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.

1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
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.

2
2. Mục đích và phương pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích nghiên cứu
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.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên
cứu thực nghiệm để chế tạo ra máy đo góc nghiêng bánh răng trụ răng nghiêng.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đo bước xoắn (góc nghiêng) bánh răng trụ răng nghiêng để đo kiểm hoặc chế
tạo phục hồi một bánh răng.
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Trên cơ sở phân tích động học đầu với hai chuyển động: xoay bánh răng và tịnh
tiến chyển sang xoay trục vít me mang đầu đo, luận văn đã giới thiệu nguyên lý làm
việc của thiết bị đo cũng như cơ sở lý thuyết khi tính toán thiết kế thiết bị cơ điện tử.
Chế tạo ra một máy đo bươc xoắn (góc nghiêng) bánh răng trụ răng nghiêng. Máy đo
thuận tiện trong việc sử dụng, giá thành hợp lý cho cơ sở sản xuất trong nước, là ý nghĩa
khoa học và thực tiễn của luận văn
5. Nội dung của luận văn
Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung:
Chương 1: Tổng quan về thiết bị đo góc nghiêng bánh răng
Chương 2: Thiết kế máy đo góc nghiêng bánh răng trụ kiểu cơ điện tử
Chương 3: Thử nghiệm và đánh giá máy
Kết luận chung và thảo luận kết quả
3
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO BÁNH RĂNG
1.1 Đặc điểm truyền dẫn bánh răng trụ răng nghiêng
Truyền động bánh răng thực hiện truyền chuyển động và tải trọng nhờ sự ăn khớp
của các răng trên bánh răng hoặc thanh răng.

Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng dùng để truyền động giữa hai trục song song.
Bánh răng răng nghiêng có hướng răng hợp với đường sinh của mặt trụ một góc β.
Đối với bộ truyền bánh răng thẳng khi vào ăn khớp các cặp răng tiếp xúc đường,
còn với bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng thì quá trình vào ăn khớp là tiếp xúc điểm
sau đó chạy dọc theo toàn bộ chiều dài răng. Các cặp răng lần lượt vào, ra khớp theo thứ
tự cặp răng phía trước ra khớp bao nhiêu thì đôi răng phía sau vào khớp bấy nhiêu.
Bánh răng nghiêng luôn có ít nhất hai đôi răng ăn khớp kể cả khi hệ số trùng khớp
ngang nhỏ hơn 1.
1.2 Một số phương pháp gia công bánh răng trụ răng nghiêng thông dụng
Về nguyên lý tạo răng, có thể chia thành hai phương pháp gia là phương pháp định
hình và phương pháp bao hình.
Phương pháp định hình: là phương pháp cắt răng mà dụng cụ căt có biên dạng lưỡi
cắt là rãnh răng. Quá trình cắt răng không liên tục khi cắt thì cắt từng rãnh răng một sau
đó phần độ để gia công tiếp rãnh răng khác.
Phương pháp bao hình: là phương pháp cắt răng mà dụng cụ cắt không cần biên
dạng lưỡi cắt là rãnh răng. Quá trình cắt răng diễn ra liên tục, khi cắt dụng cắt sẽ lăn
tương đối trên vành của bánh răng gia công và khi đó quỹ tích các đường bao của dụng
cụ cắt là prôfin thân khai của răng bánh răng gia công
1.2.1 Phay định hình
1.2.2 Phay l¨n r¨ng
.1.2.3 Xọc bao hình
1.3 Ảnh hưởng của sai số góc nghiêng đến chất lượng làm việc của bộ truyền
4
Trong quá trình chế tạo yêu cầu góc nghiêng β phải có độ chính xác cao và giữa 2
bánh chủ động và bị động phải có cùng góc nghiêng β và nên chế tạo cùng 1 dao. Nếu
bánh răng chế tạo không chính xác giữa 2 bánh răng ăn khớp thì 2 bánh răng đó sẽ rất
nhanh chóng bị hỏng do ma sát lớn, thậm chí có thể làm hỏng hay gẫy răng trong quá
trình truyền động và bộ truyền sẽ không làm việc được hay làm việc không hiệu quả .
V× vËy trong chÕ t¹o b¸nh r¨ng yªu cÇu ®é chÝnh x¸c gãc nghiªng β rÊt cao. Khi lắp bộ
truyền động bánh răng nghiêng chúng ta cần phải đo đặc chính xác góc nghiêng β trước

khi đưa vào làm việc.
1.4 Kỹ thuật và thiết bị kiểm tra các thông số trên bánh răng trụ
1.4.1 Đo bằng dụng cụ vạn năng
* 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.
+ Lăn vết lên giấy với các bánh răng có góc nghiêng trên 15
0
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
5
Hình : 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.
6
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
7
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.
8
Chương 2
THIẾT KẾ MÁY ĐO BƯỚC XOẮN 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
9
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.

Hình : Kết cấu đầu đo dùng cho bánh răng có mô đun m
n
=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
10
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:
B¸nh r¨ng trô
r¨ng nghiªng
C¶m biÕn gãc
quay b¸nh r¨ng
C¶m biÕn di
chuyÓn tÞnh tiÕn
§Çu dß
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.
11
400
435,67
150
B
B
B-B ( 1 : 4 )
Hình 2.6: Quan hệ kích thước máy cơ bản
12
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 vào số xung
hiện có, do vậy việc đảo chiều nhiều lần trên một rãnh răng giống như đo một rãnh xoắn
có chiều dài vô tận, điều này góp phần nhận biết giá trị ổn định của kết quả đo tốt hơn.
13
Không giống như máy cắt kim loại khi tạo hình bề mặt, tốc độ dịch chuyển tương
đối giữa dụng cụ cắt và phôi gia công quyết định chất lượng bề mặt, ở máy đo này tốc
độ di chuyển đầu đo và sự ổn định của tốc độ di chuyển không ảnh hưởng đến kết quả
đo mà chỉ ảnh hưởng đến năng suất đo, vì vậy việc di chuyển đầu đo bằng tay không

làm ảnh hưởng đến kết quả đo của máy.
2.3 Tính chọn các cơ cấu chấp hành cơ khí của máy đo
Các cơ cấu cơ khí có chức năng thực hiện các chuyển động của vật đo và đầu đo,
các mô đun tiêu chuẩn được ưu tiên lựa chọn vì đảm bảo tính tổ hợp nhanh và kế thừa
được nhiều yếu tố về trình độ thiết kế và chế tạo mang tính chuyên môn hóa của các
hãng nổi tiếng. Các phần tử cơ khí dưới đây được xác định theo thiết kế trên hình 2.5
hình ảnh thực tế từ các hãng cung cấp thiết bị và tham số thực tế của thiết bị được chọn.
Thiết kế sơ bộ góp phần định hướng trong việc chọn linh kiện và bố trí không gian máy
hợp lý, thiết kế sơ bộ dưới đây được thực hiện trên nền Solid Work.
Hình 2.7: Tổng quan máy đo theo thiết kế sơ bộ ban đầu
2.3.1 Ụ động
2.3.2 Vít me đai ốc bi
2.3.3 Dẫn hướng trượt bi
2.3.4 Mũi tâm quay
2.3.5 Gối đỡ và ổ lăn
14
2.4 Tính chọn các trang bị điện – điện tử và điều khiển cho máy đo
2.4.1 Cảm biến đo góc quay
2.4.1.1 Trường hợp cần đảm bảo độ chính xác kết quả dưới 10”
2.4.1.2 Phương án thí nghiệm
2.4.2 Vi điều khiển
2.4.3 Màn hình hiển thị kết quả đo
2.4.4 Nguồn điện
2.4.5 Động cơ và hộp giảm tốc
2.5 Thiết kế hệ thống điện – điện tử - điều khiển
Được sắp xếp truyền đi trên cùng một hệ thống dẫn truyền. Để có sự phân biệt các
đại lượng đo trước khi đi vào mạch đo cần phải mã hóa hoặc điều chế theo các tần số
khác nhau của đại lượng đo. Tại nơi nhận tín hiệu lại cần phải giải mã hoặc giải điều
chế để lấy lại từng tín hiệu đo.
Về cơ bản thiết bị đo gồm các phần cơ bản như sau:

- Chuyển đổi đo lường: có chức năng biến tín hiệu đo thành tín hiệu điện;
- Mạch đo: chuyển đổi, xử lý, khuếch đại thông tin, bao gồm nguồn các bộ
khuếch đại, các bộ chuyển đổi A/D hoặc D/A, các mạch phụ;
- Chỉ thị: thông báo kết quả cho người quan sát, có thể chỉ thị số hoặc chỉ thị
cơ điện
Ở máy đo góc nghiêng này sơ đồ cụ thể của mạch đo kết hợp với nguồn và hiển thị cho
thấy như dưới đây.
15
Hình 2.25: Sơ đồ vận hành của trang bị điện tử máy đo
Sau khi hoàn thiện việc lắp ráp, máy có tổng quan như sau:
Hình 2.26: Tổng quan máy đo góc nghiêng bánh răng trụ
16
Kết luận chương 2
Trong chương này tác giả đã phân tích hoạt động của máy dựa trên chức năng yêu
cầu để xác định các chuyển động công tác cần thiết cũng như mối quan hệ giữa các
chuyển động đó nhằm thiết lập các thông tin điều khiển máy và phương thức liên kết
các nhóm thành cấu trúc máy hợp lý nhất.
Tác giả đã phân chia chức năng cho từng mô đun cơ-điện-điện tử điều khiển rõ
ràng và khoa học để từ đó nhận dạng năng lực công tác của từng mô đun nhằm tính
chọn được thiết bị tiêu chuẩn phù hợp nhất với máy.
Trong chương cũng đã giải quyết bài toán cơ bản nhất của thiết kế này đó là tính
chọn độ phân giải của các cảm biến làm việc phối hợp với nhau để đo một tham số gián
tiếp khác với độ chính xác biết trước, làm cơ sở cho việc chọn cảm biến phù hợp trong
mỗi tình huống giả định.
Do chuẩn bị bước thiết kế sơ bộ ban đầu tốt nên tổng quan máy khi hoàn chỉnh
không có nhiều biến đổi so với dự kiến ban đầu, đó cũng là một ưu điểm của phương
pháp thiết kế tổ hợp mô đun tiêu chuẩn.
CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ MÁY
Trong chương này trình bày các kết quả vận hành thử nghiệm máy và khả năng
ứng dụng vào sản xuất, đây là quy trình cần thiết để tiến tới triển khai thực tế. Mặt khác

những thử nghiệm này được thực hiện với phương án hai sensor có độ phân giải thấp
hơn so với tính toán lý thuyết, cụ thể là 720 xung cho vít me và 2000 xung cho vật đo,
nếu kết quả đo gián tiếp là chính xác thì có cơ sở chắc chắn để tin rằng nếu dùng hai
sensor có độ phân giải 17 bít cho vật đo và 10
m
µ
cho cảm biến di chuyển thẳng như đề
xuất trong phương án 1 ở chương 2 chắc chắn máy có thể nhận biết được góc nghiêng
độ chính xác tới 7,8” chỉ bằng cách thay hai sensor lên máy hiện có.
17
3.1 Chỉ dẫn vận hành thiết bị
.
Hình 3.1: Trình tự thao tác phím bấm nhập số liệu trên máy
3.2 Đánh giá chất lượng vận hành máy
3.2.1 Lựa chọn phương thức đánh giá
3.2.2 Kiểm tra bằng thực nghiệm
3.2.2.1 Cơ chế phát sinh sai số của góc nghiêng răng khi gia công
3.2.2.2 Thực nghiệm kiểm tra trên máy
Thực nghiệm tại Bộ môn Cơ điện tử, sử dụng một mẫu vật có thông số như sau:
- Đường kính đỉnh: 157 (mm);
- Bề rộng vành răng: 31.5 (mm);
- Số răng: Z56;
- Mô đun: m
n
= 2.5 (mm);
- Hướng xoắn phải;
18
Để có tiếp xúc trên vòng lăn với bánh răng, sử dụng công thức tính đường kính con lăn
kiểm tính được đường kính đầu đo: 3.68 (mm), kết quả cho 30 lần đo thể hiện trong
bảng sau:

Bảng 3.1: Bảng giá trị góc nghiêng đo cho 30 răng khác nhau
Đường kính bánh răng: D
c
=152mm
TT Độ phút giây Độ TT Độ
phú
t
giây Độ
1 21 13 38 21.22722 16 21 24 31 21.40861
2 21 48 54 21.81500 17 21 22 6 21.36833
3 21 32 29 21.54139 18 21 0 5 21.00139
4 20 54 43 20.91194 19 21 42 44 21.71222
5 21 25 53 21.43139 20 21 32 25 21.54028
6 21 26 38 21.44389 21 21 30 34 21.50944
7 21 49 5 21.81806 22 21 27 26 21.45722
8 21 49 17 21.82139 23 21 32 41 21.54472
9 21 26 49 21.44694 24 21 39 17 21.65472
10 21 42 14 21.70389 25 21 9 55 21.16528
11 21 50 45 21.84583 26 21 31 56 21.53222
12 21 45 14 21.75389 27 21 2 33 21.04250
13 21 49 0 21.81667 28 21 43 49 21.73028
14 21 34 20 21.57222 29 21 6 48 21.11333
15 21 40 21 21.67250 30 21 7 5 21.11806
Bảng thông số thống kê
Số lượt đo
Giá trị trung bình
Phương sai
Bảng 3.2: Bảng giá trị góc nghiêng đo trên cùng một răng
Đường kính bánh răng: D=152mm
TT Độ phút giây Độ TT Độ

phú
t
giây Độ
1 21 23 38 21.39389 16 21 40 21 21.67250
2 21 0 3 21.00083 17 21 45 5 21.75139
3 21 11 24 21.19000 18 21 27 37 21.46028
4 21 4 43 21.07861 19 21 29 49 21.49694
5 21 26 33 21.44250 20 21 13 19 21.22194
6 21 31 39 21.52750 21 21 35 44 21.59556
7 21 46 4 21.76778 22 21 5 12 21.08667
8 21 17 0 21.28333 23 21 31 6 21.51833
9 21 37 42 21.62833 24 21 7 53 21.13139
19
10 21 37 23 21.62306 25 21 12 54 21.21500
11 21 26 22 21.43944 26 21 6 32 21.10889
12 21 16 39 21.27750 27 21 28 25 21.47361
13 21 32 41 21.54472 28 21 16 0 21.26667
14 21 30 18 21.50500 29 21 30 36 21.51000
15 21 42 14 21.70389 30 21 7 5 21.11806
Bảng thông số thống kê
Số lượt đo
Giá trị trung bình
Phương sai
Thực nghiệm kiểm tra tại phòng quản lý chất lượng sản phẩm nhà máy diesel Sông
Công, vật mẫu sử dụng trong đo kiểm là bánh răng mẫu của Liên Xô với các thông số
chuẩn được khắc laser trên mặt đầu vành răng như sau:
m
n
= 2.5, z = 44,
'5828β,20α

00
==
Hình 3.2: Bánh răng mẫu Liên Xô sản xuất
dùng cho đo kiểm với góc nghiêng
'5828β
0
=
20
Hình 3.3: Đầu đo
)(68.3φ mm=
dùng đo bánh răng mô đun m
n
= 2.5
Hình 3.4: Thực nghiệm lấy số liệu đo tại phòng quản lý chất lượng công ty Disoco
Đo 30 lần để tính giá trị trung bình kết quả đo được thực hiện theo phương pháp đo
nhiều răng trong nhiều lần tính giá trị thống kê, giá trị nhận biết được là:
"25'5628β
0
=
với sai lệch trong khoảng nhỏ hơn
'2±
Hình 3.5: Kết quả minh họa một lần đo trích từ danh mục kết quả đo
21
Kiểm nghiệm độc lập được thực hiện bởi phòng quản lý chất lượng công ty disoco
đơn vị chuyên về sản xuất bánh răng các loại máy động lực cho thấy máy đủ điều kiện
ứng dụng công nghiệp.
Kết luận chương 3
Trong chương này đã cho thấy khả năng làm việc của máy đo, đặc biệt là độ chính
xác. Có thể thấy rằng kết quả đo phụ thuộc vào các yếu tố chính như chất lượng bề mặt
bánh răng được đo, độ chính xác các thông số hình học của bản thân bánh răng được đo,

độ phân giải của hai cảm biến sử dụng trên máy và chất lượng truyền động cơ khí của
máy đo.
Có thể rút ra nhận xét quan trọng là ở các bánh răng mà bề mặt khá thô hoặc đã
mất độ chính xác do mòn không có phương pháp nào để xác định chính xác tham số gốc
của nó cho dù có trang bị các cảm biến với độ phân giải rất cao.
Ở các bánh răng mà phôi cắt răng có chuẩn tinh không tốt cũng ảnh hưởng nhiều
đến kết quả đo.
Với máy được trang bị các cảm biến đủ độ phân giải cần thiết như các tính toán chỉ
ra ở chương 2, có cơ sở để tin rằng độ chính xác của phép đo góc nghiêng có thể đạt tới
dưới 8”.
Nếu sử dụng máy ở hiện trạng đúng như máy thí nghiệm kết hợp với một bảng tra
tiêu chuẩn góc nghiêng, hoàn toàn có thể phát hiện được giá trị chính xác của góc
nghiêng cần đo.
Kết luận của luận văn
Máy đo góc nghiêng răng là một sản phẩm cơ điện tử phục vụ đo lường trong chế
tạo máy, thiết bị sử dụng nguyên lý động học đúng đắn trên cơ sở tái hiện quá trình gia
công đường răng, đề tài đã chứng tỏ được tính hiệu quả, sự tiện ích trong việc đưa điện
tử và điều khiển tự động vào cơ khí nhất là ở khía cạnh xây dựng các hệ thống đo lường
độ chính xác cao.
Ý nghĩa khoa học của luận văn ở chỗ khi chấp nhận đưa điện tử và điều khiển tự động
vào cơ khí, có nhiều lĩnh vực mới góp mặt trong một sản phẩm làm cho lượng kiến thức
cần tìm hiểu nhiều hơn song các bài toán đều dễ hơn so với để đạt được hiệu quả tương
tự trên thiết bị không phải cơ điện tử.
22
Hướng phát triển tiếp theo của luận văn là phát triển máy đo một chức năng này
thành một máy đo có khả năng kiểm tra đồng thời nhiều tham số tổng hợp khác trong
một lần gá vật đo.
Sản phẩm đã được cấp giấy chứng nhận ứng dụng vào sản xuất tại công ty Disoco
trong nguyên công kiểm tra bánh răng thành phẩm và đo xác định thông số của bánh
răng cũ trong phục hồi sửa chữa. Do đó các mục tiêu đặt ra của đề tài đã hoàn thành trên

cả khía cạnh lý thuyết và ứng dụng thực tiễn.