Giáo trình Dung sai lắp ghép và Đo lường nghề Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí

Giáo trình Dung sai lắp ghép và Đo lường kỹ thuật cơ khí. Cung cấp kiến thức về hệ thống dung sai, cách tra cứu, tính toán và sử dụng dụng cụ đo.

• Trường học: Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Dung sai lắp ghép và đo lường
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Vĩnh Phúc

Tóm tắt

I. Khái niệm cơ bản về Dung sai lắp ghép và Đo lường Kỹ thuật Cơ khí

Dung sai lắp ghép là một trong những môn học kỹ thuật cơ sở quan trọng trong đào tạo ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí. Môn học này cung cấp kiến thức thiết yếu về tính lắp lẫn, dung sai kích thước, và các phương pháp đo lường chính xác. Tính lắp lẫn là khả năng các chi tiết cùng loại có thể thay thế cho nhau mà không cần sửa chữa hoặc lựa chọn thêm. Điều này đảm bảo rằng sản phẩm được chế tạo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và có thể sử dụng ngay trong quá trình lắp ráp. Đo lường kỹ thuật bao gồm việc sử dụng các dụng cụ đo để kiểm tra độ chính xác của sản phẩm, đảm bảo chất lượng và tính kinh tế trong sản xuất.

1.1. Bản chất của tính lắp lẫn trong ngành cơ khí

Tính lắp lẫn là nguyên tắc cơ bản trong thiết kế và chế tạo máy móc. Các chi tiết được chế tạo giống nhau hoặc khác nhau trong phạm vi cho phép gọi là dung sai. Điều này cho phép các chi tiết từ loạt sản xuất khác nhau có thể kết hợp với nhau mà không cần lựa chọn hoặc sửa chữa. Ý nghĩa của tính lắp lẫn là tạo điều kiện cho sản xuất hợp tác hóa, chuyên môn hóa quy trình sản xuất ở quy mô lớn, nâng cao năng suất lao động và giảm chi phí sản xuất.

1.2. Vai trò của Dung sai và Đo lường trong sản xuất

Dung sai xác định phạm vi chính xác mà chi tiết có thể chế tạo mà vẫn đảm bảo hoạt động bình thường. Việc hiểu rõ về dung sai kích thước, hình dạng và vị trí là nền tảng để kiểm soát chất lượng sản phẩm. Đo lường kỹ thuật sử dụng các dụng cụ đo như thước cặp, micromet, và đồng hồ so để xác minh rằng sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn. Sự kết hợp giữa tính toán dung sai chính xác và đo lường cẩn thận đảm bảo độ tin cậy và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

II. Hệ thống Dung sai lắp ghép theo TCVN và Cách ghi ký hiệu

Hệ thống dung sai lắp ghép theo tiêu chuẩn TCVN 2244-2245 là cơ sở pháp lý để xác định dung sai cho các chi tiết máy. Hệ thống này bao gồm các mức dung sai tiêu chuẩn và các loại lắp ghép khác nhau như lắp với khe, lắp ép, và lắp trung bình. Việc ghi ký hiệu dung sai trên bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp ráp là rất quan trọng để người chế tạo hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật. Bảng dung sai tiêu chuẩn giúp người thiết kế nhanh chóng tra cứu và lựa chọn dung sai phù hợp. Cách ghi ký hiệu chuẩn như IT5, H7/g6 giúp tạo sự nhất quán trong toàn ngành sản xuất cơ khí.

2.1. Các loại lắp ghép và dung sai lắp ghép bề mặt trơn

Có ba loại lắp ghép chính: lắp với khe (dùng cho các chi tiết cần chuyển động), lắp ép (dùng cho lắp cố định), và lắp trung bình (lắp có thể vừa khe vừa ép). Đối với bề mặt trơn, dung sai được xác định bằng sai lệch giới hạn trên và dưới. Hệ thống dung sai bao gồm các cấp độ từ IT01 đến IT18, mỗi cấp độ có mức chính xác khác nhau. Việc lựa chọn dung sai phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu chức năng của lắp ghép và điều kiện sản xuất.

2.2. Phương pháp ghi ký hiệu trên bản vẽ

Ký hiệu dung sai được ghi dưới kích thước danh nghĩa bằng cách kết hợp chữ cái và số. Chữ cái A-Z biểu thị vị trí dung sai, còn số biểu thị cấp độ dung sai từ IT1 đến IT18. Ví dụ: H7 (lỗ chuẩn, cấp độ 7), g6 (trục nhỏ, cấp độ 6). Trên bản vẽ chi tiết cần ghi các ký hiệu dung sai hình dạng và vị trí như vuông góc, song song, đồng tâm để kiểm soát độ chính xác toàn diện.

III. Dung sai Hình dạng Vị trí và Nhám bề mặt

Dung sai hình dạng và vị trí là những yêu cầu kỹ thuật để kiểm soát độ chính xác hình học của chi tiết. Các sai số hình dạng bao gồm độ thẳng, độ tròn, độ phẳng, độ trụ, v.v. Các sai số vị trí bao gồm song song, vuông góc, đồng tâm, nhất trí. Nhám bề mặt là độ gồ ghề của mặt sau gia công, ký hiệu bằng Ra (độ nhám trung bình số học). Nhám bề mặt ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn, chống rỉ sét, và hệ số ma sát giữa các chi tiết. Việc kiểm tra và kiểm soát hình dạng, vị trí và nhám bề mặt là bước không thể thiếu trong quá trình kiểm định chất lượng sản phẩm cơ khí.

3.1. Nguyên nhân gây sai số trong quá trình gia công

Sai số trong gia công có nhiều nguồn gốc: độ cứng và độ chính xác của máy gia công, độ mòn của dụng cụ cắt, sai số định tâm và căn chỉnh chi tiết, độ biến dạng do ứng suất nhiệt và cơ học. Sai số hình dạng như độ thẳng, độ tròn thường do máy gia công không chính xác hoặc chi tiết bị biến dạng. Sai số kích thước xảy ra do dụng cụ cắt mòn dần hoặc lực gia công không ổn định. Để giảm thiểu sai số, cần kiểm tra định kỳ máy gia công, thay dụng cụ cắt đúng lúc, và sử dụng các phương pháp gia công phù hợp.

3.2. Kiểm tra và đánh giá dung sai chi tiết

Kiểm tra dung sai sử dụng các dụng cụ đo như thước cặp, micromet, khí cụ đo góc, và máy đo tọa độ CNC. Mỗi dụng cụ có độ chính xác khác nhau, cần lựa chọn phù hợp với mức dung sai của chi tiết. Phương pháp kiểm tra bao gồm đo trực tiếp (dùng dụng cụ đo có mặt số) và đo gián tiếp (so sánh với chi tiết chuẩn). Kết quả kiểm tra phải được ghi chép chi tiết để phục vụ công tác đánh giá chất lượng và cải tiến quy trình sản xuất.

IV. Chuỗi kích thước và Cơ sở Đo lường Kỹ thuật

Chuỗi kích thước là tập hợp các kích thước được sắp xếp theo một vòng khép kín hoặc mở, liên quan đến nhau để đảm bảo tính lắp ghép chính xác. Việc thiết lập và giải chuỗi kích thước giúp xác định dung sai cho các chi tiết liên quan để đảm bảo rằng khi lắp ráp, khoảng cách, độ sâu, hoặc các yêu cầu về lắp ghép khác đều đạt được. Đo lường kỹ thuật là quá trình xác định giá trị thực tế của các kích thước, hình dạng, và vị trí của chi tiết. Các dụng cụ đo cơ bản bao gồm thước cặp, micromet, đồng hồ so, và các dụng cụ đo góc. Việc lựa chọn dụng cụ đo phù hợp và sử dụng đúng phương pháp đo là chìa khóa để đảm bảo độ chính xác của kết quả đo lường.

4.1. Khái niệm và phương pháp giải chuỗi kích thước

Chuỗi kích thước bao gồm các kích thước thành phần và kích thước khép kín. Kích thước khép kín là kích thước tổng hợp từ các kích thước thành phần. Phương pháp giải chuỗi kích thước theo hướng thuận (tăng) hoặc hướng nghịch (giảm) để xác định dung sai. Quy tắc: dung sai khép kín bằng tổng dung sai thành phần. Việc giải bài toán chuỗi kích thước giúp tối ưu hóa dung sai thành phần, giảm chi phí sản xuất mà vẫn đảm bảo yêu cầu lắp ghép.

4.2. Dụng cụ đo lường và phương pháp đo trong ngành cơ khí

Dụng cụ đo có khắc vạch như thước cuộn, thước kẻ, dụng cụ đo độ sâu được dùng để đo các kích thước lớn với độ chính xác từ 0,5-1mm. Dụng cụ đo có mặt số như đồng hồ so có độ chính xác cao hơn (0,01mm), dùng để đo công cụ và kiểm tra. Thước cặp và micromet là dụng cụ quan trọng nhất, có độ chính xác lần lượt 0,05mm và 0,01mm. Dụng cụ đo góc như thước đo góc, thước sin dùng để đo các góc chuẩn. Cần bảo quản dụng cụ đo tốt để duy trì độ chính xác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VỀ DUNG SAI LẮP GHÉP Giới thiệu: Trong cơ khí chế tạo, một bộ phận máy hoặc máy được tạo thành bởi hai hoặc nhiều chi tiêt lắp ghép. Vì vậy để chế tạo các chi tiết lắp ghép chính xác, tránh được các sai sót và hạn chế phế phẩm, đảm bảo tính kinh tế và chất lượng sản phẩm cao cần nắm vững các kiến thức cơ bản về Dung sai lắp ghép. Mục tiêu: - Trình bày được bản chất của tính đổi lẫn trong lắp ghép. - Liệt kê được các loại lắp ghép.

- Phân biệt được các hệ thống dung sai. - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. Nội dung chính: 1. Khái niệm về lắp lẫn trong ngành cơ khí 1.

Bản chất của tính lắp lẫn Máy do nhiều bộ phận hợp thành. Mỗi bộ phận do nhiều chi tiết lắp ghép lại với nhau. Trong quá trình chế tạo cũng như sửa chữa máy thì các chi tiết trong cùng một loại có khả năng thay lắp (thay thế) cho nhau, không cần lựa chọn sửa chữa thêm mà vẫn đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật của mối ghép thì tính chất đó của chi tiết gọi là tính lắp lẫn. Loạt chi tiết đạt được tính lắp lẫn hoàn toàn nếu mọi chi tiết trong loạt cùng loại đều có khả năng thay lắp được cho nhau.

Nếu có một hoặc vài chi tiết trong loạt không có tính lắp lẫn thì loạt chi tiết đó đạt tính lắp lẫn không hoàn toàn. Các chi tiết đạt được tính lắp lẫn là vì chúng được chế tạo giống nhau hoặc chỉ khác nhau trong một phạm vi cho phép nào đó. Ví dụ: sai khác về kích thước, hình dạng,.phạm vi đó gọi là dung sai, Giá trị dung sai ấy được người thiết kế tính toán theo qui định dựa trên nguyên tắc của tính lắp lẫn. Ý nghĩa của tính lắp lẫn Tính lắp lẫn là nguyên tắc của thiết kế và chế tạo.

Nếu các chi tiết được thiết kế, chế tạo theo nguyên tắc lắp lẫn thì chúng không phụ thuộc vào địa điểm sản xuất. Đó là điều kiện để ta có thể hợp tác hoá, chuyên môn hoá quá trình sản xuất, từ đó dẫn đến sản xuất tập trung quy mô lớn hơn, tạo khả năng áp dụng kỹ thuật tiến tiến, trang bị máy móc hiện đại và dây chuyền sản xuất năng suất cao. Nhờ đó mà vừa đảm bảo chất lượng lại giảm giá thành sản phẩm. Mặt khác thiết kế, chế tạo chi tiết theo nguyên tắc lắp lẫn tạo điều kiện 5 thuận lợi cho việc sản xuất các chi tiết dự trữ thay thế.

Nhờ đó mà quá trình sử dụng các sản phẩm công nghiệp sẽ tiện lợi hơn rất nhiều. Chẳng hạn một chi tiết nào đó của máy bị sai hỏng ta có ngay chi tiết cùng loại dự trữ đạt tính lắp lẫn thay thế vào là máy lại tiếp tục hoạt động được ngay. Do đó việc sử dụng máy được triệt để hơn, giảm thời gian ngừng máy để sửa chữa, không cần tổ chức bộ phận gia công chi tiết thay thế riêng cho từng cơ sở sử dụng máy mà chỉ tổ chức sản xuất tập trung (nhà máy sản xuất phụ tùng thay thế) mang lợi ích rất nhiều về kinh tế và quản lý sản xuất. Dung sai và sai lệch giới hạn 2.

Kích thước danh nghĩa - Khái niệm: Là kích thước được xác định bằng tính toán xuất phát từ chức năng của chi tiết sau đó quy tròn (về phía lớn lên) theo các giá trị của dãy kích thước thẳng tiêu chuẩn (bảng 1. Khi tra bảng 1.1 ta ưu tiên sử dụng dãy 1( Ra5) trước rồi mới đến dãy 2 ( Ra10). Dãy kích thước thẳng tiêu chuẩn Ra5 Ra10 Ra20 Ra40 Ra Ra10 Ra20 Ra40 Ra5 Ra10 Ra20 Ra40 (R5) (R’10) (R’20) (R’40) (R5) (R’10) (R’20) (R’40) (R5) (R’10) (R’20) (R’40) 1,0 1,0 1,0 1,0 10 10 10 10 100 100 100 100 1,05 10,5 105 1,1 1,1 11 11 110 110 1,15 11,5 120 1,2 1,2 1,2 12 12 12 125 125 125 1,3 13 130 1,4 1,4 14 14 140 140 1,5 15 150 1,6 1,6 1,6 1,6 16 16 16 16 160 160 160 160 1,7 17 170 1,8 1,8 18 18 180 180 1,9 19 190 2,0 2,0 2,0 20 20 20 200 200 200 2,1 21 210 2,2 22 22 220 220 2,4 24 240 2,5 2,5 2,5 2,5 25 25 25 25 250 250 250 250 2,6 26 260 2,8 2,8 28 28 280 280 3,0 30 300 6 3,2 3,2 3,2 32 32 32 320 320 320 3,4 34 340 3,6 3,6 36 36 360 360 3,8 38 380 4,0 4,0 4,0 4,0 40 40 40 40 400 400 400 400 4,2 42 420 4,5 4,5 45 45 450 450 4,8 48 480 5,0 5,0 5,0 50 50 50 500 500 500 5,3 53 530 5,6 5,6 56 56 560 560 6,0 60 600 6,3 6,3 6,3 6,3 63 63 63 63 630 630 630 630 6,7 67 670 7,1 7,1 71 71 710 710 7,5 75 750 8,0 8,0 8,0 80 80 80 800 800 800 8,5 85 850 9,0 9,0 90 90 900 900 9,5 95 950 - Kí hiệu: dN đối với chi tiết trục, DN đối với chi tiết lỗ. - Ví dụ: Chẳng hạn khi tính toán theo sức bền vật liệu ta xác định được đường kính của chi tiết trục là 29,876mm.

Theo các giá trị của dãy kích thước thẳng tiêu chuẩn ta quy tròn là 30 mm. Vậy kích thước danh nghĩa của chi tiết trục dN= 30 mm Trong chế tạo cơ khí đơn vị đo kích thước thẳng được dùng là milimét (mm) và qui ước thống nhất trên các bản vẽ mà không cần ghi ký hiệu đơn vị ‘’ mm’’. Kích thước danh nghĩa được dùng làm gốc để xác định các sai lệch của kích thước. Kích thước thực - Khái niệm: Là kích thước nhận được từ kết quả đo với sai số cho phép.

- Kí hiệu: dth đối với chi tiết trục; Dth đối với chi tiết lỗ. - Ví dụ: Khi đo kích thước đường kính trục bằng panme có giá trị vạch chia là 0,01mm. Kết quả đo được là: 24,98mm, thì kích thước thực của trục là dth=24,98 mm với sai số cho phép là ± 0,01mm. Nếu dùng dụng cụ đo chính xác hơn thì kích thước thực nhận được cũng chính xác cao hơn.

Kích thước giới hạn - Khái niệm: Là kích thước để xác định phạm vi cho phép của sai số chế tạo kích thước, người ta quy định hai kích thước giới hạn (hình 1. TD Td ES es ES EI es EI ei D m in D m ax d m ax D m ax d mTax TD D m in d d m in d m in DN dN ` Hình 1. Sơ đồ biểu diễn kích thước giới hạn - Kí hiệu: + Kích thước giới hạn lớn nhất kí hiệu dmax (Dmax) + Kích thước giới hạn nhỏ nhất kí hiệu dmin (Dmin) Chú ý: Kích thước của chi tiết đã chế tạo (kích thước thực) nằm trong phạm vi cho phép ấy thì đạt yêu cầu. Như vậy chi tiết chế tạo xong đạt yêu cầu khi kích thước thực của nó thoả mãn bất đẳng thức sau: Dmax ≥ Dth ≥ Dmin dmax ≥ dth ≥ dmin 2.

Sai lệch giới hạn - Khái niệm: Là hiệu đại số giữa các kích thước giới hạn và kích thước danh nghĩa. - Kí hiệu và công thức: + Sai lệch giới hạn trên es(ES) : Là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước danh nghĩa. es = dmax - dN ES = Dmax - DN + Sai lệch giới hạn dưới ei(EI): Là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn nhỏ nhất và kích thước danh nghĩa. ei = dmin - dN EI = Dmin - DN Chú ý : 8 - Sai lệch giới hạn có thể có giá trị “-’’ khi kích thước giới hạn nhỏ hơn kích thước danh nghĩa hoặc “+” khi kích thước giới hạn lớn hơn kích thước danh nghĩa hoặc bằng “0” khi kích thước giới hạn bằng kích thước danh nghĩa (hình 1.

- Sai lệch giới hạn được ghi kí hiệu trên bản vẽ bên cạnh kích thước danh nghĩa và đơn vị là milimét (mm), trong bảng tiêu chuẩn dung sai tính bằng micrômét (m). Dạng chung: es Chi tiết lỗ D N ES ; Chi tiết trục: d N EI ei 2. Dung sai - Khái niệm: là phạm vi cho phép của sai số. Trị số dung sai bằng hiệu số giữa kích thước giới hạn lớn nhất với kích thước giới hạn nhỏ nhất hoặc bằng hiệu đại số giữa sai lệch giới hạn trên và sai lệch giới hạn dưới (hình 1.

- Kí hiệu và công thức: Dung sai được kí hiệu là T( Tolerance) được tính theo công thức sau: + Dung sai kích thước lỗ: TD = Dmax - Dmin TD = ES - EI + Dung sai kích thước trục: Td = dmax - dmin Td = es – ei TD Td ES es ES EI es EI ei Dmin Dmax dmax TD Dmax dmaxd Dmin T dmin dmin DN dN ` Hình 1. Sơ đồ biểu diễn kích thước giới hạn Chú ý: - Dung sai luôn luôn có giá trị dương và nó biểu hiện phạm vi cho phép của sai số kích thước. - Trị số dung sai càng nhỏ thì phạm vi cho phép của sai số càng nhỏ, yêu cầu độ chính xác chế tạo kích thước càng cao. Ngược lại nếu trị dung sai càng 9 lớn thì yêu cầu độ chính xác chế tạo càng thấp.

Như vậy dung sai đặc trưng cho độ chính xác yêu cầu của kích thước hay còn gọi độ chính xác thiết kế. Ví dụ : Gia công một chi tiết lỗ có DN = 60mm. Biết Dmax= 60,05mm; Dmin = 59,97mm. - Tính trị số sai lệch giới hạn trên, sai lệch giới hạn dưới và dung sai chi tiết lỗ? - Kích thước chi tiết lỗ gia công xong đo được Dth= 60,03mm có dùng được không? Tại sao? - Ghi kích thước chi tiết trên bản vẽ.

Giải: - Áp dụng các công thức đã học ta có: ES = Dmax - DN = 60,05 - 60 = 0,05mm EI = Dmin - DN = 59,97 - 60 = - 0,03mm TD = Dmax - Dmin = 60,05 - 59,97 = 0,08mm Hay TD = ES - EI = 0,05 - (- 0,03) = 0,08mm - Nếu chi tiết gia công xong đo được Dth = 60,03mm thì dùng được vì chi tiết lỗ đạt yêu cầu khi Dmax ≥ Dth ≥ Dmin mà đây Dmax > Dth> Dmin, cụ thể 60,05 > 60,03 > 59,97mm. 0 , 05 - Cách ghi kích thước trên bản vẽ 60 0, 03 Khi gia công thì người thợ phải nhẩm tính ra các kích thước giới hạn, rồi đối chiếu với kích thước đo được (kích thước thực) của chi tiết đã gia công và đánh giá chi tiết đạt yêu cầu hay không đạt yêu cầu. Dưới đây là một số ví dụ về cách nhẩm tính kích thước giới hạn và đánh giá, bảng 1.