Thiết kế & chế tạo đầu đo khí nén phân giải cao ứng dụng đo sai lệch độ tròn

Luận văn nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thực nghiệm đầu đo khí nén độ phân giải cao, ứng dụng đo lường chính xác sai lệch độ tròn chi tiết máy.

• Tác giả: Trương Công Tuần
• Trường học: Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Chế Tạo Máy
• Đề tài: Đầu Đo Khí Nén Phân Giải Cao Đo Sai Lệch Độ Tròn
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
• Năm xuất bản: 2010-2012

Tóm tắt

I. Nguyên tắc hoạt động của đầu đo khí nén phân giải cao

Đầu đo khí nén phân giải cao là thiết bị chuyên dụng dùng để đo sai lệch độ tròn với độ chính xác vô cùng cao. Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển đổi khí nén thành tín hiệu điện, từ đó xác định chính xác độ lệch hình học của các chi tiết. Quá trình đo được thực hiện thông qua việc phân tích mối quan hệ giữa áp suất khí và khe hở giữa đầu đo và bề mặt đo. Khi khí nén phát tán qua các cản trở, nó tạo ra sự thay đổi áp suất tương ứng với độ lệch. Phương pháp này cho phép phát hiện những sai lệch nhỏ nhất, thường ở mức micro mét, giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm trong công nghiệp chế tạo.

1.1. Nguyên tắc tạo chuyển đổi khí nén

Chuyển đổi khí nén hoạt động dựa trên lý thuyết dòng chảy khí qua các cản trở. Khi khí nén với áp suất cao chảy qua khe hở biến đổi, áp suất sẽ thay đổi theo hàm số phi tuyến. Sự thay đổi này được ghi nhận và chuyển đổi thành tín hiệu điện tương ứng, cho phép đo lường chính xác.

1.2. Phương trình đặc tính của đầu đo

Phương trình đặc tính mô tả mối quan hệ giữa áp suất đầu vào và áp suất đầu ra. Hệ số chảy, chỉ số đoạn nhiệt và điều kiện tới hạn của dòng chảy đều ảnh hưởng đến tính chất của đầu đo khí nén. Việc xác định chính xác các thông số này là yêu cầu cơ bản.

II. Các dạng mạch đo cơ bản trong hệ thống

Hệ thống đo sai lệch độ tròn sử dụng đầu đo khí nén được thiết kế với nhiều dạng mạch khác nhau để tối ưu hóa độ chính xác. Các mạch đo cơ bản bao gồm mạch đơn, mạch hai nhánh chảy song song, và mạch m nhánh chảy song song. Mỗi loại mạch có ưu điểm riêng trong việc giảm sai lệch đo và tăng độ ổn định. Phương pháp tương đương mạch điện với mạch khí giúp đơn giản hóa các tính toán kỹ thuật. Sự lựa chọn loại mạch phụ thuộc vào yêu cầu về độ phân giải, phạm vi đo và ứng dụng cụ thể của máy đo.

2.1. Mạch đo đơn và mạch hai nhánh

Mạch đo đơn là cấu trúc cơ bản nhất, phù hợp cho những ứng dụng đo đơn giản. Mạch hai nhánh chảy song song cung cấp độ chính xác cao hơn bằng cách sử dụng hai kênh đo độc lập. Cấu trúc này giúp tối ưu hóa độ phân giải cao của đầu đo khí nén.

2.2. Mạch m nhánh và ứng dụng nâng cao

Mạch m nhánh chảy song song cho phép kiểm soát nhiều điểm đo cùng lúc, tăng hiệu quả của quá trình đo sai lệch độ tròn. Cấu trúc phức tạp này yêu cầu tính toán chi tiết và thiết kế công xứng để đạt hiệu suất tối ưu.

III. Thiết kế và chế tạo đầu đo khí nén

Thiết kế đầu đo khí nén yêu cầu tính toán chi tiết các thông số kỹ thuật dựa trên lý thuyết khí động học. Quá trình chế tạo thực nghiệm bao gồm gia công cơ khí chính xác, xác định các kích thước tới hạn, và hiệu chỉnh đường đặc tính. Việc xác định đường đặc tính của đầu đo thông qua thực nghiệm trên máy đo độ tròn là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác. Sai số gia công ảnh hưởng trực tiếp đến tỉ số truyền và độ phân giải của hệ thống. Kiểm verifikacja các thông số thực nghiệm so với giá trị lý thuyết giúp xác nhận hiệu suất của đầu đo khí nén.

3.1. Tính toán thiết kế và xác định thông số

Cơ sở tính toán bao gồm các phương trình chuyên đổi và xác định các kích thước chiều dài khe hở. Khí trở được tính dựa trên tiết diện chảy và các hệ số khí động. Sự chính xác trong tính toán đầu đo khí nén quyết định độ tin cậy của toàn bộ hệ thống đo.

3.2. Thực nghiệm và hiệu chỉnh đường đặc tính

Thực nghiệm trên máy đo độ tròn xác nhận độ chính xác và đường đặc tính của đầu đo. Các bộ căn mẫu được sử dụng để hiệu chỉnh và so sánh với giá trị lý thuyết. Phương án này đảm bảo độ phân giải cao và sai lệch đo ở mức tối thiểu.

IV. Hệ thống truyền động và ứng dụng thực tiễn

Hệ thống truyền động sử dụng ống xiphôn bám biên dạng kết hợp với động cơ bước để theo dõi chuyển động của chi tiết đang đo. Phương pháp này cho phép đo sai lệch độ tròn liên tục và tự động trên toàn bộ chu vi. Hệ thống điều khiển sử dụng thuật toán điều khiển hiện đại để đảm bảo độ chính xác cao. Ứng dụng của đầu đo khí nén phân giải cao rất rộng trong ngành chế tạo máy, từ kiểm tra chi tiết nhỏ đến sản phẩm phức tạp. Thiết bị này giúp nâng cao chất lượng sản xuất và giảm tỷ lệ phế phẩm.

4.1. Thiết kế ống xiphôn bám biên dạng

Ống xiphôn được thiết kế với các kích thước hình học đặc biệt để theo dõi chính xác biên dạng chi tiết. Đường đặc tính của xiphôn được xác định thông qua thực nghiệm. Hệ thống này giúp đầu đo khí nén duy trì khoảng cách cố định với bề mặt đo.

4.2. Động cơ bước và điều khiển tự động

Động cơ bước cung cấp chuyển động chính xác cho hệ thống quét bề mặt. Sơ đồ mạch điều khiển phương án sử dụng động cơ bước cho phép đo sai lệch độ tròn tự động và chính xác. Thực nghiệm và kết quả cho thấy hệ thống hoạt động ổn định.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: Ợ i TRONG DO SAI LECH PO TRON. Nguyên tắc tạo chuyển đãi 12 Phương trình đặc tinh cia đều đo khí nón.3 Giới thiệu cúc dạng mạch đo cơ bẵn:.4 Khả năng ứng dụng đầu do khả nên trong do sai lệch độ tròn. Dinh nghĩa sai lệch độ tràn. Những vấn đề của đầu do tiếp xúc trong máy do sai lệch độ tròn.

Khả năng ứng dụng đầu đo khí nén trong máy đo sai lệch dé tron 19 CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KÉ CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM ĐẤU ĐO KHÍ NÉN UNG DO SAI LECH DO TRON. Tỉnh toán thiết kế đầu đo. Cơ sở tính toán 2 4p phuong tinh chuyén đỗi và xác định các thông số của đầu đo 22 23. Chế tạo và thực nghiệm tim đường dic tiah déu do.

Thực nghiệm đầu đo trên máp đo độ tràn. Thiết kể hệ truyền dộng sử dụng xiphôn bám biên dạng. Thục nghiệm và kết quả. Phương dn siz dung ding co ined.

Tim hiểu về động cơ bước 49 Luận văn thạc sĩ khoa học 3. Thiết kế hệ truyền động va mạch điều khiến động cơ bước bam biên dạng. Thực nghiệm và kết quả ° °. 37 KET LUAN VA DE XUAT HUONG PHAT — CỬA ai 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤLỤC Đồ thị đường đặc tính của các đầu đo.

Băng số liệu thực nghiệm đầu đo trên máy đo độ tròn Băng số liệu thực nghiệm phương án bám biên dạng sử dụng Ông xiphôn. Trương Công Tuần 2 10BCTM -KH Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Trương Công Tuân là học viên cao học nganh Che Tao May Khéa 2010 - 2012. Giáo viên hướng dân khoa học TS. Tôi xin cam đoan tắt cả các số liệu, kết quả của luận văn nảy đều có thật vả do chính tác giả nghiên cứu thực nghiệm.

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Kích thước đầu đo d; sau gia công, Bang 2. Tỉ số truyền tương ứng (1=2,6Hđ2đ12) của các đầu đo sau gia công Bảng 2. Số liệu thực nghiệm đường đặc tính của các đầu đo Bảng 2.4 So sánh tỉ số truyền thực nghiệm và tỉ số truyền lí thuyết Bang 2.5 Số liệu thực nghiệm đo trên may đo độ tròn của đầu đo số 3 Bang 2.6 Kết quả thực nghiệm đo trên máy đo độ tròn Bảng 3. Số liệu thực nghiệm đường đặc tính của ông xiphôn Bang 3.

Số liệu thực nghiệm phương án bám sử dụng ông xiphôn của đầu đo số 3 Bang 3. thử tự cấp xung vảo các quận dây của động cơ bước DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỎ THỊ Hình 1.1 Nguyên tắc tạo chuyên đồi.2 Quan hệ giữa lưu lượng chảy vả áp suất nước.3 Kết cầu cụm đo khí nén đo khe hở z.4 Đường đặc tính của chuyên đổi khí nén.5 Sơ đồ nguyên lý đo dạng mạch đơn a Hình 1.6 Sơ đỏ nguyên lý đo dạng mạch hai nhánh aaa song song a Hình 1.7 So dé nguyén ly do dang mạch m nhánh chảy song song, " Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý đo dạng mạch hai nhánh chảy song song 1 chỉnh 1 phụ. Trương Công Tuần 3 10BCTM -KH Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1 9 Sơ để nguyên lý máy đo sai lệch độ tròn.1 Chuyển đổi khí điện trở.2 Chuyển đôi khi điện trở tương đương của dạng mạch đơn Hình 3 Dé thị mối quan hệ của áp suất p và khe hở z Hình 2.4 Bản vẽ chế tạo đầu phun vào dị Hình 2.5 Bản vẽ chế tạo đầu phun d,.6 Hình ảnh thực tế đâu đo đã chế tạo.7 Sơ đồ nguyên lý đo đường đặc tính đầu đo Hình 2.8 Hình ảnh thiết bị thực nghiệm đường đặc tính Hình 2.9 Hinh ảnh bộ căn mẫu sử dụng.11 Đề thị đường đặc tính của các đầu đo.11 Chỉnh tâm của chỉ tiết và tam ban do trùng nhau.12 Hình ảnh đo sai lệch độ tròn trên máy đo.1 Các kích thước hình học của Xinphon Hình 3.2 Sơ đỏ nguyên lý đo đường đặc tỉnh của xinphon.3 Hinh ảnh mô hình đo đường đặc tính của xinphon Hình 3.4 Đỏ thị đường đặc tính của ông xinphôn.5 Sơ đồ nguyên lý sử dụng ống xinphon bám theo biên gr chỉ tiết.6 Sơ đỏ các cực vả các cuôn dây của động cơ biến từ trở Hình 3.7 Sơ đồ các cực vả các cuôn dây của động cơ đơn cực.8 Sơ đồ các cực và các cuôn dây của động cơ lưỡng cực.9 Sơ đồ nguyên lý sử dụng động cơ bước bám theo biên dạng chỉ tiết.10 Lưu đỗ thuật toán điều khiển eas Hình 3.11 Sơ đỗ mach diéu khien phuong an sir dung động cơ bước.12 Hình ảnh mô hình phương ản sử dụng động cơ bước. Trương Công Tuần 4 10BCTM -KH Luận văn thạc sĩ khoa học ¿a:hệ số chảy,kẻ đến tỉnh chịu nén của không khi G:gia tốc trọng lượng.

R:hằng số chất khi và T là nhiệt độ tuyệt đối của khí P1,P2: áp suất tuyệt đối của dòng khi nén trước và sau cản trở E¡, k:chï số đoạn nhiệt của không khi,k=1,4. Điểm tới hạn của sự chảy, Ø =0,528 Người ta gọi chế độ chây với Be ÿ là chế độ chây trước tới hạn,côn với < Ø gọi là chế ì i độ chảy tới hạn. Quan hệ giữa lưu lượng chảy với áp suất trước và sau cản trở như hình vẽ mô tả 0 Hình 1.2 Quan hệ giữa lưu lượng chảy và áp suât nước Nếu sau cản F¿ lả khi trời với áp suất Pạ=1.003at thichi có 1 chế độ chảy trước tới hạn khi Pị<1,956 at Trên cơ sở đặt tương đương mạch điện với mạch khí ta có thể biển các phần tử khí thành. các phần tử điện,ta có thể thực hiện tạo các mạch,tỉnh toán các thông số của mạch khí dựa trên các kết quả nghiên cửu đã cỏ của các định luật vẻ dòng điện đề làm đơn giản hỏa các tính toán trong mạch khí theo phương pháp cô điền,mau chóng nhận được các ket qua nghiên cứu.

Qua thực nghiệm chứng tỏ rằng khí trở R lả đại lượng tỉ lệ nghịch với bình phương của tiết diện chảy F' Trương Công Tuần 7 10BCTM -KH Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ như công nghệ thông tin, điện tử, cơ khi,. kéo theo những đôi hỏi về độ chính xác các môi lắp ghép trong cơ khí ngay cảng cao. Các chỉ tiết có dạng bề mit tru, tron hay cau. sau khi gia công xong bang các phương pháp như mải, phay, tiện, doa,.

đòi hỏi các tiết diện vuông góc với trục phải là hình trỏn. Sai lệch độ tròn nó ảnh hưởng không tết tới quá tình lắp ghép các chỉ tiết có dạng, tròn trụ. Dân tới mảy vận hành không tốt, giảm năng suất, tuôi thọ,. Do đó việc đo sai lệch độ trỏn có ý nghĩa rất quan trọng quá trình chế tạo các chi tiết dạng tròn, trụ.

mặt khác nó còn là thông tin cân thiết cho nhà công nghệ cũng là chỉ tiêu để dảnh giả chất lượng sản phẩm. Đổi với các máy đo độ tròn hiện nay đầu đo sử dụng chủ yêu là dạng đầu đo tiếp xúc. Sự tiếp xúc gây mỏn đầu đo vả chỉ tiết đo làm sai lệch kết quả đo. Chính vì thế mả ý tưởng sử dụng đầu đo khi nẻn có độ phân giải cao và không tiếp xúc với chỉ tiết đo đã được hình thành.

Đi củng với ưu điểm độ phân giải cao là đặc điểm phạm vi đo của đầu đo khi nén hep 20pm. Vi thé cac phuong an dau do dich chuyên bám theo biên dạng đã được đưa ra với khả năng dịch chuyển bám được từng mieromet đẻ có thể đo được những chỉ tiết cỏ sai lệch độ tròn lớn hơn và khử được đô lệch tâm của chỉ tiết Qua đây, Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ chủng em hoàn thảnh luận văn nảy, Đặc biệt là 'TS Vũ Toản Thắng, người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho em phương pháp nghiên cứu, phương pháp xây dựng các mô hình thực nghiệm và đưa ra những đánh giá khoa học vẻ các kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, luận văn có thể không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô và quý độc giả Trương Công Tuần 5 10BCTM - KH Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1 9 Sơ để nguyên lý máy đo sai lệch độ tròn.1 Chuyển đổi khí điện trở.2 Chuyển đôi khi điện trở tương đương của dạng mạch đơn Hình 3 Dé thị mối quan hệ của áp suất p và khe hở z Hình 2.4 Bản vẽ chế tạo đầu phun vào dị Hình 2.5 Bản vẽ chế tạo đầu phun d,.6 Hình ảnh thực tế đâu đo đã chế tạo.7 Sơ đồ nguyên lý đo đường đặc tính đầu đo Hình 2.8 Hình ảnh thiết bị thực nghiệm đường đặc tính Hình 2.9 Hinh ảnh bộ căn mẫu sử dụng.11 Đề thị đường đặc tính của các đầu đo.11 Chỉnh tâm của chỉ tiết và tam ban do trùng nhau.12 Hình ảnh đo sai lệch độ tròn trên máy đo.1 Các kích thước hình học của Xinphon Hình 3.2 Sơ đỏ nguyên lý đo đường đặc tỉnh của xinphon.3 Hinh ảnh mô hình đo đường đặc tính của xinphon Hình 3.4 Đỏ thị đường đặc tính của ông xinphôn.5 Sơ đồ nguyên lý sử dụng ống xinphon bám theo biên gr chỉ tiết.6 Sơ đỏ các cực vả các cuôn dây của động cơ biến từ trở Hình 3.7 Sơ đồ các cực vả các cuôn dây của động cơ đơn cực.8 Sơ đồ các cực và các cuôn dây của động cơ lưỡng cực.9 Sơ đồ nguyên lý sử dụng động cơ bước bám theo biên dạng chỉ tiết.10 Lưu đỗ thuật toán điều khiển eas Hình 3.11 Sơ đỗ mach diéu khien phuong an sir dung động cơ bước.12 Hình ảnh mô hình phương ản sử dụng động cơ bước.

Trương Công Tuần 4 10BCTM -KH Luận văn thạc sĩ khoa học Trong đó ø lả hằng số phụ thuộc vào trị số Pị và P;.Trong khu vực trước tới hạn,đặc 1 biệt là áp thấp ø #1.C6 thé lay R= Can chú ý rằng cản trở F; là 1 đột thắt có độ dày không đáng ké.Néu cản F lại có độ dây 1 thì công thức khí trở sẽ rất phức tạp. Để nhân mạnh mồi quan hệ phụ thuộc,người ta bố trí trên dòng chảy của đỏng khi nén. không phải 1 mà là 2 cản trở:F) và F›.Khi đó với áp suất P1 ở trước cân trở Ft ,áp suất P; sau E¡ và trước F; sẽ phụ thuộc vào P,Fi,F;.Khoảng cách giữa Fạ và F; được gọi là buồng đo.Lam lượng khí vào và ra khỏi buồng đo phi bằng nhau,phụ thuộc áp Pị.kích thước F và Fi, Người ta có thẻ chế tạo F; theo nhiều hình dạng khác nhau. Trong dé F, thudng ding dang lỗ tròn có đường kính dị,gọi lả đầu plun vảo.