Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu thiết bị đánh giá độ nhám bề mặt trục đường kính nhỏ

• Tác giả: Phan Thành Thuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Phát Triển Thiết Bị Đánh Giá Độ Nhám Bề Mặt Trục Đường Kính Nhỏ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Một số thiết bị đo độ nhám bề mặt trục từ 20 mm trở xuống trên thị trường hiện nay
• 1.3.1. Nhóm thiết bị đo độ nhám bằng phương pháp đo tiếp xúc
• 1.3.2. Nhóm thiết bị đo không tiếp xúc
• 1.4. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Phạm vi nghiên cứu
• 1.7. Nội dung nghiên cứu
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu
• 1.9. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.9.1. Các nghiên cứu trong nước
• 1.9.2. Các nghiên cứu ngoài nước
• 1.10. Ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn
• 1.10.1. Ý nghĩa về mặt khoa học
• 1.10.2. Ý nghĩa về mặt thực tiễn
• 1.11. Kết cấu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Sơ lược về độ nhám bề mặt
• 2.1.1. Bản chất độ nhám bề mặt
• 2.1.2. Ảnh hưởng của nhám bề mặt đến chất lượng làm việc của chi tiết
• 2.1.2.1. Ảnh hưởng đến tính chống mòn
• 2.1.2.2. Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết
• 2.1.2.3. Ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn
• 2.1.2.4. Ảnh hưởng đến độ chính xác của mối lắp ghép
• 2.2. Các chỉ tiêu đánh giá
• 2.2.1. Sai lệch trung bình số học của prophin (Ra)
• 2.2.2. Chiều cao trung bình của prophin theo 10 điểm (Rz)
• 2.3. Các phương pháp đo độ nhám bề mặt
• 2.3.1. Đo bằng cảm quan
• 2.3.1.1. Phương pháp so sánh cường độ laser tia phản xạ với mẫu độ nhám
• 2.3.2. Phương pháp xử lý ảnh
• 2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo
• 2.4.1. Chi tiết nhỏ, phức tạp
• 2.5. Cơ sở lý thuyết thí nghiệm
• 2.5.1. Nguyên lý thu nhận và xử lý tín hiệu đo bằng cảm biến quang
• 2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác khi đo lường
• 2.5.3. Đánh giá độ nhám Rz theo tiêu chuẩn ISO
• 2.5.4. Chuẩn bị công cụ hỗ trợ đánh giá độ nhám của bộ mẫu độ nhám
• 2.5.5. Đánh giá độ nhám trục theo phương pháp đo từng điểm sử dụng động cơ bước
• 2.5.6. Đánh giá độ nhám của trục theo phương pháp quét laser các điểm trên đường thẳng
• 2.5.7. Đánh giá độ nhám của bộ mẫu so sánh độ nhám Hahn Kolb sử dụng bàn dịch chuyển tịnh tiến theo 1 phương B11-80AZ
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐỘ NHÁM BỀ MẶT
• 3.1. Yêu cầu thiết kế
• 3.2. Khảo sát cảm biến
• 3.2.1. Cảm biến Laser CMOS kỹ thuật số GV-21
• 3.2.1.1. Nguyên lý hoạt động
• 3.2.1.2. Cấu tạo và chức năng của từng bộ phận
• 3.2.2. Cảm biến phát hiện dịch chuyển laser CCD (1D) LK-2000 với đầu cảm biến LK-030
• 3.2.2.1. Nguyên lý hoạt động
• 3.2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác khi đo lường
• 3.2.2.3. Cấu tạo và chức năng của từng bộ phận
• 3.3. Đề xuất quy trình đo độ nhám
• 3.3.1. Đề xuất nguyên lý hoạt động của thiết bị đo độ nhám bề mặt trục
• 3.3.2. Đề xuất kết cấu cơ khí
• 3.3.2.1. Cụm chủ động
• 3.3.2.2. Cụm bị động
• 3.3.2.3. Cụm lắp đầu cảm biến laser
• 3.3.3. Đề xuất cụm điện điều khiển
• 3.3.3.1. Đầu cảm biến LK-030
• 3.3.3.2. Bộ điều khiển cảm biến LK-2000
• 3.3.3.3. Card thu thập dữ liệu NI USB 6002
• 3.3.3.4. Bộ phát xung MTPG2
• 3.3.3.5. Driver điều khiển động cơ bước HY-DIV268N-5A
• 3.3.3.6. Bộ nguồn DPS-120S-24
• 3.3.3.7. Hộp điện điều khiển
• 3.5. Chế tạo thiết bị đo độ nhám
• 3.5.1. Chế tạo cụm chủ động
• 3.5.2. Yêu cầu chế tạo
• 3.5.3. Chế tạo cụm bị động
• 3.5.4. Yêu cầu chế tạo
• 3.5.5. Chế tạo cụm gắn đầu cảm biến
• 3.5.6. Yêu cầu chế tạo
• 4. CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ
• 4.1. Thử nghiệm thiết bị
• 4.1.1. Quy trình đánh giá mẫu độ nhám Rz16 trên Excel
• 4.1.2. Tính toán, xử lý số liệu của quy trình đánh giá mẫu độ nhám Rz32 trên Excel
• 4.1.3. Tính toán, xử lý số liệu của quy trình đánh giá mẫu độ nhám Rz50 trên Excel
• 4.2. Đánh giá thiết bị
• 5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT TRỤC ĐƯỜNG KÍNH NHỎ
• 5.1. Xác định bề mặt đánh giá độ nhám của trục nhỏ
• 5.2. Quy trình đánh giá độ nhám bề mặt trục đường kính nhỏ theo phương pháp đo từng điểm sử dụng động cơ bước
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan

Độ nhám bề mặt là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong thiết kế và gia công chi tiết máy. Đặc biệt, đối với các chi tiết có kích thước nhỏ, việc đánh giá độ nhám bề mặt gặp nhiều khó khăn. Các thiết bị hiện có chủ yếu sử dụng đầu dò cơ, không phù hợp cho các chi tiết nhỏ. Do đó, nghiên cứu phát triển thiết bị đánh giá độ nhám bề mặt trục đường kính nhỏ là cần thiết. Phương pháp sử dụng cảm biến laser cho phép đo nhanh, chính xác và ổn định, đáp ứng yêu cầu của ngành cơ khí hiện đại.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Ngành gia công cơ khí Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với sự gia tăng của các thiết bị máy móc hiện đại. Tuy nhiên, việc kiểm tra độ nhám bề mặt của các chi tiết nhỏ vẫn còn nhiều hạn chế. Các thiết bị đo hiện tại chủ yếu sử dụng đầu dò cơ, không thể đáp ứng yêu cầu đo cho các chi tiết có tiết diện nhỏ. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển thiết bị đo độ nhám bề mặt bằng phương pháp không tiếp xúc là rất cần thiết.

II. Cơ sở lý thuyết

Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc của chi tiết máy. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám như Ra, Rz là những thông số quan trọng. Phương pháp đo độ nhám bề mặt hiện nay bao gồm đo bằng cảm quan, đo tiếp xúc và đo không tiếp xúc. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng. Đặc biệt, phương pháp đo không tiếp xúc bằng laser đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, cho kết quả chính xác và nhanh chóng.

2.1. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt ảnh hưởng đến nhiều yếu tố như tính chống mòn, độ bền mỏi, và độ chính xác của mối lắp ghép. Đối với các chi tiết máy, độ nhám bề mặt cao có thể dẫn đến sự hao mòn nhanh chóng và giảm hiệu suất làm việc. Do đó, việc đánh giá chính xác độ nhám bề mặt là rất quan trọng trong thiết kế và sản xuất.

III. Thiết kế thiết bị đo độ nhám

Thiết bị đo độ nhám bề mặt trục đường kính nhỏ được thiết kế với các yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Cảm biến laser được lựa chọn để thay thế đầu dò cơ, nhằm tăng độ chính xác và giảm thiểu sai số trong quá trình đo. Quy trình đo được đề xuất bao gồm các bước cụ thể từ chuẩn bị mẫu đến thu thập dữ liệu. Thiết kế này không chỉ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà còn phù hợp với điều kiện kinh tế của Việt Nam.

3.1. Yêu cầu thiết kế

Yêu cầu thiết kế thiết bị đo độ nhám bề mặt bao gồm tính chính xác, độ bền và khả năng đo cho các chi tiết có kích thước nhỏ. Cảm biến laser cần được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất đo cao. Ngoài ra, thiết bị cần có khả năng hoạt động ổn định trong môi trường sản xuất.

IV. Thử nghiệm và đánh giá thiết bị

Sau khi thiết kế và chế tạo, thiết bị được thử nghiệm để đánh giá khả năng hoạt động. Các mẫu độ nhám được sử dụng để kiểm tra độ chính xác của thiết bị. Kết quả cho thấy thiết bị có thể đo độ nhám bề mặt trục có đường kính nhỏ với độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu của ngành cơ khí. Việc thử nghiệm thành công mở ra cơ hội ứng dụng thiết bị trong thực tiễn sản xuất.

4.1. Quy trình thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm thiết bị bao gồm việc đánh giá độ nhám của các mẫu chuẩn. Dữ liệu thu thập được xử lý và phân tích để xác định độ chính xác của thiết bị. Kết quả cho thấy thiết bị có thể đo độ nhám với sai số nhỏ, từ đó khẳng định tính khả thi của thiết bị trong ứng dụng thực tế.