Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn

- Tạ Thị Thuý Hương CƠ SỞ ĐẢM BẢO, NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- Tạ Thị Thuý Hương CƠ SỞ ĐẢM BẢO, NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.
- Theo [11] khảo sát có đến 70% sản phẩm cơ khí có dạng trụ tròn và độ tròn là một thông số hình dáng - chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng của chi tiết trụ.
- Sai lệch độ tròn ảnh hưởng đến tất cả những chi tiết có chuyển động quay như ổ trục của các máy, trục dao, trục của thiết bị đo…Do đó việc đánh giá sai lệch độ tròn là nhiệm vụ thiết yếu, có ý nghĩa quan trọng trong việc chỉ đạo công nghệ gia công nhằm đảm bảo chất lượng chi tiết, mang lại giá trị kinh tế.
- Có nhiều phương pháp đo độ tròn nhưng phương pháp đo trên tọa độ cực có ưu điểm vượt trội, phản ánh đầy đủ thông tin của chi tiết cần đo như: giá trị biên độ méo, tần số méo, vị trí méo cực đại…Cơ sở đảm bảo cho phép đo này là bàn quay chi tiết phải có tâm quay cố định, nếu trong quá trình quay tâm quay không phải là một điểm cố định, tức là có sự biến động tâm thì sai số do mất ổn định tâm sẽ ảnh hưởng theo tỉ lệ 1:1 lên giá trị đo.
- Do đó nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm trên ổ khí quay được chọn làm cơ sở bảo đảm độ chính xác của phép đo sai lệch độ tròn trong luận án này.
- Mặt khác trong trường hợp yêu cầu độ chính xác của phép đo cao hơn độ chính xác định tâm ổ quay hoặc điều kiện gia công gặp khó khăn, khi đó sử dụng phương pháp kết hợp nhiều đầu đo sẽ loại bỏ độ lệch tâm và dao động tâm tức thời nâng cao độ chính xác cho phép đo.
- Kết hợp 2 lý do trên trong một quá trình hoàn chỉnh là nội dung của đề tài luận án “Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác cho phép đo độ tròn” 2- Mục đích và nội dung nghiên cứu 2 - Mục đích của đề tài luận án là xây dựng được các giải pháp nhằm đảm bảo và nâng cao độ chính xác cho phép đo sai lệch độ tròn, làm cơ sở lý thuyết để ứng dụng chế tạo thiết bị đo phục vụ đo lường các chi tiết cơ khí.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp đo độ tròn bằng hệ tọa độ cực, chỉ ra các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.
- Nghiên cứu, xây dựng công thức tính toán thiết kế ổ khí quay, phân tích các yếu tố ảnh hưởng, định hướng công nghệ gia công ổ để đảm bảo độ chính xác định tâm cho phép đo.
- -Thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị đo độ tròn kết hợp nhiều đầu đo để kiểm chứng lý thuyết đã nêu.
- 3- Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp và thiết bị đo độ tròn bằng hệ toạ độ cực để đo độ tròn ngoài các chi tiết dạng trụ.
- Sử dụng ổ khí quay làm yếu tố định tâm kết hợp 3 đầu đo để thu nhận tín hiệu từ chi tiết đo làm cơ sở đảm bảo và nâng cao độ chính xác cho phép đo độ tròn có ý nghĩa thực tiễn bởi trong cùng một điều kiện công nghệ việc gia công chế tạo ổ khí dễ đạt độ chính xác định tâm hơn gia công các loại ổ quay khác.
- Mặt khác việc thu nhận tín hiệu đồng bộ của chi tiết đo từ 3 đồng hồ so Mitutoyo cho kết quả là hình ảnh profile thực không còn lẫn độ lệch tâm bao gồm độ dao động tâm sẽ nâng cao độ chính xác cho phép đo, tạo khả năng làm chủ được thiết kế và chế tạo thiết bị đo độ tròn đạt độ chính xác cao, thúc đẩy phát triển khoa học đo lường.
- 6- Bố cục của luận án -Nội dung chính được trình bày trong 4 chương của luận án: Chương 1: Tổng quan về phép đo độ tròn Chương 2: Đảm bảo độ chính xác định tâm cho phép đo độ tròn bằng ổ khí quay.
- Chương 3: Nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn bằng phương pháp kết hợp nhiều đầu đo Chương 4: Thực nghiệm và kết quả NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƢƠNG1 TỔNG QUAN VỀ PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN 1.1.
- Các định nghĩa về sai lệch độ tròn 1.2.1.
- Định nghĩa về sai lệch độ tròn theo tiêu chuẩn quốc tế ISO.
- Định nghĩa sai lệch độ tròn theo tiêu chuẩn Việt Nam Theo tiêu chuẩn ISO E) có 4 định nghĩa: LSC, MCC, MIC, MZC.
- Theo TCVN: Sai lệch độ tròn là khoảng cách lớn nhất  từ các điểm của Profile thực tới đường tròn áp.
- Phƣơng pháp đo độ tròn 4 Có rất nhiều phương pháp đo sai lệch độ tròn được sử dụng trong cơ khí: Phương pháp đo bằng dụng cụ cầm tay.
- phương pháp đo bằng máy đo độ tròn chuyên dùng sử dụng tọa độ cực…Tuy nhiên phương pháp đo độ tròn bằng máy đo độ tròn chuyên dùng đạt độ chính xác cao hơn cả, phương pháp này đánh giá được đầy đủ thông tin về thông số cần đo, cho hình ảnh trung thực biên dạng tiết diện đo theo từng góc quay θ, xác định được biên độ và tần số méo của chi tiết đo.
- Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về ổ khí quay và phƣơng pháp đo độ tròn kết hợp nhiều đầu đo 1.4.1.
- Các nghiên cứu về lý thuyết tính toán đệm khí 1.4.2.
- Các nghiên cứu về kết hợp nhiều đầu đo.
- Trên cơ sở nghiên cứu, tổng hợp các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy nhu cầu đánh giá sai lệch độ tròn là rất lớn.
- Trên cơ sở kế thừa các nghiên cứu đã có, để có thể sản xuất được các thiết bị đo độ tròn có độ chính xác cao trong nước thì việc xây dựng các giải pháp mới nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán thiết kế và xác định đường hướng công nghệ cho thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam là nhiệm vụ trọng tâm của luận án “Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn”.
- Kết luận chƣơng 1 Phương pháp đo độ tròn trong tọa độ cực đạt độ chính xác cao, đánh giá được đầy đủ thông tin về thông số cần đo, cho hình ảnh toàn diện về biên dạng tiết diện đo theo từng góc quay θ.
- Để đảm bảo độ chính xác cho phép đo, thiết bị đo độ tròn chuyên dùng phải đảm bảo bàn quay chi tiết có tâm quay cố định, nếu tâm quay không đứng yên thì lượng biến động tâm sẽ lẫn vào giá trị đo, ảnh hưởng 5 trực tiếp đến kết quả đo, do đó phải tạo ra được bộ chuyển động quay có độ chính xác định tâm cao.
- Vì vậy trong trường hợp yêu cầu độ chính xác phép đo độ tròn cao hơn độ chính xác định tâm ổ quay hoặc điều kiện gia công ổ quay gặp khó, khi đó sử dụng phương pháp bố trí nhiều đầu đo sao cho khi kết hợp số đo của chúng lượng dao động tâm quay tức thời sẽ được loại trừ.
- Nghiên cứu xây dựng 2 giải pháp cho thiết bị và phương pháp trên là cơ sở lý thuyết để đảm bảo và nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn khi áp dụng điều kiện thực tế công nghệ tại Việt Nam.
- CHƢƠNG 2: ĐẢM BẢO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH TÂM CHO PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN BẰNG Ổ KHÍ QUAY 2.1.
- Ổ này được sử dụng phổ biến cho máy đo sai lệch độ tròn vì những lí do sau.
- Độ định tâm tốt mang lại độ chính xác cao.
- Cơ sở lý thuyết về thiết kế đệm khí Không giống như đệm con lăn tiếp xúc, đệm khí sử dụng một lớp khí nén mỏng có áp lực giữa hai bề mặt phân cách.
- Lựa chọn kết cấu đệm khí rãnh 1 lỗ tiết lưu trung tâm để nghiên cứu.
- Sử dụng phương pháp điện khí tương đương xây dựng phương trình lực nâng, phương trình độ cứng, tính toán áp suất nguồn để tìm mối quan hệ giữa các thông số kết cấu, làm cơ sở thiết kế đệm khí.
- Phương trình lực nâng của đệm khí phẳng: 1x1dz.r.8rL)3(x1S.PF121nn3n0.
- Đệm khí được định vị trên chi tiết trục quay khống chế các chuyển động theo trục x, y, z đảm bảo chỉ còn một bậc tự do quay quanh trục z.
- Xét ảnh hƣởng của việc bố trí đệm khí mặt trụ đến khả năng định tâm của ổ khí.
- Theo [12] để đảm bảo độ ổn định tâm quay bố trí các đệm khí đối xứng quanh trục.
- Chọn phương án bố trí 3 đệm khí quanh trục, xét ảnh hưởng cụ thể của méo tới định tâm ổ, từ đó đưa ra định hướng công nghệ gia công các chi tiết ổ khí để hạn chế độ dao động tâm.
- Khi ổ làm việc với khối lượng P của chi tiết đo và độ lệch tâm e cho trước, sự biến thiên khe hở phụ thuộc vào khoảng cách a giữa hai tầng đệm khí và độ cứng K của đệm khí.
- Xét ảnh hƣởng sai số hình học tới chức năng làm việc của đệm khí trụ và trục quay Để đảm bảo chức năng làm việc của ổ thì tiết diện mặt trụ trong của đệm và trục quay phải đồng dạng về kích thước và hình dáng, đảm bảo sai lệch độ tròn của 2 bề mặt lắp ghép giữa đệm khí trụ và trục quay, độ vuông góc mặt đầu và tâm trụ quay là 3µm.
- Nhám bề mặt Rz có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình khởi động của đệm khí.
- Nhám là nguyên nhân chính giúp cho đệm khí khởi động.
- Để ổ khí làm việc ở khe hở z = 8÷12 µm theo [10] có thể chọn độ nhám bề mặt của chi tiết trục và đệm khí Rz=2µm.
- Kết luận chƣơng 2: Nghiên cứu sử dụng ổ khí quay để định tâm là yếu tố thiết bị - cơ sở để đảm bảo độ chính xác cho phép đo độ tròn trong hệ tọa độ 10 cực.
- Xây dựng được lý thuyết tính toán ổ khí quay với kết cấu đệm khí rãnh bằng phương pháp điện khí tương đương, đây là điều kiện cần để thiết kế ổ khí.
- Nghiên cứu, xác lập kỹ thuật tính toán thiết kế và đường hướng công nghệ gia công ổ khí quay với độ định tâm cao dùng trong các thiết bị đo độ tròn là một giải pháp về mặt thiết bị nhằm đảm bảo độ chính xác cho phép đo.
- Trên cơ sở sử dụng ổ khí này luận án sẽ tiếp tục tìm phương pháp nâng cao hơn nữa độ chính xác cho phép đo.
- CHƢƠNG 3: NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN BẰNG PHƢƠNG PHÁP KẾT HỢP NHIỀU ĐẦU ĐO 3.1.Đặt vấn đề: Phép đo độ tròn trong hệ tọa độ cực là phép đo đạt độ chính xác cao.
- Trong chương 2 đã chứng minh sử dụng ổ khí quay là giải pháp thích hợp để đảm bảo độ định tâm và là cơ sở để đảm bảo độ chính xác cho phép đo độ tròn.
- Tuy nhiên trong nhiều trường hợp khi cần nâng cao hơn nữa độ chính xác cho phép đo (yêu cầu độ chính xác của phép đo cao hơn độ chính xác định tâm ổ quay) hoặc công nghệ gia công ổ quay gặp khó khăn, độ chính xác định tâm quay không đáp ứng được như mong muốn, khi đó cùng với việc sử dụng thiết bị đã nêu kết hợp với phương pháp nhiều đầu đo sẽ loại bỏ độ lệch tâm và độ dao động tâm tức thời.
- Nếu có 11 nhiều đầu đo cùng làm việc thì e đồng thời có mặt trong số đo của chúng, vị trí của đầu đo được xác định vì vậy ảnh hưởng của e lên số đo cũng xác định.
- Việc kết hợp có thể thực hiện khi số đầu đo lớn hơn hoặc bằng 2.
- Phƣơng pháp đo độ tròn sử dụng 2 đầu đo 3.2.1.
- Cơ sở lý thuyết Sai lệch độ tròn thể hiện qua Profile bề mặt được hiểu là:Tổng của các dạng méo 2 cạnh, 3 cạnh, 4 cạnh….k cạnh.
- )jsin(jk2jjc Nếu đặt một đầu đo hướng tâm tại A và quay chi tiết để θ biến thiên từ 0 ÷ 3600 sẽ có i lần lấy mẫu.
- Giá trị lý thuyết của số đo tại góc θi được viết là: )jsin(a)(mji0i*Ak2jjc (3.1) Cùng với profile ấy số đo của đầu đo B đặt trước A một góc  sẽ là: ))(jsin(b)(mji0i*Bk2jjc (3.2) Trong đó.
- a0, b0 là sai lệch vị trí gá đặt đầu đo tại A và B so với đường trung bình của các sóng.
- Trên hình 3.1 mô tả sơ đồ kết hợp 2 đầu đo.
- (3.7) Mọi điểm trên chi tiết đều nhận được biến thiên như nhau nên dịch chuyển gây ra do lệch tâm tại đầu đo A và B tính theo phương OX là bằng nhau và bằng ex(θ).
- §Çu ®o A§Çu ®o B XY O O1 ey ex ey ex ey ex A B XY OChiÒu quayHình 3.1: Sơ đồ đo độ tròn sử dụng 2 đầu đo 13 Hay.
- Xác định vị trí đặt 2 đầu đo -Để 2 đầu đo A và B thu nhận được tín hiệu tốt thì vị trí đặt 2 đầu đo A và B là: 900.
- Đánh giá sai số của phƣơng pháp sử dụng 2 đầu đo Theo công thức (3.14) với phương án bố trí 2 đầu đo đã loại bỏ thành phần lệch tâm e.
- Tuy nhiên với phương án đo này việc bố trí vị trí 2 đầu đo hạn chế do có một số vị trí khử được độ lệch tâm đồng thời khử luôn cả méo cạnh lẻ.
- Phƣơng pháp đo độ tròn sử dụng 3 đầu đo 3.3.1.
- Cơ sở lý thuyết Trên hình (3.4) sử dụng 3 đầu đo đặt cố định với nhau các góc.
- Giả sử O là điểm giao của 3 đầu đo và gần tâm quay của chi tiết.
- Gọi P là một điểm đo trên biên dạng chi tiết và sai lệch về độ tròn được ký hiệu bởi hàm r.
- là góc giữa các đầu đo dịch chuyển.
- 14 Hình 3.4: Sơ đồ đo độ tròn sử dụng ba đầu đo dịch chuyển[42] Các đầu đo dịch chuyển được xác định bằng các hàm mA.
- Khi tâm O1 của chi tiết lệch so với tâm quay O2 một lượng là e như hình 3.5, thành phần eY làm đầu đo B sẽ tăng lên một lượng tương ứng với góc  và làm đầu đo C giảm đi một lượng tương ứng với góc.
- do đó kết hợp 2 đầu đo này có thể khử được eY.
- Khi tâm chi tiết lệch so với tâm quay Thành phần eX sẽ làm đầu đo B và C giảm một lượng tương ứng góc  và.
- trong khi đầu đo A tăng lên 1 lượng đúng bằng eX, do đó kết hợp 3 đầu đo này sẽ khử được các thành phần eX.
- Sai lệch độ tròn được tính theo công thức: m=r()max- r()min .
- Xác định vị trí đặt 3 đầu đo.
- Với phương án bố trí 3 đầu đo về mặt lý thuyết có thể loại bỏ hoàn toàn độ lệch tâm mà không phụ thuộc vào công nghệ gia công ổ quay và phương án này cũng đưa ra cách thức đặt đầu đo.
- Để các đầu đo lấy tín hiệu tốt nhất thì không đặt 3 đầu đo cách đều nhau góc 1200C vì khử méo số cạnh chẵn.
- Xây dựng mô hình thực nghiệm 3 đầu đo Trên cơ sở lý thuyết về giải pháp sử dụng kết hợp nhiều đầu đo, luận án tiến hành xây dựng mô hình thực nghiệm.
- Trên hình vẽ 3.8 là sơ đồ bố trí 3 đầu đo sử dụng là 3 đồng hồ so điện tử Mitutoyo làm 3 đầu đo dịch chuyển lấy tín hiệu đo Ri, góc quay θi của bàn đo được xác định bằng encoder góc HE 50B-8-1024-3-N-24.
- a)Sơ đồ bố trí đầu đo b) Sơ đồ mô hình thực nghiệm Hình 3.8: Sơ đồ bố trí kết hợp 3 đầu đo và nguyên lý mô hình thực nghiệm 3.3.4.
- Kết luận Với giải pháp kết hợp nhiều đầu đo đã chứng minh có thể loại được độ lệch tâm tức thời ra khỏi số liệu đo, điều này có ý nghĩa lớn 17 trong việc nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn, đặc biệt là khi chất lượng ổ quay của thiết bị đo không đảm bảo, còn tồn tại độ dao động tâm trong quá trình đo.
- Trên cơ sở ứng dụng phương pháp kết hợp nhiều đầu đo của nghiên cứu nước ngoài, luận án đã dùng biến đổi toán học để tính được biên độ méo ci và góc lệch pha αi tại từng tần số méo thứ i từ tín hiệu tổng hợp 3 đầu đo, xác định biên dạng của chi tiết đo r.
- từ đó xác định chính xác giá trị sai lệch độ tròn cùng với số cạnh méo và độ lớn của từng cạnh.
- Thiết lập vị trí đặt các đầu đo đối với hai trường hợp sử dụng 2 và 3 đầu đo.
- Xây dựng được mô hình máy đo độ tròn sử dụng 3 đầu đo với bố trí đầu đo A và B cách nhau 1 góc ϕ = 900, đầu đo A và C cách nhau 1 góc.
- Tuy có kết cấu phức tạp hơn so với phương án một đầu đo, mô hình kết hợp ba đầu đo là giải pháp hiệu quả nhằm nâng cao độ chính xác cho phép đo khi có hạn chế về mặt công nghệ chế tạo ổ quay, tạo cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế và chế tạo thiết bị đo độ tròn tại Việt Nam.
- CHƢƠNG 4 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 4.1.Mô hình thực nghiệm Trên cơ sở xây dựng các luận điểm lý thuyết về đảm bảo và nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn, chương này sẽ tiến hành thực nghiệm trên mô hình máy đo độ tròn sử dụng ổ khí quay định tâm kết hợp 3 đầu đo để kiểm chứng lý thuyết trên.
- Mô hình sử dụng 3 đồng hồ so điện tử Mitutoyo 543-185 làm 3 đầu đo dịch chuyển có độ phân giải 0,001 và encoder góc HE 50B-8-1024-3-N-24.
- Kết cấu mô hình máy đo độ tròn thiết kế 1.giá đỡ 2.Tấm cố định encoder 3.Gá encoder 4.
- Đệm khí phẳng 7.
- Đệm khí trụ 8.
- Bu lông giữ đệm khí 19.
- Đai ốc giữ đệm khí 21.Vít tấm đế 22.
- Tiến hành thực nghiệm Mục đích của thực nghiệm xác định biên độ và tần số méo, áp suất nguồn để đánh giá chức năng làm việc của mô hình máy đo độ tròn nghiên cứu, kiểm chứng lý thuyết.
- Số liệu được thu nhận và xử lý trên từng đầu đo và kết hợp 3 đầu đo.
- Một số hình ảnh kết quả Ø115 H7/g6482M8x1M6x0.5BBM8x1M10x1 19 Hình 4.21: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo B với áp suất nguồn 4 bar(chưa chỉnh tâm) Hình ảnh đồ thị hình (4.21) cho thấy biên độ tại cạnh méo 1 - độ lệch tâm là rất lớn e = 2c1  0,4 mm (bao gồm cả độ lệch tâm của chi tiết so với bàn đo và độ dao động tâm)

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt