Thiết kế bộ nguồn của máy đo khí nén

hống xoay quanh oy, ox. Khi ta cho chi tiết quay một vòng thì thu được độ đảo hướng kính của đĩa Rô to.Nếu vành đĩa trùng với tâm quay thì khoảng cách mép vành đĩa đến miệng thổi (đầu đo ) là không đổi nên trên cột chỉ thị ta nhận được áp h = const , cột nước đứng im . Nếu khoảng cách trên thay đổi nghĩa là vành đĩa không trùng tâm quay thì ta nhận được các giá trị h khác nhau , độ đảo hướng kính được tính bằng công thức sau : Trong đó : : Độ đảo hướng kính của đĩa . +: Độ cao cột áp lớn nhất của đĩa . +: Độ cao cột áp nhỏ nhất của đĩa . + i : Tỷ số truyền của máy đo. *ưu điểm: - Chuẩn kiểm tra trùng với chuẩn làm việc nên thông số kiểm tra phản ánh chính xác tình trạng làm việc.Vì thế khi công tơ hoạt động ta phát hiện những dạng sai hỏng thì có thể kết luận rằng sai hỏng không phải do độ đảo hướng kính và mặt đầu không đạt yêu cầu . - Lực đo do khí phun ra từ đầu đo rất nhỏ không phát hiện được khi đo bằng cân điện tử có độ nhậy 1g. - Ta kiểm tra ỏ trạng thái làm việc thực lên đã làm giảm được sai số lẫn do chuẩn không đồng nhất. *Nhược điểm: - Máy đo cồng kềnh do cột nước còn cao . - Miền đo hẹp từ 100mm H20 – 400 mm H20 . - Hiển thị bằng cột nước dẫn đến khi đọc kết quả đo không chính xác do mặt thoáng chất lỏng có lực căng mặt ngoài làm thành ống thuỷ tinh có chiều cao hơn tại tâm mặt thoáng . 3.2.2. Phương pháp kiểm tra độ đảo mặt đầu dùng đầu đo khí nén. - Chi tiết đo được định vị trên hai ổ, ổ côn và ổ kim. Trong đó ổ côn định vị ba bậc tự do tịnh tiến theo ox, oy, oz, còn ổ kim định vị hai bậc tự do chống xoay quanh ox, oy. Khi xoay chi tiết một vòng ta được độ đảo hướng trục. Đầu đo được đặt ở trên bề mặt đĩa ở vị trí Rmax là vị trí mà ta đo đựơc độ đảo mặt đầu lớn nhất . Trong đó : ∆đ: Độ đảo hướng trục. hmax: Độ cao cột áp lớn nhất. hmin: Độ cao cột áp nhỏ nhất. i : tỷ số truyền của thiết bị đo. - Để đảm bảo gá đặt đúng như điều kiện làm việc thực , trong gá này em sử dụng chính khung công tơ trên đó sẽ lắp cụm Rôto để gá chi tiết đo . Đặt cả khung công đã lắp cụm Rô to lên bàn gá đo mang đầu đo khí nén để đo độ đảo mặt đầu. Sai số lẫn của sơ đồ đo là lẫn khe hở của mối lắp giữa ổ kim và trục vít, do đó để giảm sai số thì ta phải dùng mối lắp có khe hở bằng không. Do đo bằng khí nén dùng đầu đo không tiếp xúc nên áp lực đo coi như không có nên không lẫn sai số do áp lực đo gây ra. . Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lí của gá đo độ đảo mặt đầu . *Kết luận : qua tìm hiểu quá trình sản xuất và kiểm tra đồng hồ đo điện một pha em nhận thấy : + Quá trình kiểm tra đĩa Rôto là qui trình kiểm tra kết hợp với sửa chữa ngay trên đồ gá kiểm tra . ưu điểm là đồ gá kiểm tra đơn giản , dễ chế tạo và dễ sử dụng .Tuy nhiên đồ gá kiểm tra đã mắc phải những sai số do chuẩn kiểm tra không trùng với chuẩn làm việc dẫn đến những đĩa Rôto theo kiểm tra đã đạt yêu cầu những khi lắp vào khung công tơ hoạt động thử thì không đạt yêu cầu gây rất nhiều công sức do phải tìm nguyên nhân của hỏng hóc và tháo lắp tốn thời gian và mất năng suất . Vì thế em đã tìm hiểu nguyên nhân và xin đưa ra một số phương án kiểm tra để giải quyết vấn đề tồn tại . Em chọn sử dụng phương pháp đo bằng khí nén đã giải quyết căn bản vấn đề của công ty . Đó là chuẩn kiểm tra trùng với chuẩn làm việc nên thông số kiểm tra được phản ánh đúng tình trạng làm việc thực .Máy đo khí nén giá thành phù hợp với điều kiện công ty . Chương 2:tổng quan về máy đo khí nén. 1. Trình bày nguyên lý hoạt động của chuyển đổi khí nén. *Nguyên lí hoạt động : - Thiết bị đo khí nén dựa trên nguyên tắc chuyển đổi những tín hiệu ở đầu đo là sự thay đổi kích thước của đối tượng cần khảo sát thành sự thay đổi áp suất của khí nén biểu thị trên dụng cụ chỉ thị . P1 P2 Nếu trên dòng chảy của chất khí chịu nén ta đặt một cản trở F thì áp suất trước và sau của trở sẽ khác nhau. - Hàm lưu lượng dòng khí chảy qua lỗ nhỏ: và tức là ở chế độ sau tới hạn - Trong điều kiện thuận lợi nhất của dòng chảy : chảy tầng , chảy đoạn nhiệt ... Thì : chế độ chảy tầng tới hạn. đây cũng như thuỷ khí động học các phương trình được thiết lập khi đã được quán triệt định lý dòng chảy liên tục. Nghĩa là lưu lượng dòng chảy không thay đổi qua mỗi thiết diện: V1 V2 F1 F2 F1, F2: diện tích thiết diện ở vị trí 1, 2 V1, V2 : vận tốc dòng chảy 1, 2 - Bây giờ trên dòng chảy từ nguồn ổn áp có áp suất dư (Pa là áp suất khí trời) chảy ra thiết diện thông với khí trời. Ta đặt các cản trở d1, d2 có các diện tích là F1, F 2 . . Phần không gian gới hạn F1, F2 gọi là buồng đo áp suất l1 trong buồng đo sẽ phụ thuộc vào thông số H, F1, F2 V1 l1 d1 F2 F2 d2 H: là nguồn trước cản trở d1 H1 > H để máy làm việc ổn định chọn H = 800 mm H: áp đo Có chi tiết: z = 0 ị h =H Không có chi tiết: z = Ơ ị h= 0 Ta thấy h= f(z) (H, d1,d2) 2. Phương trình đặc tính của chuyển đổi đầu đo khí nén Khi có một dòng khí chuyển động trong ống với áp suất P1 ta đặt 1 cản trở có diện tích là F1 thì sau cản trở có áp suất là P2. ở đây P1<P2 và V1<V2 trong đó: V1: vận tốc dòng khí trước khi cản trở 1 V2: vận tốc dòng khí sau khi cản trở Để có thể đo được thì sau cản trở 1 ta đặt cản trở 2 có diện tích là F2 Lúc này ta thấy: P2 không những phụ thuộc vào F1, P1 và cả F2 P2= f(F1,F2,P1) Gọi P1=H+ Pa P2= h+pa Trong đó: H: áp nguồn h: áp đo Pa: áp trời Vậy P2 =f(H,F1,F2) Đến đây ta thấy về nguyên tắc có thể tạo được hai loại chuyển đổi khí nén. * Chuyển đổi loại I: Giữ nguyên H và d1 ta có Mà Như vậy ta có chuyển đổi đo lỗ nhỏ * Chuyển đổi loại II: Nếu giữ nguyên H, d1 và d2 thì Ta có chuyển đổi đo kích thước thẳng. *Lập phương trình đặc tính của chuyển đổi: Gọi d1: đường kính đầu phun vào d2: đường kính đầu phun đo mà h =f(H,F1,F2) Dùng phương pháp khí điện tương đương ta coi dòng qua F (cản trở 1) là R1 và qua F2 (cản trở 2) là R2 ta có: (II-1) Từ phương trình đoạn nhiệt ta có: (II-2) ở đây: a: hệ số phụ thuộc vào áp suất trước và sau cản trở nếu coi dòng khí chảy trước giới hạn và trong điều kiện đoạn nhiệt thì: a=1 Suy ra và Công thức (II-2) được viết thành: (II-3) - Đối với chuyển đổi đo lỗ nhỏ: , thì (II-4) - Đối với chuyển đổi loại 2: , ở đây z là khe hở giữa đầu phun đo với chi tiết ta có: nếu đặt thì (II-5) đặt ta có phương trình tổng quát cho cả 2 loại chuyển đổi: (II-6) trong đó đối với chuyển đổi loại I a2z2= X2 đối với chuyển đổi loại II - Từ phương trình tổng quát (II-7) ta vẽ được đường đặc tính của chuyển đổi khí nén Nhìn dạng đường cong đặc tính ta thấy ngay nó có điểm uốn tại K và đoạn xung quanh K được coi là đoạn tuyến tính. Người ta chọn K làm điểm tham khảo để xác định đoạn làm việc của hệ. Mục đích chọn đoạn làm việc xung quanh K để cho sai số phi tuyến tính là nhỏ nhất. Hình 2.1 Đường đặc tính của chuyển đổi khí nén. Muốn tìm điểm uốn ta đạo hàm bậc 2 phương trình tổng quát (II-5)và cho bằng D Ta có: Tại điểm uốn K có Nên có: Thay vào phương trình (II-5) ta có: Vậy Tỉ số truyền của dụng cụ là Tại điểm uốn tỉ số truyền sẽ là: Thay thì: * Miền làm việc của chuyển đổi. Tại điểm uốn của đường đặc tính ta có đường thẳng tiếp tuyến, có phương trình: - Với chuyển đổi loại I: (II-7) -Với chuyển đổi loại II: (II-8) Nhận xét thấy khi càng đi xa về 2 phía của điểm uốn thì đường cong càng tách xa đường thẳng tiếp tuyến Cho rằng tồn tại một khoảng 2(X- X*) đối xứng qua X* thì sai số phi tuyến phạm phải sẽ là ở đây d% xác định tuỳ theo yêu cầu độ chính xác khi kiểm tra. Nếu cho dÊ1% thì ta tính được: X1=0,4 X*=0,6 X2=0,8 Vì vậy ta thấy nếu X1 Ê X Ê X2 thì coi như đặc tuyến là thẳng và ta phạm phải sai số phi tuyến Ê 1% Do lẽ đó ta có phạm vi đo (miền làm việc) của chuyển đổi: Đo lỗ nhỏ: Chuyển đổi đo kích thước thẳng: Xmin=az1=0,4ị Zmin=Z1= Xmax=az2=0,8ị Zmax=Z2= 3. Thiết bị đo khí nén dùng áp kế nước. -Các bộ phận chủ yếu của thiết bị đo bao gồm:Bộ nguồn , bộ lọc , bộ ổn áp , bộ chỉ thị đọc số , bộ đầu đo. Máy nén khí. Van điều tiết. ổn áp màng . Bộ lọc. Đồng hồ đo áp . ổn áp nước . Nhánh chỉ thị . Đầu phun d1. Buồng đo. Đầu đo d2. Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lí của máy đo khí nén. *Kết luận : Máy đo khí nén dựa trên nguyên tắc chuyển đổi những tín hiệu ở đầu đo là sự thay đổi kích thước của đối tượng cần khảo sát thành sự thay đổi áp suất của khí nén biểu thị trên dụng cụ chỉ thị .Từ đó khảo sát phương trình đặc tính của chuyển đổi ta tính được tỉ số truyền và miền làm việc theo lí thuyết của máy đo khí nén. Qua đó là cơ sở cho việc tính toán cụ thể d1 , d2 phù hợp với yêu cầu đo cụ thể tại nhà máy . Một trong những nhiệm vụ của em trong đề tài tốt nghiệp là thiết kế bộ nguồn của máy đo khí nén để cung cấp một áp làm việc đạt yêu cầu cho máy đo khí nén. Chương 3: Thiết kế bộ nguồn của máy đo khí nén. 1. Giới thiệu chung về thiết bị của máy đo khí nén -Các chi tiết của bộ nguồn : - Máy nén khí (nguồn khí áp ) : cung cấp khí nén ( áp suất ) yêu cầu để hệ làm việc . Tại nhà máy đo điện Hà Nội (EMIC) nguồn khí áp P max =7 at . - Van điều tiết : điều chỉnh nguồn khí áp để cung cấp áp suất hợp lý yêu cầu , có thể coi van điều tiết là bộ phận điều chỉnh khí áp thô . - ổn áp Màng : là loại ổn áp dạng màng tâm cứng , nhiệm vụ cung cấp áp làm việc cho hệ đo . - Tụ lọc: làm sạch và ấm khí áp trước khi vào buồng đo. - Đồng hồ đo áp: kiểm tra áp làm việc có đạt yêu cầu không trước khi vào buồng đo. - Bộ chỉ thị : áp kế hoặc lưu lượng kế tuỳ theo phương pháp đo .Trong nhiệm vụ tốt nghiệp em sử dụng bộ chỉ thị áp kế nước là hệ đo áp thấp . - Bộ đầu đo : tuỳ theo mục đích sử dụng để xác định thông số cần đo . -Trong điều kiện hiện tại , các chi tiết : Máy nén khí , Van điều tiết , Tụ lọc , Đồng hồ đo áp . đã có sẵn ở công ty . Nhiệm vụ của em là thiết kế ổn áp dạng màng để đưa một áp làm việc ổn định , thấp cung cấp cho buồng đo. 2. Sơ đồ nguyên lý ổn áp màng – lò xo. - Định nghĩa : Đây là một loại ổn áp dạng màng . Khí nén từ máy nén khí là áp cao khi qua ổn áp màng sẽ đựoc làm hạ áp và ổn định để đưa vào buồng đo . Cửa Van. Màng. Lò xo điều chỉnh. Vít điều chỉnh. Lò xo đóng cửa van . Cửa xả . Sơ đồ nguyên lí của bộ lọc ổn áp. Hình3.1 Sơ đồ nguyên lí của ổn áp dạng màng . Từ máy nén khí không khí được nén với áp suất từ (2á10) at tuỳ theo yêu cầu của hệ, sau khi nén không khí qua van điều chỉnh đến ổn áp màng, lúc này không khí có áp suất từ (2á10) at được hạ xuống còn (0,1á0,12) at tuỳ theo yêu cầu với áp này đã ổn định. Đến đây tuy không khí đã có áp ổn định nhưng để khử ảnh hưởng của máy và ổn áp màng ta đưa không khí qua tụ lọc đồng thời tụ sẽ lọc sạch không khí và sấy ấm không khí nén trở lại với nhiệt độ trời, không khí từ đây được đưa đi các trạm đo và phòng đo để làm việc. Trong hệ thống này chúng ta cần quan tâm đến ổn áp màng. Vai trò của nó là giảm và ổn được áp suất không khí từ (2á10) at xuống còn (0,1á0,12) at. Tuy nhiên do đặc tính của ổn áp là quán tính lớn, thay đổi đột ngột và rung nên nó được ổn áp thô hoặc yêu cầu áp ổn định không cần có độ chính xác cao nên cần mắc nối tiếp các ổn áp. 2.1 Nguyên lý làm việc. - Khi chưa có áp suất nguồn vào cửa van ở vị trí thấp nhất (khe hở z lớn nhất) Khi có áp suất vào buồng A, không khí qua cửa van (1) vào buồng B, tạo thành áp lực tác dụng lên màng (2) làm màng đi lên, cùng với sự đi lên của màng, cửa (1) của van đóng bớt lại. Khi lực lò xo điều chỉnh (3)cân bằng với áp lực của màng thì cửa van ở vị trí nhất định, lúc đó ta có áp suất ra ổn định theo yêu cầu là P2. Muốn thay đổi áp suất ra P2 ta vặn vít (4) để thay đổi lực lò xo. Ví dụ: Ta muốn tăng áp suất ra, vặn vít (4) theo chiều kim đồng hồ, lò xo (2) nén lại, cửa van (1) mở rộng thêm, không khí vào buồng B nhiều hơn, tạo thành áp lực mới. Khi ta sử dụng với lưu lượng bé áp suất trong buồng B tăng, màng được nâng lên cao hơn trước, cửa van đóng bớt lại, giảm không khí vào buồng B, đồng thời với sự đi lên của cửa (1) thì cửa (6) mở rộng ra, không khí qua (6) nhiều hơn, giảm bớt áp suất trong buồng A. Khi ta sử dụng nhiều nhánh đo, lưu lượng tăng, áp suất trong B giảm, lò xo đẩy màng đi xuống, cửa (1) mở rộng thêm đến khi có sự cân bằng mới thì dừng lại, không khí vào buồng B nhiều hơn cho đến khi đạt được áp suất ra P2 là ổn định, cứ như vậy sự đóng mở của van với sự lên xuống của màng luôn luôn đảm bảo cho áp suất ra P2 là xác định. Khi áp nguồn tăng thì van (1) đi lên đóng bớt cửa trên đồng thời mở rộng cửa dưới xả nhiều hơn. 2.2 Tính toán ổn áp . - ổn áp màng gồm 3 phần tử đàn hồi mắc nối tiếp với nhau : lò xo điều chỉnh , màng đàn hồi và lò xo đóng cửa van . Từ hình 3.1 ta có phương trình cân bằng của ổn áp như sau: ( I-1) - Trong đó: P: lực của lò xo điều chỉnh (KG) khi cửa van đóng hoàn toàn. P2: áp lực làm việc của ổn áp (KG/ cm2) P1: áp suất nguồn (KG/ cm2) d: đường kính cửa van (cm) D: đường kính làm việc của màng P’: lực lò xo đẩy cửa van khi van đóng hoàn toàn. Nếu ký hiệu j và j’ là độ cứng của các lò xo nói trên : độ mở của van Khi lực lò xo có thêm các gia số DP và DP’ ta có công thức: (I-2) nếu hành trình nắp van là , lưu lượng tiêu hao là Q thì: Q= F.v (I-3) Trong đó: v: tốc độ chảy của không khí qua cửa van bằng const. F: diện tích vành khăn tiết diện chảy tại cửa van. F=pd (I-4) Thay (4) vào (3) ta có: đ (I-5) đem (5) thay vào (2) ta có: (I-6) thay (I-6) vào (I-1)ta có: (I-7) từ (I-7) ta có nhận xét: nếu các tham số khác không đổi thì sự biến động của Q và P1 sẽ gây ra sự biến động của áp suất ra P2. Để đạt được mục đích áp suất ra P2 ổn định thì cần phải giảm hoặc loại bỏ ảnh hưởng của áp suất vào P1 và lưu lượng Q lên P2. Ta có thể phân tích ảnh hưởng của Q và P1 lên P2 từ các số hạng vế bên phải của công thức (7) Số hạng thứ nhất : là một hằng số Số hạng thứ hai chứa Q: ở đây v= const + D và d đã cho. Vì vậy ta thấy nếu tăng và thì ảnh hưởng của sự thay đổi Q lên P2 sẽ tăng lên. Do đó ta mong muốn và tiến tới 0, thực tế không có loại lò xo nào mà độ cứng lại bằng D nhưng cũng có thể nghĩ rằng dùng vật nặng để thay thế tác dụng của lò xo điều chỉnh thì có thể hoàn toàn khử được ảnh hưởng của Q đến P2. Số hạng thứ 3: Nếu giảm d thì có thể giảm được ảnh hưởng của P1 đến P2 Khi ổn áp làm việc bình thường thì: Phương trình dòng khí chảy qua lỗ nhỏ: và tức là ở chế độ sau tới hạn ,vì vậy Q không phát huy ảnh hưởng, P1 biến động rất lớn (3á6) KG/ cm2 vì vậy cần nghĩ cách làm giảm ảnh hưởng của P1 đến P2. Với mục đích đó ta làm cho đáy của nắp van thông với khí trời làm cho như vậy P2 không chịu ảnh hưởng của P1, với lẽ trên ổn áp lý tưởng sẽ dùng vật nặng thay thế lò xo và đáy van thông tới khí trời. Tuy nhiên khi dùng vật nặng thay thế lò xo thì thể tích của ổn áp sẽ lớn hơn rất nhiều nên ta vẫn dùng lò xo nhưng độ cứng của lò xo càng bé càng tốt. Từ phương trình cân bằng (I-8) Qua chỉnh lý và biến đổi ta có: (I-9) vì vậy ta đã khử được ảnh hưởng của nhân tố lớn nhất P1 đến P2. 2.3 Tính toán cụ thể. Từ yêu cầu của nguồn ổn định là: 1.Khả năng làm việc lớn nhất cuả ổn áp (KG/ cm2) 2.Độ hạ áp lớn nhất của áp suất làm việc (KG/ cm2) 3.Phạm vi điều chỉnh của ổn áp (KG/ cm2) 4.Tính ổn định của áp suất làm việc (KG/ cm2) 5.Độ nhạy yêu cầu của việc điều chỉnh áp suất làm việc (KG/ cm2) Để đạt được các yêu cầu trên ta lần lượt xác định các thông số: 2.3.1 Xác định kích thước cửa van Từ công thức (I-10) Trong đó: d: đường kính cửa van Q: khả năng làm việc của ổn áp VKp: tỉ dụng của không khí chảy qua cửa van tại điều kiện tới hạn (m3/ KG) Wkp: tốc độ tới hạn của chất khí (m/s) m: hệ số của chất khí chảy qua lỗ hình tròn (m=0,6á0,7) Tốc độ chảy tới hạn của không khí tính theo công thức: (I-11) trong đó: PKp: áp suất tới hạn (KG/ cm2) (I-12) P2: áp suất làm việc của ổn áp (KG/ cm2) Công thức xác định tỉ dụng chảy của không khí qua cửa van ở điều kiện tiêu chuẩn (tới hạn) (I-13) trong đó: V0: tỉ dung của không khí ở 200C (m3/ KG) Giả thiết: P2= 1 KG/ cm2 thì trong đó: j là mật độ thay vào (I-13) ta có: đem VKp thay vào (I-11) ta có: Khả năng ổn áp lấy bằng 7 KG/h m=0,65. Thay các số hiệu vào công thức (I-10) ta có: ằ2mm Để phù hợp với kết cấu ta chọn d = 9 mm. Hình 3. 2 Bộ phận cửa van của ổn áp màng. 2.3.2 Tính toán thiết kế lò xo đóng cửa van và các bộ phận. Lò xo đóng cửa van của ổn áp có tác dụng đậy kín cửa van, vì vậy khi lò xo điều chỉnh hoàn toàn lỏng thì cửa van phải được đậy kín. * Lực lò xo đậy kín cửa van được tính theo công thức: (I-14) Nói chung: vì vậy ta bỏ qua P1F1 nên Trong đó: F3: diện tích hình vành khăn giữa van và thân van (cm2) s3: áp lực trên 1 đơn vị diện tích có ích giữa thân van và cửa van khi van đóng (KG/ cm2).Dùng cao su mền làm đế thân van có thể chọn s3=10(KG/ cm2). P1: áp suất nguồn (KG/ cm2). F1: diện tích cửa van chịu áp suất P1 (cm2) Theo hình vẽ ta có: d2=9 mm d=7 mm thay vào (I-14) *.Cơ sở lý thuyết. Lực dọc trục P tác dụng lên tiết diện ngang của lò xo xoắn trụ làm xuất hiện hai biến dạng chính: biến dạng xoắn và biến dạng mặt cắt. Dưới tác dụng của lực dọc trục P, lò xo xoắn trụ tạo nên mô men ngoại lực M=P.R ở đây,R- bán kính vòng lò xo. Đại lượng biến dạng tương đối của sự dịch chuyển bề mặt của lò xo sẽ bằng: + ở đây: - góc xoắn của một đơn vị độ dài của dây lò xo. d-đường kính của dây lò xo. ứng suất tiếp tuyến lớn nhất trên bề mặt lò xo theo định luật Húc cho trường hợp xoắn sẽ bằng: + ở đây: G- mô đun đàn hồi Mô men nội lực được xác định: ở đây;-mômen cực quán tính của tiết diện dây lò xo. Trong lò xo, mômen nội lực và mômen ngoại lực thường phải cân bằng nhau: do đó ở đây: Thay giá trị vào công thức tính ứng suất, ta có ứng suất xoắn của vòng lò xo: Như vậy, tải trọng hay lực tối đa cho phép tác dụng lên lò xo sẽ là Nếu lực P phân bố đều theo tiết diện ngang của dây ló xo thì ứng suất cắt sẽ được xác định: Trên mặt phía trong của vòng lò xo thường xảy ra ứng suất xoắn và ứng suất cắt do đó ứng suất tiếp tuyến của các vòng lò xo sẽ là: Nếu ứng suất xoắn ở mặt phía trong của vòng lò xo lớn khi bán kính của vòng lò xo nhỏ thì ứng suất tiếp tuyến sẽ bằng: ở đây: là giá trị chỉ số của lò xo. * Thông số hình học: Khảo sát một phần tử lò xo xoắn trụ với độ dài dl giới hạn bởi hai tiết diện rất gần nhau mn và m’n’. Góc quay của tiết diện m’n’ so với tiết diện mn sẽ bằng: Do đó phần tử của vòng lò xo xoắn đi một góc khi đó phần dưới của lò xo quay một góc xác định so với tâm O của tiết diện phần tử vòng lò xo.Lực P kéo đàu phía dưới lò xo dịch theo dọc trục của nó một đoạn df=BB’, ta có: ; mà,do đó Khi đó Để xác định độ biến dạng toàn phần của lò xo dưới tác dụng của lực P cần lấy tổng của tất cả các phần tử biến dạng df của các phần tử độ dài dl theo toàn b. Chiều dài của lò xo: ở đây n là số vòng làm việc của lò xo. Từ công thức này có thể xác định số vòng của lò xo: Thay giá trị Pmax vào công thức tính f ở trên ta nhận được công thức tính độ biến dạng fmax cho phép: * Xác định kích thước của lò xo: theo công thức: (I-16) trong đó: d: đường kính dây lò xo (mm) n: số vòng làm việc của lò xo f: biến dạng của lò xo khi có phụ tải P’ D: đường kính trun bình của vòng lò xo P’: phụ tải G: mô đun trượt của vật liệu Tra bảng G=8,300 KG/cm2 Theo kết cấu của ổn áp chọn trước các kích thước sau đây: D= 100 mm n = 5 vòng f = 6mm P’ = 7KG Thay vào (I-16) ta có: mm chiều dài bước của lò xo: Hình 3. 3 Bộ phận lò xo đóng cửa van . 2.3.4 Tính kích thước của màng. Từ phương trình đặc tính và áp lực cho phép, ta xác định được độ võng cho phép ở tâm màng. Độ võng ở tâm màng được xác định theo công thức: ở đây - hệ số phụ thuộc vào thông số R- bán kính làm việc của màng r0- bán kính tấm đệm cứng ứng suất pháp tuyến ở các điểm trên bề mặt ở bên ngoài và bên trong đường bao: ở đây ứng suất tiếp tuyến ở các điểm đó được xác định bằng công thức -Diện tích có hiệu quả của màng được tính theo công thức kinh nghiệm: (I-17) trong đó: D1: đường kính màng D2: đường kính miếng ép D1 được tính theo công thức kinh nghiệm: ở đây d: đường kính lỗ đế van (cm) diện tích màng thường chọn: vì d đã chọn 0,7 cm nên và tính lại Vật liệu của màng có ảnh hưởng rất lớn đến tính ổn định của áp suất vì vậy nên dùng các loại vải cao su, cao su chịu dầu, chịu kiềm chon độ dày h=(1á1,5) mm . Hình 3.4 Bộ phận màng của ổn áp màng 2.3.5 Tính toán thiết kế lò xo điều chỉnh. Tính lực lò xo điều chỉnh: Xác định lực của lò xo điều chỉnh từ phương trình cân bằng lực: (I-18) Trong đó P2: áp lực làm việc của ổn áp (KG) P’: lực lò xo đẩy cửa van(KG) F’: diện tích làm việc có hiệu quả của màng (cm2) F1: diện tích làm việc của lỗ thân van (cm2+) Thay các số hiệu đã biết vào (I-18) ta có: Xác định kích thước của lò xo: Cũng làm tương tự như lò xo đậy cửa van ta có: n = 8 vòng D=26 mm F=22mm chiều dài của lò xo: bước của lò xo: Hình 3.5 Bộ phận lò xo điều chỉnh. Qua những tính toán trên ta đi đến quyết định những thông số cơ bản của ổn áp màng là: Đường kính của màng 50 mm Đường kính van 9 mm Độ cứng của lò xo điều chỉnh 1,6 KG/ mm Độ cứng của lò xo đậy cửa van 1,2 KG/ mm Mối lắp giữa trục với thân van là mối lắp lỏng . Ngoài ra , ổn áp màng còn có những bộ phận : Thân van , cửa xả áp và vít điều chỉnh. Những bộ phận này được chế tạo phù hợp với kết cấu đã tính toán . Chương 4: Thiết kế đồ gá. *Đồ gá đo gồm các bộ phận : - Đầu đo : để nhận tín hiệu đo từ chi tiết đo đến bộ chỉ thị. - Gá đo : kết cấu để gá đầu đo và gá chi tiết đo ở vị trí xác định. 1. Thiết kế đầu đo. 1.1. Tính toán kích thước đầu phun vào d1 và đầu phun đo d2. . *Cơ sở lý thuyết: Hình 4.1 Sơ đồ các mạch đo của máy đo khí nén . + Các dạng mạch đo cơ bản của thiết bị đo khí nén : -Sơ đồ 1 : Dạng mạch đơn một nhánh chảy thường được dùng để thiết kế chuyển đổi đo ngoài , có tác dụng như các dụng cụ đo ngoài thông dụng khác, ngoài ra mạch này còn dùng cho các đầu đo để đo sai số hình dáng và sai số vị trí . -Sơ đồ 2 : Mạch có hai nhánh chảy song song bằng nhau , khe hở z chia đều cho hai bên . Mạch này dùng cho các thiết bị đo lỗ hoặc đo các băng mỏng , các hàm đo . -Sơ đồ 3 : Mạch có hai nhánh chảy song song một chính một phụ .Khe hở cho một miệng phun cố định có tác dụng như một chuẩn để tham khảo còn khe hở z dồn cho miệng phun còn lại . Mạch này dùng cho các đầu đo lỗ đo ở thế đứng , đo ngoài hoặc mạch đo có điều chỉnh tỷ số truyền . -Sơ đồ 4 : Mạch có n nhánh chảy song song bằng nhau . Để đo kich thước trung bình của lỗ . Ưu điểm của mạch này là miền đo rộng , nên mạch này dùng đo lỗ có miền dung sai lớn yêu cầu độ chính xác không cao . + Bảng chỉ tiêu đo lường cho các mạch đo khác nhau : PTtính mạch Chỉ tiêu đo lường 1 2 3 4 h= h= h= h= i* -0,65Ha -0,65Ha -0,65Ha -0,65Ha z* 0,6 0,6 0,6 0,6 z1 0,4. 0,4 0,4 0,6 z2 0,8 0,8 0,8 0,8 h* 0,75Ha 0,53Ha 0,75H. 0,75H. Qua tìm hiểu , nghiên cứu và đánh giá các sơ đồ đo em nhận thấy để đo các thông số như độ đảo mặt đầu và độ đảo hướng kính của Rô to đồng hồ đo điện 1 pha ta cần sử dụng đầu đo 1 miệng thổi là mạch đo dạng mạch đơn một nhánh chảy . Hình 4.2 Sơ đồ đồ gá đo cụm đĩa Rô to. Như vậy ta cần đi tính toán đầu đo 1 miệng thổi để ứng dụng đo các thông số độ đảo này : áp dụng phương trình khí diện trở tương đương ta có: Trong đó: F: là diện tích tiết diện chảy có khe hở z biến thiên Thay vào ta có: Còn trở F1: là diện tích tiết diện chảy có khe hở z biến thiên Do đó Thay các giá trị R , R1 vào ta có : Nếu đặt ta được : Đạo hàm theo z ta được: Đạo hàm bậc hai ta có: Để tìm điểm uốn ta cho đạo hàm bậc hai bằng không ta có phương trình: như vậy tỷ số truyền lớn nhất ( tỷ số truyền tại điểm uốn) là: * Nhận xét: - Với cùng một điều kiện d1, d2, H thì tỷ số truyền i của trường hợp hai miệng thổi sẽ giảm đi so với trường hợp một miệng thổi: + Trong trường hợp 1 tỷ số truyền giảm đi lần. + Trong trường hợp 2 tỷ số truyền giảm đi lần. - Với cùng một điều kiện d1, d2, H thì miền làm việc tuyến tính trong trường hợp 2 miệng thổi sẽ tăng lên: + Trong trường hợp 1 miền làm việc tuyến tính tăng lên lần. + Trong trường hợp 2 miền làm việc tuyến tính tăng lên lần. - Ta có thể xem mạch nhánh chảy phụ z0 ( trường hợp 1) là một phương pháp điều chỉnh tỷ số truyền vô cấp nếu z0 là một cơ cấu điều chỉnh được - Trong trường hợp 2 khoảng cách tối thiểu miệng phun đo đến bề mặt chi tiết là , khoảng cách này không ảnh hưởng đến tỷ số truyền. - Trong trường hợp 1 lượng hạ miệng z0 sẽ ảnh hưởng đến tỷ số truyền. Ta có: Do z0 có ảnh hưởng đến tỷ số truyền lên việc điều chỉnh khoảng z0 yêu cầu chính xác cao. Lượng hạ miệng tối ưu để đảm bảo đầu đo không làm việc tại khoảng phi tuyến, lại vừa đảm bảo không lấn vào đoạn tuyến tính khi : Hay n= 1,19 Nếu n > 1,19 thì miền làm việc tuyến tính của đầu đo bị cắt bỏ mất một đoạn Nếu n > 1,19 thì khi đo những kích thước lân cận z0 sẽ được chỉ thị h nằm trong vùng phi tuyến. * .Tính toán kích thước đầu phun vào d1 và đầu phun đo d2 Ta dùng đầu đo 1 miệng thổi để kiểm tra các thông số về độ đảo mặt đầu và độ đảo