Đồ án tốt nghiệp

Việc giới hạn mô men xiết chặt trong các dây chuyền vặn bu lông, ốc vít tự
động là một vấn đề hết sức quan trọng. Mô men này phải đạt giá trị nào đó để
đảm bảo các chi tiết liên kết với nhau ở một lực ép nhất định, ổn định trong khi
kết cấu hoạt động và chịu tải. Đồng thời, mô men này cũng phải nhỏ hơn giới
hạn cho phép để bu lông, ốc vít không bị trờn ren, thậm chí quá căng dẫn đến
kết cấu bị phá hủy. Chính vì lý do này, các clê lực hay các thiết bị xiết bu lông,
ốc vít ở đây cần được trang bị ngưỡng hạn chế mô men hoặc đồng hồ hiển thị
mô men. Trong phòng KCS tại các nhà máy, giá trị chỉ thị mô men xiết của
đồng hồ đo được hiệu chuẩn bằng các thiết bị kiểm tra mô men định kì, và các
thiết bị này phải được hiệu chuẩn tại Viện đo lường thông qua máy chuẩn mô
men ở cấp cao hơn. Với nhu cầu thực tiễn đặt ra, Bộ môn Cơ khí chính xác và
Quang học Trường Đại học Bách Khoa và Viện Đo lường Việt Nam đã kết hợp
nghiên cứu với mong muốn chế tạo một máy chuẩn mô men phục vụ việc hiệu
chuẩn, kiểm định các thiết bị đo.
Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, các thành viên trong nhóm đã
được các thầy hướng dẫn để tìm hiểu, nghiên cứu về quá trình chế tạo một số bộ
phận của máy chuẩn mô men; tiến hành một số thí nghiệm và giải quyết những
bài toán công nghệ đặt ra khi chế tạo. Tiếp cận và tham gia vào một đề tài
nghiên cứu khoa học, chúng em có cơ hội thu nhận thêm không ít kiến thức
thực tiễn quý báu mà trong quá trình học tập chưa có được.
Nhóm sinh viên thực hiện đồ án tốt nghiệp xin được gửi lời cảm ơn chân
thành đến các thầy cô trong Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang học Trường
Đại học Bách Khoa, thầy hướng dẫn trực tiếp là PSG.TS Vũ Toàn Thắng và
Th.S Vũ Văn Duy đã hỗ trợ và giúp đỡ rất nhiều để chúng em có thể hoàn thành
đồ án này.

1
Đồ án tốt nghiệp


4
Đồ án tốt nghiệp

 !"#$%&'()*%+,-(
./012%,34,
5
Rãnh lắp thiết bị cần chuẩn giá trị mômen
Đồ án tốt nghiệp
"#5#6787)379%:;0<&+3%4(0102(
Hình 1.3 giới thiệu máy chuẩn mô men tại phòng đo lường quốc gia Nam phi:
máy gồm 2 cánh tay đòn mang theo bán kính cong bố trí đối xứng ở hai phía, sự
cân bằng của cánh tay đòn có thể được điều chỉnh bằng những khối lượng nhỏ
trượt dọc theo đường dẫn trên cánh tay đòn. Mô men được tạo bằng cách chất
các quả tải lên đĩa. Thiết bị cần chuẩn mô men được đặt trong rãnh, một đầu
được giữ cố định, một đầu nối với trục quay gắn với cánh tay đòn.
56%&)*7(89(./012%,,:
6
Đĩa đặt
quả tải
Khối lượng điều
chỉnh thăng bằng
Bán kính
cong
Đồ án tốt nghiệp
Khi đặt tải thì sẽ tạo ra chuyển vị xoay giữa 2 đầu của thiết bị cần chuẩn
mômen và giá trị hiển thị của mô men sẽ được chuẩn tương ứng với từng trọng
lượng quả tải thông qua cánh tay đòn.
;6%&)*<(./012%,=
7
Phần lắp thiết bị cần

Thiết bị cần
chuẩn mô men
Giá đặt
quả tải
Cánh tay đòn
Đồ án tốt nghiệp
Nếu tính đến lực đẩy Acximet của không khí lên quả tải thì công thức tính mô
men được biểu diễn như sau:
(1.2)
Trong đó: m: Khối lượng của quả tải kg
g: Gia tốc trọng trường m/s
2
L
0
: chiều dài cánh tay đòn m
ρ
air
: tỷ trọng của không khí kg/m
3
ρ
m
: tỷ trọng của vật liệu làm quả tải kg/m
3

Sai số của mô men phụ thuộc vào các sai số của từng yếu tố tham gia vào công
thức tính:
(1.3)
(1.4)
"#=#"#/7AB+<(3)/&CD(
- Sai số do nhiệt độ:

+ Sai lệch kích thước tay đòn:
Sai số kích thước do chế tạo cánh tay đòn ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị mô
men tạo ra. Khi chế tạo tay đòn với cấp chính xác kích thước đường kính là 6,
miền dung sai h, đường kính 400mm thì trị số dung sai là 40µm
+ Sai số hình dáng:
Giá trị dung sai độ tròn và độ đồng trục tương ứng với giá trị sai lệch kích
thước, với Φ400h6 thì dung sai độ tròn tương ứng là 16µm và độ đồng trục
tương ứng với bề mặt quay Φ100h6 là 25µm. Sai lệch này ảnh hưởng trực tiếp
tới giá trị bán kính tại điểm treo tải, do đó ảnh hưởng tới giá trị mô men tạo ra.
Giả thiết trục treo tải là hoàn toàn tròn có tâm O được đặt lệch khỏi tâm quay O
1
của hệ đo 1 khoảng e tại góc lệch so với phương ngang ϕ (hình 1.6). Hàm biến
thiên của độ lệch tâm:
X = e.sinϕ (1.6)
Bán kính cánh tay đòn R
tđ
được tính theo công thức:
10
Hình 1.6 Biến thiên bán kính do lệch tâm
O1
x
e
x01
e
e
2
O
O
x
Đồ án tốt nghiệp

gam
Phạm vi đo từ 1 N ÷ 50 N thì loạt các quả tải chuẩn có giá trị sai số như bảng
sau:
ST
T
F(N) m(g)
∆
m
(mg)
U
m
(mg) u
m
1 1 102,1796 1,6 0,5 1,83E-0,5
2 2 204,3592 3 1,0 1,71E-0,5
3 5 510,8980 8 2,7 1,83E-0,5
4 10 1021,7960 16 5,3 1,83E-0,5
5 20 2043,5920 30 10,0 1,71E-0,5
6 50 5108,9800 80 26,7 1,83E-0,5
12
Đồ án tốt nghiệp
∆
m
: sai số của quả tải
U
m
: độ không đảm bảo đo quả tải
"#=#=#67/)B+).G($).HI($
Thành phần gia tốc trọng trường cũng có mặt trong công thức tính mô men. Ở
từng độ cao khác nhau so với mặt nước biển thì trọng trường có giá trị khác

quanh trục thẳng đứng. Coi dao động đó tương tự chuyển động của con lắc. Tại
điểm thấp nhất của dao động, lực quán tính sẽ là lớn nhất, xác định theo công
thức:
P
2
=P+ma (1.13)
Trong đó:
m: là khối lượng của toàn bộ quả tải
a: là gia tốc chuyển động tại điểm dao động thấp nhất
Sai số do yếu tố dao động của quả cân δP
2
được xác định như sau:
(1.14)
Theo định luật bảo toàn năng lượng thì:
(1.15)
Với gia tốc dao động:
14
Đồ án tốt nghiệp
(1.16)
Theo quan hệ hình học (hình 1.9) ta có:
(1.17)
Như vậy :
(1.18)
Sai số:
(1.19)
Kết luận: Các sai số tác động đến giá trị mô men chuẩn được phân tích chưa
bao gồm sai số do ma sát tại ổ trục, vì trong phạm vi đo nhỏ 10 N.m ÷ 100 N.m
thì phải tách hoàn toàn ma sát tại ổ, nhưng khi trình độ công nghệ chế tạo còn ở
mức thấp thì hiện tượng tiếp xúc giữa bề mặt đệm khí và trục quay chưa khử
hết được, vẫn bị chạm ở một số đỉnh. Nếu kể đến cả sai số do mô men ma sát

Thay vào phương trình 1.22 sai số chế tạo cánh tay đòn phải thỏa mãn:
Như vậy với bán kính cánh tay đòn là 200mm thì sai số cho phép là
36,7µm=0,0367mm. Sai số này sẽ được phân phối cho các sai số ảnh hưởng đến
16
Đồ án tốt nghiệp
cánh tay đòn như sai số do nhiệt độ, sai số kích thước chế tạo, độ không đồng
trục, độ cong trục, sai số do biến dạng dưới tác dụng của quả tải.
Ước lượng độ không đảm bảo đo của máy chuẩn mômen
Các giá trị đầu vào:
Gia tốc trọng trường g 9,78668927 m/s
2
Độ không đảm bảo của gia tốc U
g
4,50E-08 m/s
2
Kích thước danh nghĩa L
dn
200 mm
Sai số
∆L
0,015 mm
Kích thước thực L 199,985 mm
Độ tròn 0,01 mm
Độ không đảm bảo khi đo kích thước U
Ls
0,005 mm
Hệ số dãn nở do nhiệt
α
1,10E-05 /
0

Độ không đảm bảo đo do lệch trục u
Lc
1,00E-04
Độ không đảm bảo đo do độ tròn
u
Lo
2,89E-05
2. Quả tải u
m
1,83E-05
Stt F(N) M
dn
(g) m(g)
∆
m
(mg)
U
m
(mg)
1 1 102,1796 1,6 0,5
2 2 204,3592 3 1,0
3 5 510,8980 8 2,7
4 10 1021,7960 16 5,3
5 20 2043,5920 30 10,0
6 50 5108,9800 80 26,7
3. Gia tốc trọng trường u
g
2,30E-09
17
Đồ án tốt nghiệp

- Trung tâm Đo lường quân đội đã nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm
định clê momen lực kiểu TCM -500 trên cơ sở mẫu thiết bị kiểm định clê
momen của Nga, bộ phận gia tải là trục ren vuông dẫn động con trượt qua hệ
thống tay đòn truyền momen đến clê momen lực cần kiểm định. Thiết bị
kiểm định clê momen lực kiểu TCM – 500 sử dụng điện áp 220 ± 22 V, tần
số 50 ±5 Hz, phạm vi đo từ 0 đến 500 N.m (với chiều thuận); từ 0 đến 200
N.m (với chiều ngược); sai số của thiết bị không vượt quá 0,2 %. Sản phẩm
được trao giải Ba tại Hội nghị Khoa học ngành Tiêu chuẩn – Đo lường –
Chất lượng, Bộ Quốc phòng năm 2011.
- Năm 2013, tại quyết định 1361/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về
Phê duyệt quy hoạch phát triển chuẩn Đo lường Quốc gia đến năm 2020.
Trong đó có chuẩn Đo lường Quốc gia về đại lượng dẫn xuất: Momen lực:
 ,7THU($ '(+3%4( N+3V(3W<+X
N?31($CF0OF-C-
637
19
F
Q
z
F
Q
Kh«ng khÝ nÐn
SD
Hình 2.1 Đệm khí
Guèc khÝ
Đồ án tốt nghiệp
 +3Y5Z"= 5Z"M 5Z5Z
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
8 Mômen lực Máy chuẩn Mômen
lực đến 100 N.m

quay cho máy chuẩn mô men phải chịu được tải hướng kính, với mô men cần
chuẩn 200Nm, tức là khi cánh tay đòn dài 0,5m thì ổ khí quay phải chịu được
lực tải xấp xỉ 40kg
- Ổ được định vị 5 bậc tự do và chỉ còn 1 bậc tự do quay quanh trục
- Ổ khí quay phải có độ cứng tốt để khi thay đổi tải trọng thì khe hở đệm khí ít
biến động, sai số cánh tay đòn vẫn phải được đảm bảo.
- Ổ khí quay được chế tạo trong điều kiện công nghệ tại Việt nam nên việc chọn
vật liệu chế tạo, các ống trụ với đường kính thiết kế phải có sẵn trên thị trường
Việt Nam để hạ giá thành chế tạo.
5#5#=#3G(?@)+^%C_(3:_+L/).`+
21
F
F
F2
F2
F1
F1
Đồ án tốt nghiệp
>L ''FM7NO7E%
Chọn kết cấu ổ khí như sau:
- Các đệm khí trên mặt trụ "đệm khí trụ" mỗi bên định vị 2 bậc tự do: dịch
chuyển theo x, z, quay quanh x, z
- Hai đệm khí trên mặt đầu "đệm khí phẳng" đặt đối diện nhau chống di chuyển
dọc trục, mỗi đệm định vị 1 bậc tự do dịch chuyển theo y, tuy nhiên bậc tự do
của đệm khí mặt đầu trùng nhau, do đó phải chế tạo hai mặt đầu đạt độ song
song nhất định thì trục ổ khí mới có thể quy được.
Như vậy tổng số bậc tự do đệm khí định vị trên trục quay là 5 bậc tự do, còn
một bậc tự do quay quanh y.
Các đệm khí trên 1 bên của mặt trụ ít nhất phải bố trí 3 đệm, ở đây chọn
phương án bố trí 5 đệm nhằm làm tăng độ cứng của hệ.

F
Đồ án tốt nghiệp
;>QPHR7E%C'H#2./STU
Nếu chọn khoảng cách tính từ tâm bi đến mặt trụ (xấp xỉ chiều dày của tấm đệm
khí là h=15mm), ổ trục đường kính Φ200 -> R=100, khe hở đệm khí làm việc là
12µm, theo hình 2.3, OA
1
=115,012mm.
Xét hệ thức lượng trong tam giác AO
1
O
2
ta có:
(2.3)
Khe hở khí ban đầu khi chưa có tải trọng là:
z=AO
1
-R-h (2.4)
Khe hở khí khi có tải trọng Q là:
z'=AO
2
-R-h (2.5)
Lượng giảm khe hở khí tại hai tấm đệm khí cạnh tấm đệm khí đáy là
∆z
1
=z-z'
nên:
(2.6)
AO
1

và ∆z
2
có biểu thức Q = f(K, ∆z)
Cộng cả trọng lượng của trụ 400N và tải Q là 400N phân bố đều trên 2 bên của
trụ, vậy mỗi bên chịu 400N. Với độ giảm khe hở tối đa để các đệm khí đảm bảo
vẫn không tiếp xúc cơ khí ∆z=10µm (∆z
1
=3µm; ∆z
2
= 8µm) thì độ cứng của các
đệm khí cần đạt là: K=400N/24,8µm=16N/µm≅1,6kg/µm
Điều đó tức là độ cứng nhỏ nhất của đệm khí cần thiết kế chế tạo đạt 1,6kg/µm.
5#5#M#P3Ha($).R(3)V(3Tb+(c($+L/C90?3V
Tham khảo đồ án tốt nghiệp ngành K48 ngành cơ khí chính xác và quang
học "Thiết kế chế tạo máy đo 3 tọa độ" về tính toán lực nâng của đệm khí chữ
nhật có rãnh hình chữ nhật một lỗ tiết lưu làm mô hình đệm khí mẫu để tính
toán. Với kết cấu tương đối đơn giản.
25

Trích đoạn Thiết kế đai bao trục ổ khí quay Thiết kế cánh tay đòn

---