Tải bản đầy đủ

Thiết kế, chế tạo máy đo bước xoắn bánh răng trụ răng nghiêng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------

TRẦN VĂN TÂN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ĐO BƯỚC XOẮN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG
NGHIÊNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Thái Nguyên – 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1


PHẦN MỞ ĐẦU


Rất khó tra cứu bộ truyền bánh răng thực sự đầu tiên đã ra đời như thế nào nhưng
có giả thiết cho rằng đó là sự hoạt động liên tục của các đòn bẩy xung quanh một
trục quay cố định. Cho đến ngày nay khi mà có rất nhiều các hệ dẫn động tiên tiến
ra đời thì các hình thức truyền động bằng các cặp ăn khớp có răng vẫn giữ vai trò
quan trọng trong công nghiệp và dân dụng.
Bánh răng với vai trò là chi tiết máy hình thành các xích động học để truyền chuyển
động, công suất và mô men không thể thiếu ở các máy động lực, máy công cụ là chi
tiết phổ biến nhất của ngành cơ khí, nó thường có mặt như một biểu tượng của cơ
khí chính xác một phần cũng do tính phổ biến và các yêu cầu kỹ thuật khi gia công.
Dù ở trình độ sản xuất nào bánh răng cũng đóng vai trò quan trọng, tuy nhiên các
nước phát triển thì ngành sản xuất răng mang tính chuyên môn hóa cao hơn, trong
khi các nước đang phát triển do thiếu chủ động về máy công cụ nên nền sản xuất
răng thường không thể hiện được điều này.
Việc đồng bộ và nhất quán giữa các khâu trong sản xuất từ thiết kế, chế tạo và kiểm
tra sản phẩm đòi hỏi một khối lượng lớn máy móc thiết bị chuyên,việc gia công
răng ở nước ta tại các đơn vị sản xuất nhỏ hoặc các nhà xưởng tư nhân thường phục
vụ công tác sửa chữa là chính, các đơn vị chuyên sản xuất bánh răng dưới dạng các
hộp giảm tốc hoàn chỉnh cũng chưa được trang bị các máy đo kiểm chuyên dùng
phục vụ sản xuất.
Trong điều kiện chưa thể đồng bộ thiết bị ngay thì việc sáng tạo để khắc phục các
khó khăn trước mắt là vô cùng cần thiết, một chi tiết phức tạo như bánh răng có rất
nhiều các thông số cần đo kiểm khi thiết kế lại hoặc kiểm tra sau khi gia công xong
tuy nhiên có nhiều thông số có thể được đo kiểm bằng các dụng cụ thông thường
như thước kẹp (đường kính, mô đun, hệ số dịch dao, chiều dài pháp tuyến chung…)
thì cũng có những tham số không thể thực hiện đo bằng các thiết bị vạn năng chẳng
hạn góc xoắn đường chuẩn ở bánh răng trụ răng nghiêng. Với sự tham dự của một
vài cảm biến thông thường thông số này có thể được đo với nguyên lý đúng đắn hơn
mà không cần đến máy móc chuyên dụng, hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật là lý
do để nghiên cứu sâu vấn đề này.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2


Chng 1: Tng quan v thit b o gúc nghiờng bỏnh rng
1.1 c im truyn dn bỏnh rng tr rng nghiờng


Truyn ng bỏnh rng thc hin truyn chuyn ng v ti trng nh s n khp
ca cỏc rng trờn bỏnh rng hoc thanh rng.
B truyn bỏnh rng tr rng nghiờng dựng truyn ng gia hai trc song song.
Bỏnh rng rng nghiờng cú hng rng hp vi ng sinh ca mt tr mt gúc .
i vi b truyn bỏnh rng thng khi vo n khp cỏc cp rng tip xỳc ng,
cũn vi b truyn bỏnh rng tr rng nghiờng thỡ quỏ trỡnh vo n khp l tip xỳc
im sau ú chy dc theo ton b chiu di rng. Cỏc cp rng ln lt vo, ra
khp theo th t cp rng phớa trc ra khp bao nhiờu thỡ ụi rng phớa sau vo
khp by nhiờu.
Bỏnh rng nghiờng luụn cú ớt nht hai ụi rng n khp k c khi h s trựng khp
ngang nh hn 1.
1.2 Mt s phng phỏp gia cụng bỏnh rng tr rng nghiờng thụng dng
V nguyờn lý to rng, cú th chia thnh hai phng phỏp gia l phng phỏp nh
hỡnh v phng phỏp bao hỡnh.
Phng phỏp nh hỡnh: l phng phỏp ct rng m dng c ct cú biờn dng li
ct l rónh rng. Quỏ trỡnh ct rng khụng liờn tc khi ct thỡ ct tng rónh rng mt
sau ú phn gia cụng tip rónh rng khỏc.
Phng phỏp bao hỡnh: l phng phỏp ct rng m dng c ct khụng cn biờn
dng li ct l rónh rng. Quỏ trỡnh ct rng din ra liờn tc, khi ct dng ct s ln
tng i trờn vnh ca bỏnh rng gia cụng v khi ú qu tớch cỏc ng bao ca
dng c ct l prụfin thõn khai ca rng bỏnh rng gia cụng

1.2.1 Phay nh hỡnh
Phay răng bằng phơng pháp định hình đợc tiến hành bằng
dao phay định hình mà
prôfin của nó phù hợp với prôfin của
rãnh răng
Khi phay bánh răng trụ răng nghiêng, việc gá dao và chi tiết cũng
nh phân độ để
cắt hết các răng phải quay bàn máy đi một góc phù hợp với góc
nghiêng của răng.
S húa bi Trung tõm Hc liu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3


Hỡnh 1.1: S gia cụng bỏnh rng tr rng nghiờng bng dao phay a mụ un
Để tạo đợc răng nghiêng cần thực hiện đồng bộ chạy dao của
bàn máy và chuyển
động quay của đầu phân độ bằng cách nối trục vitme bàn máy
thông qua bộ bánh răng thay thế với trục truyền động của đầu
phân độ.
Khi quay bàn máy cần chú ý chiều nghiêng của răng trên chi
tiết: đối với răng
nghiêng trái thì bàn máy quay theo chiều đồng hồ khi nhìn từ
trên xuống và khi răng nghiêng phải thì quay bàn máy ngợc chiều
đồng hồ.
1.2.2 Phay lăn
răng
Phay lăn răng là phơng pháp phay bánh răng theo
nguyên lý bao hình.
Bánh răng nghiêng phay bằng phơng pháp phay lăn để đảm bảo
cho đoạn xoắn vít của dao ở vùng cắt trùng với phơng răng chi
tiết gia công phải gá trục dao làm với mặt đầu chi tiết một góc
sao cho:
= 0 d
Với, 0: góc nghiêng trên vòng chia của răng bánh
răng gia công.
d: góc nâng ở vòng chia của dao.
S húa bi Trung tõm Hc liu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/

4


.Hỡnh 1.2: S gỏ dao khi phay ln rng bỏnh rng tr rng nghiờng
a) Bỏnh rng nghiờng phi, dao xon phi.
b) Bỏnh rng nghiờng trỏi, dao xon trỏi
Hớng chạy dao song song với trục của chi tiết nên khi phay lăn
Sd bánh răng
nghiêng, phôi phải có chuyển động quay bổ sung để hớng của
răng dao lăn trùng với hớng răng gia công. Chuyển động này đợc
thực hiện nhờ bộ truyền dẫn vi sai
đã đợc thiết kế trong xích truyền động của máy.

Hỡnh 1.3a: Chuyn ng dao khi phay ln rng thng
Khi phay lăn bánh răng thẳng, dao tịnh tiến một đoạn S sẽ gia
công đợc đoạn răng
i
thẳng từ 1 2. Do đó, gia công bánh răng nghiêng thì ta phải
cho phôi thêm một
chuyển động quay sao cho
với S đó dao sẽ cắt từ 1 2.
i
S húa bi Trung tõm Hc liu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/

5


Hỡnh 1.3b: Chuyn ng dao khi phay ln rng nghiờng
Nh vậy, nếu dao chạy thẳng đứng đợc một đoạn L bằng bớc
xoắn của răng nghiêng thì chuyển động quay bàn máy mang
chi tiết gia công phải quay nhanh thêm (nếu răng dao và hớng
bánh răng gia công cùng chiều) hoặc chậm đi (nếu
răng dao và hớng bánh răng gia công ngợc chiều) vừa đúng một
vòng (tơng ứng
với tổng số răng cần gia công). Nếu nh chuyển động của bàn
Zc máy đợc nhanh
thêm (hay chậm đi) chỉ bằng một bớc răng thì dao phay phải
dịch đi một quãng
đờng S:
S =

.D0 . cot g
L
=
ZC
ZC

Sau khi bàn máy quay một vòng thì dao phay dịch chuyển ;
trong
đợc một đoạn S
ht
khi đó, sự quay của bàn máy đợc nhanh thêm (hay chậm đi) một
góc tơng ứng với
số răng Z:
Z =

S ht
Z C .S ht
=
S ' .D0 .cot g

S : lợng chạy dao hớng
trục
ht
Do đó, bánh chia phải đợc điều
0
chỉnh thành:
Z = Z Z = Z
.S ht

ZC

C
C

g

= ZC ( 1


Z C .S ht
)
.D0 .cot g

Vậy, khi phay lăn răng nghiêng cần đảm bảo tỷ số truyền giữa dao
và chi tiết là:
i=

nd
nc

=

Z'
Zd

ZC

=



Zd

.( 1

S ht .tg
.D0

)


1.2.3
hỡnh

Xc bao

Xọc bao hình bản chất dụng cụ cắt là một bánh răng mà mặt
đầu đợc tạo thành mặt trớc còn các mặt bên tạo thành các mặt
sau của lỡi cắt. Trong quá trình gia công, dụng cụ cắt chuyển
động cắt theo hớng dọc trục của bánh răng và cùng với chi tiết có
chuyển động quay cỡng bức.
Khoảng cách trục của dụng cụ cắt và chi tiết gia công đúng bằng
khoảng cách tâm của cặp bánh răng tơng tự ăn khớp không có
khe hở.
Tốc độ vòng của dụng cụ cắt và chi tiết gia công phải
tuân theo tỷ số:
nc Z d
=
nd Z c

Trong đó: n , là số vòng quay của chi tiết gia công và dụng cụ cắt
nd
c
Zc , Zd là số răng của chi tiết gia công và dụng cụ cắt.
Xọc răng bằng dao xọc dạng bánh răng là dựa trên nguyên tắc
chuyển động tơng hỗ giữa dao và chi tiết. Dao xọc và chi tiết
gia công đợc quay cỡng bức xung quanh trục của chúng theo
hớng ngợc nhau khi gia công bánh răng ăn khớp ngoài và cùng
hớng khi gia công bánh răng ăn khớp trong.
Dao thực hiện chuyển động lên xuống V và chuyển động xoắn
để cắt gọt khi gia công răng nghiêng. Khi dao đi xuống là thực
hiện tách phoi và khi chuyển động trở lại là hành trình chạy
không. Chi tiết có chuyển động ra vào để dao không cà vào
mặt đã gia công trong khi chạy không.


Hình 1.4: Sơ đồ xọc răng nghiêng


Tuy nhiên, cũng có thể xọc đợc bánh răng nghiêng khi dao có răng
nghiêng cùng với bạc dẫn nghiêng tơng ứng. Hớng nghiêng của
răng dao xọc có thể là phải hay trái, dao nghiêng phải đợc dùng
để gia công răng nghiêng trái và ngợc lại.
Khi xọc răng nghiêng, ngoài các chuyển động nh xọc răng thẳng,
phôi còn có thêm
chuyển động quay tơng ứng với góc
nghiêng của răng.
1.3 nh hng ca sai s gúc nghiờng n cht lng lm vic ca b
truyn
Bộ truyền bánh răng nghiêng, các răng không hớng theo đờng
sinh mà làm với
đờng sinh một
góc .

Hỡnh 1.5: Cỏc tham s ca b truyn bỏnh rng tr rng nghiờng
Khác với răng thẳng, răng bánh răng nghiêng không vào tiếp xúc
nhau trên toàn bộ chiều dài răng mà vào khớp dần dần, đờng
tiếp xúc lan dần trên chiều dài răng, đôi răng phía trớc ra khớp
bao nhiêu thì đôi răng phía sau vào khớp bấy nhiêu.


Hình 1.6: Hệ số trùng khớp của cặp bánh răng trụ răng nghiêng


Bánh răng ngiêng luôn có ít nhất hai đôi răng ăn khớp kể cả khi
hệ số trùng khớp
ngang
( =



nhỏ hơn 1

g
< 1) miễn là đảm bảo hệ số trùng khớp
p bt dọc lớn


hơn 1
=
Với:
dọc

bw b w
b
=
.tg = w .sin > 1
p x pbt
.mn

px là bớc
pn = .mn là bớc
pháp pn = px.sin

Trong quỏ trỡnh ch to yờu cu gúc nghiờng phi cú chớnh xỏc cao v gia 2
bỏnh ch ng v b ng phi cú cựng gúc nghiờng v nờn ch to cựng 1 dao.
Nu bỏnh rng ch to khụng chớnh xỏc gia 2 bỏnh rng n khp thỡ 2 bỏnh rng
ú s rt nhanh chúng b hng do ma sỏt ln, thm chớ cú th lm hng hay gy rng
trong quỏ trỡnh truyn ng v b truyn s khụng lm vic c hay lm vic
khụng hiu qu . Vì vậy trong chế tạo bánh răng yêu cầu độ chính
xác góc nghiêng rất cao. Khi lp b truyn ng bỏnh rng nghiờng chỳng ta
cn phi o c chớnh xỏc gúc nghiờng trc khi a vo lm vic.
1.4 K thut v thit b kim tra cỏc thụng s trờn bỏnh rng tr
1.4.1 o bng dng c vn nng
Khi kim tra bỏnh rng ta thng dựng hai phng phỏp:
-

o, kim tra tng thụng s c bn v kớch thc v hỡnh dng rng nhm
phỏt hin nguyờn nhõn gõy nờn sai s v t ú cú th iu chnh mt cỏch
thớch hp t chớnh xỏc trong quỏ trỡnh gia cụng. Cỏc thụng s ny
cng gúp phn cho quỏ trỡnh ch to li bỏnh rng khi bỏnh rng b hng.

-

o, kim tra tng hp nhm ỏnh giỏ cht lng v kh nng s dng ca
bỏnh rng sau khi gia cụng xong v bỏnh rng sau khi lm vic trong thi
gian lõu di.


Một số phương pháp kiểm tra các chỉ tiêu cơ bản của bánh răng trụ .
* Kiểm tra độ đảo vòng chia

Hình 1.7: Sơ đồ kiểm tra độ đảo vòng chia
* Kiểm tra bước vòng

Hình 1.8: Sơ đồ kiểm tra bước vòng
a. Dụng cụ đo bước vòng
b. Sơ đồ kiểm tra


* Kiểm tra sai lệch prôfin

Hình 1.9: Sơ đồ kiểm tra sai lệch prôfin
* Kiểm tra sai lệch khoảng pháp tuyến chung

Hình 1.10: Sơ đồ kiểm tra sai lệch khoảng pháp tuyến chung


* Kiểm tra tổng hợp ăn khớp hai bên

Hình 1.11: Sơ đồ kiểm tra tổng hợp ăn khớp hai bên
* Kiểm tra sai số tích lũy bước vòng

Hình 1.12: Sơ đồ Kiểm tra sai số tích lũy bước vòng


* Kiểm tra góc nghiêng của bánh răng β
Góc nghiêng của bánh răng nghiêng được xác định theo lý thuyết thì trong việc thiết
kế lại hoặc kiểm tra bánh răng đã gia công, việc xác định chính xác góc nghiêng từ
một nguyên mẫu có sẵn gặp nhiều khó khăn về thiết bị đo. Kiểm tra góc nghiêng
trên thực tế có hai cách như sau:
-

Đo kiểm tương đối với các dụng cụ thủ công:

+ Sử dụng thước kẹp với các bánh răng có góc nghiêng dưới 15

0.

0

+ Lăn vết lên giấy với các bánh răng có góc nghiêng trên 15 sau đó hiệu chỉnh kết
quả đo theo tiêu chuẩn.
-

Đo bằng các máy đo tọa độ thông qua một chương trình xử lý kết quả không
chính hãng.

Các phương pháp này đều có điểm khó chấp nhận ở góc độ kinh tế hoặc kỹ thuật vì
hàm chứa sai số phương pháp đo (chẳng hạn khi đo chiều dài đường chuẩn xoắn vít
trụ bằng thước kẹp đã lấy dây thay cho cung).
1.4.2 Các thiết bị chuyên dùng khác
* Máy đo tọa độ CMM và các trung tâm đo răng chuyên dụng

Hình 1.13: Máy đo tọa độ CMM của hãng Mitutoyo (trái) và trung tâm kiểm tra
răng CNC của Klingelnberg (phải)


Hình 1.14: Sơ đồ cấu trúc một trung tâm kiểm tra bánh răng
Các loại máy CMM còn được gọi là máy quét hình vì chúng còn được dùng để quét
hình dáng của vật thể. Có hai loại máy đo toạ độ thông dụng là máy đo bằng tay
(đầu đo được dẫn động bằng tay) và máy đo CNC (đầu đo được điều khiển tự động
bằng chương trình số).
Máy đo toạ độ thường là các máy đo các 3 phương chuyển vị đo X, Y, Z. Bàn đo
được làm bằng đá granít. Đầu đo được gắn trên giá đầu đo lắp trên thân trượt theo
phương Z. Khi đầu đo được điều chỉnh đến một điểm đo nào đó thì 3 đầu đọc sẽ cho
ta biết 3 toạ độ X, Y, Z tương ứng với độ chính xác có thể lên đến 0,1 micromét.
Loại máy đo này có chuyển vị rất êm, nhẹ nhàng nhờ dùng dẫn trượt trên đệm khí
nén. Để kết quả đo tin cậy, áp suất khi nén cần phải được bảo đảm như điều kiện kỹ
thuật của máy đã ghi nhằm đảm bảo đệm khí đủ áp suất và làm việc ổn định. Các
máy của hãng Mitutoyo thường có yêu cầu áp suất khi nén là 0,4MPa với lưu lượng
40 lít/phút ở trạng thái bình thường. Máy phải được vận hành ở nhiệt độ thấp,
thường từ 16 độ C đến 26 độ C


Máy đo 3 toạ độ có phạm vi sử dụng lớn. Nó có thể đo kích thước chi tiết, đo
profile, đo góc, đo sâu… Nó cũng có khả năng đo các thông số phối hợp trên một
chi tiết như độ song song, độ vuông góc, độ phẳng. …Đặc biệt máy có thể cho phép
đo các chi tiết có biên dạng phức tạp, các bề mặt không gian, ví dụ như bề mặt
khuôn mẫu, cánh chân vịt, mui xe ô tô… Đặc biệt là nó được ứng dụng trong kỹ
thuật ngược.
Để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thiết kế trước
cho từng loại thông số cần đo. Mỗi hãng chế tạo máy CMM đề có viết riêng cho các
máy của mình những phần mềm khác nhau. Mỗi phần mềm có thể có nhiều môđun
riêng biệt ứng dụng cho từng loại thông số cần đo.
Như vậy khi sử dụng máy CMM đạt hiệu quả cao nhưng nếu chỉ sử dụng để kiểm
tra các thông số bánh răng vì mỗi phần mềm có nhiều môđun riêng biệt ứng dụng
cho từng loại thông số cần đo thì không đạt hiệu quả về kinh tế do đầu tư ban đầu
hoặc chi phí thuê máy rất lớn.

Hình 1.15: Máy soi profil quang học (nguồn: OKM-Jena)


Các lỗi về biên dạng răng thường được phát hiện trên máy soi profil quang học, với
sự trợ giúp của hệ thống khuếch đại hình ảnh, máy soi dễ dàng cho phép phóng to
và xác định các lỗi về biên dạng của răng, đây cũng là một dạng máy chuyên dùng ít
phổ biến và ít được biết đến.
1.5 Hướng phát triển của đề tài
Xuất phát từ thực tế trên tác giả muốn nghiên cứu và tìm ra một loại máy đo góc
nghiêng bánh răng chuyên dùng kiểu cơ điện tử, kết quả đo hiển thị số, đây là một
phương án giải quyết được các yếu tố kinh tế và kỹ thuật của phép đo góc nghiêng.
Dựa trên sự kết hợp các cảm biến đo chuyển vị và dựa trên sự lặp lại quá trình động
học hình thành góc nghiêng khi gia công bánh răng. Máy đo chuyên dùng của tác
giả có thể phục vụ đo kiểm bánh răng khi sản xuất phục hồi từ phôi – ra bản vẽ hoặc
kiểm tra bánh răng sau gia công.
Kết luận chương 1
Thiết bị đo luôn song hành cùng các máy công cụ, nó là thiết bị cần hiện đại hóa và
đồng bộ hóa cùng với sự phát triển của các máy công cụ CNC ngày nay. Xu hướng
Cơ điện tử của các thiết bị đo như các trung tâm đo CNC là cần thiết và tất yếu,
trong điều kiện chưa có được các trung tâm đo CNC với nhiều tính năng kiểm tra
tổng hợp, tác giả đã đề xuất phương án kiểm tra bằng thiết bị đo dựa trên ứng dụng
kỹ thuật cơ điện tử thông số góc nghiêng là một thông số khó đo kiểm bằng các
phương pháp và công cụ truyền thống.
Vì phần lớn các linh kiện cấu thành máy có thể tính chọn được dưới dạng các mô
đun tiêu chuẩn của các lĩnh vực như Cơ khí, điện – điện tử - điều khiển nên việc
thiết kế và thi công máy có thể hoàn thành trong thời gian ngắn với chất lượng cao.
Máy sử dụng nguyên lý đo chính xác trên cơ sở khai thác các yếu tố tạo hình mặt
răng kết hợp với các cảm biến có độ nhạy chuyển động cao và tốc độ xử lý dữ liệu
cao nên cho độ chính xác đo lường rất tốt so với các phương pháp đo gần đúng
truyền thống, vì vậy kết quả đề tài đã được ứng dụng trong sản xuất ngay sau khi
hoàn thành.


Chương 2: Thiết kế máy đo góc nghiêng bánh răng trụ kiểu cơ điện tử
Máy đo theo ý đồ thiết kế của tác giả là một thiết bị đo cơ điện tử phục vụ cho
ngành chế tạo máy, do vậy nó có các thành phần hợp thành gồm cơ khí chế tạo, điện
– điện tử, công nghệ thông tin và lý thuyết điều khiển tự động. Phương pháp và tiến
trình thiết kế máy sẽ không giống với các quy trình thiết kế đơn ngành thông
thường. Các thiết kế đều hướng tới tính chọn hoặc nhận dạng yêu cầu làm việc cơ
bản của thiết bị và linh kiện, việc chế tạo rất hạn chế chỉ tập trung vào các chi tiết
phi tiêu chuẩn mang tính liên kết kết cấu giữa các mô đun như thân máy, bệ máy,
các chân gối đỡ, đặc biệt trang bị điện tử chỉ sử dụng các mô đun tiêu chuẩn, vì vậy
máy có thời gian tổ hợp khá ngắn từ khi hoàn thiện thiết kế.
2.1 Thiết kế động học máy đo
Trong phần này chỉ ra các chuyển động cần thiết của máy đo và quan hệ giữa các
chuyển động đó theo các quy luật định trước hoặc phát hiện các quy luật về sự liên
hệ của các chuyển động do một mặt có sẵn quy định. Trên cơ sở đó chỉ ra sự hình
thành các nhóm và cấu trúc động học của máy.
2.1.1 Sơ đồ gia công và sự hình thành góc xoắn
Ở bánh răng trụ răng nghiêng khi gia công, người ta quét đường sinh thân khai theo
đường chuẩn là đường xoắn vít trụ để tạo hình mặt răng. Đường xoắn vít này được
hình thành dựa trên cơ sở phối hợp hai chuyển động là di chuyển dọc trục tương đối
giữa dao và phôi bánh răng phù hợp với mỗi vòng quay của phôi trên máy gia công.

Hình 2.1: Khai triển đường xoắn vít trụ


Tức là một chất điểm thuộc dụng cụ cắt sẽ có hai bậc tự do tương đối so với phôi là
quay quanh trục phôi và tịnh tiến dọc trục phôi, tuy nhiên có liên kết động học ràng
buộc giữa hai chuyển động này.
Trên hình 2.1, nếu dao di chuyển dọc trục một lượng AE thì phôi quay đi một cung
BE để hình thành đường chuẩn AB.
Để đo được nhiều loại bánh răng khác nhau với độ rộng chân răng khác nhau có thể
chế tạo nhiều đầu đo có kính thước khác nhau và có thể tháo lắp dể dàng, để có tiếp
xúc trên vòng chia bánh răng với đầu đo, đường kính đầu đo cần xác định theo kích
thước của con lăn kiểm theo sổ tay gia công răng, trước khi đo cần chọn đúng đầu
đo thích hợp và gá lắp đúng chỉ dẫn sử dụng máy.

M7

R10

R8

R6

Hình 2.2: Kết cấu các đầu đo
Đầu đo thiết kế là khối cầu và trượt trên 2 mặt răng như hình vẽ, vì vậy đầu đo ta
làm bằng vật liệu giảm ma sát và có độ cứng vững cao, tầm với của đầu đo tính theo
bán kính vòng chia của vật đo.


Hình 2.3: Kiểu tiếp xúc đầu đo với bánh răng

Hình 2.4: Kết cấu đầu đo dùng cho bánh răng có mô đun mn=2.5
2.1.2 Các chuyển động cần thiết của đầu đo và liên kết nhóm trên máy đo
Nguyên tắc để thiết kế động học máy đo đề xuất ở đây là sử dụng một đầu đo tiếp
xúc trong rãnh răng, di chuyển theo phương song song trục bánh răng được gá quay
tự do trên một giá đỡ để đo chuyển động quay của bánh răng do bị dẫn bởi chính
góc nghiêng hình thành sẵn trên mặt răng.
Khi gia công tỉ số truyền của xích vi sai sẽ quyết định góc nghiêng, thể hiện gián
tiếp của tỉ số này chính là lượng di động tính toán của khâu đầu và khâu cuối (đầu
dò – bánh răng), nếu đo được lượng di chuyển của từng khâu trong quan hệ tạo hình
đường chuẩn chính là cơ sở chính xác để tái tạo góc nghiêng.
Việc đo lường chuyển động dọc trục của đầu đo lượng AE (chủ động) và chuyển
động quay của phôi BE (bị động) với độ chính xác cần thiết sẽ cung cấp góc
nghiêng chính xác thông qua việc tính hàm toán học tang(BE/AE).


Do mặt răng đã gia công là bề mặt tinh, việc tiếp xúc với đầu dò di động dọc trục sẽ
chuyển một phần năng lượng của đầu dò qua mặt răng thành chuyển động quay của
phôi với hiệu suất chấp nhận được, tuy nhiên trong sơ đồ đo còn cần xác định chính
xác đường kính tiếp xúc giữa đầu dò và bánh răng, điều này được giải quyết bằng
một cảm biến vị trí làm việc độc lập.
2.1.3 Sơ đồ nguyên lý máy đo
Sơ đồ nguyên tắc máy đo được đề xuất như hình vẽ:
C¶m biÕn di
chuyÓn tÞnh
tiÕn

§Çu dß
C¶m biÕn
gãc quay
b¸nh r¨ng

B¸nh r¨ng
trô r¨ng
nghiªng

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý máy đo góc nghiêng
Mặt răng với góc nghiêng có sẵn là nhân tố quy định chuyển động phối hợp giữa hai
bậc tự do, các cảm biến mã hóa các tín hiệu di chuyển và phân kênh để truyền tới vi
xử lý trung tâm. Các tín hiệu được giải mã để phối hợp với nhau theo một chương
tình viết sẵn trong vi xử lý và sau đó xuất ra màn hình dưới dạng độ, phút, giây.
Liên kết các nhóm với nguồn chuyển động có thể thực hiện theo một trong hai
phương án là chuyển động từ động cơ 24V hoặc một cơ cấu quay tay trong trường
hợp sử dụng nguồn ắc quy để tiết kiệm năng lượng.
2.2 Xác định các đặc trưng thiết bị
2.2.1 Đặc trưng kích thước
Đặc trưng kích thước máy là chỉ dẫn các giới hạn về kích thước vật đo được lớn
nhất và nhỏ nhất gá được lên máy để thực hiện đo. Do vật được gá bằng hai mũi
tâm tương tự như trên máy tiện, chiều cao tâm máy là khoảng cách từ đường tâm
vật được gá đúng đến mặt tấm thép dùng để làm thân máy, khoảng cách này là 150
mm, tức là vật gá lớn nhất có thể lắp được lên máy là 300 (mm).
Khoảng cách cực đại giữa hai mũi tâm trước và sau khi đã lùi nòng ụ động lại hết
hành trình là 180 (mm).


Đầu đo có thể với vào tận đường tâm máy, có nghĩa là không hạn chế kích thước
nhỏ nhất của bánh răng được đo.

B

B

400

150

B-B ( 1 :
4)

435,67

Hình 2.6: Quan hệ kích thước máy cơ bản


2.2.2 Đặc trưng độ chính xác
Vì máy gồm nhiều mô đun linh kiện khác nhau như cơ, điện, điện tử và điều khiển,
độ chính xác của phép đo góc là tổng hợp độ chính xác của hoạt động phối hợp các
mô đun này. Tuy nhiên có ba yếu tố quyết định độ chính xác của phép đo cần được
phân tích kỹ lưỡng là:
-

Độ chính xác của các thiết bị cơ khí tiêu chuẩn như ổ bi, vít me bi, sống
trượt bi, mũi tâm quay, độ song song của dẫn hướng đầu đo với tâm máy, độ
chính xác của các thiết bị đã chế tạo thêm để kết nối hoàn thiện thân máy
như gối đỡ, bích nối, bệ máy..

-

Độ chính xác của bản thân bánh răng đem đo, bánh răng đem đo có thể ở các
tình trạng rất khác nhau như cắt thô, cắt tinh, chưa sử dụng, đã qua sử dụng,
độ chính xác gia công tốt hoặc kém…

-

Độ chính xác và độ phân giải của các encoder được chọn sử dụng trong máy.

Trong luận văn này phần trang bị điện tử được tính theo hai phương án:
-

Phương án nhằm đạt độ chính xác đo kiểm là 10”;

-

Phương án thực tế đầu tư là thấp hơn do kinh phí giới hạn của đề tài.

2.2.3 Đặc trưng động học máy
Máy có hai chuyển động chấp hành là chuyển động chính, hay chuyển động quay
bánh răng cần đo và chuyển động tịnh tiến dọc trục phôi của đầu đo.
Hai chuyển động này quy định lẫn nhau bởi tạo hình đường chuẩn xoắn vít trụ của
mặt răng, để phản ánh đúng bản chất của sự phối hợp giữa hai chuyển động tạo hình
của đường xoắn vít này khi gia công trên máy chỉ dẫn động một chuyển động tịnh
tiến của đầu đo và xem xét phản ứng của phôi thể hiện qua góc quay phụ của nó khi
bị dẫn.
Chuyển động dẫn động vào vít me được xem là chủ động và có hai phương án hoặc
sử dụng động cơ 24V nếu dùng nguồn từ lưới điện chung, hoặc dẫn động bằng tay
quay trực tiếp nếu dùng nguồn acquy 12V. Trong trường hợp dẫn động bằng động
cơ, trục vít quay được hai chiều với tốc độ cố định bằng nhau. Do kỹ thuật lập trình
cho thiết bị không phân biệt chuyển động dẫn của encoder là tiến hay lùi nên khi
đầu đo đảo chiều chuyển động, kết quả đếm xung không reset về zero mà cộng thêm


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×