c, sai lệch b−ớc vòng tính qua sai lệch chuyển vị của tâm vạch chuẩn tới biên dạng răng đo.
Tùy theo yêu cầu về độ chính xác và kích th−ớc của bánh răng đo mà có thể đo lần l−ợt cả Z b−ớc liên tiếp hoặc vài ba b−ớc đo một lần. Với bánh răng nhỏ có thể so sánh sai số trên hai hay ba b−ớc.
Độ chính xác khi đo theo ph−ơng pháp đo b−ớc góc cao hơn nh−ng năng suất đo thấp. Ph−ơng pháp này chỉ thích hợp với sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ.
2.4. Đo sai lệch giới hạn b−ớc pháp cơ sở
B−ớc pháp cơ sở là b−ớc ăn khớp của bánh răng, đó là khoảng cách theo ph−ơng pháp tuyến tiếp xúc ( khi ăn khớp thân khai ) giữa hai điểm tiếp xúc trên mặt chính cùng phía của các mặt răng kề nhau.
B−ớc pháp có kích th−ớc danh nghĩa là: Pbn= π. .cosm α (m là mô đun của bánh răng, α là góc ăn khớp của bánh răng). Trong tiêu chuẩn quy định sai lệch giới hạn của b−ớc ăn khớp là fph dùng đánh giá mức làm việc êm của bánh răng.
Hình 2.4 mô tả sơ đồ đo sai lệch b−ớc cơ sở. Khi đo, tiếp điểm đo cần nằm trên vùng ăn khớp thân khai. Trong máy và dụng cụ đo có các cơ cấu điều chỉnh cho tiếp điểm đo đặt ở phần làm việc của s−ờn răng. Khoảng cách giữa hai mỏ đo đ−ợc điều chỉnh với kích th−ớc danh nghĩa của Pbn. Ph−ơng pháp đo, tính kết quả đo và đánh giá t−ơng tự nh− khi đo sai lệch b−ớc vòng.
Hình 2.4 : Sơ đồ đo giới hạn b−ớc pháp cơ sở
2.5. Đo sai lệch khoảng pháp tuyến chung
Khoảng pháp tuyến chung W là khoảng cách giữa các mặt răng khác phía của bánh răng trụ theo pháp tuyến chung của các mặt này. Khoảng pháp tuyến chung có kích th−ớc danh nghĩa là:
W= [0,684.ξ + 2,9521.(n - 0,5) + 0,014.Z ].m
trong đó: ξ - hệ số dịch chỉnh
n - số răng bị kẹp bao trong pháp tuyến chung, n = 0,111.Z + 0,5 Nếu bánh răng không dịch chỉnh:
W= [2,9521.(n - 0,5) + 0,014.Z ].m
Hình 2.5 là sơ đồ đo khoảng pháp tuyến chung. Khi đo, dụng cụ và máy đo đ−ợc chỉnh "0" với kích th−ớc danh nghĩa. Có thể đo cả với Z răng hoặc cách vài răng đo một lần tùy theo độ chính xác và độ lớn của bánh răng đó. Độ dao động khoảng pháp tuyến chung đ−ợc tính bằng:
∆W= W W− với 1 Z i i Z W W ∑= =
trong đó: ∆W- là sai lệch chiều dài pháp tuyến chung đo sau một vòng quay. W - là khoảng pháp tuyến chung lý thuyết.
Wi - là khoảng pháp tuyến đo.
Hình 2.5: Sơ đồ đo khoảng pháp tuyến chung
Sau khi đo khoảng pháp tuyến chung với (n )và (n-1) răng, ta cũng có thể tính đ−ợc chiều dài b−ớc: Pb= Wn - Wn-1.
Sau khi đo đ−ợc chiều dài pháp tuyến chung có thể suy ra đ−ợc l−ợng dịch kôngtua gốc:
2.sin
H
W
E = ∆ α
và sai lệch chiều dày răng :
cos
C
W
E = ∆ α . Trị số EH và EC dùng để đánh giá mức khe hở cạnh răng.
2.6. Đo độ đảo h−ớng tâm vành răng
Độ đảo h−ớng tâm của vành răng là độ dao động lớn nhất l−ợng dịch profin gốc so với trục làm việc của bánh răng.
Hình 2.6 : Sơ đồ đo độ đảo h−ớng tâm vành răng
Sơ đồ đo độ đảo h−ớng tâm vành răng nh− hình 2.6 mô tả. Chi tiết đ−ợc định tâm theo trục làm việc của bánh răng. Bi 2 đ−ợc lắp lên chốt chống xoay cho bánh răng sao cho bi đo 1 và bi định vị 2 đ−ợc chuyển vị Theo h−ớng tâm bánh răng. Để tiếp điểm đo nằm trên đ−ờng trung bình của profin gốc tiếp xúc với vòng ăn khớp, đ−ờng kính bi cần chọn theo môđun bánh răng m:
. 2
bi
m
d = π
Độ đảo h−ớng tâm vành răng ký hiệu là Frr: Frr= Xmax - Xmin
trong đó Xmax, Xmin là khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất từ tâm quay của bánh răng đến đ−ờng trung bình của profin gốc danh nghĩa, chỉ ra trên chuyển vị của kim chỉ thị. Trong tiêu chuẩn quy định độ đảo h−ớng tâm vành răng Frr dùng để đánh giá mức chính xác động học.
Sai số profin răng là sai lệch lớn nhất giữa biên dạng răng thực với biên dạng răng lý thuyết yêu cầu. Do phần lớn các bánh răng truyền động có biên dạng thân khai nên trong phần này chỉ trình bày ph−ơng pháp đo sai số profin thân khai.
Để so sánh dạng răng thực với dạng răng lý thuyết, ta tiến hành so sánh qua hai chuyển động: chuyển động tạo hình thân khai mẫu và chuyển động đo của đầu đo rà liên tục trên biên dạng thực của bánh răng đo. Sai lệch giữa hai chuyển động cho ta sai số profin răng hay gọi là sai số dạng răng. Sai số profin răng dùng để đánh giá mức làm việc êm của bánh răng.
Hình 2.7 là sơ đồ đo sai số profin răng.
2.8. Kiểm tra các chỉ tiêu của độ chính xác tiếp xúc
2.8.1. Kiểm tra sai số ph−ơng của răng
Nếu ở bánh răng trụ răng thẳng, ph−ơng của răng không trùng với ph−ơng của tâm lỗ thì ăn khớp sẽ không đúng (ăn khớp không theo toàn bộ chiều dài răng) bà răng sẽ mòn không đều theo chiều dài. Vì vậy, phải kiểm tra độ chính xác của bề mặt răng theo vết tiếp xúc trong bộ truyền ăn khớp. Đối với bánh răng trụ răng thẳng, độ chính xác này đ−ợc đặc tr−ng bằng độ song song của các đ−ờng sinh mặt răng và mặt chuẩn.
Để kiểm tra, bánh răng đ−ợc chống tâm hai đầu, ở rãnh răng đ−ợc đặt một con lăn có chiều dài lớn hơn chiều dài của răng và dùng đồng hồ so dịch chuyển theo chiều dài của đ−ờng sinh con lăn, độ lệch của kim đồng hồ chính là độ không song song giữa đ−ờng sinh của profin răng và tâm lỗ của bánh răng. Đó chính là sai số ph−ơng của răng.
ở bánh răng nghiêng ăn khớp ngoài, sai số ph−ơng của răng đ−ợc kiểm tra bằng th−ớc đo chuyên dùng .
2.8.2. Kiểm tra vết tiếp xúc
Vết tiếp xúc đ−ợc kiểm tra bằng cách bôi lên bề mặt răng một lớp sơn rồi cho hai bánh răng quay ăn khớp với nhau (có thể một bánh răng cần kiểm tra và một bánh răng mẫu), sau đó, dừng máy và xác định vị trí và diện tích của vết tiếp xúc.
2.9. Kiểm tra khe hở cạnh bên
2.9.1. Kiểm tra sai số của biên dạng khởi xuất
Kiểm tra sai số của biên dạng khởi xuất của bánh răng trụ đ−ợc kiểm tra đ−ợc thực hiện bằng th−ớc đo răng chuyên dùng. Sơ đồ nh− hình 2.9.
Các đầu đo 1 và 3 ở hình 2.9a có dạng khối V với góc bằng hai góc ăn khớp. Chuẩn để đo là vòng tròn đỉnh của bánh răng cần kiểm tra. Tr−ớc khi kiểm tra, th−ớc đo đ−ợc điều chỉnh theo con lăn 11 (có đ−ờng kính xác định) để kim đồng hồ chỉ số "0". Sau đó, trong quá trình kiểm tra theo đồng hồ so xác định sai số của biên dạng khởi xuất của bánh răng.
Th−ớc đo răng ở hình 2.9b gồm thân 1, ở phần giữa của nó gá ống kẹp 4 để kẹp đồng hồ so 3 có đầu đo dài nằm giữa hai đầu đo 8 và 9 của th−ớc đo. Hai đầu đo 8 và 9 có thể dịch chuyển vào - ra đ−ợc nhờ trục vít 7 có một phần ren phải và một phần ren trái khi ta quay tay quay 6. Vị trí của các đầu đo 8 và 9 đ−ợc cố định bằng các cữ chặn 2 và 5.
Điều chỉnh các đầu đo 8 và 9 đ−ợc thực hiện theo con lăn 11 gá trên khối V số 10 nh− hình 2.9a.
Hình 2.9: Sơ đồ làm việc của th−ớc đo răng (a) và th−ớc đo răng (b) a: 1,3 đầu đo; 2_đồng hồ đo; 10_khối V; 11_con lăn
b: 1-thân; 2,5 cữ chặn; 3- đồng hồ so; 4-ống kẹp; 6-tay quay; 7-trục vít; 8,9-đầu đo
2.9.2. Kiểm tra sai số của chiều dày răng
Chiều dày răng của bánh răng trụ đ−ợc kiểm tra bằng th−ớc đo răng chuyên dùng hoặc bằng th−ớc cặp. Ngoài ra, có thể dùng th−ớc đo răng quang học để kiểm tra chiều dày răng.
Chiều dày răng sau khi kiểm tra đ−ợc so sánh với chiều dày răng lý thuyết đ−ợc xác định theo công thức tính toán.
Nếu chiều dày răng quá lớn cần phải hớt l−ợng d− bằng cách cắt thêm một b−ớc, còn nếu chiều dày răng quá nhỏ thì răng phế phẩm .
Ch−ơng III
Kỹ thuật đo l−ờng bằng cmm
3.1. Giới thiệu về CMM ( CMM: Coordinate Measuring Machine )
3.1.1. Giới thiệu chung về máy đo toạ độ ba chiều CMM
Máy đo toạ độ ba chiều (CMM) do hãng Brow & Sharpe 544 của Mỹ sản xuất. Máy CMM dùng để đo và kiểm tra các thông số hình học của các chi tiết cơ khí. Ngoài ra, CMM còn có thể dùng để chép hình các vật mẫu tạo ra các file dữ liệu CAD dùng trong thiết kế khuôn mẫu.
CMM đ−ợc điều khiển DNC nhờ sự hỗ trợ của các phần mềm PC-DMIS chạy trong môi tr−ờng Windows. Phần mềm PC-DMIS đ−ợc hỗ trợ bởi Microsoft’s Windows, ngoài chức năng điều khiển số trực tiếp CMM còn cung cấp cho ng−ời sử dụng các công cụ đo các thông số hình học cơ bản của chi tiết cơ khí. Ng−ời sử dụng có thể dễ dàng thực hiện quá trình đo bằng cách sử dụng các thực đơn tải xuống, các hộp thoại và các biểu t−ợng trong giao diện chung của PC-DMIS.
Sự đa dạng về giao diện của PC-DMIS cũng đem lại một giải pháp đơn giản giúp cho phần mềm này khi làm việc giúp cho độ chính xác cao và cụ thể hơn. Mục tiêu thiết kế phần mềm PC-DMIS dành cho Windows là tính linh hoạt và thuận tiện cho ng−ời sử dụng. Bên cạnh đó, nó còn tạo ra đ−ợc một môi tr−ờng linh hoạt giúp sửa lỗi đúng lúc và hợp lý.
3.1.2. Cấu tạo của máy đo toạ độ ba chiều CMM Golbal Status 544
Máy đo toạ độ vận hành trên cơ sở hoạt động đồng bộ của một hệ thống hoàn chỉnh gồm :
• Máy CMM ( Coordinate Measuring Machine )
• Máy tính và hộp điều khiển ( Computer + JOG.box )
• Máy nén khí ( Air Compressor )
Hình 3.1. Mô hình cấu tạo chung của máy CMM
Để có thể vận hành và sử dụng máy CMM, ta cần nắm vững đ−ợc cấu tạo của máy nh− sau:
a, Bàn máy
Bàn máy là một tấm đá Granit đ−ợc chế tạo với độ ổn định cao. Do Granit đã đ−ợc th−ờng hoá tự nhiên nên nó có độ ổn định cao. Trên bề mặt bàn có cấy vào các chi tiết ren bằng thép để tiện cho việc cặp chi tiết, khi ta gá chi tiết lên máy để thực hiện quá trình đo. ở một phía bàn có gắn hệ thống th−ớc chuẩn Y, cầu Y chạy trên bàn máy theo một ph−ơng. Đầu đọc toạ độ Y đ−ợc gắn bên cạnh th−ớc chuẩn, vì vậy ta nhận đ−ợc chuyển vị của đầu đo trên mặt bàn. Ng−ời ta lặp lại kết cấu đo cho trục X trên thanh ngang của cầu Y. Cũng nh− vậy, trục Z đ−ợc đặt trên bàn tr−ợt của trục X.
b, Đầu đo
Đầu đo tiếp xúc đ−ợc gắn lên đầu trục Z bằng lực từ, đầu đo có thể đ−ợc bố trí theo nhiều ph−ơng h−ớng khác nhau khi ta thay đổi góc quay của nó. Đầu đo
cũng có nhiều dạng và đ−ờng kính khác nhau. Tùy theo chi tiết cần đo có hình dáng kích th−ớc nh− thế nào mà ta chọn đầu đo cho phù hợp với chi tiết cần đo.
a) b) Hình 3.2.a) đầu đo chùm ; b) đầu đo 1 kim
Tr−ớc khi đo, ta cần phải căn chỉnh đầu đo. Để căn chỉnh đầu đo của máy CMM, ta dùng một quả cầu làm chuẩn, có đ−ờng kính là ∅ 24,997 mm. Sau đó, điều khiển đầu đo khẽ chạm vào nhiều vị trí (từ 5-6 vị trí) trên quả cầu với góc đo A và B nhất định, chẳng hạn nh− A = 45°, B = 0°. Sau đó, ta mới thực hiện quá trình đo các kích th−ớc và thông số của chi tiết. Sau mỗi lần đo, do quá trình va chạm đầu đo với chi tiết nhiều lần khiến đầu đo bị mòn và vị trí góc của đầu đo có thể bị sai lệch đôi chút, nên ta cần thực hiện căn chỉnh đầu đo để lần đo tiếp theo chính xác hơn. Vì khi căn chỉnh lại đầu đo, máy tính sẽ tự động nhập các dữ liệu dung sai do các quá trình đo b−ớc tr−ớc để lại và khi thực hiện quá trình đo tiếp theo, máy tính sẽ tự động trừ đi các sai lệch đó, để có thể đạt kích th−ớc danh nghĩa của chi tiết chính xác nhất và dung sai cho phép nhỏ nhất.
Nh− vậy, sau mỗi lần thay đổi tọa độ và cách định vị chi tiết để thực hiện quá trình đo khác, ta cần phải căn chỉnh lại đầu đo và để đảm bảo đo đ−ợc vị trí cần đo,