BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ANH ĐỨC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO XE TRƢỢT ĐỆM KHÍ TRÊN BĂNG MÁY ИЗΜ-10M CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH CHẾ TẠO MÁY NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS.VŨ TOÀN THẮNG Hà nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu, đƣợc giúp đỡ tận tình Thầy, Cô giáo Viện Cơ khí, Bộ môn Cơ khí xác Quang học hƣớng dẫn khoa học tận tình PGS.TS.Vũ Toàn Thắng; hoàn thành khóa học, luận văn Tốt nghiệp Cao học đạt kết mong muốn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tất Thầy, Cô giáo Bộ môn, Viện Cơ khí Trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội tận tình giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện tốt cho hoàn thành khóa học Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Vũ Toàn Thắng nhiệt tình hƣớng dẫn giúp đỡ việc thực luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy giáo phản biện đọc luận văn đóng góp cho ý kiến quý báu bổ ích TÁC GIẢ Nguyễn Anh Đức LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác TÁC GIẢ Nguyễn Anh Đức LỜI NÓI ĐẦU Trong ngành chế tạo khí, độ thẳng tiêu quan trọng đánh giá mức độ sai lệch hình dáng hình học, ảnh hƣởng đến chất lƣợng làm việc chi tiết phận máy Trong hầu hết sống dẫn tất máy công cụ, sống dẫn thiết bị đo, mặt chuẩn nhƣ mặt bàn máp, trục dẫn…yêu cầu độ thẳng cao, đến micromet trực tiếp tác động đến độ xác gia công chi tiết, đến độ xác phép đo Hiện nay, hầu hết nƣớc giới sử dụng thiết bị đo độ thẳng Nhà máy, phân xƣởng đo lƣờng, kiểm nghiệm; nhiên nƣớc ta sở có đƣợc thiết bị hạn chế Chính vậy, đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo xe trƣợt đệm khí băng máy ИЗΜ-10M” với băng máy có sẵn môn Cơ khí xác Quang học, để tạo thiết bị đo độ thẳng cần thiết Với tính ƣu việt đệm khí nhƣ hệ số ma sát nhỏ, mài mòn, trung bình hóa nhấp nhô dƣới bề mặt đệm, tạo độ xác dịch chuyển cao nên đƣợc ứng dụng để tạo đƣờng trƣợt chuẩn cho thiết bị đo MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .10 DANH MỤC CÁC HÌNH 11 CHƢƠNG 1: YÊU CẦU CỦA LUẬN VĂN 14 1.1 Mục đích 14 1.2 Nội dung nghiên cứu 14 1.3 Giới thiệu thiết bị đo độ thẳng ИЗM-10M .14 1.4 Khảo sát thực trạng băng máy ИЗΜ-10M 15 1.5 Xây dựng sơ đồ nguyên lý xe đo độ thẳng 16 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1 Tổng quan phƣơng pháp đo độ thẳng 17 2.1.1 Định nghĩa độ thẳng 17 2.1.2 Các phƣơng pháp tính độ thẳng 18 2.1.3 Một số phƣơng pháp đo độ thẳng .21 2.2 Tổng quan đệm khí 27 2.2.1 Giới thiệu đệm khí 27 2.2.2 Phân loại đệm khí 27 2.2.3 Các ƣu điểm đệm khí 31 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT XE TRƢỢT ĐỆM KHÍ .35 3.1 Nghiên cứu, thiết kế sơ xe trƣợt đệm khí .35 3.2 Các yêu cầu thiết kế đệm khí 36 3.3 Sử dụng phần mềm ansys tính toán đệm khí: 37 3.3.1 Quy trình tính toán .37 3.3.2 Thiết lập mô hình tính toán .38 3.3.3 Chia lƣới .39 3.3.4 Nhập liệu, điều kiện biên 41 3.3.5 Tính toán: 41 3.3.6 Kết tính toán 41 3.3.7 Xây dựng biểu đồ quan hệ kích thƣớc phần tử lƣới bề mặt đệm khí với sống dẫn lực nâng tính toán 43 3.3.8 Xây dựng biểu đồ quan hệ kích thƣớc khe hở z lực nâng đệm khí chịu tải 45 3.4 Gia công chế tạo xe đo, đệm khí lắp đặt 48 3.4.1 Gia công chế tạo xe đo, đệm khí 48 3.4.2 Mài nghiền đệm khí sống trƣợt .49 3.4.3 Lắp đặt xe đo, đệm khí .51 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .53 4.1 Đo độ nhám bề mặt băng máy ИЗΜ-10M trƣớc mài nghiền .53 4.1.1 Điều kiện thực nghiệm .53 4.1.2 Mô tả thực nghiệm đo 53 4.2 Đo độ nhám bề mặt băng máy ИЗΜ-10M sau mài nghiền 57 4.2.1 Điều kiện thực nghiệm .57 4.2.2 Mô tả thực nghiệm đo 57 4.3 Đo độ nhám bề mặt làm việc đệm khí chịu tải 60 4.3.1 Điều kiện thực nghiệm .60 4.3.2 Mô tả thực nghiệm đo 60 4.4 Đo độ nhám bề mặt làm việc đệm khí dẫn hƣớng 65 4.4.1 Điều kiện thực nghiệm .65 4.4.2 Mô tả thực nghiệm đo 65 4.5 Thực nghiệm xác định đặc tính đệm khí 69 4.5.1 Điều kiện thực nghiệm: 69 4.5.2 Mô tả thực nghiệm: 69 4.6.Thực nghiệm đo khe hở z đệm khí chịu tải với bề mặt sống trƣợt 74 4.6.1 Điều kiện thực nghiệm: 74 4.6.2 Mô tả thực nghiệm: 74 4.7.Thực nghiệm đo khe hở z đệm khí dẫn hƣớng với bề mặt sống trƣợt .76 4.7.1 Điều kiện thực nghiệm: 76 4.7.2 Mô tả thực nghiệm: 76 4.8 Thực nghiệm xác định độ ổn định độ thẳng xe đo làm việc .78 4.8.1 Điều kiện thực nghiệm .78 4.8.2 Mô tả thực nghiệm .78 4.8.3 Phƣơng pháp xử lý ảnh 79 4.8.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC 87 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chƣơng 2: Độ nhám trung bình chiều dài chuẩn: Ra Độ nhám trung bình theo mƣời điểm: Rz Khe hở thực bề mặt đệm khí sống trƣợt: zc Độ cao nhấp nhô bề mặt sống trƣợt: Rz1 Độ cao nhấp nhô bề mặt đệm khí: Rz2 Chƣơng 3: Tải trọng: Q Biến thiên tải trọng: Q Khe hở đệm khí sống trƣợt: z Biến thiên khe hở: z Đƣờng kính lỗ tiết lƣu: d1 Đƣờng kính lỗ dẫn khí: D Áp suất ổn định: P0 Áp suất vào: P Chiều rộng rãnh khí: r 10 Chiều sâu rãnh khí: s 11 Lực nâng đệm khí: F 12 Khí trở suất: ρ 13 Chiều dài chảy lỗ tiết lƣu: l 14 Tiết diện chảy: S 15 Khí trở: R Chƣơng 4: Khe hở: z Chiều rộng rãnh: r Chiều sâu rãnh: s Độ nhám trung bình theo mƣời điểm: Rz Độ nhám trung bình chiều dài chuẩn L: Ra Độ nhám trung bình bình phƣơng: Rq Tổng độ nhám sống trƣợt đệm khí: ∑Rz Tải trọng : F Lực tải: Q 10 Đƣờng kính xi lanh: d 11 Áp cấp vào xi lanh: p 12 Độ cứng: k 13 Biến thiên tài trọng: F 14 Biến thiên khe hở: z DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 4.1: Số liệu quan hệ tải - khe hở đệm khí chịu tải áp nguồn 4atm .71 Bảng4.2 Số liệu đo khe hở vị trí đệm khí chịu tải thứ với sống trƣợt .74 Bảng4.3 Số liệu đo khe hở vị trí đệm khí chịu tải thứ hai với sống trƣợt 75 Bảng4.4 Số liệu đo khe hở vị trí đệm khí chịu tải thứ ba với sống trƣợt 75 Bảng4.5 Số liệu đo khe hở vị trí đệm khí chịu tải thứ tƣ với sống trƣợt 75 Bảng4.6 Số liệu đo khe hở vị trí đệm khí dẫn hƣớng thứ với sống trƣợt 76 Bảng4.7 Số liệu đo khe hở vị trí đệm khí dẫn hƣớng thứ hai với sống trƣợt .77 Bảng4.8 Số liệu đo khe hở vị trí đệm khí dẫn hƣớng thứ ba với sống trƣợt .77 Bảng4.9 Số liệu đo khe hở vị trí đệm khí dẫn hƣớng thứ tƣ với sống trƣợt .77 Bảng 4.10 Kết tọa độ điểm ảnh sau xử lý phần mềm .80 Bảng 4.11 Kết sai lệch độ thẳng ngang đƣờng trƣợt .83 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Vũ Toàn Thắng - ĐH Bách khoa Hà Nội 2005 “Chuyên đề luận án tiến sỹ kỹ thuật” [2] Guenther – NXB Exper GmBH 1993 “Cơ sở thiết kế đệm khí” [3] Nguyễn Thị Xuân Bảy & Nguyễn Tiến Thọ - ĐH Bách Khoa Hà Nội 1992 “ Cơ sở kỹ thuật đo chế tạo máy” [4] Ninh Đức Tốn Nhà xuất giáo dục 2004 “Dung sai lắp ghép” [5] Unterberger – NXB Expert 1990 “ Đệm Khí – Tính toán ứng dụng” [6] Vũ Toàn Thắng – Luận án Tiến sỹ khoa học kỹ thuật 2005 “Nghiên cứu phương pháp thiết bị đo toạ độ cực ứng dụng ngành chế tạo khí” [7] Vũ Toàn Thắng Luận văn cao học 1999 “ Nghiên cứu phương pháp đo tọa độ cực để đo thông số hình học chi tiết ngành Cơ khí” [8] Giáo sƣ с.а.шейнберг м.д.шишеев – NXB chế tạo máy, Maxcowva, 1969 “ Ổ trượt bôi trơn khí” [9] Hoàng Bá Chƣ – NXB Khoa học kỹ thuật 2003.”Thuỷ khí động lực ứng dụng” [10] GS.TS Nguyễn Đắc Lộc - NXB khoa học kỹ thuật “ Sổ tay công nghệ chế tạo máy - Tập 1,2,3” [11] GS.TS Trần Văn Địch – NXB Khoa học kỹ thuật “Sổ tay gia công cơ” [12] Nguyễn Văn Mạnh, Nguyễn Ngọc Thắng - Đồ án tốt nghiệp đại học 2013“Thiết kế chế tạo xe trượt đệm khí chạy sống trượt máy đo chiều dài IZM10” [13] Đoàn Đức Uyên - Đồ án tốt nghiệp đại học 2014 “Xây dựng thực nghiệm đo độ thẳng đường trượt máy đo độ thẳng IZM 10M” Tiếng Anh [14] New Way company Air bearing application guide.2003 Website: www.newwayprecision.com “ Air bearing – Application and design guide” 85 [15] Fuzhang Zhao and Clarence A Anderssen Advanced Materials Division, M Cubed Technologies, Inc.Newark, DE 19711 – Jai R.Singh and Craig Emmons – M Cubed Technologies, Inc., Monroe, CT 06468 “ Air bearing design optimization ” 86 PHỤ LỤC Bản vẽ lắp xe trƣợt đệm khí, kí hiệu: XTĐK-00.BL Bản vẽ thân xe trƣợt, kí hiệu: TĐK-01 Bản vẽ thành bên xe trƣợt, kí hiệu: XTĐK-02 Bản vẽ đệm khí lớn tự lựa bi, kí hiệu: XTĐK-03 Bản vẽ đệm khí nhỏ tự lựa lò xo, kí hiệu: XTĐK-04 Bản vẽ đệm khí nhỏ tự lựa bi, kí hiệu: XTĐK-05 Mã Code chƣơng trình xử lý điểm ảnh 87 88 89 90 91 92 93 Code chƣơng trình xử lý điểm ảnh: namespace loadanh { public partial class Form1 : Form { public int [, ] matrix; public int rong, cao; public int[, ] toadoxy; public Form1() { InitializeComponent(); label1.Text = "nhấn nút tải ảnh"; } void loadimege(int t) { Bitmap dulieu; Color only; OpenFileDialog open = new OpenFileDialog(); if (open.ShowDialog() == DialogResult.OK) { dulieu = new Bitmap(open.OpenFile());//"C:/dara//1.jpg" label2.Text = open.FileName; textBox1.Text = open.FileName; //pictureBox1.Image = dulieu; matrix=new int[dulieu.Width, dulieu.Height]; for (int i = 0; i < dulieu.Width; i++) { for (int j = 0; j < dulieu.Height; j++) { only = dulieu.GetPixel(i, matrix[i, j); j] = Convert.ToByte(only.B);// màu xanh } } rong = dulieu.Width; cao = dulieu.Height; } } 94 public int xacdinhgiatritrungbinh(int t) { double trungbinh = 0; int max = 0; int giatri; for (int i = 0; i < rong; i++) { for (int j = 0; j < cao; j++) { trungbinh+= matrix[i, if (matrix[i, j]; j] > max) max = matrix[i, j]; } } giatri =(int)( trungbinh / (rong * cao)); giatri = giatri + (((max - giatri)*15) / 16); return giatri; } public void timgiatritoado(int nguong) { int i, j; int tong; double toadox, toadoy; for (i = 0; i < rong; i++) { for (j = 0; j < cao; j++) { if (matrix[i, j] > nguong) matrix[i, j] = 250; else matrix[i, j] = 0; } } // nhi phan anh for ( i = 1; i < rong-1; i++) { for ( j = 1; j < cao-1; j++) { tong = matrix[i, 1, j] + matrix[i, j] + matrix[i - 1, j - 1] + matrix[i, 95 j + 1]; j] + matrix[i + if (tong < 500) matrix[i, j] = 0; } } // can nhieu toadox = 0; toadoy = 0; tong = 0; for (i = 1; i < rong - 1; i++) { for (j = 1; j < cao - 1; j++) { if (matrix[i, j] == 250) { toadox += i; toadoy += j; tong++; } } } toadox = toadox / tong; toadoy = toadoy / tong; label1.Text = "tọa độ x :" + ((int)toadox).ToString() + " tọa độ y :" + ((int)toadoy).ToString(); } public void loadhet(int t) { Bitmap dulieu; Color only; string filein, xuat; int i, j, k, m; label2.Text = "kakakka"; filein = "D:\\myfile\\a"; toadoxy = new int[10, 2]; for (m = 1; m < 9; m++) { xuat = filein + m.ToString()+".jpg"; dulieu = new Bitmap(xuat);//C:/dara//1.jpg" // Bitmap sed = Bitmap.FromFile(@"D:\\myfile\\a1.jpg"); pictureBox1.Image = dulieu; matrix = new int[dulieu.Width, dulieu.Height]; for ( i = 0; i < dulieu.Width; i++) 96 { for ( j = 0; j < dulieu.Height; j++) { only = dulieu.GetPixel(i, matrix[i, j); j] = Convert.ToByte(only.B);// màu xanh } } rong = dulieu.Width; cao = dulieu.Height; int tong; double toadox, toadoy; int nguong = xacdinhgiatritrungbinh(1); for (i = 0; i < rong; i++) { for (j = 0; j < cao; j++) { if (matrix[i, else matrix[i, j] > nguong) matrix[i, j] = 250; j] = 0; } } // nhi phan anh for (i = 1; i < rong - 1; i++) { for (j = 1; j < cao - 1; j++) { tong = matrix[i, matrix[i + 1, j] + matrix[i, j] + matrix[i j - 1] + matrix[i, if (tong < 500) matrix[i, } } // can nhieu toadox = 0; toadoy = 0; tong = 0; for (i = 1; i < rong - 1; i++) { for (j = 1; j < cao - 1; j++) { 97 j + 1]; j] = 0; - 1, j] + if (matrix[i, j] == 250) { toadox += i; toadoy += j; tong++; } } } toadox = toadox / tong; toadoy = toadoy / tong; toadoxy[m, 0] =(int) toadox; toadoxy[m, 1] = (int)toadoy; textBox1.Text += ("vx"+((int)toadox).ToString() +"kl"+ ((int)toadoy).ToString()); } } public void hinhanh() { int i, j, m; Bitmap asu = new Bitmap(rong, cao); pictureBox1.Image = null; for (i = 0; i < rong; i++) { for (j = 0; j < cao; j++) { matrix[i, j] = 0;// màu xanh asu.SetPixel(i, j, Color.FromArgb(0, 0, 0)); } } for (i = 0; i < rong; i++) { for (j = 0; j < cao; j++) { for (m = 0; m < 8; m++) { if(((toadoxy[m, 0]+3)>i)&&((toadoxy[m, 0]- 3)j)&&((toadoxy[m, 1]-3)