tính toán và thiết kế dụng cụ đo cơ khí phần nghìn milimét

Đó là một yêu cầu hết sức quan trọng bởi vì độ chính xác của chi tiết máy ảnh hởng trực tiếp tới chất lợng và tuổi thọ của toàn máy móc mặt khác nó đánh giá sự phát triển của nền sản xuấ

Nhiệm vụ : Thiết kế môn học

1 Đầu đề thiết kế:

Tớnh toỏn và thiết kế dụng cụ đo cơ khớ phần nghỡn milimột

2.Các số liệu ban đầu:

Giới hạn đo l = 0 ữ 1mm

Giá trị chia một vạch chia C = 2àm

Đờng kính thang chia D = 50 mm

Sai số cho phép [∆] = ±1 àm

Lực đo Pmax=1 ,5 N

Giới hạn thay đổi lực đo P = 0,6 N

Kích thớc dụng cụ L * B * H = 100 * 60 * 30Sơ đồ nguyên lý cho trớc

3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Giới thiệu nguyên lý làm việc

- Tính toán cơ cấu đòn theo điều kiện sai số lý thuyết nhỏ nhất

- Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng

LờI NóI ĐầU

Ngày nay do khoa học phát triển với trình độ cao nên các loại máy móc hiện đã suất hiện ngày càng nhiều đặc biệt là trong vấn đề cơ khí chế tạo máy Do áp

dụng đợc nhiều phơng pháp tiên tiến vào sản xuất để nâng cao năng suất lao

động cũng nh chất lợng sản phẩm Do đó các chi tiết sản xuất ra rất đa dạng và phong phú mặt khác các chiết máy đợc gia công với yêu cầu là phải đạt độ chínhxác nhất định Đó là một yêu cầu hết sức quan trọng bởi vì độ chính xác của chi tiết máy ảnh hởng trực tiếp tới chất lợng và tuổi thọ của toàn máy móc mặt khác

nó đánh giá sự phát triển của nền sản xuất công nghiệp chế tạo nói chung Để

đáp ứng nhu cầu sản xuất cơ khí nhằm đạt đợc năng suất lao động ngày càng cao Để giải quyết vấn đề đó ngành “Chế tạo máy” nói chung và ngành “Máy chính xác” nói riêng đã chế tạo ra nhiều máy móc và dụng cụ khác nhau có độ chính xác và độ tin cậy cao nhằm mục đích để kiểm tra chất lợng của chi tiết sau khi gia công (Kiểm tra đọ chính xác sau khi gia công)

Một trong những dụng cụ đó là đồng hồ so cơ khí phần nghìn milimét (Đồng hồ so Mỉcômét) Đồng hồ so Mỉcômét có nhiệm vụ biến dịch chuyển thẳng ở đầu đo thành dịch chuyển góc của kim chỉ thị

Bằng những kiến thức đã tiếp thu đợc cùng với sự hớngdẫn nhiệt tình của thâỳ giáo em đã nắm đợc phơng pháp thiết kế dụng cụ và thiết bị chính xác

Qua đó em đã tính toán thiết kế dụng cụ đo cơ khí phần nghìn milimét

Tính toán thiết kế các thông số hình học vá động học sao cho sai số hệ thống ảnhhởng không lớn đến độ chính xác của phép đo

Dụng cụ đo phảI có khích thớc gọn nhẹ,thao tác dễ dàng

Phần thứ nhất: Sơ đồ nguyên lý và thuyết minh tóm tắt

1 Sơ đồ nguyên lý của đồng hồ so Micrômét có dạng nh hình vẽ

z 3

6

10 9 8 7

z 1

2 Thuyết minh tóm tắt nguyên lý làm việc của đồng hồ so

Đồng hồ so cơ khí phần nghìn minimet dùng để đo với độ chính xác rất cao.Khi thay đổi kích thớc đo làm cho trục đo 1 dịch chuyển theo

Việc truyền chuyển động từ trục đo 1 tới kim chỉ thị 4 đợc thực hiện nhờ xích

động học gồm có:

- Cơ cấu sin 1-2

- Cơ cấu cu lít có tay quay chủ động, đIểm tiếp xúc của đòn bẩy với bề mặt làmviệc của cu lít ở phía ngoài khoảng cách giữa hai trục quay 2-3

kim chỉ thị 4 quay đi một vòng thì trên bảng chia phụ kim chỉ thị 5 quay đi một

Sự khép kín lực của chuỗi động học đợc thực hiện nhờ lò xo xoắn acximét 6 vàlực đo đợc tạo thành bởi lò xo tạo áp lực 8

Các cơ cấu đợc lắp trên bảng máy và đợc gắn trên vỏ 7 Việc đIều chỉnh cơ cấu

đợc thực hiện bởi chốt lệnh tâm đợc gắn trên đòn 2 và làm thay đổi chiều dài

đòn của cơ cấu sin và tấm gá Do đó làm thay đổi vị trí góc của đòn 3 của cơ cấu

cu lít Việc nâng hạ đầu đo 1 đợc thực hiện nhờ cơ cấu chêm 10 và thanh đẩy 9

Phần thứ hai : Tính toán cơ cấu đòn theo điều kiện sai số nhỏ nhất

1 Xác định hàm vị trí của cơ cấu.

Để tìm hàm vị trí của cơ cấu, tức là quan hệ giữa dịch chuyển của khâu

chuyển của kim chỉ thị 3)

Xem hình vẽ dới đây

Trong đó:

- r : Bán kính tay quay của cơ cấu sin

- R : Bán kính đòn của cơ cấu cu lít

- 1 : Khoảng cách giữa hai trục quay

ϕ

ϕcos

sin

*

l R

sin

*

l R

l

S r

S R

r

S l

arcsin 1

* 2

1

*

3 3

3 2

+ +

R R

R r

S R

3 1

*

*

Z Z

Z Z

VËy ta cã:

Sbd = Lk*

4 2

3 1

*

*

Z Z

Z Z

* Ψ (3)

VËy hµm vÞ trÝ cña c¬ cÊu cã d¹ng:

Sbd=Lk*

4 2

3 1

*

*

Z Z

Z Z

* 2

1 [

*

3 3

3 2

2

r

S R

R R

R r

S R

R

Theo đề ra ta có S = [- 0.5 0.5] mà r >> S do đó ta có thể bỏ các thànhphần có số mũ lớn hơn 3 của biểu thức hàm vị trí của cơ cấu khai triển theochuỗi Taylor.

Vậy hàm vị trí của cơ cấu có dạng:

Sbd=Lk *

4 2

3 1

*

*

Z Z

* 2

1 [

*

3 3

3 2

2

r

S R

R R

R r

S R

R

(4)

2.Biểu thức sai số lý thuyết (Sai số sơ đồ) của cơ cấu:

Theo công thức II – (I/10)

Ssd = Sbd – S0bd (5)Trong đó:

Sbd= Lk *

4 2

3 1

*

*

Z Z

Z Z

* 2

1 [

*

3 3

3 2

2

r

S R

R R

R r

S R

R

- 600*S (7)

Trong biểu thức của sai số sơ đồ ta chọn trớc các thông số sau đây:

- Chiều dài kim chỉ thị : Lk

Thông số còn lại ta cần phải tính là bán kính tay quay của cơ cấu sin: r

3.Chọn kiểu đa thức Trebsép

Qua biểu thức sai số sơ đồ của cơ cấu :

S r

S R

Z Z Z L

3

1

* 2

1

* 1 {

4 2

3 1

) 1 ( )

Tra bảng III – 2 (I/63 - Độ chính xác truyền động cơ cấu)

Pn (x) = P3(x) = x3- 0,75 x

Miền làm việc của x là: x [-1, 1]

4 Giải bài toán theo phơng pháp nội suy:

( ) r S

S l

R

R l

R

R r

S l R

R Z

Z

Z Z L

3

1

* 2

1 [

*

*

{

3 3

2 2

4 2

S

1020

20

*3

1)1020

20(

*2

1[

*1020

20{20

*20

100

*240

*

3 3

Vì dùng phơng pháp nội suy nên điều kiện để đánh giá kết quả là:

2(max

i L S

S sd( ) = K * 41 ( ) −600*

Thay số và khảo sát giá trị của sai số sơ đồ trong miền làm việc của S

S = [-1 1]

Ta thấy giá trị lớn nhất tại 2 giá trị lớn nhất của S

Vậy sai số sơ đồ lớn nhất là:

5

23

2(37997,

Số răng của các bánh răng

Z4 20 r¨ng

PhÇn thø ba: TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña bé truyÒn b¸nh r¨ng

Chän tÊt c¶ c¸c b¸nh r¨ng trong c¬ cÊu lµ lo¹i b¸nh r¨ng ¨n khíp th©n khai.Chän m« ®un cña b¸nh r¨ng lµ: m = 0,2 (mm) Theo c«ng thøc trong phÇn tÝnhto¸n bé truyÒn b¸nh r¨ng –Chi tiÕt m¸y ta cã

41

0

3060

18005

25,

D

=+

=+

ChiÒu cao cña r¨ng lµ: h = 2,25 m (mm)

D

=+

=+

ChiÒu cao cña r¨ng: h = 2,25 m = 2,25 0,2 = 0,45 (mm)

Nmm R

R r P

=

−

=

−

b) Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc:

2

4482

.2

=

=+E E E

E E

( N/mm2)

a b

b i a

K K M E i

40 sin

) 1 ( 59 ,

12 2

1

3

12 +

= σ

40 sin 5 , 2 12 26

2 , 1 1 1 10 10 ) 1 12 ( 59 ,

5 3

y

K K M

≤

=

cos

2

2 2

1

Víi:

o h

20cos.20.5,2.2,0

2

=

mm N

mm

N

(9)Chän n =3

VËy ta cã ®iÒu kiÖn bÒn cña lß xo lµ:

[ ] 433,33

8

τ

D r

C P

8

.4

2.4

Do vËy thay sè vµo biÓu thøc (10) ta cã

d =

33,433.1415,3

2.10.135,1

Chän d = 0,4 (mm)

§êng kÝnh vßng cña lß xo lµ: D =10.0,4 = 4 (mm)

TÝnh sè vßng cña lß xo:

n =

P D

d

G

∆

8

2

3 4

Thay số vào ta có:

n =

[ ] 8.0,6 33.33

1,0.4,010.20.2

.8

4,0.10.20

d G

n P

Ta có:

4,0.10.20

30.4.8

.8

4 4

3 4

n D

(mm)Vậy ta có các thông số của lò xo xoắn trụ chịu kéo là:

Đờng kính vòng của lò xo xoắn trụ: D = 4 (mm)

Tiết diện của lò xo xoắn trụ: d = 0,4 (mm)

Số vòng của lò xo: n= 30 (mm)

2.Tính toán lò xo xoắn acsimet.

Chọn vật liệu là đồng thanh Aatyh 180 tra bảng 3-1 giáo trình cơ khí ta có:

).

.(

1

2 2

2 1

E K

D D

Kim quay đi 5 vòng thì lò xo quay đi 1 vòng xoắn, do vậy ta có:

5 20

3

*6

*4

)(

* 21 − 22Π

Trong đó: C = K1* h

5.0

*6

*4

)520(

*14159

3.Tính chính xác đờng kính thang chia.

Tính toán thang chia chính

Theo yêu cầu của đề ra đờng kính của thang chia là: D= 50 milimét.

chọn bảng chia có 120 vạch Vậy đờng kính chính xác của thang chia chọn bảngcó:

14159,

3

2,1

*120

mm

=

Tính toán thang chia phụ:

Vì đồng hồ quay đi tổng cộng là 5 vòng do đó ta cần chọn một cơ cấu

đếm số vòng quay khi kim dài quay kết 1 vòng

Ta chia bảng chia phụ thành 12 phần, khi kim dài quay hết 1 vòng thì kimngắn quay đi 2 vạch (đánh số từ 0 đến 6)

Chọn kim ngắn có bán kính là 5 (mm), do vậy ta chọn đờng kính bảngchia phụ la 12 (mm)

Sau khi tính toán và thiết kế ta có hình vẽ sau:

PhÇn thø n¨m: TÝnh sai sè ®o

1.§èi víi c¬ cÊu sin:

Ta cã:

r r

P

o

δψ δ

L i R

l r

x

k o

δδψδ

δω

δ 2100*

210025

*60

*125

P

o

δψ δ

S

Thay r = 5,746 vµo biÓu thøc trªn ta cã:

r r

P

o

δψδ

*2746,5

S S

1 1

β β

δβ δ

δψ δ

*25

MÆt kh¸c theo c«ng thøc IV – 23(I/117) th×:

4

4 2

2

.3

S r

1

*8

*3

*2

*1500

*

r

S r

S P

β

δβ δ

δψ δ

* 8 746 , 5

* 2

S S

=-22,715*S2-0,172*S4 (14)

ψ

ϕ β

ψ

ω

δψ δ

δ δ

δω δ

2

.8

.3

S r

VËy ta cã:

ψ

ϕ β

ψ

ω

δψ δ

δ δ

δω δ

1 o

4 2

2

* 8

S

R R i R

δψ δ

δψ δ

l R l

R

l R

l R

ϕ

ϕ δ

δψ

r S

( − )  + ( − ) 

−

=

l R

l R l

R r

l S R

*

4 3

2 3

δδψ

*6

10251

*1025

*746,5

2 3

S R

k l

R i

δ

δ δ

δψ δ

l R l

R r

l S R l

R r

l S R

*

*61

*

*

*

*)

2 4

2 2

10251

*)1025(

*746,5

*10

*2510

25

*746,5

10

*

*25

*1500

2 4

2

2 2

4

S S

δω

k l

R i

* 8

* ) (

*

*

*

* 1500

2 4

4

2 4 2 2

2

2

l R

l R l

R r

l S R l

R r

S l R

*9

10251

*8

*1025

*746,5

10

*

*25

*32

*)1025(

*746,5

*10

*25

*1500

2 4

4

2 4 2 2

2

S

Pδβ2 = -25,24*S2 + 0,7*S4

Sai số vị trí ban đầu cánh tay đòn R của khâu dẫn cơ cấu cu lit cũng nh tay

đòn r của cơ cấu sin (do gắn cứng vói đòn r của cơ cấu sin)

14159,3

*

4.Biểu thức sai số tổng cộng của cơ cấu là:

δψ

δωδβ

β

δωδδ

δωδδ

δωδβδβ

δωδδ

δω

∑

∆++

++

l l

R R

5.Chọn khâu bồi thờng

Với mục tiêu chọn khâu bồi thờng là số khâu bồi thờng ít nhất mà hiệu quả bồi thờng các sai số thuộc nhóm một là tốt nhất, sao cho dụng cụ đạt độ chính xác yêu cầu Theo công thức V.9 (I/137) chọn kiểu đa thức Trebsep với n =3,số khâu bồi thờng là 2, khi đó sai á khâu bồi thờng đợc xác định theo công thức:

∆I = ∆sdmax + C0 + C1 * x + C2 * x2

C1 = -63,605 * δr - 15,525 * δl

C2 = -22,715 * δβ1 + 3,726 * δl - 25,24 * δβ2

Ta chọn hai khâu bồi thờng là:

Trên hình vẽ 1 là mô tả khâu bồi thờng cánh tay đòn dùng để thay cánh tay đòntrong phạm vi không lớn của tay đòn 1 bằng cách xoay chốt 2 có viên bi lệchtâm

Trên hình vẽ II là mô tả khâu bồi thờng góc dùng để thay đổi góc nghiêngcủa bề mặt làm việc của đòn 4 bằng cách xoay tâm 5 đợc kẹp bằng vít 6 khi quay

14159,3

*20

Vậy ta có hệ phơng trình sau:

∆Σ = (-22,715 * 0,0058 + 3,726 * 0,05 - 25,24 * 0,0058) * (+0,866)2 + (- 63,605

∆Ssdmax= 0,37997

Giải hệ phơng trình trên ta có nghiệm là :

Thay các vị trí vừa tìm đợc vào biểu thức :

C2 = -22,715 * δβ1 + 3,726 * δl - 25,24 * δβ2

Vậy sai số tổng cộng của cơ cấu là:

∆Σ = ∆Ssdmax + 0,75*C2

= 0,379 + 0,75*(0,082)

Ta thấy ∆Σ <[∆] =1 (àm)

Vậy việc ta chọn trớc các thông số của cơ cấu là tơng đối hợp lý

Mục lục

Nhiệm vụ : Thiết kế môn học 1

LờI NóI ĐầU 1

Phần thứ nhất: Sơ đồ nguyên lý và thuyết minh tóm tắt 2

4

Phần thứ hai : Tính toán cơ cấu đòn theo điều kiện sai số nhỏ nhất 4

1 Xác định hàm vị trí của cơ cấu 4

2.Biểu thức sai số lý thuyết (Sai số sơ đồ) của cơ cấu: 6

3.Chọn kiểu đa thức Trebsép 7

4 Giải bài toán theo phơng pháp nội suy: 7

9

Phần thứ ba: Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng 9

1 Tính toán các thông số của bánh răng S1 9

2.Tính toán bánh răng Z2 9

3.Tính toán bánh răng Z3 10

4.Tính toán bánh răng Z4 10

5 Kiểm nghiệm độ bền bánh răng Z1,Z2 10

Phần thứ t: Tính toán lò xo lực và lò so xoắn acsimet 12

1.Tính lò xo lực chịu kéo: 12

2.Tính toán lò xo xoắn acsimet 13

3.Tính chính xác đờng kính thang chia 14

Phần thứ năm: Tính sai số đo 16

1.Đối với cơ cấu sin: 16

2.Đối với cu lít: 18

3 Sai số động học tổng cộng của bồ truyền bánh răng ảnh hởng đến dịch chuyển của kim chỉ thị là: 19

4.Biểu thức sai số tổng cộng của cơ cấu là: 20

5.Chọn khâu bồi thờng 20

∆Σ = (-22,715 * 0,0058 + 3,726 * 0,05 - 25,24 * 0,0058) * (+0,866)2 + (- 63,605 * ρ - 15,525 * 0,05) * (+0,866) + 1500  + 0,182 + Ss δmax 22

∆Σ = (-22,715 * 0,0058 + 3,726 * 0,05 - 25,24 * 0,0058) * (-0,866)2 + (- 63,605 * ρ - 15,525 * 0,05) * (-0,866) + 1500  + 0,182 + Ssd àax 22

Mục lục 22