Cơ Sở Khoa Học Kỹ Thuật Về Dụng Cụ Và Thiết Bị Chính Xác

Chuyên khảo phân tích Chi tiết cơ cấu chính xác, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Đề tài: Cơ Sở Khoa Học Kỹ Thuật Về Dụng Cụ Và Thiết Bị Chính Xác

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• CHƯƠNG MỞ ĐẦU
• 0.1. Khái niệm dụng cụ và thiết bị chính xác
• 0.1.1. Các phần tử nhạy cảm
• 0.1.2. Phương tiện phản ánh tin tức
• 0.1.3. Cơ cấu truyền
• 0.2. Nhiệm vụ và nội dung của môn học
• 0.3. Các yêu cầu đối với các chi tiết và cơ cấu chính xác
• 1. CHƯƠNG 1: CÁC YẾU TỐ ĐÀN HỒI CỦA DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ CHÍNH XÁC
• 1.1. Khái niệm chung và phân loại
• 1.1.1. Khái niệm chung
• 1.1.1.1. Đặc điểm của các yếu tố đàn hồi
• 1.1.1.2. Đặc tính của các yếu tố đàn hồi
• 1.1.1.3. Độ cứng của các yếu tố đàn hồi
• 1.1.1.4. Độ nhạy của yếu tố đàn hồi
• 1.1.2. Phân loại các yếu tố đàn hồi
• 1.1.2.1. Phân loại theo công dụng
• 1.1.2.2. Phân loại theo biến dạng của vật liệu
• 1.2. Lò xo lá phẳng
• 1.2.1. Khái niệm
• 1.2.2. Tính toán lò xo lá phẳng
• 1.2.2.1. Lò xo phẳng công xôn có tiết diện hình chữ nhật
• 1.2.2.2. Lò xo phẳng công xôn có tiết diện hình tròn
• 1.2.2.3. Ứng suất uốn cho phép
• 1.3. Lò xo xoắn Acsimet
• 1.3.1. Khái niệm
• 1.3.2. Xác định mô men phản tác dụng của lò xo
• 1.3.3. Xác định các kích thước của lò xo
• 1.4. Màng đàn hồi
• 1.4.1. Khái niệm chung
• 1.4.1.1. Phân loại màng
• 1.4.2. Tính toán màng
• 1.4.2.1. Tính toán màng phẳng trong vùng dịch chuyển nhỏ
• 1.4.2.2. Màng phẳng mềm tuyệt đối
• 1.4.2.3. Xác định đặc tính của màng phẳng bằng phương pháp cộng tác dụng
• 1.4.2.4. Đặc tính của màng sóng

Tóm tắt

I. Khám Phá Cơ Sở Khoa Học Của Dụng Cụ Và Thiết Bị Chính Xác

Trong bối cảnh phát triển của khoa học kỹ thuật, dụng cụ và thiết bị chính xác đóng vai trò nền tảng cho mọi hoạt động sản xuất, nghiên cứu và kiểm định. Khác với máy móc thông thường có chức năng biến đổi năng lượng, dụng cụ chính xác được định nghĩa là thiết bị thực hiện chức năng đo lường, kiểm tra, điều chỉnh, và điều khiển. Nền tảng khoa học của chúng dựa trên việc áp dụng các nguyên lý vật lý, cơ học, và quang học để chuyển đổi một đại lượng cần đo thành tín hiệu có thể quan sát được. Mọi thiết bị, từ thước kẹp, panme, đồng hồ so đơn giản đến máy đo tọa độ CMM phức tạp, đều tuân thủ một cấu trúc chung. Cấu trúc này bao gồm ba thành phần cốt lõi: phần tử nhạy cảm, cơ cấu truyền, và phương tiện phản ánh tin tức. Phần tử nhạy cảm tiếp nhận tín hiệu đầu vào (như áp suất, nhiệt độ, lực) và chuyển đổi thành một tín hiệu đầu ra (thường là dịch chuyển thẳng hoặc góc). Cơ cấu truyền có nhiệm vụ khuếch đại dịch chuyển này để phương tiện phản ánh tin tức (kim chỉ, màn hình số) có thể hiển thị kết quả một cách rõ ràng. Việc hiểu rõ cơ sở khoa học kỹ thuật này là yêu cầu tiên quyết cho việc thiết kế, chế tạo, và sử dụng hiệu quả các thiết bị đo lường trong công nghiệp hiện đại.

1.1. Định nghĩa và phân loại dụng cụ đo lường kỹ thuật

Theo tài liệu gốc, "Dụng cụ là thiết bị thực hiện chức năng đo lường, kiểm tra điều chỉnh, điều khiển, tính toán". Dựa trên chức năng, chúng được phân loại cụ thể. Dụng cụ đo lường so sánh trực tiếp hoặc gián tiếp đại lượng đo với một chuẩn đo lường (ví dụ: nhiệt kế, áp kế). Dụng cụ kiểm tra xác định xem giá trị đo có nằm trong giới hạn cho phép hay không, đóng vai trò then chốt trong kiểm tra chất lượng (KCS/QC). Dụng cụ điều chỉnh tự động duy trì một giá trị định trước, như bộ điều chỉnh tốc độ. Cuối cùng, dụng cụ điều khiển thực hiện sự thay đổi của đại lượng theo một chương trình đã lập trình. Mỗi loại dụng cụ này đều có vai trò riêng biệt, góp phần tạo nên một hệ thống sản xuất và vận hành tự động, chính xác. Sự phân loại này giúp các kỹ sư lựa chọn đúng thiết bị cho từng ứng dụng cụ thể trong đo lường kỹ thuật.

1.2. Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý đo cơ bản của thiết bị

Sơ đồ cấu trúc của một thiết bị chính xác điển hình bao gồm ba khối chính. Phần tử nhạy cảm là bộ phận đầu tiên tiếp nhận tín hiệu vật lý (xᵢ) và biến đổi nó thành tín hiệu đầu ra (xₒ), thường là dịch chuyển cơ học. Các phần tử này có thể là màng đàn hồi, lò xo, ống burdon, hay cảm biến đo lường hiện đại. Tiếp theo, Cơ cấu truyền thực hiện liên kết động học, khuếch đại tín hiệu dịch chuyển nhỏ từ phần tử nhạy cảm thành một chuyển động góc hoặc thẳng lớn hơn. Cuối cùng, Phương tiện phản ánh tin tức hiển thị kết quả cho người vận hành thông qua thang chia, bảng số, hoặc màn hình. Nguyên lý đo cốt lõi nằm ở chuỗi biến đổi tín hiệu này, đảm bảo mối quan hệ tuyến tính và ổn định giữa đại lượng cần đo và giá trị hiển thị. Hiểu rõ cấu trúc này giúp xác định nguồn gốc sai số đo lường và thực hiện hiệu chuẩn thiết bị một cách chính xác.

II. Các Thách Thức Lớn Về Độ Chính Xác Và Sai Số Đo Lường

Việc đạt được độ chính xác cao là yêu cầu cốt lõi nhưng cũng là thách thức lớn nhất đối với dụng cụ và thiết bị chính xác. Mọi phép đo đều không thể tuyệt đối và luôn tồn tại sai số đo lường. Các sai số này xuất phát từ nhiều nguồn: từ bản thân thiết bị (sai số hệ thống), từ môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, rung động), và từ người thao tác (sai số cá nhân). Theo các chuyên gia, các yêu cầu đối với chi tiết chính xác rất khắt khe, bao gồm "độ chính xác thực hiện chức năng yêu cầu, độ tin cậy và làm việc không hỏng hóc". Thêm vào đó, các yếu tố như độ nhạy, quán tính, và ảnh hưởng của môi trường cần được kiểm soát chặt chẽ. Việc quản lý dung sai và lắp ghép trong quá trình chế tạo là cực kỳ quan trọng để giảm thiểu sai số hệ thống. Một thách thức khác là sự suy giảm độ chính xác theo thời gian do mài mòn, biến dạng vật liệu. Điều này đòi hỏi quy trình hiệu chuẩn thiết bị định kỳ, sử dụng các chuẩn đo lường quốc gia hoặc quốc tế để đảm bảo kết quả đo luôn đáng tin cậy. Việc không kiểm soát tốt các yếu tố này sẽ dẫn đến các quyết định sai lầm trong sản xuất và kiểm tra chất lượng (KCS/QC), gây ra lãng phí và tổn thất kinh tế nghiêm trọng.

2.1. Phân tích các nguồn gốc gây ra sai số trong thiết bị

Sai số đo lường có thể được phân thành ba nhóm chính. Sai số hệ thống bắt nguồn từ những khuyết điểm trong thiết kế, chế tạo và lắp ráp thiết bị, ví dụ như vạch chia trên thang đo không đều hoặc cơ cấu truyền có tỷ số truyền không ổn định. Sai số ngẫu nhiên là những sai số không thể đoán trước, gây ra bởi các yếu tố biến động như rung động vi mô, nhiễu điện từ, hoặc sự thay đổi nhỏ của nhiệt độ môi trường. Sai số cá nhân (hay sai số thô) xảy ra do lỗi của người vận hành, như đọc sai số, thao tác không đúng quy trình. Việc xác định và lượng hóa các nguồn sai số này là bước đầu tiên trong việc cải thiện độ chính xác của phép đo.

2.2. Tầm quan trọng của dung sai lắp ghép và hiệu chuẩn

Dung sai và lắp ghép là khái niệm nền tảng trong cơ khí chính xác. Dung sai quy định giới hạn cho phép của kích thước, hình dạng hình học của một chi tiết. Lắp ghép xác định mối quan hệ giữa hai chi tiết được lắp với nhau. Việc kiểm soát chặt chẽ dung sai trong công nghệ chế tạo máy đảm bảo các chi tiết có thể thay thế lẫn nhau và cơ cấu hoạt động đúng chức năng. Tuy nhiên, dù chế tạo chính xác đến đâu, thiết bị vẫn có thể sai lệch theo thời gian. Do đó, hiệu chuẩn thiết bị là quá trình không thể thiếu. Hiệu chuẩn so sánh kết quả đo của thiết bị với một chuẩn đo lường có độ chính xác cao hơn, từ đó xác định sai số và thực hiện các điều chỉnh cần thiết. Đây là hoạt động bắt buộc để duy trì tính tin cậy của hệ thống đo lường.

III. Nền Tảng Cơ Học Chính Xác Nguyên Tắc Thiết Kế Cốt Lõi

Cơ học chính xác là lĩnh vực khoa học nghiên cứu và ứng dụng các nguyên tắc cơ học để thiết kế và chế tạo các chi tiết, cơ cấu có độ chính xác cao. Đây là trái tim của hầu hết dụng cụ và thiết bị chính xác truyền thống. Một trong những thành phần quan trọng nhất là các yếu tố đàn hồi. Như tài liệu đã nêu, các yếu tố như lò xo, màng đàn hồi, và ống xin-phôn có đặc điểm là "lực và mô men do chúng tạo nên tỷ lệ với biến dạng". Đặc tính tuyến tính này cho phép chúng biến đổi các đại lượng vật lý (áp suất, lực) thành dịch chuyển một cách tin cậy. Ví dụ, trong áp kế, ống Bourdon biến dạng dưới áp suất, và sự dịch chuyển này được cơ cấu truyền khuếch đại để di chuyển kim chỉ. Việc tính toán độ cứng, độ nhạy và ứng suất của các yếu tố này là bài toán cốt lõi. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu chế tạo dụng cụ cũng cực kỳ quan trọng. Vật liệu phải có module đàn hồi ổn định, hệ số giãn nở nhiệt thấp, và khả năng chống mài mòn tốt để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định trong thời gian dài và ít bị ảnh hưởng bởi môi trường. Các nguyên tắc này tạo nên nền tảng vững chắc cho việc phát triển các thiết bị đo cơ khí.

3.1. Yếu tố đàn hồi Trái tim của nhiều cảm biến đo lường

Yếu tố đàn hồi là thành phần cơ bản trong nhiều loại cảm biến đo lường. Chúng được phân loại thành lò xo lực (tích lũy năng lượng), lò xo đo lường (tạo lực/mô men phản tác dụng), và yếu tố liên kết đàn hồi (giảm rung động). Lò xo đo lường, như lò xo xoắn acsimet trong đồng hồ cơ hay màng đàn hồi trong cảm biến áp suất, là ví dụ điển hình. Đặc tính của chúng, tức mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng, quyết định trực tiếp đến độ chính xác và dải đo của dụng cụ. Việc thiết kế và tính toán các yếu tố này đòi hỏi kiến thức sâu về sức bền vật liệu và cơ học. Tài liệu gốc đã trình bày chi tiết các công thức tính toán ứng suất và độ võng cho từng loại, từ lò xo lá phẳng đến ống xin-phôn, cho thấy tầm quan trọng của chúng trong cơ học chính xác.

3.2. Lựa chọn vật liệu chế tạo dụng cụ và ảnh hưởng

Việc lựa chọn vật liệu chế tạo dụng cụ có ảnh hưởng sâu sắc đến hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị. Đối với các yếu tố đàn hồi, các vật liệu như thép hợp kim (60C2A, 70C2A), đồng thanh berili (BpB2), và hợp kim đặc biệt như Elinvar (hợp kim sắt-crom-niken) thường được ưu tiên. Các vật liệu này cần thỏa mãn các yêu cầu khắt khe: tính chất đàn hồi không đổi theo thời gian, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, biến dạng dư thấp, và tính chống ăn mòn cao. Đối với các chi tiết khác như khung, vỏ, vật liệu chế tạo dụng cụ cần có độ cứng vững cao, ổn định về kích thước để giảm thiểu biến dạng do nhiệt độ và tải trọng, vốn là một nguồn gây ra sai số đo lường.

IV. Phương Pháp Đo Lường Hiện Đại Từ Quang Học Đến Cảm Biến

Bên cạnh cơ học chính xác, các phương pháp đo lường hiện đại ngày càng dựa vào quang học kỹ thuật và các loại cảm biến đo lường tiên tiến. Quang học kỹ thuật mở ra khả năng đo lường không tiếp xúc với độ chính xác cực cao, đặc biệt hữu ích cho các chi tiết nhỏ, mỏng manh hoặc có bề mặt phức tạp. Các thiết bị như kính hiển vi đo lường, máy đo profile quang học có thể phân tích kích thước và độ nhám bề mặt ở cấp độ micromet. Nguyên lý đo dựa trên sự giao thoa, phản xạ, hoặc khúc xạ ánh sáng. Song song đó, sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tạo ra một cuộc cách mạng về cảm biến đo lường. Các cảm biến này có thể chuyển đổi gần như mọi đại lượng vật lý (nhiệt độ, áp suất, gia tốc, từ trường) thành tín hiệu điện. Tín hiệu này sau đó được đưa vào bộ xử lý tín hiệu đo. Kỹ thuật này cho phép lọc nhiễu, bù sai số và chuyển đổi tín hiệu thành dữ liệu số, giúp tăng cường độ chính xác và tích hợp dễ dàng vào các hệ thống điều khiển tự động. Sự kết hợp giữa cơ khí, quang học và điện tử đang định hình tương lai của dụng cụ và thiết bị chính xác.

4.1. Vai trò của quang học kỹ thuật trong đo lường siêu nhỏ

Quang học kỹ thuật là công cụ không thể thiếu khi cần đo các kích thước ở cấp độ vi mô và nano. Kính hiển vi đo lường cho phép quan sát và đo các kích thước hình học nhỏ. Các hệ thống đo giao thoa laser có thể đo khoảng cách với độ chính xác nanomet, được ứng dụng trong hiệu chuẩn thiết bị và trong các máy công cụ CNC siêu chính xác. Đo lường quang học không tiếp xúc, giúp loại bỏ lực đo tác động lên vật, tránh làm biến dạng chi tiết mềm hoặc mỏng. Đây là một ưu điểm vượt trội so với các phương pháp đo tiếp xúc truyền thống.

4.2. Kỹ thuật xử lý tín hiệu đo để tăng cường độ chính xác

Trong các hệ thống đo lường hiện đại, tín hiệu thô từ cảm biến đo lường thường lẫn tạp nhiễu và bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Kỹ thuật xử lý tín hiệu đo đóng vai trò lọc bỏ các thành phần không mong muốn và hiệu chỉnh sai số. Các thuật toán xử lý số (DSP) có thể thực hiện các phép lọc phức tạp, bù trừ sai số do nhiệt độ, và tuyến tính hóa đặc tính phi tuyến của cảm biến. Ví dụ, một cảm biến có thể có đặc tính thay đổi theo nhiệt độ; bộ xử lý sẽ sử dụng tín hiệu từ một cảm biến nhiệt độ khác để bù trừ, đảm bảo kết quả đo không đổi khi nhiệt độ môi trường thay đổi. Điều này giúp cải thiện đáng kể độ chính xác và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống đo.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Thiết Bị Chính Xác Trong KCS QC

Dụng cụ và thiết bị chính xác là xương sống của mọi hoạt động kiểm tra chất lượng (KCS/QC) trong sản xuất công nghiệp. Chúng đảm bảo rằng các sản phẩm được chế tạo ra đáp ứng đúng các yêu cầu về kích thước và chức năng đã được quy định trong bản vẽ kỹ thuật. Trong nhà xưởng, các dụng cụ đo cơ bản như thước kẹp, panme, đồng hồ so được sử dụng hàng ngày để kiểm tra nhanh các kích thước thông thường. Đối với các yêu cầu cao hơn, máy đo độ nhám bề mặt được dùng để đánh giá chất lượng gia công bề mặt, yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất làm việc của chi tiết như độ mài mòn, khả năng bôi trơn. Ở cấp độ cao nhất, máy đo tọa độ CMM (Coordinate Measuring Machine) là thiết bị không thể thiếu. Nó có khả năng đo lường hình dạng hình học phức tạp của một chi tiết trong không gian ba chiều với độ chính xác rất cao. Dữ liệu từ CMM được so sánh trực tiếp với mô hình CAD 3D của sản phẩm, cho phép đánh giá toàn diện về sai lệch so với thiết kế. Việc ứng dụng đúng và hiệu quả các thiết bị này giúp doanh nghiệp giảm tỷ lệ phế phẩm, nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng cường năng lực cạnh tranh.

5.1. Máy đo tọa độ CMM và vai trò trong công nghiệp 4.0

Máy đo tọa độ CMM là một công cụ đo lường linh hoạt và mạnh mẽ. Bằng cách chạm một đầu dò vào các điểm khác nhau trên bề mặt chi tiết, máy có thể xác định tọa độ của các điểm đó và tái tạo lại hình dạng hình học của chi tiết. CMM có thể đo các yếu tố như đường kính, khoảng cách, góc, độ phẳng, độ tròn một cách tự động và chính xác. Trong bối cảnh Công nghiệp 4.0, dữ liệu từ CMM không chỉ dùng để kiểm tra mà còn được tích hợp vào hệ thống sản xuất thông minh. Dữ liệu này có thể được dùng để hiệu chỉnh quy trình gia công trên máy CNC theo thời gian thực (closed-loop manufacturing), giúp tối ưu hóa sản xuất và duy trì chất lượng ổn định.

5.2. Sử dụng thước kẹp panme đồng hồ so trong sản xuất

Thước kẹp, panme, đồng hồ so là những dụng cụ đo cầm tay phổ biến nhất. Thước kẹp (caliper) dùng để đo kích thước ngoài, kích thước trong và chiều sâu. Panme (micrometer) cho độ chính xác cao hơn thước kẹp, thường dùng để đo đường kính ngoài của các chi tiết trụ. Đồng hồ so (dial indicator) chuyên dùng để đo độ sai lệch hình dạng hình học như độ đảo, độ song song, độ phẳng. Mặc dù đơn giản, việc sử dụng thành thạo và bảo quản đúng cách các dụng cụ này là kỹ năng cơ bản và quan trọng đối với mọi kỹ sư và công nhân kỹ thuật trong hoạt động kiểm tra chất lượng (KCS/QC) hàng ngày.

VI. Tương Lai Ngành Cơ Khí Chính Xác Và Công Nghệ Chế Tạo Máy

Tương lai của ngành cơ khí chính xác và công nghệ chế tạo máy gắn liền với xu hướng tích hợp thông minh và tự động hóa. Các dụng cụ và thiết bị chính xác không còn là những thiết bị độc lập mà đang trở thành một phần của mạng lưới Internet vạn vật công nghiệp (IIoT). Các cảm biến đo lường thông minh có khả năng tự chẩn đoán, tự hiệu chuẩn và truyền dữ liệu không dây. Trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) đang được ứng dụng để phân tích lượng lớn dữ liệu đo lường, từ đó dự đoán lỗi, tối ưu hóa quy trình và nâng cao chất lượng sản phẩm. Các chuẩn đo lường cũng đang phát triển theo hướng số hóa, cho phép thực hiện hiệu chuẩn thiết bị từ xa và tự động. Thêm vào đó, sự phát triển của các vật liệu chế tạo dụng cụ mới như composite, gốm kỹ thuật và hợp kim tiên tiến hứa hẹn tạo ra các thiết bị đo nhẹ hơn, bền hơn và ổn định hơn trong các môi trường khắc nghiệt. Những tiến bộ này đặt ra cả thách thức và cơ hội, đòi hỏi nguồn nhân lực phải liên tục cập nhật kiến thức để khai thác tiềm năng của công nghệ mới.

6.1. Xu hướng tích hợp AI và IoT vào chuẩn đo lường

Việc tích hợp IoT cho phép các dụng cụ và thiết bị chính xác kết nối và chia sẻ dữ liệu liên tục. Dữ liệu này được thu thập và phân tích bởi các thuật toán AI để giám sát tình trạng máy móc, phát hiện các sai lệch nhỏ nhất trong quy trình sản xuất. Ví dụ, AI có thể phân tích dữ liệu rung động từ một cảm biến đo lường trên máy CNC để dự đoán khi nào dao cắt cần được thay thế, trước cả khi nó gây ra lỗi sản phẩm. Xu hướng này đang biến đổi hoạt động đo lường kỹ thuật từ việc kiểm tra sau sản xuất (post-process) sang giám sát trong quá trình (in-process), giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu lãng phí.

6.2. Thách thức và cơ hội cho công nghệ chế tạo máy tại Việt Nam

Ngành công nghệ chế tạo máy và cơ khí chính xác tại Việt Nam đang đứng trước cơ hội lớn để tham gia sâu hơn vào chuỗi cung ứng toàn cầu. Tuy nhiên, thách thức cũng không nhỏ, bao gồm việc đầu tư vào máy móc, thiết bị hiện đại và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao có khả năng vận hành và bảo trì các hệ thống đo lường phức tạp. Việc nắm bắt và ứng dụng các cơ sở khoa học kỹ thuật về dụng cụ và thiết bị chính xác là chìa khóa để nâng cao năng lực cạnh tranh, tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng cao và đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế khắt khe.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU §1. Khái niệm dụng cụ và thiết bị chính xác Máy là thiết bị thực hiện chuyển động có ích nhất định để biến đổi năng lượng hoặc thực hiện công có ích. Ví dụ, động cơ điện biến điện năng thành cơ nang. Máy gia công kim loại thực hiện các quá trình sản xuất khác nhau nhằm thay đối hình dạng và vị trí của chỉ tiết.

Dụng cụ là thiết bị thực hiện chức năng đo lường, kiểm tra điều chỉnh, điều khiển, tính toán. Dụng cụ đo lường: dùng để so sánh trực tiếp hay gián tiếp các đại lượng đo với đơn vị đo. Ví dụ, nhiệt kế, áp kế, tốc kế. Đụng cụ kiểm tra: dùng để xác định giá trị đại lượng được kiểm tra có nằm trong giới hạn cho phép hay không.

Ví dụ, dụng cụ kiểm tra kích thước, cân, điện trở. - Dụng cụ điểu chính: dùng để duy trì tự động giá trị của đại lượng điều chỉnh đã được định trước. Ví dụ, bộ điều chỉnh tốc độ. Dụng cụ điều khiến theo chương trình chơ trước thực hiện sự thay đổi của đại lượng nào đó.

Máy tính và thiết bị tính thực hiện các nguyên công toán học. Ví dụ, máy tính, bộ tích phân, thiết bị cộng. Một cách tổng quát các dụng cụ và thiết bị chính xác có sơ đổ cấu trúc như sau (hinh 1): Phương tiện phan ánh tin tức xi i ẹ Xo] Phần tử —__* 7 Ca cấu (Pp) ~ nhay ——> truyền (s) Hình 1. Sơ đồ cấu trúc của dụng cu va thiét bi chinh xac.

Các phần tử nhạy cảm Là thiết bị biến tín hiệu đầu vào x¿ thành tín hiệu đầu ra x;. Tín Ếiệu đầu vào và ra có thể là đại lượng điện và không điện. Trong nhiều phần tử nhạy cảm, tín hiệu vào là các đại lượng vật lý (dòng điện, tần số, điện áp, lực, nhiệt độ, vận tốc, áp suất. Tín hiệu ra: địch chuyển thẳng hay góc.

Để làm các phần tử nhạy người ta thường dùng: màng đàn hỏi, ống xin-fôn, lò xo, ống burđôn, tấm lưỡng kim, tấm thạch anh. Phương tiện phản ánh tín tức Là thiết bị thông tin cho con người (người thao tác) các số liệu về giá trị của các thông số được đo và được kiểm tra đặc trưng cho trạng thái của đối tượng. Để làm phương tiện phản ánh tin tức dùng bảng chia, các chỉ số, thiết bị tự ghi, bảng số, màn ảnh vô tuyến. Cơ cấu truyền Thực hiện liên kết động giữa các khâu động của phần tử nhạy cảm và thang chía các chỉ số, thiết bị tự ghỉ hay thiết bị chấp hành của dụng cụ hay hệ thống tự động.

Vi du: Sơ đồ động của dụng cu khí áp kế đo độ cao (hình 2). Phần tử nhạy cảm - khí áp kế kiểu hộp, biến đổi áp suất khí quyển p thành dịch chuyển S của điểm A. Cơ cấu truyền - biến đối dịch chuyển thang nhỏ § của điểm A thành dịch chuyển góc lớn @ của kim thiết bị đọc số. Sð đề động của dụng cụ khí áp kế đo độ cao.

Phương tiện phản ánh tín tức - bảng chỉa, 2. Nhiệm vụ và nội dung của môn học Nhiệm vụ của môn học là nghiên cứu phương pháp tính toát và thiết kế các chỉ tiết và cơ cấu của dụng cụ và thiết bị chính xác. Các bài toán được nghiên cứu ở đây là xác định các thông số hình học, tính toán độ chính xác, tính toán động học và động lực học cơ cấu của dụng cụ và thiết bị chính xác. Trong trường hợp cần thiết là tính toán độ bền của các chỉ tiết chịu lực.

Nội dung của môn học: Các chỉ tiết và cơ cấu của dụng cụ và thiết bị chính xác rãi phong phú và đa dạng. Ở đây chỉ nghiên cứu các chỉ tiết và cơ cấu điển hình đùng trong cơ khí chính xác và quang học; chế tạo dụng cụ và cơ khí chế tạo máy. Một số chỉ tiết và cơ cấu điển hình là: | - — Các yếu tố đàn hồi. -ˆ_ Gối tựa và sống trượt.

- Truyền động bánh răng chính xác. - Truyền động ren vít chính xác. - — Cơ cấu đòn - Bản lễ. - _ Cơ cấu truyền động ngắt quãng.

- _ Cơ cấu điều chỉnh tốc độ. - - Cơ cầu làm giảm dao động. -— Cơ cấu và thiết bị đọc số. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI CÁC CHI TIẾT VÀ CƠ CẤU CHÍNH XÁC Các yên cầu đối với chỉ tiết và cơ cấu chính xác rất khác nhau và phụ thuộc vào chức năng, công suất, vận tốc và độ chính xác yêu cầu, điểu kiện sử dụng, công nghệ chế tạo và hàng loạt các yếu tố khác.

' Các yêu cầu chủ yếu đối với các chỉ tiết và cơ cấu chính xác: Độ chính xác thực hiện chức năng yêu cầu, độ tin cậy và làm việc không hỏng hóc, thuận tiện, đơn giản và sử dụng an toàn, So đồ tối giản: số khâu, khớp là ít nhất, làm việc êm không ổn, chống rung động, độ bền, tuổi thọ, tính chống mài mòn và hiệu suất cao v. Tính kinh tế trong sử dụng và chế tạo, lắp ráp, sửa chữa đơn giản. Chỉ phí vật liệu ít nhấu, khối lượng và kích thước nhỏ. Sử dụng rộng rãi các cụm và các chỉ tiết tiêu chuẩn hoá.

Các chỉ tiết có tính thay thế được. Khối lượng và giá thành chế tạo ít nhất. Ngoài ra đối với các cơ cấu của dụng cụ còn có các yêu cầu đặc biệt như: độ chính xác và độ nhạy cao. không có quán tính, không bị ảnh hưởng của điều kiện môi trường như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm v.

Chuang I CÁC YẾU TỐ ĐÀN HỒI CỦA DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ CHÍNH XÁC §1. KHAI NIEM CHUNG VA PHAN LOA! 1. Khái niệm chung Trong dụng cụ và thiết bị chính xác để làm các yếu tố đàn hồi người ta dùng, lồ xo va cdc yéu 16 nhạy đàn hồi có cấu trúc khác nhau: Lò xo, bao gồm: - Lồ xo xoắn trụ chịu kéo và chịu nén (hình 1. - Lồ xơ thẳng chịu uốn (hình 1.

- Lồ xo xoắn acsimet chịu xoắn (hình 1. Ống sóng hay xinphôn (hình 1.1 e), Mang dan hồi (hình 1. Lò xo ống hay ống burđôn (hình 1. a) Đặc điểm của các yếu tế đân hồi Lực và mô men do các yếu tố đàn hồi tạo nên tỷ lệ với biến dạng và không phụ thuộc vào vị trí của chúng trong không gian.

Các yếu tố đàn hồi cho phép tích lũy cơ năng bằng cách biến dạng sơ bộ chúng. Nói chung, các yếu tố đàn hồi có kích thước nhỏ. =| Pfr ns Hình 1. Các yếu tế đàn hồi của dụng cụ và thiết bị chính xác.

b) Đặc tính của các yến tố đàn hồi Là sự phụ thuộc giữa độ võng f của yếu tố đàn hồi và tải trọng P hay giữa góc xoán @ và mô men ngẫu lực M, gây ra sự biến dạng của yếu tố đàn hỏi.2) Dac tính của yếu tố đàn hồi có thể là tuyến tính (hình 1.2 đường a) hoặc phì tuyến (hình 1. Đặc tính của các yếu tố đàn hồi. Ẵ©) Độ cứng của các yếu tố đàn hồi Là giới hạn của gia số tải trọng ÁP với gia số của độ võng AT, khi Af tiến tới không: K= jin SP |= » Ninn (1.3) Atal Af df hay: K, = lim| —— iM > Nanitrad (1.4) soak Ap dp Độ cứng có thể được xác định bằng đồ thị hoặc bảng tang của góc nghiêng v của tiếp tuyến tại điểm khảo sát với đặc tính của yếu tố đàn hồi (hình 1.2): dP K =tgv = — a Nếu đặc tính đàn hồi là tuyến tính thì: K= P = const f đ) Độ nhạy của yến tố đàn hồi Là đại lượng ngược với độ cứng: sett min (1.5) IP hay: "1 đ S= “a ,rad/nun (1.6) dM Trong các dụng cụ cơ khí chính xác và quang học, để thay đổi độ cứng (hay độ nhạy) và để nhận được đặc tính cần thiết của cụm các yếu tố đàn hồi, người ta sử dụng chuỗi nối tiếp, chuỗi song song bay chuỗi hỗn hợp các yếu tố đàn hỏi. Dưới đây ta lần lượt xét các chuỗi đó: + Chuỗi nối tiếp các yếu tố đàn hồi Trong chudi này mỗi một yếu tố dan hồi cùng chịu tác dụng của lực tác dung P (hình 1.

Đặc tính của khối m ff Hình 1. Chuỗi nối tiếp các yếu tố đản hồi.7) Vậy: Khi nối tiếp, các yếu đàn hồi độ nhạy của khối bằng tổng các độ nhạy của các yếu tố đàn hồi riêng biệt. Độ cứng: K,= a Ss vst (1.8) Đặc tính tổng cộng của khối có thể tìm bằng cách cộng đồ thị biến dạng của các yếu tố đần hồi riêng biệt f,, f;,., f„ khi chịu tải trọng P: f= dé (1.9) it + Chuỗi song song các yếu tố đèn hồi: Trong chuỗi này biến dạng của các yếu tố đàn hồi riêng biệt là như nhau và bang biến dạng chung của khối (hình 1.3 b): Đặc tính của khối Suy ra: f f. P, = =, P= = t $2 n Do đó: Lực tác dung lên mỗi yếu tố đàn hồi trong chuỗi song song tý lệ nghịch với độ nhạy của chúng: P= YP, = (1.11) Vậy khi nối song song các yêu tố đàn hồi, độ nhạy tổng cộng bị giảm đi, còn độ cứng tổng cộng của khối bằng tổng độ cứng của chúng: EL a1 ẻ ` (1.12) + Chuối hẳn hợp các yếu tố dàn hồi: Khi nối hỗn hợp các yếu tổ đàn hồi.

độ cứng và độ nhạy của chúng được xác định riêng đối với cụm song song, sau đó khảo sát khối đó như chuỗi nối tiếp. Phân loại các yếu tố đàn hổi Các yếu tố đàn hồi có thể được phân loại theo các đặc điểm khác nhau. Phản loại theo công dụng Các yếu tố dan hồi được chia thành ba nhóm. Là xở lực: (Tích luỹ năng lượng) Năng lượng được tích luỹy trong lúc biến dạng sơ bộ các lò xo này, chúng được dùng để dẫn hệ thống động của cơ cấu quay về vị trí ban đầu.

L6 xo đo lường: (Các yếu tố nhạy đàn hồi) Các lò xe này được dùng trong các dụng cụ đo để tạo thành lực và mô men phan tac dụng. Theo trị số biến dạng (độ võng f hay góc xoán @) đánh giá về trị số của lực hay mê men tác đụng lên lò xo. Các yếu tổ Hiên kết đàn hồi: Chúng được dùng để cách ly rung động của cơ cấu và làm giảm và đập bằng cách thay thể liên kết cứng giữa các chỉ tiết của dụng cụ bằng liên kết đàn hồi. Vi du: dém dan hồi, bộ giảm chấn lồ xo và cao su, khớp bản lễ đàn hồi, các phần tử của khớp nối lờ xo và đàn hồi 14 2.