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

GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1- Tính cấp thiết của 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. 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 gặp
khó khăn, khi đó sử dụng phương pháp kết hợp nhiều đầu đo sẽ loại
bỏ độ lệch tâm và độ dao 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 mới, phù hợp để chỉ đạo cho việc thiết kế, chế tạo thiết bị
đo độ tròn đáp ứng nhu cầu sản xuất là cấp thiết của đề tài luận án.

2- Mục đích và nội dung 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.
Luận án tập trung giải quyết những vấn đề cơ bản sau:
1


- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp đo độ tròn bằng hệ
tọa độ cực, chỉ ra các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép
đo.
- Nghiên cứu, xây dựng công thức tính toán thiết kế ổ khí quay,
phân tích các yếu tố ảnh hưởng, định hướng công nghệ gia công ổ để
đảm bảo độ chính xác định tâm cho phép đo.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp kết hợp nhiều đầu
đo, ứng dụng trong điều kiện thiết bị Việt Nam nhằm loại bỏ độ lệch
tâm bao gồm cả độ dao động tâm quay.
-Thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị đo độ tròn kết hợp nhiều đầu
đo để kiểm chứng lý thuyết đã nêu.
3- Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu phương pháp và thiết bị đo độ tròn bằng hệ toạ độ
cực để đo độ tròn ngoài các chi tiết dạng trụ.
4- Phƣơng pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm kiểm chứng.
5- 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 này 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 thiết kế
và chế tạo được ổ khí quay có 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)
mà 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.
6- Bố cục của luận án

-Nội dung chính được trình bày trong 4 chương của luận án:
Chương 1: Tổng quan về phép đo độ tròn
2


Chương 2: Đảm bảo độ chính xác định tâm cho phép đo
độ tròn bằng ổ khí quay.
Chương 3: Nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn
bằng phương pháp kết hợp nhiều đầu đo
Chương 4: Kết quả và bàn luận

NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
CHƢƠNG1
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. Việc xác định chính xác giá trị sai lệch có vai trò quyết định
đến đánh giá chất lượng sản phẩm. Nếu tìm được nguyên nhân gây ra
sai lệch thì có thể can thiệp vào quá trình công nghệ gia công để giảm
thiểu sai lệch, 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.
1.2.2. Định nghĩa sai lệch độ tròn theo tiêu chuẩn Việt Nam
Theo tiêu chuẩn ISO 6318-1985 (E) có 4 định nghĩa: LSC, MCC,
MIC, MZC. Theo TCVN: Sai lệch độ tròn là khoảng cách lớn nhất  từ

các điểm của Profile thực tới đường tròn áp.
Công thức xác định : m =( Rmax-Rmin)
(1.2)
1.3. Phƣơng pháp đo độ tròn
Có rất nhiều phương pháp đo sai lệch độ tròn được sử dụng trong
cơ khí: Phương pháp đo bằng dụng cụ cầm tay; phương pháp đo bằng
khối V; phương pháp đo bằng máy đo 3 tọa độ; phương pháp đo bằng
máy đo độ tròn chuyên dùng sử dụng tọa độ cực…Tuy nhiên phương

pháp đo độ tròn bằng máy đo độ tròn chuyên dùng đạt độ chính xác
cao hơn cả, phương pháp này đánh giá được đầy đủ thông tin về
thông số cần đo, cho toàn bộ hình ảnh biên dạng tiết diện đo theo
từng góc quay θ, xác định được biên độ và tần số méo của chi tiết đo.
3


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
Trên cơ sở nghiên cứu, tổng hợp các công trình nghiên cứu trong
và ngoài nước cho thấy nhu cầu đánh giá sai lệch độ tròn là rất lớn.
Tuy nhiên với mỗi một công trình có những ưu nhược điểm riêng:
Các tài liệu chuyên khảo trên thế giới trình bày chi tiết, logic các vấn
đề nghiên cứu nhưng quá trình tính toán lại quá phức tạp, khi thực
hiện phải bổ sung các giả thiết, điều kiện ràng buộc để đơn giản hóa
bài toán. Mặt khác có những thông số của bài toán được xác định dựa
vào quan hệ giữa các hệ số của các bảng thực nghiệm, do vậy tồn tại
sai số giữa kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thực nghiệm. Một số
công trình khác đã có sản phẩm thương mại thì công bố mang tính
chất giới thiệu không có tài liệu thiết kế và công nghệ cụ thể nên khó
áp dụng. Trên cơ sở kế thừa các nghiên cứu đã có, để có thể sản xuất
được các thiết bị đo độ tròn có độ chính xác cao trong nước thì việc
xây dựng các giải pháp mới nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán
thiết kế và xác định đường hướng công nghệ cho thiết bị phù hợp với
điều kiện Việt Nam là nhiệm vụ trọng tâm của luận án “Cơ sở đảm
bảo và nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn”.
1.5. Kết luận chƣơng 1
Phương pháp đo độ tròn trong tọa độ cực đạt độ chính xác cao,
đánh giá được đầy đủ thông tin về thông số cần đo, cho hình ảnh toàn
diện về biên dạng tiết diện đo theo từng góc quay θ. Phương pháp đo

này luôn tồn tại độ lệch tâm bao gồm cả độ dao động tâm. Để đảm
bảo độ chính xác cho phép đo, thiết bị đo độ tròn chuyên dùng phải
đảm bảo tâm cực là một điểm cố định trong suốt quá trình đo, nếu
tâm cực không đứng yên thì lượng biến động tâm sẽ lẫn vào giá trị
đo, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo, do đó phải tạo ra được bộ
chuyển động quay có độ chính xác định tâm cao. Giải pháp kỹ thuật
sử dụng ổ khí quay được xem là hữu hiệu khi giải quyết vấn đề định
tâm ổ.
Mặc dù ổ khí quay có độ chính xác định tâm cao nhưng để đạt độ
định tâm tuyệt đối thì không có một biện pháp công nghệ hay loại
máy móc nào có thể gia công chế tạo được. Vì vậy trong trường hợp
yêu cầu độ chính xác phép đo độ tròn cao hơn độ chính xác định tâm
ổ quay hoặc điều kiện gia công ổ quay gặp khó, khi đó sử dụng
phương pháp bố trí nhiều đầu đo sao cho khi kết hợp số đo của chúng
4


thì lượng dao động tâm quay tức thời sẽ được loại trừ. Nhằm nâng
cao hơn nữa độ chính xác của phép đo, luận án sẽ áp dụng phương
pháp kết hợp nhiều đầu đo để khử độ lệch tâm tức thời tại từng vị trí
góc quay. Các kết quả nghiên cứu của nước ngoài đều không chỉ ra
bằng cách nào để có thể xác định được biên độ méo tại từng tần số
méo, tính được độ lệch pha từ bộ số liệu tổng hợp các tín hiệu của
đầu đo dịch chuyển thẳng theo góc quay. Do đó luận án sẽ nghiên
cứu phương pháp, xây dựng công thức tính toán giá trị từng biên độ
và tần số méo từ tín hiệu tổng hợp 3 đầu đo, làm thuật toán để xây
dựng phần mềm xử lý tín hiệu giúp thiết kế chế tạo thiết bị.
Nghiên cứu xây dựng 2 giải pháp cho thiết bị và phương pháp
trên là cơ sở lý thuyết để đảm bảo và nâng cao độ chính xác của phép
đo độ tròn khi áp dụng điều kiện thực tế công nghệ tại Việt Nam.

CHƢƠNG 2:
ĐẢM BẢO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH TÂM CHO PHÉP ĐO
ĐỘ TRÒN BẰNG Ổ KHÍ QUAY
2.1. Đặt vấn đề

Ổ khí quay là một cơ cấu chuyển động không có sự tiếp xúc cơ
giữa hai bề mặt của trục quay và đệm khí do được ngăn cách bằng
một lớp màng khí nén với áp suất cao từ 15 bar. Nó được sử dụng
phổ biến cho máy đo sai lệch độ tròn vì những lí do sau:
- Độ định tâm tốt mang lại độ chính xác cao.
- Độ cứng cao, khả năng tải tốt.
- Chuyển động không ma sát, độ bền chi tiết cao hơn.
- Khe hở khớp động không thay đổi trong suốt quá trình
chuyển động, khả năng tự cân bằng cao.
Kết cấu chính của ổ khí quay gồm có trụ quay và hệ thống các
đệm khí, trong đó đệm khí mặt trụ định vị trên trục quay tạo cân bằng
theo phương hướng kính, giúp định tâm ổ. Đệm khí phẳng định vị
trên mặt đầu tạo cho ổ quay cân bằng theo phương hướng trục, hạn
chế bậc di chuyển dọc trục và tạo lực nâng cho ổ.
2.2. Cơ sở lý thuyết về thiết kế đệm khí
Không giống như đệm con lăn tiếp xúc, đệm khí sử dụng một lớp
khí nén mỏng có áp lực giữa hai bề mặt phân cách. Lớp khí của đệm
được tạo ra bằng cách cung cấp một dòng khí được nén dưới áp suất
P0 vào đệm khí. Khí nén qua một đột thắt (lỗ tiết lưu) phân phối vào
buồng hoặc các rãnh chứa khí, khi đó hình thành lớp màng khí nén có
5


áp suất giữa bề mặt đệm và bề mặt dẫn, tạo ra lực nâng đệm khí lên
khỏi bề mặt dẫn một khe hở z cân bằng với tải trọng tác động lên

đệm khí.
Lựa chọn kết cấu đệm khí rãnh 1 lỗ tiết lưu trung tâm để nghiên
cứu. Sử dụng phương pháp điện khí tương đương xây dựng phương
trình lực nâng, phương trình độ cứng, tính toán áp suất nguồn để tìm
mối quan hệ giữa các thông số kết cấu, làm cơ sở thiết kế đệm khí.
Phương trình lực nâng của đệm khí phẳng:
F

P0 .Sn

1  x  3
(  3)

(2.1)



L  8.rn .z 
1  x  1

2


rn  d1 
  1

Trong đó:
F: là lực nâng của đệm khí
P0: áp suất nguồn cung cấp đệm khí hoạt động
Sn: Diện tích ngoài của đệm khí

: hệ số tỷ lệ của sức cản dòng khí với tiết diện chảy
z: khe hở lớp đệm khí
d1: đường kính tiết lưu
rn: bán kính ngoài của đệm khí phẳng
r0: bán kính rãnh dẫn khí
L: chiều dài chảy
Phương trình lực nâng của đệm khí mặt trụ:
4


F   a 0 .b0  c2  c.(a 0  b0 ) .
3



 4 

1  L.
 d 2 
 1



P0
2(  1)(2z)

a 0  b0  2c1  a 0  b0  1

(2.9)

Trong đó:
a0, b0: Kích thước chiều rộng và chiều dài rãnh dẫn.
c: chiều dài chảy từ rãnh dẫn ra bề mặt ngoài đệm khí
Kích thƣớc và kết cấu đệm khí thiết kế
Áp dụng lý thuyết xây dựng ở trên kết hợp mô phỏng bằng phần
mềm Ansys, thiết kế đệm khí rãnh cho ổ chịu tải trọng 500 N, các
thông số đệm khí được thiết kế như sau:

6


- Đệm khí phẳng có kích thước rn = 38 mm, chiều dày đệm 12
mm, bán kính rãnh làm việc r0 = 9.5 mm, chiều sâu rãnh s = 0,3 mm,
chiều rộng rãnh r =0,5 mm, đường kính lỗ tiết lưu d =0,5 mm.
- Đệm khí cong mặt trụ có bán kính R = 57 mm, chiều dài = 92
mm, hai rãnh phân phối khí chữ H có chiều dài 28 mm, chiều rộng
rãnh H là 12 mm, chiều sâu rãnh s = 0,3 mm, chiều rộng rãnh r =0,5
mm, đường kính lỗ tiết lưu d =0,5 mm.
ĐỆM KHÍ PHẲNG

B

0.5±0.01

R4

Ra 0.32

28±1

12±0.1

28±0.1

3

5

25±1

12±0.1

Ø4.3

M5

41

42±0.1

5

0.5±0.01

0.001

17±0.1

0.3±0.01

Ø0.5 ±0.01

ĐỆM KHÍ TRỤ
M5
Ø4.3

1

Rz 0.32

3

R4

91

.0
±0

0.5

Rz 0.32

13

90°

R5

8±

0.0
1

1
±0.0
Ø0.5

0.3±0.
01

0.5±0.01

45°
Ø24±0.1
B
TL 10 : 1

Ø38

Hình 2.18. Kết cấu đệm khí thiết kế

Kết cấu ổ khí quay
Kết cấu ổ khí được thiết kế như hình
2.19, gồm 2 phần chính là đệm khí và
trục quay. Đệm khí được định vị trên
chi tiết trục quay khống chế các chuyển
động theo trục x, y, z đảm bảo chỉ còn
một bậc tự do quay quanh trục z. 6 đệm
khí trụ lắp trên trục quay chia làm 2
tầng có tác dụng định vị hướng kính,

hạn chế 4 bậc tự do, hai tầng đệm khí

Trục quay

Hình 2.19: Kết cấu ổ khí quay

7


được bố trí trên một đoạn trụ dài (l ≥ 1,5d) nên đường tâm của trục
quay được định vị ổn định. 3 đệm khí phẳng định vị ở mặt đầu chống
di chuyển dọc trục và đảm bảo lực nâng của ổ, chỉ còn lại 1 bậc tự do
quay quanh trục z. Đây là kết cấu đơn giản, đảm bảo khả năng tải yêu
cầu và phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo tại Việt Nam.
Đặc tính làm việc của ổ khí phụ thuộc phần lớn vào kết cấu đệm
khí và cách bố trí đệm trên trục, vì vậy kích thước trục quay thường
được chọn sao cho có diện tích đủ lớn để định vị đệm khí, đảm bảo
khả năng tải và định tâm của ổ. Bên cạnh đó chọn kích thước trục còn
phụ thuộc kích thước của máy, lựa chọn kích thước trục quay có
đường kính D =114 mm, L=190 mm.
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
2.3.1. Xét ảnh hƣởng của việc bố trí đệm khí mặt trụ đến khả
năng định tâm của ổ khí.

Theo [12] để đảm bảo độ ổn định tâm quay bố trí các đệm khí
đối xứng quanh trục. Chọn phương án bố trí 3 đệm khí quanh trục,
xét ảnh hưởng cụ thể của méo tới định tâm ổ, từ đó đưa ra định
hướng công nghệ gia công các chi tiết ổ khí để hạn chế độ dao động

tâm.
2.3.2. Xét ảnh hƣởng bố trí đệm khí tới độ cứng làm việc của ổ
khí quay

Bên cạnh việc bố trí số lượng đệm khí mặt trụ để giảm thiểu ảnh
hưởng về sai lệch hình dáng chi tiết trục quay tới độ chính xác định
tâm ổ, một yếu tố quan trọng không kém là việc bố trí đệm khí còn
quyết định đến độ cứng của ổ, điều này giúp cho cho ổ khí quay có
độ ổn định tâm cao.
2.3.3. Xét ảnh hƣởng của tải trọng đặt lệch trên bàn quay đến độ
nghiêng đƣờng tâm trụ quay.

Khi ổ làm việc với khối lượng P của chi tiết đo và độ lệch tâm e
cho trước, sự biến thiên khe hở phụ thuộc vào khoảng cách a giữa hai
tầng đệm khí và độ cứng K của đệm khí. Nếu khoảng cách a và độ
cứng K càng lớn thì khả năng nghiêng lệch trục càng ít, hệ càng cứng
vững
2.3.4. Xét ảnh hƣởng sai số hình học tới chức năng làm việc của
đệm khí trụ và trục quay
8


Để đảm bảo chức năng làm việc của ổ thì tiết diện mặt trụ trong
của đệm và trục quay phải đồng dạng về kích thước và hình dáng,
đảm bảo sai lệch độ tròn của 2 bề mặt lắp ghép giữa đệm khí trụ và
trục quay, độ vuông góc mặt đầu và tâm trụ quay là 3µm.
2.3.5. Xét ảnh hƣởng của độ nhám bề mặt.

Nhám bề mặt Rz có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình khởi động của
đệm khí. Nhám là nguyên nhân chính giúp cho đệm khí khởi động.

Vì vậy để ổ khí hoạt động, khi khởi động cần có nhám bề mặt nhưng
nếu nhám quá lớn sẽ làm tăng khả năng tiếp xúc cơ khí của đệm và
tăng khe hở z, giảm độ cứng, ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của
ổ. Do vậy khi chế tạo nên chọn độ nhám thích hợp đảm bảo cho đệm
khí khởi động và không có tiếp xúc cơ khí. Để ổ khí làm việc ở khe
hở z = 8÷12 µm theo [10] có thể chọn độ nhám bề mặt của chi tiết
trục và đệm khí Rz=2µm.
2.4. Xây dựng thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết.
Trên cơ sở xây dựng lý thuyết tính toán thiết kế ổ khí quay để
định tâm, sau khi thực hiện gia công chế tạo ổ, kiểm tra các thông số
kỹ thuật tại Trung tâm đo lường của Mitutoyo Hà nội và tiến hành
thực nghiệm tại Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang học.
2.5. Kết luận chƣơng 2:
Nghiên cứu sử dụng ổ khí quay để định tâm là yếu tố thiết bị cơ sở để đảm bảo độ chính xác cho phép đo độ tròn trong hệ tọa độ
cực. Cụ thể chương này đã giải quyết được các vấn đề về ổ khí như
sau:
- Xây dựng được lý thuyết tính toán ổ khí quay tĩnh với kết cấu
đệm khí rãnh bằng phương pháp điện khí tương đương, đây là điều
kiện cần để thiết kế ổ khí.
- Nghiên cứu, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm
việc của ổ làm cơ sở để thiết kế và xây dựng công nghệ gia công ổ
khí quay.
- Thiết kế, chế tạo thành công ổ khí quay đạt độ chính xác định
tâm 1 µm, với khe hở làm việc từ 7 ÷ 15 µm, khả năng tải 650N, độ
cứng 26N/µm. Từ đây hoàn toàn có thể làm chủ được thiết kế và
công nghệ chế tạo ổ khí có độ chính xác định tâm cao, khả năng tải
lớn và không có tiếp xúc cơ khí sản xuất tại Việt Nam.
Nghiên cứu, xác lập kỹ thuật tính toán thiết kế và đường hướng
công nghệ gia công ổ khí quay với độ định tâm cao dùng trong các
9

thiết bị đo độ tròn là một giải pháp về mặt thiết bị nhằm đảm bảo độ
chính xác cho phép đo. Trên cơ sở sử dụng ổ khí này luận án sẽ tiếp
tục tìm phương pháp nâng cao hơn nữa độ chính xác cho phép đo.
CHƢƠNG 3:
NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PHÉP ĐO ĐỘ TRÒN
BẰNG PHƢƠNG PHÁP KẾT HỢP NHIỀU ĐẦU ĐO
3.1.Đặt vấn đề:
Phép đo độ tròn trong hệ tọa độ cực là phép đo đạt độ chính xác
cao. Trong chương 2 đã chứng minh sử dụng ổ khí quay là giải pháp
thích hợp để đảm bảo độ định tâm và là cơ sở để đảm bảo độ chính
xác cho phép đo độ tròn.
Tuy nhiên trong nhiều trường hợp khi cần nâng cao hơn nữa độ
chính xác cho phép đo (yêu cầu độ chính xác của phép đo cao hơn độ
chính xác định tâm ổ quay) hoặc công nghệ gia công ổ quay gặp khó
khăn, độ chính xác định tâm quay không đáp ứng được như mong
muốn, khi đó cùng với việc sử dụng thiết bị đã nêu kết hợp với
phương pháp nhiều đầu đo sẽ loại bỏ độ lệch tâm và độ dao động tâm
tức thời.
Cơ sở của ý tưởng này được trình bày như sau:
Biến động tâm quay được xét trong cả quá trình đo, còn tại một
thời điểm thì tâm quay chỉ có một vị trí và có độ lệch tâm e. Nếu có
nhiều đầu đo cùng làm việc thì e đồng thời có mặt trong số đo của
chúng, vị trí của đầu đo được xác định vì vậy ảnh hưởng của e lên số
đo cũng xác định. Do đó khi kết hợp các số đo theo tỉ lệ tương ứng
với vị trí thì lượng lệch tâm quay và lượng biến động tức thời của
tâm quay sẽ được loại trừ, e sẽ không có mặt trong kết hợp đó. Việc
kết hợp có thể thực hiện khi số đầu đo lớn hơn hoặc bằng 2.
3.2. Phƣơng pháp đo độ tròn sử dụng 2 đầu đo

3.2.1. Cơ sở lý thuyết

Sai lệch độ tròn thể hiện qua Profile bề mặt được hiểu là:Tổng của
các dạng méo 2 cạnh, 3 cạnh, 4 cạnh….k cạnh. Số cạnh lớn nhất k
được lấy trước khi sóng méo bằng sóng nhám.Theo Fourier điều nói
trên được viết như sau:
Biến thiên bán kính:
m*(θ) = a2sin(2θ + α2) + a3sin(3θ + α3) +….+ aksin(kθ + αk)
10


k

=  a j sin( j   j )
j 2

Nếu đặt một đầu đo hướng tâm tại A và quay chi tiết để θ biến
thiên từ 0 ÷ 3600 sẽ có i lần lấy mẫu. Giá trị lý thuyết của số đo tại
góc θi được viết là:
k
(3.1)
m*A ( i )  a 0   a j sin( j i   j )
j 2

Cùng với profile ấy số đo của đầu đo B đặt trước A một góc  sẽ
là:
k

m*B ( i )  b 0   a j sin( j( i  )   j )

(3.2)

j 2

Trong đó:
- a0, b0 là sai lệch vị trí gá đặt đầu đo tại A và B so với đường
trung bình của các sóng.
- aj: biên độ méo thứ j
- α2, α3, ….αk là góc lệch pha của các sóng tính tại vị trí ban đầu
θ = 0.
Trên hình 3.1 mô tả sơ đồ kết hợp 2 đầu đo. Số đo lý thuyết phản
ánh biến thiên profin tại A ứng với góc quay  là mA*(), chiếu lên
OX là:
mAx*() = mA*()
(3.3)
Số đo phản ánh biến thiên profin tại B là mB*( + ), chiếu lên
OX là:
mBx*(+ ) = mB*(+ ).sin ( - 900)
(3.4)
Trong khi đó số đo thực là mA() và mB(+ ). Cùng chiếu lên
OX ta có :
mAx() = mA ()
(3.5)
(3.6)
mBx(+ ) = mB(+ ).sin ( - 900)
Nay tâm O biến thiên 1 lượng e() gồm 2 thành phần:
(3.7)
e   e    e  
x

y

11


Y

Y

§Çu ®o B

B
ey



ex



O

A
X
ChiÒu quay

ey
O1



O

ey

ex

ex

§Çu ®o A

X

Hình 3.1: Sơ đồ đo độ tròn sử dụng 2 đầu đo

Mọi điểm trên chi tiết đều nhận được biến thiên như nhau nên
dịch chuyển gây ra do lệch tâm tại đầu đo A và B tính theo phương
OX là bằng nhau và bằng ex(θ); (chú ý tại A ex() làm tăng số đo; tại
B ex() làm giảm số đo).
Theo nguyên lý cộng tác dụng, cân bằng số đo thực với số đo lý
thuyết có kể đến biến động tâm theo phương OX ta có:
(3.8)
mAx*() + ex() = mAx()
mBx*(+) - ex() = mBx(+)
Cộng vế với vế ta sẽ khử được biến động tâm ex()
(3.9)
mAx*() + mBx*(+) = mAx() + mBx(+)
Sai lệch giữa lý thuyết và số đo thực tại () là ()
() = mAx*() + mBx*(+) - [mAx() + mBx(+)]
Hay:
() = mA*() + mB*(+).sin( - 900) -[mA() + mB(+).sin( -900)]

Biến đổi ta có :
() = d+a2[sin(2+2)+sin(-900).sin(2(+)+2)]+
…+aj[sin(j+j)+sin( -900).sin(j(+)+j)]+ ..
+ak[sin(k+k)+sin(-900).sin(k(+)+k)] - D()

(3.10)

(3.14)

Cuối cùng ta xác định được góc lệch pha và biên độ méo của chi tiết
như sau:
12


aj 

j

 D    psin( j   ) + qcos( j   ) 
j

j




  p. cos j  q. sin j .D 
 arctg
 q. cos j  p. sin j .D 

n
1  sin 2   900
2

(3.35)

3.2.2. Xác định vị trí đặt 2 đầu đo

-Để 2 đầu đo A và B thu nhận được tín hiệu tốt thì vị trí đặt 2 đầu
đo A và B là:
900 <  < 1800 và 1800 <  < 2700.
3.2.3. Đánh giá sai số của phƣơng pháp sử dụng 2 đầu đo

Theo công thức (3.14) với phương án bố trí 2 đầu đo đã loại bỏ
thành phần lệch tâm e. Tuy nhiên với phương án đo này việc bố trí vị
trí 2 đầu đo hạn chế do có một số vị trí khử được độ lệch tâm đồng
thời khử luôn cả méo cạnh lẻ. Mặt khác nó vẫn tồn tại 1 lượng sai
lệch giữa số đo tính toán và số đo thực tế.
3.3. Phƣơng pháp đo độ tròn sử dụng 3 đầu đo
3.3.1. Cơ sở lý thuyết

Trên hình (3.4) sử dụng 3 đầu đo đặt cố định với nhau các góc,
 quanh chi tiết đo [42]. Giả sử O là điểm giao của 3 đầu đo và gần
tâm quay của chi tiết. Các tọa độ x, y cố định được chỉ ra ở trên hình
vẽ. Gọi P là một điểm đo trên biên dạng chi tiết và sai lệch về độ tròn
được ký hiệu bởi hàm r(), là góc giữa điểm P và trục X, còn ,  là
góc giữa các đầu đo dịch chuyển.

Hình 3.4: Sơ đồ đo độ tròn sử dụng ba đầu đo dịch chuyển[42]

Các đầu đo dịch chuyển được xác định bằng các hàm mA(),
mB(), mC() tương ứng với các tín hiệu đo được xác định như sau:
13


mA()= r()+eX()
(3.36)
mB()=r(-)+eY().sin+eX().cos
(3.37)
mC()=r(-)+eY().sin+eX().cos
(3.38)
Ở đây eX(), eY() là sai số do độ lệch tâm & độ dao động tâm
tương ứng theo phương x và y.
Khi tâm O1 của chi tiết lệch so với tâm quay O2 một lượng là e
như hình 3.5, thành phần eY làm đầu đo B sẽ tăng lên một lượng
tương ứng với góc  và làm đầu đo C giảm đi một lượng tương ứng
với góc , do đó kết hợp 2 đầu đo này có thể khử được eY.

Hình 3.5. Khi tâm chi tiết lệch so với tâm quay

Thành phần eX sẽ làm đầu đo B và C giảm một lượng tương ứng
góc  và , trong khi đầu đo A tăng lên 1 lượng đúng bằng eX, do đó
kết hợp 3 đầu đo này sẽ khử được các thành phần eX.
Trong luận án này sẽ đưa ra phương pháp biến đổi giải tích để
tìm được từng biên độ méo ci
Biên dạng chi tiết đo r() là tổ hợp các tần số méo chồng lên
nhau nên có thể viết dưới dạng khai triển Fourier [17] như sau:
k

r   R   ci cos(i   i )

(3.45)

i 1

ci là biên độ méo tại tần số thứ i.
k

r   R   a i cos i  bi sin i

(3.46)

i 1

Như vậy muốn xác định được r(), ta phải xác định được R, ai, bi
tại từng tần số méo i với các thông số biết trước là tín hiệu tổng mt()
tại góc quay .
Kết quả cuối cùng:
14


ai 

N

2 N
  mt   cosi .Ei   mt  sin i .Fi 

N  j 1
j 1



Ei2  Fi 2

2 N
 mt  cosi .Ei  sini .Fi 
N j 1

Ei2  Fi 2

(3.64)
bi 

N

2 N
  mt   sin i .Ei   mt   cosi .Fi 


N  j 1
j 1


Ei2  Fi 2



2
N

N

 m  sini .E
j 1

t

i

 cosi .Fi 

Ei2  Fi 2

(3.65)

Biên độ tại tần số méo thứ i được tính theo công thức [17]:

ci  ai2  bi2

(3.66)

Góc lệch pha:

 i  arctan(bi / ai )

(3.67)

Với xác định được biên độ méo ci và góc lệch pha i tại từng tần
số méo thứ i, ta hoàn toàn xác định được biên dạng chi tiết đo
k

r    R   ai cos i  bi sin i 
i 1

Sai lệch độ tròn được tính theo công thức:
m=r()max- r()min

(3.68)

3.3.2. Xác định vị trí đặt 3 đầu đo.

Với phương án bố trí 3 đầu đo về mặt lý thuyết có thể loại bỏ
hoàn toàn độ lệch tâm mà không phụ thuộc vào công nghệ gia công ổ
quay và phương án này cũng đưa ra cách thức đặt đầu đo. Không đặt
3 đầu đo cách đều nhau góc 1200C vì khử méo số cạnh chẵn.
3.3.3. Xây dựng mô hình thực nghiệm 3 đầu đo

Trên cơ sở lý thuyết về giải pháp sử dụng kết hợp nhiều đầu đo,
luận án tiến hành xây dựng mô hình thực nghiệm. Trên hình vẽ 3.8 là
sơ đồ bố trí 3 đầu đo sử dụng là 3 đồng hồ so điện tử Mitutoyo 543185 [30] làm 3 đầu đo dịch chuyển lấy tín hiệu đo Ri, góc quay θi của
bàn đo được xác định bằng encoder góc HE 50B-8-1024-3-N-24. Vi
điều khiển Pic của hãng Microchip điều khiển quá trình đo, truyền
nhận và xử lý tín hiệu của 3 đồng hồ so và 1 encoder góc. Phần mềm
Matlab được ứng dụng làm công cụ tính toán, kết nối và thiết kế giao
diện.

15


a)Sơ đồ bố trí đầu đo

b) Sơ đồ mô hình thực nghiệm
Hình 3.8: Sơ đồ bố trí kết hợp 3 đầu đo và nguyên lý mô hình thực nghiệm
3.3.4. Đánh giá sai số của mô hình thiết kế

Sau khi xây dựng mô hình kết hợp 3 đầu đo, thực hiện đánh giá
sai số của mô hình nghiên cứu, bao gồm sai số do độ nghiêng của chi
tiết so với đường tâm quay, sai số góc đặt đầu đo, sai số do giới hạn
độ phân giải của đồng hồ so và encoder góc, sai số do ảnh hưởng của
thay đổi nhiệt độ.
Đánh giá sai số tổng hợp tổng hợp:
∆tr = √
 1,52 m
3.4. Kết luận
Với giải pháp kết hợp nhiều đầu đo đã chứng minh có thể loại
được độ lệch tâm tức thời ra khỏi số liệu đo, điều này có ý nghĩa lớn
trong việc nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn, đặc biệt là khi
chất lượng ổ quay của thiết bị đo không đảm bảo, còn tồn tại độ dao
động tâm trong quá trình đo.
Trên cơ sở ứng dụng phương pháp kết hợp nhiều đầu đo của
nghiên cứu nước ngoài, luận án đã dùng biến đổi toán học để tính
được biên độ méo ci và góc lệch pha αi tại từng tần số méo thứ i từ tín
hiệu tổng hợp 3 đầu đo, xác định biên dạng của chi tiết đo r(), từ đó
xác định chính xác giá trị sai lệch độ tròn cùng với số cạnh méo và
độ lớn của từng cạnh. Thiết lập vị trí đặt các đầu đo đối với hai
trường hợp sử dụng 2 và 3 đầu đo.
16


Xây dựng được mô hình máy đo độ tròn sử dụng 3 đầu đo với
bố trí đầu đo A và B cách nhau 1 góc ϕ = 900, đầu đo A và C cách

nhau 1 góc  = 2400, thực hiện đánh giá sai số của mô hình thiết kế
với kết quả đánh giá sai lệch cho phép của mô hình là 1,52µm. Tuy
có kết cấu phức tạp hơn so với phương án một đầu đo, mô hình kết
hợp ba đầu đo là giải pháp hiệu quả nhằm nâng cao độ chính xác cho
phép đo khi có hạn chế về mặt công nghệ chế tạo ổ quay, tạo cơ sở lý
thuyết cho việc thiết kế và chế tạo thiết bị đo độ tròn tại Việt Nam.
CHƢƠNG 4

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.1.Mô hình thực nghiệm
Trên cơ sở xây dựng các luận điểm lý thuyết về đảm bảo và
nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn, chương này sẽ tiến hành
thực nghiệm trên mô hình máy đo độ tròn sử dụng ổ khí quay định
tâm kết hợp 3 đầu đo để kiểm chứng lý thuyết trên. Mô hình sử dụng
3 đồng hồ so điện tử Mitutoyo 543-185 làm 3 đầu đo dịch chuyển có
độ phân giải 0,001 và encoder góc HE 50B-8-1024-3-N-24.
12

M8x1

13

14

15

16
11

B

B

M6x0.5

17
10
9

18
M8x1

8

19
20

7
Ø115 H7/g6

482

M10x1

21

6
5

22

4
3
2

23
24

1

25

Hình 4.1. Kết cấu mô hình máy đo độ tròn thiết kế
1.giá đỡ 2.Tấm cố định encoder 3.Gá encoder 4. Khớp nối đàn hồi 5. Tấm đỡ 6.
Đệm khí phẳng 7. Đệm khí trụ 8. Bi cầu ϕ10 9. Miếng đệm 10.Thanh gá đứng 11.
Bàn xoay 12. Đồng hồ so 13. Vòng gá đồng hồ so 14. Mẫu đo 15.Thanh ngang 16.
Đế bàn xoay 17. Tấm đỡ 18. Bu lông giữ đệm khí 19. Trục quay 20. Đai ốc giữ
đệm khí 21.Vít tấm đế 22. Động cơ 23. Đai ốc giữ đế 24. Puly đai 25. Encoder.

17


4.2. Tiến hành thực nghiệm
Mục đích của thực nghiệm xác định biên độ và tần số méo, áp
suất nguồn để đánh giá chức năng làm việc của mô hình máy đo độ
tròn nghiên cứu, kiểm chứng lý thuyết.
Các bước thí nghiệm đo với từng áp suất nguồn 2 bar, 3bar và 4
bar khi chi tiết không chỉnh tâm và được chỉnh tâm. Số liệu được thu
nhận và xử lý trên từng đầu đo và kết hợp 3 đầu đo.
Một số hình ảnh kết quả:

0.2

Biên độ méo (mm)

Đầu đo B

0.15
0.1
0.05
Số cạnh méo

0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920

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)

Hình ảnh đồ thị hình (4.21) cho thấy biên độ tại cạnh méo 1 - độ
lệch tâm là rất lớn e = 2c1  0,4 mm (bao gồm cả độ lệch tâm của chi
tiết so với bàn đo và độ dao động tâm). Các tần số méo 2 cạnh (phản
ảnh độ méo của trục quay, độ nghiêng và độ ô val ...của chi tiết đo),
ngoài ra còn thấy xuất hiện các tần số méo của các cạnh 3, 4, 5 và 7
với biên độ méo trội hơn... Tuy nhiên tất cả biên độ méo của các cạnh
này đều có trị số nhỏ hơn rất nhiều so với độ lệch tâm e (max là
8,5µm << e = 400µm).

18


Biên độ méo (mm)

Một đầu đo

0.002
0.0018
0.0016
0.0014
0.0012
0.001
0.0008
0.0006
0.0004
0.0002
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920

Số cạnh méo

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)

Nhận xét:
Từ đồ thị hình 4.25 cho thấy với xử lý số liệu của từng đầu đo
vẫn còn tồn tại tần số méo cạnh 1 – độ lệch tâm e với biên độ méo rất
nhỏ, nhỏ hơn nhiều lần 0,2µm (trục giá trị biên độ méo), điều này có
nghĩa khi chi tiết được chỉnh tâm độ lệch tâm đã được hạn chế phần
lớn, nhưng vẫn tồn tại độ dao động tâm, đây chính là độ dao động
tâm quay tức thời của ổ khí. Kết quả này là bằng chứng cho thấy việc
sử dụng ổ khí quay có thể đạt độ chính xác định tâm rất cao, tuy
nhiên không có cách nào gia công ổ quay đạt được độ chính xác định

tâm tuyệt đối. Do vậy trong trường hợp phép đo độ tròn yêu cầu độ
chính cao hơn độ chính xác định tâm của ổ quay thì bắt buộc phải sử
dụng phương pháp kết hợp nhiều đầu đo, cụ thể trong luận án lựa
chọn là 3 đầu đo.
Hình ảnh đồ thị

19


Biên độ méo (mm)
0.002
0.0018
0.0016
0.0014
0.0012
0.001
0.0008
0.0006
0.0004
0.0002
0

Ba đầu đo kết hợp

Số cạnh méo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Hình 4.26. Hình ảnh đồ thị tần số méo của chi tiết đo bằng 3 đầu
đo kết hợp với áp suất nguồn 4 bar đã chỉnh tâm

Nhận xét
Từ hình ảnh của đồ thị hình 4.26 ta thấy khi sử dụng kết hợp 3
đầu đo tần số méo cạnh 1 – độ lệch tâm bao gồm cả dao động tâm tức
thời đã được loại bỏ. Có 5 tần số méo có biên độ lớn, tần số méo thứ
7 có biên độ lớn nhất, các tần số méo khác đều có giá trị nhỏ, khai
thác đến tần số méo thứ 20. Kết quả này giải thích độ chính xác của
phép đo độ tròn sau lần đo thứ nhất – đã chỉnh tâm cho độ chính xác
cao hơn khi chưa chỉnh tâm.
Trên hình 4.27 là hình ảnh thực của chi tiết ổ lăn được đo trên
mô hình thiết kế, kết quả tổng hợp các biên độ méo tương ứng với tần
số méo có sai lệch độ tròn 5µm.Đối chứng kết quả này với kết quả đo
được trên máy MMQ100- Plus có độ chính xác (0,05+0,0006)µm/mm
của Trung tâm đo lường Quân đội là 4,61µm.

20


r(q)

Biên dạng chi tiết ổ lăn r(θ)

0.004
-0.001
-0.006

r(θ)r(q)

Hình 4.27. Biên dạng chi tiết đo thu được bằng kết hợp 3 đầu đo
(đã chỉnh tâm)

Hình 4.29: Hình ảnh máy đo độ tròn 3 đầu đo

4.2. Đánh giá và kết luận.
Tổng hợp các kết quả thí nghiệm của mô hình chế tạo nhận thấy:
-Với phương pháp đo độ tròn trong hệ tọa độ cực, khi chi tiết đặt
lên bàn đo phải tiến hành chỉnh tâm cho tâm chi tiết về gần nhất với
tâm bàn đo, các số liệu hình ảnh kết quả đo cho thấy nếu không chỉnh
tâm sai lệch độ tròn phản ánh phần lớn độ lệch tâm này. Kết quả đo
lần 1 sau khi biết được lượng sai lệch tiến hành chỉnh tâm sẽ cho độ
chính xác cao hơn rất nhiều:
21


+ Khi chưa chỉnh tâm, độ lệch tâm e  0,4mm  400µm.
+ Sau khi chỉnh tâm, độ lệch tâm e << 0,2µm (hình 4.25), đây
chính là độ dao động tâm.
-Độ lệch tâm e sau khi chỉnh tâm  0,2µm cùng với hình ảnh
biên độ và tần số méo tại từng đầu đo A, B, C giống nhau điều này
một lần nữa khẳng định sử dụng ổ khí quay có độ chính xác định tâm
rất cao.
- Tổng hợp các kết quả của các áp suất khác nhau cho thấy khi
kết hợp 3 đầu đo độ lệch tâm và độ dao động tâm quay đã bị loại cho
dù chi tiết có chỉnh tâm hay không. Kết quả này minh chứng phương
pháp kết hợp nhiều đầu đo đã thực sự loại được độ lệch tâm bao gồm
cả độ dao động tâm quay.
Sau khi tiến hành thí nghiệm trên mô hình đo độ tròn sử dụng ổ
khí quay kết hợp 3 đầu đo có thể rút ra được một số kết luận sau:
1) Thực nghiệm đánh giá lại chất lượng ổ khí quay cho thấy kết
quả thiết kế và gia công ổ khí đạt như yêu cầu đặt ra.
2) Thực nghiệm với phương án kết hợp 3 đầu đo, độ lệch tâm tức

thời đã được loại bỏ, với kết quả đo chi tiết ổ lăn số hiệu
22310CA/W33 cho hình ảnh chi tiết với sai lệch độ tròn 5µm, hình
ảnh tương đồng với hình ảnh đo đối chứng tại Trung tâm đo lường
Quân đội, kết quả độ tròn chênh 0,39 µm so với kiểm chứng, độ
chênh này do độ chính xác của đầu đo sử dụng. Điều này cũng giải
thích nếu được trang bị đầu đo tốt hơn, ví dụ các đầu đo laser có độ
chính xác < 1µm hoặc cao hơn nữa sẽ cho ra kết quả mong muốn.
Với các kết quả thực nghiệm trên khẳng định các luận điểm
nghiên cứu của luận án là đúng đắn, đáp ứng được yêu cầu đo độ tròn
của các chi tiết cơ khí khi sử dụng thiết bị đo trong nước.

22


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ HƢỚNG NGHIÊN CỨU
KẾT LUẬN
Sau quá trình nghiên cứu lý thuyết và xây dựng thực nghiệm
luận án đã đạt được kết quả với những đóng góp mới mang ý nghĩa
khoa học và thực tiễn sau:
1.Phương pháp đo độ tròn bằng tọa độ cực đạt độ chính xác cao,
phương pháp đo này không những tồn tại độ lệch tâm do tâm chi
tiết không trùng với tâm bàn quay mà còn có cả biến động tâm
quay tức thời, chính sự biến động này gây nên dao động tâm,
ảnh hưởng trực tiếp và quyết định đến độ chính xác của phép đo.
Để đảm bảo độ chính xác định tâm cho phép đo sử dụng ổ khí
quay hiện là phương pháp hiệu quả nhất, đáp ứng yêu cầu cho
phép. Luận án đã xây dựng được kỹ thuật tính toán thiết kế ổ khí
quay tĩnh với kết cấu đệm khí rãnh theo phương pháp điện khí
tương đương. Phân tích được các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính
xác định tâm quay của ổ bao gồm: việc bố trí đệm khí trên trục

quay, ảnh hưởng độ nghiêng do tải trọng đặt lệch, sai lệch hình
dáng, vị trí và nhám bề mặt.. đây là các yếu tố cơ bản để thiết kế
và gia công ổ khí quay.
2.Nghiên cứu, chế tạo thành công ổ khí quay đạt độ chính xác
định tâm 1µm, khả năng tải 650N, độ cứng 26N/µm. Kết quả
này đáp ứng được yêu cầu cho các máy đo độ tròn công nghiệp
hiện nay, chứng minh trong cùng một điều kiện công nghệ gia
công cơ khí tại Việt Nam việc chế tạo ổ khí quay sẽ dễ đạt được
độ chính xác định tâm cao hơn so với chế tạo các loại ổ quay là
ổ lăn hay ổ trượt.
3.Ứng dụng phương pháp kết hợp nhiều đầu đo để nâng cao độ
chính xác cho phép đo. Luận án đã xác định được vị trí đặt 3 đầu
đo lệch nhau các góc 900 và 2400, thiết lập được công thức tính
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. Kết quả đã chỉ rõ,
đầy đủ sai số về biên độ và tần số méo của chi tiết.
4.Thiết kế, chế tạo thiết bị thực nghiệm đo độ tròn sử dụng ổ khí
quay kết hợp 3 đầu đo trong điều kiện công nghệ tại Việt Nam.
Thử nghiệm với mẫu đo là vòng ngoài của ổ lăn số hiệu
22310CA/W33 cho kết quả đo là sai lệch độ tròn 5µm, so sánh
với thiết bị đo độ tròn MMQ100- Plus tại Viện Đo lường Quân
23


đội chênh lệch 0,39µm. Hình ảnh biên độ và tần số méo tương
đồng với hình ảnh đo đối chứng. Với kết quả này khẳng định
khả năng chế tạo thiết bị đo độ tròn tại Việt Nam, tạo cơ sở phát
triển thiết bị đo lường phục vụ đào tạo và sản xuất.
KIẾN NGHỊ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP
1.Nghiên cứu phương pháp và thiết đo độ định tâm nhỏ hơn 1µm để

đánh giá chính xác giá trị sai lệch định tâm của ổ khí quay chế tạo.
2.Tiếp tục nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của vật liệu, rung động,
ma sát… tới đặc tính của ổ khí quay để nâng cao chất lượng làm
việc của ổ.
3.Nghiên cứu ứng dụng ổ khí quay trong các thiết bị dẫn trượt chính
xác khác như máy chuẩn mômen.
4. Nghiên cứu phương pháp kết hợp nhiều đầu đo sử dụng với các
đầu đo laser có độ chính xác cao để tiếp tục nâng cao độ chính
xác cho phép đo.

24