• Không có kết quả nào được tìm thấy

Giải bài toán chuỗi kích thước theo phương pháp xác suất

Chương 7: Giải chuỗi kích thước

7.4. Giải bài toán chuỗi kích thước theo phương pháp đổi lẫn chức năng không

7.4.1. Giải bài toán chuỗi kích thước theo phương pháp xác suất

Khi giải bài toán chuỗi kích thước theo phương pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn, ta đã giả thiết: Khâu khép kín AΣ có giá trị lớn nhất (AΣmax) khi đồng thời các khâu thành phần tăng có giá trị lớn nhất (

= m

1 j

max

Aj ) còn các khâu thành phần giảm có giá trị nhỏ nhất (

= P

1 j

min

Aj ) xem công thức (7-3), và ngược lại xem công thức (7-4). Điều giả thiết đó có thể xảy ra, nhưng ở chương 2 đã chứng minh rằng chi tiết có kích thước ở giá trị lớn nhất và bé nhất có xác suất rất bé (tính chất của đường cong phân bố chuẩn), cho nên sự kết hợp của tất cả các giá trị lớn nhất và bé nhất cùng một lúc như giả thiết lại càng có xác suất rất bé và trong kỹ thuật có thể bỏ qua được. Và nếu bỏ qua các giá trị khâu khép kín có xác suất bé thì với kích thước và dung sai cho trước của các khâu thành phần Ai, khâu khép kín AΣ sẽ có một giá trị cực đại nhỏ hơn giá trị lớn nhất AΣmax tính theo công thức (7-3) và giá trị cực tiểu lớn hơn giá trị bé nhất AΣmin tính theo công thức (7-4). Giải bài toán chuỗi theo phương pháp xác suất sẽ cho chúng ta biết cụ thể giá trị cực đại và cực tiểu đó.

a. Giải bài toán thuận

Kích thước gia công Ai là đại lượng ngẫu nhiên nên khâu khép kín cũng là đại lượng ngẫu nhiên. Theo lý thưyết xác suất, ta có:

= = λ σ

σ n

1 i

2 i 2

i

2 (7-18)

Trong đó: σΣ - sai lệch bình phương trung bình khâu khép kín AΣ

σi - sai lệch bình phương trung bình khâu thành phần thứ i (Ai) n - số khâu thành phần (n = m + p)

Nếu kích thước loạt chi tiết gia công có các khâu thành phần tuân theo luật phân bố chuẩn, trung tâm phân bố trùng với trung tâm dung sai và miền phân bố bằng miền dung sai thì:

i = TAi

Với TAi - Dung sai khâu thành phần thứ i

Trong trường hợp tổng quát 6σi ≠ TAi do ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên trong quá trình gia công đến kích thước gia công (khâu thành phần) Ai do vậy trong trường hợp tổng quát, quan hệ giữa σi và TAi như sau:

i = KiTAi (7-19)

Trong đó: Ki - Hệ số phân bố của đại lượng ngẫu nhiên kích thước thứ i. Hệ số Ki phụ thuộc vào dạng đường cong phân bố mật độ xác suất và vị trí của đường cong so với dung sai.

Tương tự, đối với khâu khép kín:

6σ= KΣTAΣ (7-20)

Thay các công tức (7-19) và (7-20) vào công thức (7-18) ta có:

Σ =

Σ ⎟ = ⋅ λσ

⎜ ⎞

n

1 i

2 i 2

i 2 2 i

2

6 K TA 1

6K 1

Vậy dung sai khâu khép kín - TAΣ:

TAΣ =

Σ = n λ

1 i

2 i 2

i 2

i TA

K K

1 (7-21a)

Với chuỗi đường thẳng:

TAΣ =

Σ = n

1 i

2 i 2 iTA K K

1 (7-21b)

Công thức (7-21a) và (7-21b) cho phép xác định được dung sai khâu khép kín TAΣ khi biết được dung sai các khâu thành phần TAi.

- Xác định sai lệch giới hạn khâu khép kín. Hai công thức 10a) và (7-10b) cho phép tính sai lệch giới hạn khâu khép kín theo EΣtb.Ta xác định EΣtb theo

Hình 7-8 trình bày trường hợp tổng quát sự phân bố kích thước của một khâu thành phần Ai bất kỳ nào đó.

Theo hình 7-8, quan hệ giữa Etbi và Mi như sau:

Mi = Etbi + 2

i i

α TA (7-22a)

Kích thuớc danh nghĩa Ai

ESi Mi Etbi

ai.TAi/2 y

x TTDS TTPB

EIS

Hình 7-8. Sự phân bố kích thước của một khâu thành phần Ai . Tương tự ta có:

MΣ = EΣtb +

2 TAΣ

αΣ (7-22b)

Trong đó:

Etbi* - sai lệch trung bình khâu thành phần Ai (khoảng cách từ kích thước danh nghĩa đến trung tâm dung sai).

Mi - khoảng cách từ kích thước danh nghĩa đến trung tâm phân bố 2

Ti

αi - Độ lệch giữa trung tâm phân bố và trung tâm dung sai.

αi - Hệ số không trùng tương đối giữa trung tâm phân bố và trung tâm dung sai khâu Ai (hay hệ số phân bố tương đối của khâu thành phần Ai). αi phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa trung tâm phân bố và trung tâm dung sai.

αΣ - Hệ số không trùng tương đối giữa trung tâm phân bố và trung tâm dung sai khâu AΣ (hay hệ số phân bố tương đối khâu khép kín AΣ)

* Sách "Bài tập dung sai " - Bộ môn Chế tạo máy - Học viện KTQS - năm 2004, ký hiệu E là Δ

áp dụng lý thuyết xác suất cho chuỗi kích thước, ta có:

MΣ = ∑

=

∑ +

=

p 1

j Mj

j m

1

i Mi

i λ

λ (7-23)

Thay các công thức (7-22a) và (7-22b) vào công thức (7-23) ta có:

EΣtb + 2

αΣTAΣ =

+α

λ

= 2

Etbi iTAi

m 1 i

i + ⎟⎟

⎜⎜

+α

λ

= 2

Etbj j TAj

P 1 j

j

Sai lệch trung bình khâu khép kín:

EΣtb =

+α

λ

= 2

Etbi iTAi

m 1 i

i + ⎟⎟

⎜⎜

+α

λ

= 2

Etbj jTAj

P 1 j

j -

2 TAΣ

αΣ (7-24a)

Đối với chuỗi đường thẳng, sai lệch trung bình khâu khép kín có dạng:

EΣtb =

+α

λ

= 2

Etbi iTAi

m 1 i

i - ⎟⎟

⎜⎜

+α

λ

= 2

Etbj jTAj

P 1 j

j -

2 TAΣ

αΣ (7-24b)

Thay công thức (7-24a) vào các công thức (7-10a) và (7-10b) lần lượt rút ra sai lệch giới hạn khâu khép kín AΣ:

ESΣ =

=

+α

m 1 i

i i

tbi 2

E TA + ⎟⎟

⎜⎜

+α

λ

= 2

Etbj jTAj

P 1 j

j +

( )

2 1ưαΣ TAΣ

(7-25a)

EIΣ =

=

+α

m 1 i

i i

tbi 2

E TA + ⎟⎟

⎜⎜

+α

λ

= 2

Etbj jTAj

P 1 j

j -

( )

2 1+αΣ TAΣ

(7-25b) Đối với chuỗi đường thẳng:

ESΣ =

+α

λ

= 2

Etbi iTAi

m 1 i

i -

= ⎟⎟

⎜⎜

+α

P 1 j

j j

tbj 2

E TA +

( )

2 1ưαΣ TAΣ

(7-25c)

EIΣ =

+α

λ

= 2

Etbi iTAi

m 1 i

i -

= ⎟⎟⎠

⎜⎜⎝

⎛ +α

P 1 j

j j

tbj 2

E TA -

( )

2 1+αΣ TAΣ

(7-25d)

Các hệ số αi, Ki hoàn toàn phụ thuộc vào phương pháp gia công, để xác định giá trị của chúng phải dùng phương pháp thống kê thực nghiệm trong gia công cơ khí. Các giá trị α, K đã được đưa vào các sổ tay chế tạo máy, khi tính toán chúng

αi = ± 0,15, lấy dấu (+) khi quá trình hình thành kích thước đó giống sự hình thành kích thước bao (kích thước lỗ), lấy dấu (-) khi ngược lại. (Nếu kích thước gia công tuân theo luật phân bố chuẩn - Luật Gauss, chọn Ki = 1; αi = 0).

Các hệ số αΣ, KΣ hoàn toàn phụ thuộc vào các hệ số αi, Ki của các khâu thành phần, để xác định chúng phải tính theo xác suất. Có thể tính αΣ, KΣ theo các công thức gần đúng sau:

αΣ =

=

=

λ α λ

n

1 i

i i n

1 i

i i i

TA TA 59

, 0

KΣ =

⎢ ⎤

⎡ λ ư λ

λ

+

∑ ∑

= =

=

n

1 i

2 i 2

i n

1 i

2 i 2 i 2 n i

1 i

i i

TA TA

K TA

55 , 1 0

Để đơn giản khi tính toán nhưng vẫn bảo đảm độ chính xác đủ dùng, có thể lấy αΣ = 0 và KΣ = 1, tức là coi kích thước khâu khép kín tuân theo luật phân bố chuẩn.

Ví dụ 3:

Bài toán đặt ra như ví dụ 1:

Cho A1 = 1240+,025,05 mm, A2 = 780ư0,08mm, A3 = 460ư0,06 mm

Hãy kiểm tra khe hở AΣ có nằm trong giới hạn cho phép [A0max] = 0,40 mm và [A0min] = 0,05 mm hay không bằng phương pháp xác suất.

Bài giải:

Tương tự như trong ví dụ 1, đây là chuỗi đường thẳng, với A1 - Khâu thành phần, λ1 = +1

A2,A3 - Khâu thành phần giảm λ2 = λ3 = - 1

Khi giải, dùng các công thức dành cho chuỗi đường thẳng.

Để giải bài toán, ta xác định giá trị các hệ số αi, Ki và αΣ, KΣ.

- Coi kích thước khâu khép kín tuân theo luật phân bố chuẩn nên αΣ = 0, K0 = 1.

- Dựa vào độ chính xác các kích thước Ai, ta có:

α1 = + 0,2, K1 = 1; α2 = 0,25, K2 = 1,2; α3 = - 0,2, K3 = 1,5 - Tính dung sai và sai lệch trung bình khâu thành phần;

TA1 = 0,20 mm; Etb1 = 0,15 mm; TA2 = 0,08 mm; Etb2 = - 0,04 mm TA3 = 0,06 mm; Etb3 = - 0,03 mm

- Tính dung sai khâu khép kín - TAΣ : Thay các giá trị bằng số tương ứng vào công thức (7-21b), ta có:

TAΣ = 12.0,202 1,22.0,082 1,152.0,062 1

1 + +

TAΣ = 0,232 mm - Tính sai lệch giới hạn khâu khép kín:

+ Sai lệch trung bình khâu khép kín: Thay các giá trị bằng số tương ứng vào công thức (7-24b) ta có:

EΣtb = ⎥

⎢ ⎤

⎡ ⎟

⎜ ⎞

⎛ư ư

⎟+

⎜ ⎞

⎛ư ư

⎟ư

⎜ ⎞

⎛ +

2 06 , .0 2 , 0 03 , 2 0

08 , .0 25 , 0 04 , 2 0

2 , .0 2 , 0 15 ,

0 - 0

EΣtb = 0,256 mm

+ Sai lệch giới hạn trên khâu khép kín AΣ: Thay các giá trị bằng số vào công thức (7-25c) ta có:

ESΣ = 0,256 + 2 232 ,

0 = 0,372 mm

+ Sai lệch giới hạn dưới khâu khép kín AΣ: Thay các giá trị bằng số vào công thức (7-25d) ta có:

EIΣ = 0,256 - 2 232 ,

0 = 0,140 mm

Vậy: Giá trị khâu khép kín (khe hở) AΣ nằm trong giới hạn cho phép:

AΣmax = 0,372 < [AΣmax] = 0,400 mm AΣmin = 0,140 mm > [AΣmin] = 0,050 mm Nhận xét:

So sánh kết quả ở ví dụ 1 với hai phương pháp giải khác nhau, cực đại cực tiểu và xác suất, ta thấy: Khi tính theo xác suất thì dung sai khâu khép kín giảm đi gần 1,5 lần so với dung sai khi tính theo phương pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn. Nguyên nhân của sự khác nhau đó là do các sai lệch kích thước lớn hơn + 0,372 mm đến + 0,390 mm và các sai lệch kích thước nhỏ hơn + 0,140 mm đến + 0,050 mm đều có xác suất rất bé nên được bỏ qua. Khi tính chỉ lấy các giá trị sai lệch giới hạn nằm trong khoảng từ + 0,140 mm đến + 0,372 mm, đó là những giá trị sai lệch có xác suất đáng kể.

Cần hiểu rằng, tuy vùng sai lệch kích thước ta bỏ qua có xác suất rất nhỏ nhưng vẫn có khả năng xuất hiện và khi xuất hiện sẽ nằm ngoài vùng sai lệch giới hạn tính toán đối với khâu khép kín, làm cho khâu khép kín không đạt yêu cầu,

kích thước theo phương pháp xác suất là một trong những phương pháp giải chuỗi kích thước theo phương pháp đổi lẫn chức năng không hoàn toàn.

b.Giải bài toán nghịch:

Giải bài toán nghịch theo phương pháp xác suất, tiến hành tương tự như giải theo phương pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn (xem mục 7.3.2). Chỉ khác là các đại lượng được tính theo phương pháp xác suất.

ở đây ta cũng dùng giả thiết: Khâu thành phần có cùng cấp chính xác và khâu tăng coi như lỗ cơ bản, khâu giảm coi như trục cơ bản.

Sau đây là các bước và các đại lượng xác định dung sai, sai lệch giới hạn kích thước các khâu thành phần Ai theo dung sai, sai lệch giới hạn kích thước khâu khép kín AΣ theo phương pháp xác suất.

- Xác định hệ số cấp chính xác atb

Theo giả thiết, dung sai của khâu thành phần thứ i nào đó sẽ là: TAi = atb.ii Thay giá trị TAi vào công thức (7-21a) ta có:

Σ =

Σ = n λ

1 i

2i 2tb 2i 2i 2

2TA K a i

K

Rút ra:

atb =

= Σ Σ n λ

1 i

2i 2i 2iK i TA

K (7-26a)

Đối với chuỗi đường thẳng

atb =

= Σ Σ n

1 i

2i 2ii K TA

K (7-26b)

- Sau khi tính được atb theo (7-26a) hoặc (7-26b) dựa vào bảng (3-1) ta xác định cấp chính xác chung cho các khâu thành phần Ai và tra sai lệch giới hạn và dung sai cho (n-1) khâu thành phần theo TCVN 2245-99 và TCVN 2244-99 (có thể tính dung sai Ti theo sai lệch giới hạn như chương I).

- Tính khâu bù AK

+ Tính dung sai khâu bù AK - TK: Từ công thức (7-21a) ta rút ra:

Σ =

Σ ư λ

= n

1 i

2i 2i 2i 2

2 K

K K TA K TA

K

TA 1 (7-27a)

Với chuỗi đường thẳng

Σ =

Σ

= n

1 i

2i 2i 2

2 K

K K TA K TA

K

TA 1 (7-27b)

Trong đó: KK - Hệ số phân bố của khâu AK + Tính sai lệch giới hạn khâu AK

Theo hình 7-5, sai lệch giới hạn đ−ợc xác định:

-Nếu khâu bù AK là khâu thành phần tăng:

ESK = EtbK + 2 TAK

(7-28) EIK = EtbK -

2 TAK

(7-29) Trong đó EtbK - Sai lệch trung bình khâu AK. Theo công thức (7-24a), ta rút

ra:

EtbK =

⎟⎟λ α

⎜⎜

+α λ

+α

λ

α

λ + ∑ ∑

=

= Σ Σ

Σ 2

TA 2

e TA 2

E TA 2

E TA

1 K

K K j j tbj p

1 j i j i tbi 1 m

1 i

i tb

K

(7-30)

Thay công thức (7-30) vào công thức (7-28) và (7-29) ta có ESK

=

( )

⎟⎟+ α

⎜⎜

+α λ

+α

λ

α

λ + ∑ ∑

=

= Σ Σ

Σ 2

1 TA 2

e TA 2

E TA 2

E TA

1 K

K j

j tbj p

1 j i j i tbi 1 m

1 i

i tb

K

(7-28a)

EIK =

( )

⎟⎟ +α

⎜⎜

+α λ

+α

λ

α

λ + ∑ ∑

=

= Σ Σ

Σ 2

1 TA 2

e TA 2

E TA 2

E TA

1 K

K j

j tbj p

1 j i j i tbi 1 m

1 i

i tb

K

(7-29a)

Nếu khâu AK là khâu thành phần giảm:

esK = etbK + 2 TK

(7-31) eiK = etbK -

2 TK

(7-32) Trong đó etbK - sai lệch trung bình khâu AK. Theo công thức (7-24a) ta rút

ra:

etbK =

⎟⎟λ α

⎜⎜

+α λ

+α λ

α

λ + ∑ ∑

=

= Σ Σ

Σ 2

TA 2

e TA 2

E TA 2

E TA

1 K

K K j j tbj 1 p

1 j i j i tbi m

1 i

i tb

K

Thay công thức (7-30) vào công thức (7-28) và (7-29) ta có

esK=

( )

⎟⎟+ ưλ

⎜⎜

+α λ

ư

+α

λ ư α

λ + ∑ ∑ư

=

= Σ Σ

Σ 2

1 TA 2

e TA 2

E TA 2

E TA

1 K

K j

j tbj 1 p

1 j i j i tbi m

1 i

i tb

K

(7-31a)

eiK=

( )

⎟⎟ư ưλ

⎜⎜

+α λ

ư

+α

λ ư α

λ + ∑ ∑ư

=

= Σ Σ

Σ 2

1 TA 2

e TA 2

E TA 2

E TA

1 K

K j

j tbj 1 p

1 j i j i tbi m

1 i

i tb

K

(7-32a)

Ví dụ 4. Giải bài toán ở vị dụ 2 tức cho AΣ = 1++10,,05 và A1 = 80 mm; A2 = 70 mm; A3 = 40 mm; A4 = 51++10,,08mm

Xác định dung sai, sai lệch các khâu thành phần chưa biết theo phương pháp xác suất.

Bài giải:

- Sơ đồ hoá chuỗi:

- Chuỗi được sơ đồ hoá như hình 7-7b và AΣ - độ nhỏ kim hoả chính là khâu khép kín. Đây là chuỗi đường thẳng, với tính chất các khâu:

A2, A4 - khâu thành phần tăng nên λ2 = λ4 = +1 A1, A3 - khâu thành phần giảm nên λ1 = λ3 = - 1

* Xác định các hệ số αi, Ki, αΣ, KΣ theo KΣ = 1, αΣ = 0

K1 = 1,1, α1 = 0; K2 = 1,2; α2 = 0; K3 = 1,1; α3 = - 0,2.

K4 = 1,2; α4 = 0

* Xác định hệ số cấp chính xác trung bình - atb

Thay các giá trị Ki đã chọn và i theo bảng (3-2 ) vào công thức (7-26b) ta có:

atb =

2 2 2 2 2

2.1,86 1,2 .1,86 1,1 .1,56 1

, 1

200 500 . 1

+ +

ư = 86,20

* Xác định cấp chính xác cho khâu A1, A2 để lại khâu A3 là khâu bù;

A3 = AK vì A4 đã biết sai lệch giới hạn. Theo bảng(3-1) atb≈ 86 nằm giữa a = 64 (IT10) và a = 100 (IT11), để phù hợp với công nghệ chọn:

A1 - ứng với cấp chính xác 10, vì A1 là khâu giảm nên A1 = 80h10 = 800ư0,120 mm A2 - ứng với cấp chính xác 11, và A2 là khâu tăng nên A2 = 70H11 = 700+0,190mm

* Tính khâu thành phần (khâu bù) AK = A3

- Dung sai khâu bù - TAK: Thay các giá trị bằng số vào công thức (7-27b) ta có:

TAK = TA3 = 12.0,52

(

1,12.0,122 1,22.0,192 1,22.0,22

)

1 , 1

1 ư + +

TAK =TA4= 0,319 mm - Sai lệch giới hạn khâu bù AK: + Sai lệch trung bình các khâu Ai:

etb1 = - 0,06 mm; Etb2 = 0,095 mm; Etb4 = 0,9; EΣtb = 0,75

+ Sai lệch trên khâu AK = A3; vì A3 khâu giảm và chuỗi đường thẳng; αΣ = 0 nên công thức (7-31b) có dạng:

esK = es3 = p 1 tbj j j

(

K

)

K tb

1 j i j i tbi m

1 i

i E

2 1 TA

2 e TA

2

E TA Σ

ư

=

=

ư α

ư

⎟⎟+

⎜⎜

+α

λ

ư

+α

λ

Thay số có:

EsK = ⎥⎦+

⎢⎣ư +

ư

+

+

+

2 12 , .0 0 06 , 2 0

2 , .0 0 9 , 2 0

190 , .0 0 095 , 0

+

[ ( ) ]

0,75 2

319 , .0 2 , 0

1ư ư ư = 0,486 mm

eiK = ei3 =

( )

=

ư

= ⎟⎟ư +α ư Σ

⎜⎜

+α

ư

+α

m 1 i

1 p

1 j

K tb K j

j i tbj

i

tbi E

2 1 TA

2 e TA

2 E TA

Thay số có:

EiK = ei3 = +

⎥⎦

⎢⎣ư +

ư

+

+

+

2 12 , .0 0 06 , 2 0

2 , .0 0 9 , 2 0

190 , .0 0 095 , 0

=

[ ( ) ]

0,75 2

319 , 2 0 , 0

1ư ⋅ ư = 0,114 mm

Vậy AK = A3 = 40++00,,114486 mm

* Ưu, nhược điểm của phương pháp giải bằng tính xác suất:

- Do bỏ qua vùng kích thước khâu khép kín có xác suất bé nên tính theo phương pháp này có khả năng mở rộng dung sai các khâu thành phần so với giải theo phương pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn mà vẫn bảo đảm yêu cầu khâu khép kín, do đó tạo điều kiện dễ chế tạo (với cùng yêu cầu độ nhô kim hoả - AΣ như nhau, nhưng giải theo đổi lẫn chức năng hoàn toàn, atb ≈ 57 nhưng giải theo tính xác suất a ≈ 86).

- Giải theo phương pháp tính theo xác suất có khả năng xuất hiện phế phẩm, do khâu khép kín xuất hiện các kích thước nằm ngoài giá trị yêu cầu (ở ví dụ 2 và 4, dung sai độ nhô kim hoả cho phép là 0,500 mm, nhưng khi tính theo xác suất, dung sai độ nhô kim hoả TA TA 0,882

n 1 i

i =

=

Σ = mm), nhưng do kích

thước khâu khép kín phân bố theo luật phân bố chuẩn nên tỉ lệ phần trăm phế phẩm cũng chỉ là 0,27%, rất nhỏ, trong kỹ thuật có thể chấp nhận. Do đó ngày nay khi thiết kế vũ khí, xe tăng, ô tô và các loại máy móc khác người ta hay dùng phương pháp này. Phương pháp tính toán này gần thực tế hơn phương pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn.

- Để có thể giải bài toán chuỗi theo phương pháp tính xác suất, ta phải khảo sát một số lớn kích thước, tức là khảo sát nhiều chi tiết trong loạt gia công, nên phương pháp này chỉ dùng cho điều kiện sản xuất loạt.

7.4.2. Giải bài toán chuỗi kích thước theo phương pháp sửa chữa khi