ĐỒ ÁN MÁY CHÍNH XÁC Thiết kế đồng hồ so chân què

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÁY CHÍNH XÁC Thiết kế đồng hồ so chân què ĐỖ VIỆT HOÀNG hoang dv171340sis hust edu vn Ngành Kỹ thuật cơ khí Chuyên ngành Cơ khí chính xác Quang học Giảng viên. THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỒNG HỒ SO CHÂN QUÈ Yêu cầu thiết kế Các thông số cho trước: Bán kính bánh răng lớn :R_1 ,R_2. Bán kính bánh răng nhỏ là :r_1 , r_2. Bán kính thanh cung răng : B. Chiều dài đầu đo: a. Cánh tay đòn cơ culit : c Khoảng cách hai trục culit: b Dịch chuyển của đầu đo là: s , dịch chuyển của kim chỉ thị là: y. Yêu cầu thiết kế đồng hồ so chân què : Độ phân giải : 0,01 mm Chiều dài đầu đo: 17,4 mm Sai số cho phép : ±9μm Phạm vi đo : 0,8 mm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Văn Quang

Chữ ký của GVHD

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Biểu mẫu của Đề tài/khóa luận tốt nghiệp theo qui định của viện, tuy nhiên cầnđảm bảo giáo viên giao đề tài ký và ghi rõ họ và tên

Trường hợp có 2 giáo viên hướng dẫn thì sẽ cùng ký tên

Giáo viên hướng dẫn

Ký và ghi rõ họ tên

án (nếu có); các kiến thức và kỹ năng mà sinh viên đã đạt được.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về đo lường 1

1.2 Sự phát triển của đồng hồ so 1

1.3 Phân loại đồng hồ so 2

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỒNG HỒ SO CHÂN QUÈ 4

2.1 Yêu cầu thiết kế 4

2.2 Nguyên lý đồng hồ so chân què 4

2.3 Xác định hàm truyền và sai số sơ đồ 5

2.3.1 Xác định hàm truyền 5

2.3.2 Sai số sơ đồ 6

2.4 Xác định các thông số của cơ cấu 6

2.4.1 Xác định các thông số 6

2.4.2 Sai số hàm truyền: 7

2.5 Đánh giá ảnh hưởng của các sai số đến độ chính xác 7

2.5.1 Sai số hình học 7

2.5.2 Sai số động học bộ truyền bánh răng 8

2.6 Độ không đảm bảo đo tổng hợp 10

2.7 Thiết kế lò xo xoắn Acsimet và lò xo phẳng công xôn tiết diện tròn 11

2.7.1 Lò xo xoắn Acsimet 11

2.7.2 Lò xo phẳng công xôn tiết diện tròn 12

2.8 Thông số bánh răng 13

2.9 Thang chia chỉ thị 15

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN 16

3.1 Kết luận 16

3.2 Hướng phát triển của đồ án trong tương lai 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

PHỤ LỤC 18

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mẫu đồng hồ so được thiết kế bởi Federal (1924) 2Hình 1.2 Đồng hồ so chân què 2Hình 1.3 Đồng hồ so điện tử 3

DANH MỤC HÌNH VẼ

No table of figures entries found.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về đo lường

Đo lường là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.Khi nhìn lại quá trình phát triển của phép đo, người ta thấy rằng nó liên quan trựctiếp đến sự tiến bộ của nhân loại Ngay từ sơ khai, với sự bắt đầu của nền nôngnghiệp và quyền sở hữu đất, một yêu cầu được đặt ra là cần phải có một phươngtiện đo để phân chia đất đai Từ đó, các tiêu chuẩn và thiết bị đo lường ngày càngđược phát triển và áp dụng rộng rãi Chúng được sử dụng để xây dựng các côngtrình kiến trúc cổ đại như các kim tự tháp và các công trình vĩ đại khác từ xưa tớinay Để khám phá thế giới, chế tạo các thiết bị gia công chính xác, … các kỹthuật đo đòi hỏi dụng cụ có độ chính xác cao cần được phát triển và thực tế, cácthiết bị đo này đã và đang được mở rộng, nghiên cứu, phát triển theo sự tiến bộcủa nền khoa học nhân loại

Trong thời gian gần đây, việc chú trọng nâng cao chất lượng và cạnh tranh quốc

tế đã thúc đẩy nhu cầu đo nhanh hơn và chính xác hơn Máy đo tọa độ (CMM) vàcác hệ thống hiện đại đã phát triển để đáp ứng các yêu cầu ngày càng tăng này.Tuy nhiên, một thiết bị đo vẫn được sử dụng phổ biến trong chế tạo, đo lường,kiểm tra, … với độ chính xác cao là đồng hồ so Đồng hồ so là một thiết bịthường được thấy sử dụng trong ngành công nghiệp cơ khí Chúng thường gắntrên đầu đo của thước đo cao, chuyên đo độ thẳng, độ phẳng, … Hoặc dùng để sosánh vị trí về độ song son, độ vuông góc, độ côn, độ đảo, độ lệch,… Nhờ vào độsai số thấp, chính xác tới từ 0.01mm đến 0.001mm Đồng hồ so được sử dụng đốivới các vị trí yêu cầu độ nhạy cảm cao, đem lại sự chính xác nhất cho số liệu vớicách thực hiện đơn giản

1.2 Sự phát triển của đồng hồ so

Đồng hồ so hiện nay là di sản từ các nhà sản xuất đồng hồ Châu Âu Vào thế kỷ

19, các nhà sản xuất đồng hồ ở New England đã có những bước phát triển xa hơn

về mặt số chỉ thị Nó được phát triển chủ yếu như một thiết bị đo để sản xuất mộtchiếc đồng hồ chính xác Tuy nhiên, tính hữu ích rộng rãi của nó đối với ngànhcông nghiệp đã được công nhận và phổ biến rộng rãi sau đó.Theo hồ sơ của Vănphòng bằng sáng chế Hoa Kỳ, ngày 15 tháng 5 năm 1883, John Logan ởWaltham, Massachusetts đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho một bộ đồng hồ

so mà ông gọi là “một sự cải tiến trong thiết bị đo lường” Về ngoại hình, công

cụ không khác nhiều so với các đồng hồ so hiện tại, nhưng chuyển động của nókhá khác biệt Thay vì sử dụng giá đỡ và bánh răng, Logan đã sử dụng một dâyđồng hồ Thụy Sĩ tốt để truyền chuyển động của trục chính tới kim chỉ thị Sự hạnchế về lượng khuếch đại của phương pháp này là lý do mà Logan và các nhà sảnxuất sau đó đã chuyển sang cơ cấu thanh răng và bánh răng cho các đồng hồ sohiện đại

Nhận ra thị trường rộng lớn cho đồng hồ so, Frank E Randall đã mua bằng sángchế của Logan vào năm 1896 Hợp tác với Francis G Stickney, Logan tiến hành

sản xuất và tiếp thị các đồng hồ so Sau đó, B C Ames vào sân với một chỉ báokiểu bánh răng Felix Auerbach, người viết về Công trình Zeiss ở Jena, chỉ rarằng công ty Đức đang tìm kiếm các công cụ đo lường mới có độ chính xác caohơn Năm 1890, Giáo sư Ernst Abbe thành lập bộ phận dụng cụ đo lường củaZeiss Works Đến năm 1904, Zeiss đã phát triển một số công cụ chung của đồng

hồ so, trong đó có bộ chỉ báo quay số (Auerbach 1904) Một trong những mẫuđồng hồ so đầu tiên còn lưu trữ được thể hiện như trong hình 1.1

Hình 1.1 Mẫu đồng hồ so được thiết kế bởi Federal (1924)

Do đó, việc nghiên cứu, thiết kế một thiết bị rất phổ biến trong cơ khí, chế tạo, đolường như đồng hồ so có tác dụng rất lớn nhằm củng cố, phát triển và tìm hiểukiến thức trong thiết kế chế tạo và đo lường

1.3 Phân loại đồng hồ so

Đây là mẫu đồng hồ so tiêu chuẩn như hình 1.1 Nó được thiết kế với đầu đo vàtrục đo không cố định một chỗ, giúp di chuyển lên xuống dễ dàng Vạch đo chiacủa thiết bị này giao động 0,01mm – 0,002mm và và phạm vi đo có thể đo trongphạm vi từ 0-1mm hoặc 1-5mm hoặc 1-10mm

Đây còn được gọi là đồng hồ so chân què hay đồng hồ so đòn bẩy Dòng sảnphẩm này sử dụng nguyên lý cộng hưởng đòn bẩy cho khuếch đại chuyển độngcủa đầu đo Với thiết kế đầu đo nhỏ gọn, chân đo có thể thay đổi theo góc linhhoạt, vì vậy thiết bị này áp dụng đối với những góc đo khó, không gian đo giớihạn

2

Hình 1.2 Đồng hồ so chân què

Cũng được thiết kế giống như đồng hồ dạng kim, tuy nhiên sản phẩm này đượctrang bị màn hình LCD để hiển thị kết quả đo nhằm giúp người thực hiện có thểđọc kết quả nhanh chóng Đồng hồ đo điện tử có thể áp dụng ở mọi loại địa hình

mà không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài

Hình 1.3 Đồng hồ so điện tử

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỒNG HỒ SO CHÂN QUÈ 2.1 Yêu cầu thiết kế

- Bán kính bánh răng lớn :R1 ,R2

- Bán kính bánh răng nhỏ là :r1 , r2

- Bán kính thanh cung răng : B

- Chiều dài đầu đo: a

- Cánh tay đòn cơ culit : c

- Khoảng cách hai trục culit: b

- Dịch chuyển của đầu đo là: s , dịch chuyển của kim chỉ thị là: y

- Độ phân giải : 0,01 mm

- Chiều dài đầu đo: 17,4 mm

- Sai số cho phép : ±9μm

- Phạm vi đo : 0,8 mm

2.2 Nguyên lý đồng hồ so chân què

Nguyên lý đo của đồng hồ so chân què được thể hiên như hình 2.1

Hình 2.4 Nguyên lý đồng hồ so chân què

Theo đó, bản thân vật đo kết hợp với đầu đo tạo thành cơ cấu sin Khi đầu đodịch chuyển 1 đoạn S làm đòn bẩy cơ cấu sin quay => làm cơ cấu culit chuyểnđộng =>cung răng quay theo => bánh răng nhỏ bán kính r1 quay làm cho trục

4

cũng quay theo (hình 2.1) => bánh răng côn lớn R quay => bánh răng côn nhỏ r2

quay => kim chỉ thị quay Khi bánh răng lớn R quay thì làm bánh răng nhỏ r2

quay => lò xo xoắn lại Lò xo xoắn Acsimet có nhiệm vụ làm bánh răng ăn khớp

1 phía và kết hợp với lò xo phẳng kéo đầu đo trở lại vị trí ban đầu, do bánh răng

R và r2 tiếp xúc 1 phía => khử hành trình chết

2.3 Xác định hàm truyền và sai số sơ đồ

2.3.1 Xác định hàm truyền

Trong cơ cấu dụng cụ đo (hình 2.1), hàm vị trí là sự phụ thuộc giữa dịch chuyển

“S” của trục đo ở đầu vào và dịch chuyển “y” ở đầu ra Theo yêu cầu thiết kế thìchọn tỷ số truyền k = 1000 Hàm truyền yêu cầu là :

y = 1000.STheo thực tế, với các thông số cơ cấu:

- a : chiều dài đầu đo

- S: dịch chuyển của đầu đo

Xét cơ cấu Sin, ta có:

Góc lệch qua cơ cấu culit:

Sau đó kết hợp với cơ cấu cung răng-bánh răng có tỷ số truyền của kết cấu cungrăng- bánh răng, bánh răng -bánh răng là:

Chiều dài của kim chỉ thị giả định: L Ta có biểu thức hàm truyền thực tế:

Đây là hàm truyền lý tưởng Khi xét với dịch chuyển nhỏ:

≈

2.3.2 Sai số sơ đồ

Khai triển Taylor hàm arcsin ta được hàm truyền thực tương đương:

Ta có sai số sơ đồ: ∆ysd = y - kS

Thông số còn lại ta phải tính là chiều dài của kim đo: L

x= S−00,8−0

S= 0,8xThay các thông số đã biết vào phương trình sai số sơ đồ ta có

∆ysd = 1,9 10-4 ; 6,34.10-4; 0,0026Vậy:

1

2Δ×|Δx|max = 1

2×|0.0026−1,9×10−4|=1,2.1 0 −3

(mm)Thỏa mãn vì sai số yêu cầu 0.7 /100 vạch

Vậy uδa = ±1/2 Pδa = ±0.002 mm

b Sai số vị trí khoảng cách hai trục culit

c Sai số chiều dài đòn bẩy của culit

8

2.5.2 Sai số động học bộ truyền bánh răng

Chọn vật liệu làm bánh răng dùng trong đồng hồ so có các thông số: (Bảng 3.6 “Chi tiết cơ cấu chính xác I” )

Dạng bộ truyền: Trụ răng thẳng, bánh răng côn

∆ φ k - Sai số động học của bánh răng bị dẫn trong một phút góc

F ir ' - Sai số động học của bánh răng

F irj ' - Giá trị cho phép sai số động học đối với bánh răng thứ j (μm¿

v– Hệ số xác suất tính đến sự giảm sai số thực so với F ir ' Người ta lấy v=0,7

Chỉ số dưới – Ký hiệu số thứ tự khâu bị dẫn , mà sai số được xác định ở trên

khâu đó

Hệ cơ cấu cung răng – bánh răng , bánh răng –bánh răng của đồng hồ so tương

đương với cơ cấu bánh răng 2 cấp nên ta có:

2.6 Độ không đảm bảo đo tổng hợp

Độ không đảm bảo đo của dụng cụ là :

u=√d.u sd2+d.u δa2 +d u δb2 +d u δc2 +d u br2 =√1.1,2 2 10 −6 ±45,91 0,002 2 +79,8.1 2 +−239,6.0.48 2 +1,75 2 10 −8

= 4,96 (mm)Sai số này là giá trị sai số thể hiện mặt đồng hồ  80 vạch trên mặt đồng hồ sẽ

sai = 4,96 mm Vậy một vạch trên đồng hồ hiển thị sẽ sai:

Vậy có thể viết us = ± 2,48 μm ứng với hệ số phủ k =1;

Điều này thỏa mãn yêu cầu thiết kế (độ không đảm bảo đo ± 9μm) với hệ số phủ

k =3

2.7 Thiết kế lò xo xoắn Acsimet và lò xo phẳng công xôn tiết diện tròn

10

2.7.1 Lò xo xoắn Acsimet

a Chọn vật liệu

Lò xo xoắn Acsimet hay còn gọi là lò xo momen là một trong những chi tiết quantrọng nhất xác định chất lượng và dộ chính xác của dụng cụ, vì thế cần phải thỏamãn các yêu cầu:

- Momen M và góc xoắn φ cần phải tỷ lệ bậc nhất theo thời gian với nhau

- Tính chất đàn hồi không thay đổi theo thời gian

- Hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu nhỏ

Ta chọn thép lò xo y10A có mô đun đàn hồi E= 2,2 GPa

b Xác định các kích thước của lò xo:

Áp lực lò xo cần thiết cho cơ cấu bánh răng F= 3 N

→ Mô men áp lực cần thiết:

M = F.R = 3 x 10.10-3 = 0,03 (N.m)

Từ điều kiện bền của lò xo:

M =W

Trong đó:

W- Mô men chống uốn của tiết diện lò xo

- Ứng suất uốn cho phép = 1000 Mpa =109 ( )

D1vàD2 – Đường kính ngoài và đường kính trong của lò xo Lấy D1 = 20 mm, D2

= 5 mm

C- Bước của lò xo

Với C=k1.h

k1 – Hệ số tránh sự tiếp xúc giữa các vòng xoắn

Thường :k1=10 đến 13 , đối với các lò xo có mô men nhỏ Ta chọn:

Nếu n P – Số vòng xoắn mà lò xo xoắn từ trạng thái tự do tới nó chọn n P=5

(rad)Chiều dài của lò xo :

Suy ra:

Chiều dày h của lò xo xoắn Acsimet :

(mm)chọn h =0.1 mm

Chiều rộng b của lò xo xoắn Acsimet :

- Lực P

- Chuyển vị f =0.17 mm

Ứng suất uốn cực đại

Trong đó

- Mmax là moomem uốn cực đại

- W momem chống uốn mặt cắt ngang

- I moomem quán tính mặt cắt ngang

Thay Pmax vào ta được

ứng suất uốn cho phép

MPaTrong đó

N hệ số an toàn độ bền n = 4

Y hệ số chức năng của lò xo y = 0,9

Suy ra đường kính lò xo là

mmChọn d =0,7 mm

mm mmChiều cao của răng là : H = 2,25.m = 0,45 (mm)

Bảng thông số bánh răng trụ răng thẳng

Dae1 = me.(z1 + 2 cosδ1 ) = 20,04 mm

Dae2 = me.(z2 + 2 cosδ2 ) = 2.4 mm

Đường kính đáy răng :

Dfe1 = me.(z1 – 2.4 cosδ1 ) = 19,95 mm

Dfe2 = me.(z1 – 2.4 cosδ2 ) = 1.52 mm

Chiều cao chân, đỉnh răng ngoài :

Β = 80.α = 2 (rad)Bảng thông số

Khoảng cách hai gối đỡ

+0.001 mm

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN 3.1 Kết luận

Nội dung phần kết luận này tùy thuộc vào từng đồ án Lưu ý trong phần kếtluận không nên có bất cứ phương trình, biểu đồ hay bảng biểu nào Cần trình bày

rõ nội dung đồ án tốt nghiệp đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của đề bài hay chưa.Trình bày về ý nghĩa của các kết quả thu được, các đánh giá nhận xét về tính khảthi, tính chính xác của kết quả, tính thực tế của đồ án…Cần lưu ý hạn chế sửdụng các tính từ, trạng từ mạnh trong khi miêu tả kết quả đạt được, cần đảm bảotính trung thực của các kết luận

Trình bày các kiến thức mà sinh viên đã đạt được sau khi thực hiện đồ án tốtnghiệp Đồng thời trình bày về các kỹ năng đã học được (kỹ năng tự tìm kiếm tàiliệu, tổng hợp thông tin, kỹ năng chế bản, kỹ năng trình bày, viết báo….)

3.2 Hướng phát triển của đồ án trong tương lai

Nêu tóm tắt hướng mở rộng của đề tài trong tương lai nếu có Đây là mục tùychọn vì phụ thuộc vào loại đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Bách, Lưới điện và hệ thống điện, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật,

2004

[2] Abe Masayuki, “A Practical Approach to Accurate Fault Location on Extra

High Voltage Teed Feeders,” IEEE Transaction on Power Delivery, pp

159-168, 1995

[3] Microsoft, "Add citations in a Word document," 2017

18

PHỤ LỤC A1 Chi tiết số liệu thí nghiệm

Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tạiđây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trìnhphụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây(nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụlục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có)

A2 Chi tiết các bước tính toán

Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tạiđây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trìnhphụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây(nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụlục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có)

A3 Chi tiết sơ đồ mô phỏng

Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tạiđây (nếu có) Trìn