Hiểu về GD&T: Hình học và dung sai trong thiết kế cơ khí

Mục lục

1. Giới thiệu về GD&T
2. Khái niệm về dung sai
3. Phương pháp dung sai dựa trên kích thước
4. Ước lượng hình học và dung sai
   • Các đặc điểm hình học và dung sai
   • Đặc điểm dạng hình học và dung sai
   • Đặc điểm hình học và dung sai của méo vênh
5. Sử dụng biểu đồ kiểm soát đặc tính
6. Các kỹ thuật đặc tính hình học và dung sai
   • Tính vuông góc
   • Tính song song
   • Tính góc
7. Các dung sai vị trí
   • Vị trí
   • Đồng trục
   • Đối xứng
8. Đánh giá đặc tính dung sai
   • Tổng dung sai
   • Dung sai hình tròn
   • Dung sai cuộn
9. Ước lượng đặc tính
   • Xác định trong hình học
   • Xác định trong không gian
10. Ưu điểm và nhược điểm của GD&T

Hướng dẫn tổ chức hình học và dung sai trong thiết kế cơ khí

Thiết kế và xây dựng bất kỳ hệ thống cơ khí nào là một quá trình phức tạp yêu cầu phải xem xét đúng các yếu tố khác nhau, như chi phí, vật liệu và kỹ thuật sản xuất. Tuy nhiên, một trong những thách thức quan trọng nhất là đảm bảo rằng tất cả các bộ phận, sau khi được sản xuất, sẽ vừa khít và hoạt động theo ý định. Và đó chính là lý do tại sao dung sai là một phần quan trọng của quá trình thiết kế cơ khí.

Cách đơn giản nhất để định nghĩa dung sai là sử dụng phương pháp tiếp cận kích thước, trong đó các bản vẽ xác định mức độ mà mỗi kích thước của một bộ phận được phép chênh lệch so với giá trị nomial của nó. Tuy nhiên, tiếp cận kích thước không hoạt động rất tốt trong nhiều tình huống, bởi vì nó thực sự không phản ánh cách bộ phận sẽ được sử dụng. Nó không cho phép bạn xác định rằng bạn cần một bề mặt phẳng vì nó phải tạo ra một đường kín với một bộ phận khác, ví dụ, hoặc cho phép bạn kiểm soát mức độ gần vuông góc của trục của một lỗ so với bề mặt mà nó được khoan vào.

Hình học và dung sai kỹ thuật, thường được gọi là GD&T, là một phương pháp dung sai khác nhằm cho phép bạn kiểm soát dung sai một cách phản ánh chức năng dự kiến của bộ phận. Nó bổ sung cho dự kiến kích thước bằng cách cho phép bạn kiểm soát 14 đặc điểm hình học khác nhau, giúp bạn truyền tải tốt hơn các khía cạnh quan trọng của thiết kế của bạn.

Các đặc điểm này có thể được chia thành 5 danh mục kiểm soát dạng, hướng, vị trí, hồ sơ và cuộn.

Khác với phương pháp dung sai truyền thống áp dụng dung sai cho kích thước, GD&T áp dụng chúng cho các đặc trưng thay vì cho các kích thước. Một đặc trưng có thể là một bề mặt, một lỗ, hoặc một khe chẽ, ví dụ. Điều này bởi vì trong thế giới của GD & T, dung sai hình học có thể có nghĩa hoàn toàn khác nhau nếu nó được áp dụng cho các đặc trưng bề mặt hoặc đặc trưng kích thước.

Dung sai hình học được gán cho các đặc điểm sử dụng các lưới điều khiển đặc điểm. Những lưới nhỏ này chứa tất cả thông tin cần thiết để hoàn toàn kiểm soát một đặc điểm hình học cụ thể. Chúng có thể được áp dụng cho các đặc trưng bằng cách sử dụng các đường dẫn chỉ đạo, các đường mở rộng hoặc cho các đặc trưng kích thước, chúng có thể được gắn trực tiếp vào các kích thước.

Hãy xem cách chúng được cấu trúc. Hình chữ nhật đầu tiên trong khung chứa một biểu tượng xác định điều gì đó về 14 đặc điểm hình học sẽ được kiểm soát. Ô sau đó chỉ định dung sai áp dụng. Giá trị này xác định kích thước của một vùng dung sai trong đó toàn bộ đặc điểm phải được đặt. Hình dạng của vùng phụ thuộc vào đặc điểm hình học đang được kiểm soát - biểu tượng đường kính có thể được thêm vào để chỉ ra rằng vùng dung sai là hình tròn hoặc trụ. Tiếp theo là một loạt các chữ cái xác định các điểm dấu, các bề mặt tham chiếu cần được xem xét trong quá trình kiểm tra. Cuối cùng, các chỉnh sửa có thể được thêm vào cả dung sai và dấu để kiểm soát dung sai một cách linh hoạt hơn. Chúng ta sẽ nói về dấu và chỉnh sửa chi tiết hơn sau này, nhưng trước tiên hãy xem một ví dụ, bắt đầu với một đặc điểm hình học đơn giản hơn, độ bằng phẳng.

🚀 Độ bằng phẳng

Khung điều khiển đặc điểm cho một đầu đặc điểm độ bằng phẳng nhìn như thế này. Khi được áp dụng lên một bề mặt, nó xác định một vùng dung sai giữa hai mặt song song được phân tách bởi khoảng cách được hiển thị trong khung điều khiển đặc điểm. Tất cả các bộ phận được sản xuất đều không hoàn mỹ - để một bộ phận đáp ứng dung sai này, tất cả điểm trên bề mặt phải nằm trong vùng dung sai. Hai mặt xác định vùng dung sai song song với nhau, nhưng chúng không cần phải song song với bất kỳ bề mặt nào khác. Dung sai độ bằng phẳng thường được xác định trên các bề mặt ghép với các bộ phận khác và cần có tiếp xúc đều, chẳng hạn như mặt của một flange. Dung sai độ bằng phẳng cũng có thể được áp dụng cho các đặc điểm kích thước, trong trường hợp này, vùng dung sai áp dụng cho mặt trung gian dẫn xuất của đặc điểm. Mặt trung gian dẫn xuất được xây dựng bằng cách lấy trung điểm của các điểm đối diện trên hai bề mặt xác định đặc điểm kích thước. Vì các bề mặt là không hoàn hảo, trung điểm dẫn xuất cũng sẽ không chính xác. Khi tìm hiểu về GD & T, thường hữu ích để suy nghĩ về cách một bộ phận sẽ được kiểm tra để xem nó đáp ứng dung sai hình học. Độ bằng phẳng của một bề mặt có thể dễ dàng được đo bằng một chỉ thị thử nghiệm kiểu quả quật. Đầu tiên, bộ phận được gắn trên ba con cần, và các cần được điều chỉnh sao cho chỉ thị đọc zero ở ba điểm xác định. Điều này tạo ra một mặt phẳng tham chiếu. Sau đó, chỉ thị được quét trên bề mặt để xác định các điểm cao nhất và thấp nhất. Nếu khoảng cách giữa các điểm cao nhất và thấp nhất nhỏ hơn chiều rộng của vùng dung sai, yêu cầu độ bằng phẳng được đáp ứng.

🚀 Độ thẳng

Độ thẳng tương tự như độ bằng nhưng được áp dụng vào các đoạn thẳng cá nhân thay vì vào toàn bộ một bề mặt. Khi được áp dụng vào một đặc điểm bề mặt, bất kỳ đoạn nào trên bề mặt trong cùng hướng với đoạn mà lời gọi trỏ chỉ tới phải nằm trong vùng dung sai được xác định bởi hai đoạn song song. Đối với kiểm tra, bộ lọc được quét dọc theo nhiều đoạn thẳng thay vì quét trên toàn bộ bề mặt. Khi độ thẳng được áp dụng vào đặc điểm kích thước thay vì một bề mặt, vùng dung sai có dạng trụ và áp dụng cho trục của đặc điểm. Ví dụ, bạn có thể áp dụng dung sai độ thẳng cho trục của một chốt để đảm bảo rằng nó sẽ kết hợp một cách chính xác với một lỗ.

🚀 Thẳng tiếp xúc

Dung sai hình hình tròn dùng để kiểm soát mức độ tròn của một bề mặt. Vùng dung sai được xác định bởi hai đường tròn đồng tâm, với khoảng cách bán kính giữa hai vòng bằng với dung sai được chỉ định. Sự tròn trĩnh được kiểm soát của các cắt ngang cá nhân hoàn toàn độc lập, điều này có nghĩa là các vùng dung sai không cần phải ở trên cùng một trục và đường kính của các đường tròn đồng tâm có thể thay đổi dọc theo chiều dài của đặc điểm. Dung sai hình hình tròn có thể kiểm tra bằng một số cách khác nhau, nhưng lý tưởng nhất là quay bộ phận và sử dụng một cái cảm ứng để đo chuyển động tại một số nhiều cắt ngang khác nhau. Các đo lường được vẽ trên một đồ thị cực để xác định xem dung sai đã được đáp ứng hay chưa.

🚀 Độ tròn trụ

Độ tròn trụ tương tự như độ tròn, ngoại trừ vùng dung sai được phân bổ đều dọc theo chiều dài của đặc điểm. Dung sai hình hình tròn kiểm soát hình dạng của một bề mặt, trục hoặc mặt trực giao. Nhưng hầu hết các loại dung sai khác lại kiểm soát hình dạng của một đặc điểm liên quan đến một hoặc nhiều tham chiếu được gọi là đặc điểm. Đặc điểm được xác định trên các bản vẽ sử dụng một chữ cái và ký hiệu hình tam giác này, và có thể được gắn vào các đặc điểm một cách khác nhau. Thông thường các đặc điểm được xác định sử dụng các bề mặt, nhưng nếu ký hiệu được gắn vào một đặc điểm kích thước thì chính là đặc điểm tương ứng đường căn giữa hoặc mặt căn giữa. Đặc điểm được sử dụng để xác định vị trí các đặc trưng bằng cách xác định cách bộ phận nên được cố định khi kiểm tra dung sai hình học. Để chính xác với ngôn ngữ chuyên ngành, chúng ta cần phải phân biệt giữa đặc điểm cơ khí, tức là đặc điểm trên đối tượng bị hạn chế, một dấu vết, tức là bề mặt đặc biệt tương ứng với đặc điểm đó, và một bộ mô phỏng, tức là một bề mặt thực tế không hoàn hảo được sử dụng để cố định phần để xấp xỉ đặc điểm lý tưởng. Một phần chỉ đang lơ lửng trong không gian được cho là có sáu bậc tự do - nó có thể di chuyển qua lại, lên và xuống, và tiến lên và lùi lại, và nó có thể xoay quanh ba trục đó. Nếu chúng ta giữ đặc điểm trên bộ mô phỏng chống lại bộ mô phỏng, ba bậc tự do trở thành bốn. Bộ phận chỉ có thể di chuyển qua lại, lên và xuống và tiến lên và lùi, và nó chỉ có thể quay quanh một trục duy nhất. Nếu chúng ta hạn chế một bậc tự do nữa, phần đã bị tự do hoàn toàn và chỉ có thể đo. Bằng cách giữ đặc điểm trên bộ mô phỏng chống lại bộ mô phỏng, ba bậc tự do lại được hạn chế bốn. Và bằng cách hạn chế ba đặc điểm, bộ phận đã hạn chế đủ để kiểm tra.

Những đặc điểm này đã thiết lập một hệ thống tham chiếu đặc điểm, hệ thống tọa độ được sử dụng để kiểm tra các đặc điểm. Thứ tự mà các đặc điểm được áp dụng là quan trọng bởi vì tất cả các bề mặt thực tế là không hoàn hảo - việc sử dụng các đặc điểm theo cùng một thứ tự đảm bảo rằng các đo lường là lặp lại được. Để xem lý do, hãy xem xét một ví dụ khi chúng ta muốn đo xem tâm của lỗ được đặt ở đâu. Khi chúng ta giữ bộ phận chống lại bộ mô phỏng B đầu tiên, nó sẽ có ít nhất ba điểm tiếp xúc với đặc điểm B. Bộ mô phỏng C sẽ có ít nhất hai điểm tiếp xúc với đặc điểm C, và bộ mô phỏng F sẽ có ít nhất một điểm tiếp xúc với đặc điểm F. Các đặc điểm được liệt kê theo thứ tự trong khung điều khiển đặc điểm. Nếu chúng ta thay đổi thứ tự các đặc điểm được áp dụng hoặc sử dụng các đặc điểm khác, bộ phận sẽ được cài đặt một cách khác để kiểm tra. Tất cả các dung sai hình học khác thì sử dụng các đặc điểm. Hãy nghĩ về cách thiết kế của bạn và hãy bắt đầu áp dụng dung sai hình học vào quy trình thiết kế của bạn để tăng hiệu suất.