Luận án Tiến sĩ: Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Tạ Thị Thuý Hƣơng

CƠ SỞ ĐẢM BẢO, NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH
XÁC CỦA PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2016
1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn của PGS.TS. Vũ Toàn Thắng và TS. Nguyễn Cảnh Quang. Các kết quả nghiên cứu
trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với
điều kiện của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được ai công bố trong bất kỳ nghiên
cứu nào khác.
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học

1. PGS. TS. Vũ Toàn Thắng

Nghiên cứu sinh

Tạ Thị Thuý Hương

2. TS. Nguyễn Cảnh Quang

2

LỜI CÁM ƠN
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, góp ý và chia
sẻ của mọi người. Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại
Học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Cơ khí.
Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới tập thể Thầy hướng dẫn PGS.TS Vũ
Toàn Thắng, TS. Nguyễn Cảnh Quang, các Thầy đã hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành được luận án.
Tôi cũng xin chân thành biết ơn sâu sắc tới Quý Thầy Cô Bộ môn Cơ khí Chính xác và
Quang Học đã chỉ bảo và cho tôi những ý kiến bổ ích, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được
học tập nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em công tác tại Bộ môn Cơ khí chính xác và
Quang Học, tập thể NCS tại Bộ môn đã chia sẻ cũng như tạo điều kiện giúp tôi.
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đo Lường Quốc gia, Trung tâm Đo lường Quân đội,
Phòng đo lường Mitutoyo Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Hải Phòng, Ban lãnh đạo
Khoa Điện – Cơ đã tạo điều kiện về chế độ, thời gian, công việc giúp tôi hoàn thành nhiệm
vụ.
Cuối cùng xin cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã chia sẻ, động viên giúp đỡ
tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Hà Nội, Ngày 24 tháng 7 năm 2016
Tác giả luận án

Tạ Thị Thuý Hương

3


MỤC LỤC

Trang
MỤC LỤC ............................................................................................................................ 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ 7
1.Danh mục chữ viết tắt, thuật ngữ ................................................................................ 7
2.Danh mục ký hiệu ......................................................................................................... 7
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... 9
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................... 15
MỞ ĐẦU............................................................................................................................. 17
1.

Lý do lựa chọn đề tài luận án ................................................................................ 17

2.

Mục đích, đối tƣợng, phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu ............................... 17

3.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 18

4.

Những kết quả mới ................................................................................................. 18

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN ................................................ 19
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 19
1.2. Các định nghĩa về sai lệch độ tròn......................................................................... 19
1.2.1. Định nghĩa về sai lệch độ tròn theo tiêu chuẩn quốc tế ISO. ............................. 19
1.2.2. Định nghĩa sai lệch độ tròn theo tiêu chuẩn Việt Nam ...................................... 20
1.3. Phƣơng pháp đo độ tròn......................................................................................... 21

1.3.1. Phương pháp đo bằng dụng cụ cầm tay ............................................................. 21
1.3.2. Phương pháp đo bằng khối V ............................................................................. 22
1.3.3. Phương pháp đo bằng máy đo 3 tọa độ .............................................................. 23
1.3.4. Phương pháp đo bằng máy đo độ tròn chuyên dùng .......................................... 24
1.4. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về ổ khí quay và phƣơng pháp đo độ
tròn kết hợp nhiều đầu đo ............................................................................................. 28
1.4.1. Các nghiên cứu về lý thuyết tính toán đệm khí .................................................. 28
4


1.4.2. Các nghiên cứu về kết cấu ổ khí quay ................................................................ 34
1.4.3. Các nghiên cứu về kết hợp nhiều đầu đo. .......................................................... 38
1.5. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................................... 43
CHƢƠNG 2: ĐẢM BẢO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH TÂM CỦA PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN
BẰNG Ổ KHÍ QUAY ........................................................................................................ 44
2.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 44
2.2. Cơ sở tính toán thiết kế đệm khí: .......................................................................... 45
2.2.1. Xác định các thông số kết cấu của đệm khí ....................................................... 47
2.2.2. Độ cứng của đệm khí ......................................................................................... 57
2.2.3. Xác định áp suất nguồn làm việc cho ổ khí........................................................ 57
2.2.4. Kích thước và kết cấu đệm khí thiết kế .............................................................. 60
2.2.5.Kết cấu ổ khí quay............................................................................................... 60
2.3. Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng của ổ khí quay và định hƣớng
công nghệ gia công các chi tiết của ổ khí ..................................................................... 61
2.3.1. Xét ảnh hưởng của việc bố trí đệm khí mặt trụ đến khả năng định tâm của ổ
khí. ................................................................................................................................ 61
2.3.2. Xét ảnh hưởng bố trí đệm khí tới độ cứng làm việc của ổ khí quay .................. 65
2.3.3. Xét ảnh hưởng của tải trọng đặt lệch trên bàn quay đến độ nghiêng đường tâm
trụ quay......................................................................................................................... 66
2.3.4. Xét ảnh hưởng sai số hình học tới chức năng làm việc của đệm khí trụ và trục

quay .............................................................................................................................. 67
2.3.5. Xét ảnh hưởng của độ nhám bề mặt. .................................................................. 70
2.4. Xây dựng thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết. ..................................................... 71
2.4.1.Thực nghiệm đo kiểm, đánh giá các thông số hình học và nhám bề mặt của các
chi tiết ổ khí. ................................................................................................................. 71
2.4.2. Thực nghiệm đánh giá đặc tính làm việc của ổ khí quay. .................................. 75
2.5.Kết luận: .................................................................................................................... 83

5


CHƢƠNG 3: NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN BẰNG PHƢƠNG
PHÁP KẾT HỢP NHIỀU ĐẦU ĐO ................................................................................ 82
3.1. Đặt vấn đề: ............................................................................................................... 83
3.2. Phƣơng pháp đo độ tròn sử dụng 2 đầu đo .......................................................... 83
3.2.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................... 83
3.2.2. Xác định vị trí đặt 2 đầu đo ................................................................................ 90
3.2.3. Đánh giá sai số của phương pháp sử dụng 2 đầu đo .......................................... 91
3.3. Phƣơng pháp đo độ tròn sử dụng 3 đầu đo .......................................................... 93
3.3.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................... 93
3.3.2. Xác định vị trí đặt 3 đầu đo. ............................................................................... 97
3.3.3. Xây dựng mô hình thực nghiệm 3 đầu đo .......................................................... 99
3.3.4. Đánh giá sai số của mô hình thiết kế................................................................ 102
3.4. Kết luận .................................................................................................................. 107
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..................................................................... 108
4.1.Mô hình thực nghiệm........................................................................................... 1108
4.2.Thực hiện thí nghiệm ............................................................................................. 110
4.2.1. Thí nghiệm với áp suất nguồn cấp 2 bar .......................................................... 111
4.2.2. Thí nghiệm với áp suất nguồn cấp 3 bar .......................................................... 119
4.2.3. Thí nghiệm với áp suất nguồn cấp 4 bar .......................................................... 119

4.3. Đánh giá và kết luận. ............................................................................................ 137
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ HƢỚNG NGHIÊN CỨU ............................................. 138
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 140
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ......................... 144
PHỤ LỤC ........................................................................................................................ 145

6


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1.Danh mục chữ viết tắt, thuật ngữ
STT

Ký hiệu,
chữ viết tắt

1

BTD

2

CMM

3

LSC

4

ISO

5

MCC

6

MIC

7

Tiếng Anh

Tiếng Việt
Bậc tự do
Máy đo toạ độ

Coordinate Measuring
Machine

Tâm bình phương nhỏ nhất

Least Square Center

Tiêu chuẩn quốc tế

International Organization for
Standardization

Tâm đường tròn ngoại tiếp nhỏ nhất Minimum Circumscribed circle
Centre
Tâm đường tròn nội tiếp lớn nhất

Maximum
Centre

MZC

Tâm miền tối thiểu

Minimum Zone Center

8

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

9

Profile

Biên dạng

Inscribed

circle

2.Danh mục ký hiệu

STT

Ký hiệu

Tiếng Việt

1.

ai, bi,

2.

ci

biên độ méo

3.

αi

Góc lệch pha

4.

θ

Góc quay

5.

∆m

Sai lệch độ tròn

6.

∆//

Dung sai độ song song

7.

ex,ey

8.

E

Môđun đàn hồi của vật liệu

9.

F

Lực nâng đệm khí

10.

K

Độ cứng

11.

Mms

Mômen ma sát

12.

O

Tâm chi tiết đo

13.

O’

Tâm bàn quay

14.

P

Áp suất

Hệ số tính biên độ méo

Độ lệch tâm theo phương x, y

7


15.

P0

Áp suất nguồn

16.

Q

Tải trọng

17.

Rz

Độ nhám bề mặt

18.

z

Khe hở

19.

r

Chiều rộng rãnh khí

20.

s

Chiều sâu rãnh khí

21.

rn

Bán kính ngoài đệm khí

22.

r0

Bán kính rãnh dẫn khí

23.

d1

Đường kính lỗ tiết lưu

24.

L

Chiều dài chảy của lỗ tiết lưu d1

25.

Sn

Diện tích ngoài đệm khí

8


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các phương pháp xác định 2 đường tròn bao ...................................................... 20
Hình 1.2: Định nghĩa sai lệch độ tròn theo TCVN [8] ........................................................ 20
Hình 1.3: Sơ đồ đo độ tròn bằng dụng cụ cầm tay .............................................................. 21
Hình 1.4: Sơ đồ đo độ tròn trên khối V. [6] ........................................................................ 22
Hình 1.5: Chi tiết méo 3 cạnh đo trên khối V [11] .............................................................. 23
Hình 1.6: Hình ảnh đo độ tròn trên máy toạ độ [5]. ............................................................ 24
Hình 1.7: Sơ đồ đo sai lệch độ tròn trong hệ tọa độ cực ..................................................... 24
Hình 1.8: Hình ảnh máy đo độ tròn của các hãng trên thế giới [37, 40]. ............................ 25
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý của máy đo độ tròn sử dụng 1 đầu đo [6]. ................................ 25
Hình 1.10: Sơ đồ biểu diễn chi tiết được đặt lên bàn quay.................................................. 26
Hình 1.11. Hình ảnh khe hở hướng kính của ổ bi ............................................................... 27
Hình 1.12.Đệm khí buồng một lỗ tiết lưu trung tâm[51] .................................................... 27
Hình 1.13: Đệm khí dạng buồng và dạng rãnh với một lỗ tiết lưu trung tâm [51] .............. 30
Hình 1.14: Đệm khí phẳng một lỗ tiết lưu với một rãnh dẫn [50] ...................................... 31
Hình 1.15: Đệm khí buồng và mạch điện-khí tương đương [11] ........................................ 33
Hình 1.16: Kết cấu ổ khí dạng buồng dùng cho máy đo độ tròn những năm 1960 [22]. .... 34
Hình 1.17: Kết cấu ổ khí quay [50] ..................................................................................... 35

Hình 1.18: Kết cấu ổ khí trong máy đo độ tròn của hãng Newways [32] ........................... 36
Hình 1.19: Một số hình ảnh ổ khí quay [34] ....................................................................... 36
Hình 1.20: Kết cấu ổ khí quay có bố trí đệm khí mặt trong ống trụ [11] ............................ 37
Hình 1.21: Sơ đồ đo độ tròn kết hợp 2 đầu đo [41] ............................................................. 38
Hình 1.22: Sơ đồ đo độ tròn kết hợp ba đầu đo dịch chuyển [42]....................................... 39
Hình 1.23: Sơ đồ đo độ tròn kết hợp 3 đầu đo của Muralikrishnan – Mỹ [29] ................... 40
Hình 1.24: Sơ đồ đo độ tròn kết hợp 3 đầu đo của S.Mekid- Anh [39] .............................. 40

9


Hình 1.25: Sơ đồ đo độ tròn kết hợp 4 đầu đo của Zhang – Trung Quốc [19].................... 41
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của ổ khí ................................................................................... 45
Hình 2.2: Nguyên lý làm việc của đệm khí [12] ................................................................. 45
Hình 2.3: Phân bố áp suất theo các kiểu dẫn khí trên bề mặt đệm [33] .............................. 46
Hình 2.4: Đệm khí phẳng dạng rãnh một lỗ tiết lưu và mạch điện khí tương đương .......... 47
Hình 2.5: Đồ thị hàm số f=f(y) ............................................................................................ 49
Hình 2.6: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa f với x khi chọn .......................................... 50
khe hở z = 8μm; L= 2,5mm; y = 7,68.................................................................................. 50
Hình 2.7. Đệm khí trụ dạng rãnh chữ nhật và mạch điện – khí tương đương ..................... 51
Hình 2.8: Dạng phân bố áp suất trên bề mặt đệm khí ......................................................... 52
Hình 2.9: Biểu đồ phân bố áp suất với s = 0,2 mm, r = 0,3 mm và z = 0,015 mm ............. 54
Hình 2.10: Biểu đồ phân bố áp suất với s = 0,6 mm, r = 0,3 mm và z = 0,015 mm ........... 54
Hình 2.11: Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu rãnh và lực nâng ............................................. 55
Hình 2.12: Biểu đồ phân bố áp suất với r = 0,2 mm, s = 0,3 mm và z = 0,015 mm ........... 55
Hình 2.13: Biểu đồ phân bố áp suất với r = 0,6 mm, s = 0,3 mm và z =0,015 mm ............ 56
Hình 2.14: Biểu đồ quan hệ giữa chiều rộng rãnh và lực nâng ........................................... 56
Hình 2.15: Quan hệ giữa áp suất nguồn P0 và khe hở z khi tải trọng không đổi ................. 58
Hình 2.16: Tốc độ thay đổi của khe hở z khi thay đổi áp suất nguồn P0 ............................. 59
Hình 2.17. Kết cấu đệm khí thiết kế .................................................................................... 60

Hình 2.18: Kết cấu ổ khí quay ............................................................................................. 61
Hình 2.19. Bố trí đệm khí cho ổ quay [11] .......................................................................... 61
Hình 2.20: Bố trí ba đệm khí với trục bị méo 5 cạnh .......................................................... 62
Hình 2.21: Sơ đồ bố trí đệm khí quanh trục quay bị méo ................................................... 62
Hình 2.22: Độ dao động tâm quay khi trục quay méo ......................................................... 64
Hình 2.23: Sơ đồ bố trí một đệm khí trên trục quay ............................................................ 65
Hình 2.24: Sơ đồ bố trí 3 đệm khí trên trục quay ................................................................ 65
10


Hình 2.25. Sơ đồ trục quay bị nghiêng ................................................................................ 66
Hình 2.26. Ảnh hưởng của sai lệch kích thước giữa đệm khí và trục quay ........................ 68
Hình 2.27: Hốc đặt bi cầu tự lựa bị lệch .............................................................................. 68
Hình 2.28: Đệm khí một và hai lỗ tiết lưu ........................................................................... 68
Hình 2.29: Đệm khí với hai lỗ tiết lưu ở hai bên hốc bi cầu tự lựa ..................................... 69
Hình 2.30: Ảnh hưởng độ không vuông góc mặt định vị đệm khí với tâm trục ................. 70
Hình 2.31. Đồ thị đo độ nhám của trục quay ở vị trí đầu ( tiết diện 1-1) ............................ 73
Hình 2.32. Đồ thị đo độ nhám của trục quay ở vị trí giữa ( tiết diện 2-2) ........................... 73
Hình 2.33. Đồ thị đo độ nhám của trục quay ở vị trí cuối ( tiết diện 3-3) ........................... 74
Hình 2.34 Đồ thị đo độ nhám của đệm khí mặt phẳng ........................................................ 74
Hình 2.35 Đồ thị đo độ nhám của đệm khí mặt trụ ............................................................. 75
Hình 2.36: Sơ đồ thực nghiệm xác định khe hở đệm khí mặt trụ ........................................ 76
Hình 2.37: Sơ đồ thực nghiệm xác định khả năng tải của ổ khí quay ................................. 78
Hình 2.38: Đồ thị quan hệ tải trọng Q và khe hở z ............................................................. 78
Hình 2.39: Thí nghiệm xác định độ định tâm của ổ quay ................................................... 79
Hình 2.40: Đồ thị ghi nhận đường biên dạng của 2 đồng hồ so đặt lệch nhau 1200 ........... 80
Hình 2.41: Hình ảnh kiểm tra độ ổn định tâm ..................................................................... 81
Hình 3.1: Sơ đồ đo độ tròn sử dụng 2 đầu đo ...................................................................... 84
Hình 3.2: Bố trí hai đầu đo đối xứng triệt tiêu méo cạnh lẻ ................................................ 90
Hình 3.3b: Khi tâm quay biến động theo ey ........................................................................ 91

Hình 3.3a: Khi tâm quay biến động theo ex......................................................................... 91
Hình 3.4: Sơ đồ đo độ tròn kết hợp ba đầu đo dịch chuyển [41]......................................... 94
Hình 3.5. Tâm chi tiết lệch so với tâm quay........................................................................ 94
Hình 3.6: Ba đầu đo đặt cách đều nhau 1200 ....................................................................... 98
Hình 3.7: Khai triển biên dạng chi tiết méo 2 cạnh ............................................................. 98
Hình 3.8: Sơ đồ bố trí kết hợp 3 đầu đo và nguyên lý mô hình thực nghiệm .................... 99
11


Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán chương trình xử lý dữ liệu ................................................... 100
Hình 3.10: Sơ đồ khối hệ thống lấy dữ liệu ....................................................................... 101
Hình 3.11: Giao diện máy đo độ tròn sử dụng 3 đầu đo.................................................... 102
Hình 3.12. Đầu đo bị nghiêng gây ra sai số cosin ............................................................. 103
Hình 3.13: Chi tiết đặt bị nghiêng [6]................................................................................ 104
Hình 3.14: Chi tiết méo 2 cạnh [11]. ................................................................................. 104
Hình 3.15: Sơ đồ đo độ đảo mặt đầu ................................................................................. 105
Hình 3.16: Sai số do độ phân giải đo lường ...................................................................... 106
Hình 4.1. Kết cấu mô hình máy đo độ tròn thiết kế .......................................................... 109
Hình 4.2. Hình ảnh chi tiết đo của mô hình thiết kế .......................................................... 110
Hình 4.3: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo A................................ 113
Hình 4.4: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo B ................................ 113
Hình 4.5: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo C ................................ 113
Hình 4.6: Các tần số méo sau khi kết hợp 3 đầu đo với áp suất nguồn 2 bar (chưa chỉnh
tâm) .................................................................................................................................... 115
Hình 4.7: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo A với nguồn áp cấp 2 bar
(đã chỉnh tâm) .................................................................................................................... 117
Hình 4.8: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo B với nguồn áp cấp 3 bar
(đã chỉnh tâm) .................................................................................................................... 117
Hình 4.9: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo C với nguồn áp cấp 2 bar
(đã chỉnh tâm) .................................................................................................................... 117

Hình 4.10: Các tần số méo sau khi kết hợp 3 đầu đo với áp suất nguồn 2 bar (đã chỉnh tâm)
........................................................................................................................................... 119
Hình 4.11: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo A với áp suất nguồn 3
bar(chưa chỉnh tâm) ........................................................................................................... 120
Hình 4.12: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo B với áp suất nguồn 3
bar (chưa chỉnh tâm) .......................................................................................................... 121
12


Hình 4.13: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo C với áp suất nguồn 3
bar (chưa chỉnh tâm) .......................................................................................................... 121
Hình 4.14: Các tần số méo sau khi kết hợp 3 đầu đo với áp suất nguồn 3 bar (chưa chỉnh
tâm) .................................................................................................................................... 123
Hình 4.15: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo A với áp suất nguồn 3
bar (đã chỉnh tâm) .............................................................................................................. 124
Hình 4.16: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo B với áp suất nguồn 3
bar (đã chỉnh tâm) .............................................................................................................. 125
Hình 4.17: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo C với áp suất nguồn 3
bar (đã chỉnh tâm) .............................................................................................................. 125
Hình 4.18: Các tần số méo sau khi kết hợp 3 đầu đo với áp suất nguồn 3 bar (đã chỉnh tâm)
........................................................................................................................................... 127
Hình 4.19: Số liệu của từng đầu đo trải theo tọa độ đề các ............................................... 128
Hình 4.20: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo A với áp suất nguồn 4
bar (chưa chỉnh tâm) .......................................................................................................... 129
Hình 4.21: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo B với áp suất nguồn 4
bar (chưa chỉnh tâm) .......................................................................................................... 129
Hình 4.22: Kết quả các biên độ méo tại các tần số méo của đầu đo C với áp suất nguồn 4
bar(chưa chỉnh tâm) ........................................................................................................... 130
Hình 4.23: Các tần số méo sau khi kết hợp 3 đầu đo với áp suất nguồn cấp 4 bar (chưa
chỉnh tâm) .......................................................................................................................... 131

Hình 4.24: Biên dạng chi tiết đo bằng kết hợp 3 đầu đo (chưa chỉnh tâm) ....................... 131
Hình 4.25. Đồ thị tần số méo của chi tiết khi đo bằng 1 đầu đo với áp suất nguồn cấp 4 bar
(đã chỉnh tâm) .................................................................................................................... 133
Hình 4.26. Hình ảnh đồ thị tần số méo của chi tiết đo bằng 3 đầu đo kết hợp .................. 134
Hình 4.27. Biên dạng chi tiết đo thu được bằng kết hợp 3 đầu đo (đã chỉnh tâm) ............ 135

13


Hình 4.28. Hình ảnh chi tiết đo trên máy đo độ tròn MMQ100 có độ chính xác.............. 136
Hình 4.29: Hình ảnh máy đo độ tròn 3 đầu đo được thiết kế tại bộ môn Cơ khí chính xác và
Quang học. ......................................................................................................................... 136

14


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Khe hở hướng kính ổ bi đỡ một dãy. .................................................................. 28
Bảng 2.1. Bảng số liệu đo chi tiết trục quay ........................................................................ 72
Bảng 2.2. Bảng số liệu đo chi tiết đệm khí trụ .................................................................... 72
Bảng 2.3 Bảng số liệu đo chi tiết đệm khí phẳng ................................................................ 72
Bảng 2.4. Kết quả đo khe hở đệm khí mặt trụ và trục quay ................................................ 77
Bảng 2.5.Số liệu thí nghiệm khả năng tải của ổ khí quay ................................................... 78
Bảng 2.6. Số liệu thí nghiệm độ ổn định tâm của ổ khí quay: ............................................ 80
Bảng 4.1. Bảng số liệu kết quả biên độ và tần số méo tại từng đầu đo A,B,C với áp nguồn
cấp 2 bar (chưa chỉnh tâm) ................................................................................................ 112
Bảng 4.2. Bảng số liệu kết quả biên độ và tần số méo khi kết hợp 3 đầu đo A, B, C với áp
suất nguồn 2 bar (chưa chỉnh tâm) .................................................................................... 114
Bảng 4.3. Bảng số liệu kết quả biên độ và tần số méo tại từng đầu đo A,B,C với áp nguồn
cấp 2 bar (đã chỉnh tâm) .................................................................................................... 116

Bảng 4.4. Bảng số liệu kết quả biên độ và tần số méo khi kết hợp 3 đầu đo A, B, C với áp
suất nguồn 2 bar (đã chỉnh tâm) ........................................................................................ 118
Bảng 4.5. Bảng số liệu kết quả biên độ và tần số méo tại từng đầu đo A,B,C với áp nguồn
cấp 3 bar (chưa chỉnh tâm) ................................................................................................ 119
Bảng 4.6. Bảng số liệu kết quả biên độ và tần số méo khi kết hợp 3 đầu đo A, B, C với áp
suất nguồn 3 bar (chưa chỉnh tâm) .................................................................................... 122
Bảng 4.7. Bảng số liệu kết quả biên độ và tần số méo tại từng đầu đo A,B,C với áp nguồn
cấp 3 bar (đã chỉnh tâm) .................................................................................................... 123
Bảng 4.8. Bảng số liệu kết quả biên độ và tần số méo khi kết hợp 3 đầu đo A, B, C với áp
suất nguồn 3 bar đã chỉnh tâm ........................................................................................... 126
Bảng 4.9. Bảng số liệu kết quả biên độ và tần số méo tại từng đầu đo A,B,C với áp suất 4
bar (chưa chỉnh tâm) .......................................................................................................... 127

15


Bảng 4.10. Bảng số liệu đo chi tiết từ 1 đầu đo tại vị trí của 3 đầu đo A, B, C với áp suất
nguồn 4 bar (đã chỉnh tâm) ................................................................................................ 132
Bảng 4.11. Bảng số liệu kết quả biên độ và tần số méo khi kết hợp 3 đầu đo A, B, C với áp
suất nguồn 4 bar (đã chỉnh tâm) ........................................................................................ 133

16


MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài luận án
Trong ngành cơ khí chế tạo bên cạnh việc gia công các chi tiết máy đảm bảo yêu cầu
kỹ thuật về dung sai kích thước, vị trí tương quan thì yêu cầu độ chính xác về hình dáng
cũng rất nghiêm ngặt.
Theo khảo sát có đến 70% sản phẩm cơ khí có dạng trụ tròn [11] và độ tròn là một

thông số hình dáng - chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng của chi tiết trụ. Sai lệch độ tròn
ảnh hưởng đến tất cả những chi tiết cần có chuyển động quay như ổ trục của các máy, trục
dao, thiết bị đo…Do đó việc đánh giá sai lệch độ tròn là nhiệm vụ thiết yếu, có ý nghĩa
quan trọng trong việc chỉ đạo công nghệ gia công nhằm nâng cao chất lượng chi tiết, mang
lại giá trị kinh tế.
Có rất nhiều phương pháp đo độ tròn nhưng phương pháp đo bằng tọa độ cực có ưu
điểm vượt trội, thể hiện đầy đủ thông tin của chi tiết cần đo như giá trị biên độ méo, số
cạnh méo…Với phương pháp đo này luôn tồn tại độ lệch của tâm chi tiết so với tâm bàn
quay, bằng thuật toán có thể xác định được độ lệch này và dùng bàn chỉnh tâm để đưa tâm
chi tiết về gần nhất với tâm quay của bàn đo. Tuy nhiên trong quá trình quay, nếu tâm quay
không phải là một điểm cố định, tức là có sự biến động tâm thì sai số do mất độ ổn định
tâm sẽ ảnh hưởng theo tỉ lệ 1:1 lên giá trị đo. Do đó sử dụng ổ khí quay có độ chính xác
định tâm cao là cơ sở để đảm bảo độ chính xác cho phép đo độ tròn.
Mặt khác trong trường hợp yêu cầu độ chính xác của phép đo cao hơn độ chính xác
định tâm ổ quay hoặc điều kiện gia công ổ gặp khó khăn, khi đó sử dụng phương pháp kết
hợp nhiều đầu đo sẽ loại bỏ được độ lệch tâm và biến động tâm tức thời nâng cao độ chính
xác cho phép đo.
Nghiên cứu cơ sở học thuật của phép đo từ đó xây dựng những giải pháp phù hợp, chỉ
đạo cho việc thiết kế, chế tạo thiết bị đo đáp ứng nhu cầu sản xuất là lý do lựa chọn đề tài
“Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn”.

2. Mục đích, đối tƣợng, phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu
- Mục đích của đề tài luận án là xây dựng được các giải pháp nhằm đảm bảo và nâng
cao độ chính xác cho phép đo sai lệch độ tròn, làm cơ sở lý thuyết để ứng dụng chế tạo
thiết bị đo phục vụ đo lường các chi tiết cơ khí.
 Đối tượng nghiên cứu:
+ Nghiên cứu ổ khí quay để đảm bảo độ chính xác định tâm cho phép đo sai lệch độ
tròn.
+ Nghiên cứu phương pháp kết hợp nhiều đầu đo để khử độ lệch tâm bao gồm cả lượng
biến động tâm tức thời, nâng cao độ chính xác của phép đo.

 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm kiểm chứng.
17


Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, thực hiện tham khảo tổng hợp các tài liệu, bài báo
trong và ngoài nước về phương pháp đo độ tròn, tiến hành phân tích, xây dựng lý thuyết
thiết kế, chế tạo thiết bị thực nghiệm và đo lường với mẫu chuẩn, xử lý số liệu đo… để
kiểm chứng nhằm chứng minh cơ sở khoa học của các luận điểm lý thuyết đã nêu.
 Phạm vi nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu về ổ khí quay tĩnh và phương pháp kết hợp 3 đầu đo để đo
độ tròn ngoài các chi tiết trụ tròn có đường kính 20 ÷200 mm, chiều dài từ 20 ÷150 mm.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Sử dụng ổ khí quay làm yếu tố định tâm đảm bảo độ chính xác cho phép đo độ tròn
mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn bởi phương pháp đo bằng hệ tọa độ cực đạt độ
chính xác cao nhưng đòi hỏi tâm cực phải cố định, do đó cần lựa chọn ổ quay có độ chính
xác định tâm cao. Thực tế có thể chọn các loại ổ bi, ổ trượt làm ổ quay định tâm cho phép
đo, tuy nhiên trong cùng một điều kiện công nghệ việc gia công chế tạo ổ khí dễ đạt độ
chính xác định tâm hơn gia công các loại ổ quay khác. Đề tài đã thực hiện nghiên cứu lý
thuyết, thiết kế và chế tạo ổ khí quay đạt độ chính xác định tâm 1µm với các điều kiện
công nghệ gia công cơ khí trong nước.
- Kết hợp 3 đồng hồ so của Mitutoyo để thu nhận tín hiệu đồng bộ từ chi tiết đo, xử lý
thông tin và cho ra kết quả profile thực bao gồm cả biên độ méo (độ lớn cạnh méo) và tần
số méo (số cạnh méo) không còn lẫn độ lệch tâm bao gồm độ dao động tâm, điều này minh
chứng cho việc kết hợp nhiều đầu đo sẽ nâng cao độ chính xác cho phép đo. Nghiên cứu
ứng dụng thành công phương pháp đo này có ý nghĩa khoa học lớn giúp định hướng
nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo chính xác trong nước.

4. Những kết quả mới

- Xác lập được kỹ thuật tính toán ổ khí quay tĩnh với kết cấu đệm khí rãnh bằng
phương pháp điện khí tương đương.
- Nghiên cứu, phân tích được các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng làm việc của ổ khí,
đưa ra biện pháp công nghệ gia công các chi tiết của ổ. Kết quả này làm cơ sở ứng dụng để
thiết kế, chế tạo các loại ổ khí quay dùng trong đo lường.
- Ứng dụng phương pháp kết hợp 3 đầu đo để nâng cao độ chính xác cho phép đo.
Luận án đã xác định vị trí đặt 3 đầu đo lệch nhau các góc 900 và 2400, tính được biên độ
méo ci tại tần số méo thứ i từ tín hiệu tổng hợp của 3 đầu đo này bằng phương pháp biến
đổi giải tích.
- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công mô hình thực nghiệm đo độ tròn sử dụng ổ
khí quay kết hợp 3 đầu đo trong điều kiện công nghệ gia công cơ khí tại Việt Nam.

18


CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN
1.1. Đặt vấn đề
Chi tiết dạng trụ tròn chiếm phần lớn trong các chi tiết máy, từ thiết bị nhỏ đến các máy
công cụ lớn. Bên cạnh yêu cầu kỹ thuật về dung sai kích thước, vị trí tương quan thì yêu
cầu về độ chính xác hình dáng của chi tiết đều rất nghiêm ngặt cỡ từ 0,1 µm đến vài chục
µm. Các sai số hình dáng bao gồm độ tròn, độ trụ…sai số này ảnh hưởng trực tiếp đến
chức năng làm việc của chi tiết máy và bộ phận máy. Sai lệch lớn làm cho thiết bị hoạt
động kém hiệu quả, ví dụ: trục chính của các máy công cụ như máy tiện, máy phay có tiết
diện mặt cắt ngang không tròn, quá trình làm việc trục quay gây ra đảo, độ đảo này in dập
trên các bề mặt gia công dẫn đến sai số hình dáng của chi tiết. Tương tự các bộ đôi piston
xilanh có bề mặt không tròn, khe hở làm việc không đồng đều trên cùng một tiết diện, làm
giảm hiệu suất của máy. Đối với các bộ truyền động sai lệch độ tròn của bề mặt ổ lăn, ổ
trượt và các chi tiết tham gia lắp ghép có tác động tới đặc tính lắp ghép, ảnh hưởng độ

chính xác truyền động…
Sai lệch độ tròn ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của các bộ phận máy và chi
tiết máy, việc xác định chính xác giá trị sai lệch có vai trò quyết định đến đánh giá chất
lượng sản phẩm. Tìm được nguyên nhân gây ra sai lệch có thể can thiệp vào quá trình công
nghệ giúp giảm thiểu sai số, nâng cao chất lượng chi tiết, mang lại hiệu quả kinh tế.

1.2. Các định nghĩa về sai lệch độ tròn
1.2.1. Định nghĩa về sai lệch độ tròn theo tiêu chuẩn quốc tế ISO.
Theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 6318-1985 (E) [25] sai lệch độ tròn được đánh giá bằng
chênh lệch bán kính lớn nhất Rmax và bán kính nhỏ nhất Rmin của các đường tròn bao lấy
biên dạng chi tiết. Để xác định tâm của hai đường tròn bao người ta có các cách như sau:
- LSC (Least Square Centre) - Tâm bình phương nhỏ nhất: Tâm chung của hai đường
tròn bao chính là tâm của đường tròn trung bình được xác định theo tổng bình phương nhỏ
nhất của sai lệch bán kính, hình 1.1a.

 R
n

i 1

i

 R   min
2

(1.1)

- MZC (Minimum Zone Centre) - Tâm miền tối thiểu: Tâm chung của hai đường tròn
bao quanh biên dạng thực của chi tiết được xác định sao cho khoảng cách giữa hai đường
tròn đó là nhỏ nhất, hình 1.1b.

- MCC (Minimum Circumscribed circle Centre) - Tâm đường tròn ngoại tiếp nhỏ nhất:
Tâm chung của hai đường tròn là tâm của đường tròn ngoại tiếp có bán kính nhỏ nhất bao
lấy biên dạng chi tiết, hình 1.1c.
- MIC (Maximum Inscribed circle Centre) - Tâm đường tròn nội tiếp lớn nhất: Tâm
chung của 2 đường tròn là tâm của đường tròn nội tiếp có bán kính lớn nhất bao lấy biên
dạng chi tiết, hình 1.1d.
19


Rmax
Rmax
O1

Rmax

O2

Rmin

a) Tâm bình phương nhỏ nhất (LSC)

Rmin
O3

Rmin

b) Tâm miền tối thiểu (MZC)

Rmax

Rmin
O4

c) Tâm đường tròn ngoại tiếp nhỏ nhất (MCC) d) Tâm đường tròn nội tiếp lớn nhất (MIC)

Hình 1.1: Các phương pháp xác định 2 đường tròn bao

1.2.2. Định nghĩa sai lệch độ tròn theo tiêu chuẩn Việt Nam
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2510-78 [8]:
Sai lệch độ tròn là khoảng cách lớn nhất m từ các điểm của biên dạng thực tới đường
tròn áp, hình 1.2.
Công thức xác định: m = (Rmax-Rmin)
(1.2)
Vòng tròn áp: Vòng tròn có đường kính nhỏ nhất tiếp xúc ngoài với biên dạng thực
(đối với chi tiết trục) hoặc vòng tròn có đường kính lớn nhất tiếp xúc trong với biên dạng
thực (đối với chi tiết lỗ).
Như vậy theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2510-78 tương đương với hai cách xác
định tâm MIC và MCC của tiêu chuẩn ISO 6318- 1985(E).

Hình 1.2: Định nghĩa sai lệch độ tròn theo TCVN [8]

20


Trong thực tế tùy thuộc vào từng trường hợp khác nhau mà người ta chọn phương
pháp xác định tâm phù hợp. Ví dụ phương pháp LSC phù hợp để đánh giá độ đồng tâm,
phương pháp MCC thường dùng để kiểm tra dung sai trục và phương pháp MIC dùng để
kiểm tra dung sai lỗ… Ngoài ra chúng còn là cơ sở để xác định cho các mối ghép, như chi
tiết trục bị méo thì đường kính lắp ghép là vòng tròn ngoại tiếp nhỏ nhất và chi tiết lỗ méo
thì đường kính lắp ghép là vòng tròn nội tiếp lớn nhất.

Với tập số liệu đo biên dạng chi tiết, căn cứ vào các định nghĩa theo tiêu chuẩn sẽ có
các thuật toán tương ứng để xác định tâm đường tròn, từ đó làm cơ sở tính toán sai lệch độ
tròn.

1.3. Phƣơng pháp đo độ tròn
1.3.1. Phƣơng pháp đo bằng dụng cụ cầm tay
Phương pháp đo độ tròn bằng dụng cụ cầm tay như thước cặp, panme…là phương
pháp đo 2 tiếp điểm để xác định giá trị đường kính của chi tiết theo các phương khác nhau.
Thực hiện đo trên toàn vòng, khi đó sai lệch độ tròn được xác định:
∆m = (Dmax - Dmin)/2
B

(1.3)

C
B

A

A
A

A

B
a) Chi tiết méo 2 cạnh;

B

C

b) Chi tiết méo 3 cạnh;

Hình 1.3: Sơ đồ đo độ tròn bằng dụng cụ cầm tay

Ví dụ: Trên hình 1.3a thể hiện sơ đồ đo của chi tiết méo 2 cạnh – méo số cạnh chẵn;
hình 1.3b sơ đồ đo của chi tiết méo 3 cạnh - méo số cạnh lẻ.
Đối với hình 1.3a: Thực hiện đo theo 2 phương A-A và B-B, sai lệch độ tròn được xác
định:
m = (DAA – DBB)/2.
Tương tự hình 1.3b: Thực hiện đo theo 3 phương A-A, B-B và C-C, kết quả kích
thước đường kính đều bằng nhau và sai lệch độ tròn không xác định được khi chi tiết bị
méo 3 cạnh.
m = [max(DAA;DBB;DCC)-min(DAA;DBB;DCC)]/2 = 0.
Ưu điểm của phương pháp là đơn giản, tiện dụng, dễ thao tác, đo được các chi tiết có
phạm vi kích thước khác nhau.Tuy nhiên có nhiều nhược điểm: Độ chính xác đo không
cao, không thể đo chính xác đường kính trên toàn vòng tròn theo các phương khác nhau vì
vậy không phản ánh được đầy đủ hình ảnh tiết diện đo. Mặt khác phương pháp đo này chỉ

21


phù hợp để đo các chi tiết có số cạnh méo chẵn, không phát hiện được sai lệch đối với các
chi tiết có số cạnh méo lẻ.
1.3.2. Phƣơng pháp đo bằng khối V
Phương pháp đo độ tròn bằng khối V là phương pháp đo phổ biến, đặc biệt được sử
dụng để đo các chi tiết có số cạnh méo lẻ. Chi tiết được đặt lên khối V tiếp xúc với 2 má
của khối V là 2 tiếp điểm A và B, đồng hồ so được đặt sao cho đầu đo chạm vào bề mặt chi
tiết như hình 1.4. Đây là phương pháp đo 3 tiếp điểm: khi đầu đo và 2 tiếp điểm A, B nằm
khác phía so với tâm O của chi tiết được gọi là 3 tiếp điểm khác phía (hình 1.4a), đầu đo và
2 tiếp điểm A, B nằm cùng phía so với tâm O gọi là 3 tiếp điểm cùng phía (hình 1.4b). Khi

đo người ta quay chi tiết 360o, sai lệch độ tròn được xác định:
∆m = (xmax - xmin)/K

(1.4)

Trong đó: x là chỉ thị của đồng hồ đo, K là tỷ số truyền của khối V
Giá trị chuyển vị của đầu đo (xmax - xmin) phụ thuộc vào số cạnh méo của chi tiết và
góc α của khối V. Góc của khối V được chọn phù hợp với số cạnh méo theo công thức
(1.5) sao cho 3 điểm: đầu đo và 2 tiếp điểm A, B đi qua được cả đường tròn ngoại tiếp nhỏ
nhất và đường tròn nội tiếp lớn nhất của chi tiết.

P

P

Hình 1.4: Sơ đồ đo độ tròn trên khối V. [6]
3600
0
  180 

(1.5)

n
Trong đó: α là góc của khối V
n là số cạnh méo của chi tiết
Trên hình 1.5 để 3 điểm I, A, B đi qua cả đường tròn nội tiếp lớn nhất và đường
tròn ngoại tiếp nhỏ nhất của chi tiết thì các đoạn thẳng OA và OB phải vuông góc với các
mặt chuẩn của khối V (OA PA và OB PB). Xét tứ giác OAPB có góc của khối V: α =
180o - ̂ , đối với chi tiết méo 3 cạnh thì góc ̂ = 120o, còn đối với chi tiết méo n
cạnh thì góc ̂ = 360o/n. Do vậy, khi đo sai lệch độ tròn trên khối V phải biết trước số

cạnh méo của chi tiết để chọn góc α cho phù hợp. Đây cũng là điểm hạn chế lớn nhất của
phương pháp đo bằng khối V.
22


I

Đường tròn nội tiếp
lớn nhất

Rmin

Đường tròn ngoại tiếp
nhỏ nhất

I
Rmax

O

A

B

P

O

B

A
o

α = 60

P

Hình 1.5: Chi tiết méo 3 cạnh đo trên khối V [11]

Theo [3] khi góc của khối V được chọn theo công thức (1.5) có hệ số chuyển đổi
1
không phụ thuộc vào phương án đặt đầu đo cùng phía hay khác phía. Ngoài
K  1

sin
2
ra theo [11] khi đo chi tiết méo n cạnh trên khối V có góc α bất kỳ thì hệ số chuyển đổi K
sẽ là:
(1.6)

cos n (900  )
2
K 1

sin
2
Sai lệch độ tròn được xác định :
m = (Rmax – Rmin) = (xmax-xmin)/K
Hiện nay phương pháp đo độ tròn bằng khối V vẫn được sử dụng rộng rãi do ưu
điểm thao tác đo đơn giản, dễ gá đặt chi tiết, giá thành rẻ. Tuy nhiên do khi đo không biết

số cạnh méo của chi tiết nên để kết quả đo chính xác cần có một bộ các góc V chuẩn để
kiểm tra, mỗi góc V chỉ phù hợp với một số cạnh méo nhất định. Ví dụ khi đo chi tiết bị
méo 7 cạnh trên khối V có góc α=900 thì K=0, tức là sẽ không phát hiện được chi tiết bị
méo. Ngoài ra phương pháp đo này rất dễ công bố nhầm kết quả đo về độ lớn (biên độ
méo) và số cạnh méo (tần số méo), mặt khác hệ số K chỉ phản ánh đúng nhất trong trường
hợp độ lớn cạnh méo là đều nhau. Khi độ lớn cạnh méo không đều, tức là có trộn lẫn nhiều
tần số méo có biên độ méo khác nhau thì kết quả đo không trung thực, không cho cái nhìn
toàn cảnh về tiết diện thực của chi tiết.
1.3.3. Phƣơng pháp đo bằng máy đo 3 tọa độ
Chi tiết được đặt lên bàn đo của máy đo 3 tọa độ, đầu đo sẽ rà các điểm đo quanh chi
tiết. Qua 3 điểm không thẳng hàng xác định được một đường tròn. Để xác định chi tiết có
bị méo hay không thì phải đo ít nhất tại 4 điểm. Số lượng điểm đo càng lớn thì càng phản
ánh được chính xác hình dáng thực của tiết diện đo. Với bộ số liệu đo là toạ độ (x,y,z) của
các điểm đo, chiếu lên mặt phẳng chuẩn thường là mặt đầu hoặc mặt vuông góc với đường
tâm chi tiết đo để khử thành phần z, được bộ tọa độ mới (x’,y’). Dùng thuật toán để xác
23


định tâm của chi tiết từ bộ tọa độ (x’,y’) theo một trong bốn định nghĩa về độ tròn của tiêu
chuẩn quốc tế ISO 6318-1985 (E) đã trình bày ở trên.
∆m = Rmax - Rmin

(1.7)
Biên dạng thực
Đường tròn
thiết kế

Điểm đo

Đường tròn áp

Hình 1.6: Hình ảnh đo độ tròn trên máy toạ độ [5].

Phương pháp đo độ tròn trên máy đo 3 toạ độ (hình 1.6) cho kết quả chính xác cao.
Tuy nhiên đây là phương pháp đo gián tiếp thông qua bộ số liệu điểm đo lấy từ các trục x,
y, z, các trục này đều có sai số (±x, ±y, ±z) và khi đo theo các phương khác nhau thì
sai số sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên kết quả đo. Ví dụ máy đo 3 tọa độ của hãng Insight ký
hiệu 121511 công bố độ chính xác đo là 3.0µm+L/300mm (Ở nhiệt độ 20℃±1℃, độ ẩm
55%-65%), như vậy nếu đo độ tròn trên máy này thì sai số đo sẽ lớn hơn 3µm. Do đó đối
với các chi tiết máy yêu cầu nghiêm ngặt về độ tròn thì cần phải có phương pháp và thiết bị
đo chuyên dùng.
1.3.4. Phƣơng pháp đo bằng máy đo độ tròn chuyên dùng
Phương pháp đo này sử dụng hệ tọa độ cực, cơ sở của phương pháp được xác định như
sau: Chi tiết trụ được hình thành khi một đường sinh quay xung quanh một trục song song
với nó, do vậy mỗi điểm trên tiết diện cắt ngang được biểu diễn bằng 1 bán kính quay R và
góc quay θ.
Y

Ri

Đầu đo

Mi (Ri,


O

X

Đầu đo

Chi tiết
Tâm quay

Hình 1.7: Sơ đồ đo sai lệch độ tròn trong hệ tọa độ cực

24


Trên hình 1.7 khi quay chi tiết quanh tâm (tâm chi tiết trùng với tâm quay), sử dụng 1
đầu đo dịch chuyển thẳng đặt hướng kính sẽ cho biết thông tin về biến thiên bán kính Ri tại
từng vị trí góc quayi trên tiết diện đo. Sau một vòng quay sẽ cho hình ảnh biên dạng thực
của chi tiết đo, sự chênh lệch lớn nhất giữa các giá trị Ri chính là sai lệch độ tròn.
Định nghĩa về sai lệch độ tròn theo các tiêu chuẩn đã nêu ở mục 2.1 đều được xây
dựng trong hệ toạ độ cực, vì vậy phương pháp đo độ tròn trong hệ tọa độ cực là phương
pháp đo trực tiếp, đạt độ chính xác đo cao, phản ánh đầy đủ và trung thực nhất tiết diện của
chi tiết cần đo. Phương pháp đo này đã phát triển thành các sản phẩm thương mại được
chào bán trên thị trường. Trên hình 1.8 là máy đo độ tròn của các hãng Taylor Hobson,
Marh, Mitutoyo.

Hình 1.8: Hình ảnh máy đo độ tròn của các hãng trên thế giới [37, 40].

Nguyên lý hoạt động của máy đo độ tròn.
Trên hình 1.9 là sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo độ tròn. Chi tiết đo 5 đặt lên
bàn quay 7 được dẫn động bằng ổ quay 4, trên bàn quay có bộ phận điều chỉnh để chỉnh
tâm chi tiết về trùng với tâm của bàn quay. Khi đo bàn mang chi tiết quay, bộ phận đo góc
2 và đầu đo 6 dịch chuyển hướng kính quanh chi tiết cho biết thông tin về vị trí góc quay θ
và bán kính đo R, quay chi tiết trên toàn vòng 3600 được một bộ thông số đo (Ri, θi) với i =
1÷n.

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý của máy đo độ tròn sử dụng 1 đầu đo [6].

25