Giải thích về độ đồng tâm (GD&T)

Kiểm soát vị trí duy trì kiểm soát chặt chẽ đối với vị trí của đối tượng địa lý đối với mốc thời gian. Độ đồng tâm, đối xứng và vị trí thực là các điều khiển trong danh mục vị trí. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét độ đồng tâm, các khía cạnh khác nhau, cách sử dụng và phương pháp đo lường của nó. Hãy để chúng tôi bắt đầu bằng cách xác định độ đồng tâm.

Đồng tâm là gì?

Nhiều bộ phận cơ khí yêu cầu thiết kế đồng tâm có độ chính xác cao để vận hành thỏa đáng. Các bộ phận như ống chịu được áp suất cao yêu cầu thiết kế có độ dày thành đồng nhất để ngăn chặn bất kỳ điểm yếu nào về cấu trúc. Độ đồng tâm là chú thích 3D GD&T đảm bảo rằng một hoặc nhiều tính năng của bộ phận đồng tâm với trục chuẩn.

Tuy nhiên, trong GD&T, độ đồng tâm có một ý nghĩa hơi khác so với định nghĩa theo nghĩa đen mà hầu hết các kỹ sư đều biết. Chức năng của chú thích độ đồng tâm là để đảm bảo rằng điểm giữa của hai điểm đối xứng hoàn toàn nằm trong vùng dung sai được chỉ định. Tính năng hình tròn có thể có các vết khía, vết lõm hoặc các biến thể bề mặt khác nhưng sự phân bố khối lượng quanh trục trung tâm phải đồng đều.

Sự phân bố khối lượng cân bằng này rất quan trọng trong các ứng dụng mà chi tiết quay ở tốc độ cao và có nguy cơ bị dao động hoặc mài mòn không đều. Nhưng độ đồng tâm là một đặc tính khó đạt được và đo lường trong quá trình sản xuất.

Trong hầu hết các ứng dụng, chú thích đơn giản hơn như đường chạy vòng tròn, đường chạy toàn bộ , vị trí hoặc biên dạng có thể thực hiện công việc tốt như nhau. Bất cứ nơi nào có thể, chúng phải được sử dụng để tránh sự đồng tâm.

Vùng dung sai đồng tâm

Vùng đồng tâm GD&T là vùng dung sai hình trụ. Khung điều khiển tính năng chỉ định một trục chuẩn được sử dụng làm điểm tham chiếu để phát triển vùng này. Đường kính của vùng hình trụ này là giá trị dung sai cho phép đối với chú thích.

Để đảm bảo độ đồng tâm, trục trung tuyến thực tế của chi tiết phải được lấy bằng cách tính trung điểm của các điểm đối xứng theo đường kính. Khi tất cả các điểm trung tuyến như vậy được kết nối, chúng ta có được trục trung bình. Tất cả các điểm trên trục trung bình phải nằm trong vùng dung sai hình trụ để phê duyệt bộ phận.

Độ đồng tâm so với các chú thích khác

Độ đồng tâm là một chú thích cần thiết trong nhiều ứng dụng chuyên biệt trong đó sự phân bố khối lượng đồng đều là vô cùng quan trọng. Nhưng do quy trình khó khăn và tốn kém liên quan đến ứng dụng của nó, điều quan trọng là phải biết các chú thích khác có thể thay thế độ đồng tâm mà không ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật cần thiết.

Độ đảo tròn và vị trí thực (đôi khi còn được gọi là ‘vị trí’) là hai chú thích có liên quan chặt chẽ nhất có thể thay thế độ đồng tâm trong nhiều ứng dụng.

Độ đồng tâm so với độ đảo tròn

Khó khăn trong việc đo độ đồng tâm phát sinh từ nhu cầu tìm trục trung bình dẫn xuất của bộ phận. Không có phương pháp nào mà phép tính như vậy có thể được thực hiện một cách đáng tin cậy mà không cần sử dụng máy tính.

Mặt khác, độ đảo của một bộ phận có thể được đo dễ dàng từ bề mặt vì nó là một tính năng hữu hình. Hơn nữa, các dụng cụ đơn giản như khối chữ V và chỉ báo quay số có thể cho phép đo độ đảo đáng tin cậy.

Độ đảo được định nghĩa phổ biến là tổng của độ tròn và độ đồng tâm. Nếu một chi tiết tròn hoàn hảo, dung sai độ đảo bằng dung sai độ đồng tâm.

Đồng hồ đo được thiết kế đặc biệt cũng có thể đo độ đảo một cách nhanh chóng (<10 giây), hiệu quả và tương đối rẻ tiền. Do đó, từ mọi góc độ, độ đảo là một giải pháp thay thế tốt hơn cho độ đồng tâm và phải được sử dụng bất cứ khi nào có thể.

Độ đồng tâm vs Vị trí thực

Vị trí thực trong GD&T là một chú thích khá đơn giản có thể sửa vị trí và kích thước của các tính năng khác nhau. Trong nhiều trường hợp, chú thích vị trí thực có thể thay thế hiệu quả độ đồng tâm. Kích thước lỗ tiêu chuẩn và dung sai vị trí tốt hơn độ đồng tâm khi không cần phân bố khối lượng chính xác.

Khung điều khiển tính năng đồng tâm

Chúng tôi sử dụng các khung kiểm soát tính năng (ở đây được gọi là ‘FCF’) để giải thích các điều kiện sản xuất, kiểm soát và dung sai được đặt trên một tính năng bộ phận. Một bộ phận có thể có nhiều tính năng được GD&T chấp nhận. Dung sai của mỗi tính năng được thể hiện bằng FCF của chính nó. FCF kết nối với tính năng được kiểm soát hoặc đường mở rộng của nó bằng cách sử dụng mũi tên dẫn.

Khung điều khiển tính năng cho độ đồng tâm của GD&T khá đơn giản. Nó tuân theo bố cục chung của một FCF bao gồm ba khối riêng biệt. Khối cho độ đồng tâm có thể hiểu là “so với mốc A, tất cả các điểm trung trực của các phần tử đối nhau trên mặt trụ này phải nằm trong miền dung sai trụ 0,03” .

Mỗi khối cung cấp thông tin về một khía cạnh khác nhau của dung sai GD&T. Ba khối này là:

• Khối đặc trưng hình học
• khối dung sai tính năng
• khối dữ liệu

Khối đặc trưng hình học

Đây là khối đầu tiên trong FCF đồng tâm. Nó chứa biểu tượng dung sai hình học được áp dụng cho đối tượng địa lý. Biểu tượng độ đồng tâm bao gồm hai vòng tròn đồng tâm được đặt trong khối này để xác định dung sai này.

Khối dung sai tính năng

Đây là khối thứ hai trong FCF cung cấp thông tin về loại và kích thước của vùng dung sai được áp dụng.

Trong trường hợp đồng tâm, hình dạng của khu vực là hình trụ. Vùng này còn được gọi là vùng dung sai đường kính và được chỉ định bằng ký hiệu đường kính trong khối này. Đường kính của vùng hình trụ này là giá trị dung sai hoặc độ lệch tối đa cho phép đối với các điểm trung bình dẫn xuất của bộ phận.

Không thể sử dụng các công cụ sửa đổi vật liệu với độ đồng tâm vì dung sai tiền thưởng sẽ xuất hiện trong bức tranh. Dung sai bổ sung này mở rộng vùng dung sai dẫn đến chức năng bậc thang của các đường kính khác nhau, gây ra những thay đổi rõ rệt về đường kính bề mặt.

Khối dữ liệu

Khối này chứa thông tin về phần tử chuẩn. Nó có thể là một điểm trung tâm, một đường trung tâm hoặc một mặt phẳng chuẩn tùy theo yêu cầu. Trong trường hợp đồng tâm, phần tử chuẩn là một trục chuẩn bắt nguồn từ một tính năng chuẩn. Đôi khi, FCF đồng tâm có thể chứa nhiều mốc chuẩn. Đó là trường hợp trục có nhiều đường kính.

Cách đo độ đồng tâm

Quy trình đo độ đồng tâm là lý do chính khiến hầu hết các nhà thiết kế và thợ máy chọn tránh nó. Thực hiện các phép đo cần thiết là khó khăn, tốn thời gian và chi phí.

Người kiểm tra cần xây dựng trục trung tâm thực tế của bộ phận bằng cách nối các điểm trung tâm của các mặt cắt ngang hình tròn liên tiếp. Đây là lý do tại sao phép đo độ đồng tâm đáng tin cậy yêu cầu sử dụng máy đo tọa độ (CMM) hoặc một số phương pháp đo có sự hỗ trợ của máy tính khác, chẳng hạn như hệ thống đo trục quang học hoặc micromet laze có phần mở rộng độ đồng tâm.

Trong nhiều trường hợp, các kỹ sư ghi lại sự khác biệt giữa điểm cao nhất và điểm thấp nhất trên bề mặt bằng đồng hồ đo. Họ có ấn tượng rằng họ đang đo độ đồng tâm trong khi thực tế họ đang đo độ đảo. Như chúng ta đã thấy trước đó, để độ đảo bằng độ đồng tâm, phần được quan sát phải là một đường tròn hoàn hảo, điều này hiếm khi xảy ra. Vượt qua các phép đo độ đảo như độ đồng tâm cho phép các lỗi về độ tròn len lỏi vào dung sai độ đồng tâm.

Bây giờ, chúng ta hãy xem qua quy trình từng bước để đo độ đồng tâm.

Đo độ đồng tâm bằng CMM

Dung sai độ đồng tâm có thể được đo bằng CMM theo bốn bước riêng biệt:

Bước 1: Cố định chi tiết và cố định trục chuẩn (trục lý thuyết)

Bước đầu tiên là khóa tất cả các bậc tự do bằng cách hạn chế chi tiết ở một vị trí thích hợp. Vị trí phải cho phép tiếp cận toàn bộ bề mặt hình trụ để đo. Điều này đảm bảo rằng không cần định vị lại trong suốt quá trình thực hiện phép đo.

Sau đó, chúng ta cần thiết lập trục chuẩn. Chúng tôi khuyên bạn nên chọn đầu ổ trục của trục cho trục chuẩn vì vòng quay của cụm lắp ráp sẽ hướng từ đầu đó.

Bước 2: Tìm tâm của một mặt cắt

Bước thứ hai là vẽ bề mặt điều khiển bằng cách sử dụng bút cảm ứng CMM. Chúng ta cần nhiều cặp điểm đối xứng tại mỗi mặt cắt ngang của phần hình trụ. Tối thiểu ba cặp như vậy được khuyến nghị ở mỗi mặt cắt ngang. Đối với ba cặp này, chúng tôi có thể nhận được ba điểm trung bình riêng biệt (trừ khi một số điểm trùng khớp). Trung bình cộng của ba điểm trung tuyến đó được chọn để xác định điểm chính giữa cho mặt cắt.

Bước 3: Lặp lại cho nhiều mặt cắt ngang theo chiều dài phần hình trụ

Điểm trung tâm cho nhiều mặt cắt phải được tính toán. Khi nối các điểm này, chúng ta có được trục đo hoặc trục trung tâm thực tế của bộ phận. Trục này còn được gọi là trục dẫn xuất.

Bước 4: Kiểm tra xem trục đo có nằm trong vùng dung sai không

Sau khi có được trục đo của phần hình trụ (hoặc phần hình cầu), chúng tôi kiểm tra vị trí của nó so với trục chuẩn. Mỗi điểm trên trục này phải nằm trong vùng dung sai hình trụ được chỉ định trong FCF.

Sử dụng đồng tâm

Hầu hết các kỹ sư chuyên nghiệp đều hiểu rằng không được sử dụng dung sai đồng tâm trừ khi thực sự cần thiết. Nhưng vẫn còn nhiều ứng dụng yêu cầu nó. Một số trong số này là:

• Vòng bi chính xác
• bánh răng truyền động
• Ống cấp y tế
• đường ống cao áp

Vòng bi chính xác

Đây là những bộ phận có độ chính xác cao được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp để giảm tổn thất năng lượng. Sản xuất của họ phải đạt được dung sai chặt chẽ cho một hoạt động thỏa đáng. Dung sai độ đồng tâm được sử dụng giữa các phần tử khác nhau của ổ bi để đảm bảo nó đáp ứng các thông số kỹ thuật.

bánh răng truyền động

Việc sản xuất các bánh răng truyền động đòi hỏi sự đồng tâm để sắp xếp các trục một cách hoàn hảo. Điều này ngăn chặn chuyển động sang một bên và giảm thiểu tốc độ hao mòn. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, độ đảo có thể cung cấp đủ độ chính xác.

Ống cấp y tế

Độ đồng tâm cũng được sử dụng để kiểm soát độ dày thành ống trong các thiết bị y tế. Những bộ phận này có thể rất nhỏ và đòi hỏi độ chính xác cao cho một sản phẩm chấp nhận được.

Đường ống cao áp

Thông thường, đường ống áp suất cao có thể được sản xuất bằng cách sử dụng dung sai đồng tâm. Các bộ phận này yêu cầu độ dày thành ống tối thiểu để tránh bất kỳ điểm mỏng nào dọc theo chiều dài mà ống có thể bị vỡ do áp suất cao.

Câu hỏi thường gặp

Tính đồng tâm có bị loại bỏ khỏi ASME Y14.5-2018 không?

Có, tiêu chuẩn ASME 2018 không bao gồm dung sai độ đồng tâm. Tuy nhiên, điều này không gây sốc lắm vì tất cả các phiên bản trước cũng khuyến nghị sử dụng vị trí và đường chạy bất cứ khi nào có thể. Bên cạnh đó, phần lớn các công ty vẫn sử dụng tiêu chuẩn 1994 trong khi số còn lại sử dụng phiên bản 2009. Do đó, các điều khiển đồng tâm vẫn có thể được sử dụng, trừ khi các phiên bản trước đó bị hạn chế.

Độ lệch tâm là gì?

Độ lệch tâm là thước đo độ lệch so với tâm hình học của mặt cắt ống. Nó là một đại lượng vectơ có độ lớn cũng như hướng. Khá thường xuyên, giá trị của độ lệch tâm được tìm thấy bằng một nửa so với độ đồng tâm.

Độ lớn của độ lệch tâm được tính như sau:

Độ lệch tâm = (độ dày thành tối đa – độ dày thành tối thiểu)/2