thiết kế tối ưu phanh lưu chất từ biến xét đến các hình dạng khác nhau của vỏ phanh

Trong nghiên cứu này, các hình dạngkhác nhau của vỏ phanh như hình chữ nhật, hình đa giác, spline sẽ được xét đến và tìmra hình dạng thích hợp nhất.. Trong nghiên cứu này, sau phần giới

PHÒNG CÚN PẨU

THIẾT KẾ TỐI ƯU PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN XÉT ĐẾN CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU

PHÒNG CÚN PẨU

THIẾT KẾ TỐI ƯU PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN XÉT ĐẾN CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU

Cán bộ hướng dẫn khoa học : ………

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày …… tháng …… năm ……

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TP.HCM, Ngày Tháng Năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Giới tính: Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: MSHV: I- Tên đề tài:

II- Nhiệm vụ và nội dung:

III- Ngày giao nhiệm vụ:

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

V- Cán bộ hướng dẫn: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn củaTS.Nguyễn Quốc Hưng, các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưatừng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đượccảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Phòng Cún Pẩu

LỜI CÁM ƠNTôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại Học Kỹ Thuật Công NghệTP.HCM đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt, giúp tôi trang bị những kiến thức vô cùng quýbáu để tôi có thể hoàn thành khóa học.

Tôi xin gửi đếnTS Nguyễn Quốc Hưng lòng tri ân sâu sắc nhất; khoảng thời gianlàm luận văn tuy không nhiều nhưng những kiến thức quý báu của thầy đã giúp emhoàn thành luận văn Thạc Sĩ

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị lớp 12SCD11 đã cùng tôi sát cánhtrong suốt khóa học Thạc Sỹ tại trường, khoảng thời gian tuy không dài nhưng cũng đểlại nhiều kỉ niệm không thể phai mờ

TÓM TẮTTrong thiết kế phanh lưu chất từ biến (MRB), hình dạng của vỏ phanh ảnh hưởngrất đáng kể đến đặc tính hoạt động của phanh Trong nghiên cứu này, các hình dạngkhác nhau của vỏ phanh như hình chữ nhật, hình đa giác, spline sẽ được xét đến và tìm

ra hình dạng thích hợp nhất Trong nghiên cứu này, sau phần giới thiệu về lưu chất từbiến và ứng dụng, các MRB với hình dạng khác nhau của vỏ phanh được giới thiệu vàmomen phanh được xác tính toán dựa trên thuộc tính Bingham của lưu chất từ biến Từ

đó bài toán thiết kế tối ưu MRB với các hình dạng khác nhau của vỏ phanh sẽ đượcthực hiện Bài toán tối ưu nhằm tìm ra giá trị kích thước tối ưu của phanh sao chophanh có thể tạo ra lực phanh theo yêu cầu trong khi khối lượng phanh là nhỏ nhất.Công cụ tối ưu kết hợp với phương pháp phân tử hữu hạn được sử dụng để tìm ra kếtquả tối ưu của MRB Từ kết quả đạt được, hình dạng thích hợp nhất của vỏ phanh sẽđược xác định dựa trên khối lượng giảm đi của phanh

In design of magneto-rheological brake (MRB), it is well-known that the shape ofthe brake envelope significantly affects to performance characteristics of the brake Inthis study, different shapes of MR brake envelop such as rectangular, polygon, splineshape of the envelope are considered and from which the most suitable shape isidentified The MRBs with different shapes of the envelope are introduced followed bythe derivation of the braking torque based on Bingham-plastic behavior of themagneto-rheological fluid (MRF) Optimal design of the MRB with different shapes ofthe envelope is then performed The optimization problem is to find optimal value ofsignificant geometric dimensions of the MRBs that can produce a certain requiredbraking torque while their mass is minimized A finite element analysis integrated with

an optimization tool is employed to obtain optimal solutions of the MRBs From theresults, the most suitable shape of the brake envelope is identified and discussed withthe reduction of mass

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Abstract iv

Mục lục v

Danh mục các từ viết tắt vii

Danh mục các bảng vii

Danh mục các hình ảnh viii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1

1.4 Nội dung nghiên cứu của đề tài 1

1.5 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LƯU CHẤT TỪ BIẾN 4

2.1 Lịch sử nghiên cứu 4

2.2 Nguyên lý hoạt động 5

2.3 Ứng dụng 6

2.3.1 Phanh ly hợp 6

2.3.2 Giảm chấn 8

2.3.3 Khối gá động cơ 9

2.3.4 Haptics 11

2.3.5 Valve 12

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LƯU CHẤT TỪ BIẾN 14

3.1 Giới thiệu chung 14

3.2 Mô hình Bingham 14

3.3 Mô hình Herchel-Berkerly 15

CHƯƠNG 4: PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN VỚI CÁC HÌNH DẠNG VỎ PHANH 17

4.1 Các dạng vỏ phanh 17

4.2 Mô hình toán của phanh lưu chất từ biến 21

4.3 Các phương pháp giải bài toàn từ trường của phanh 25

4.3.1 Phương pháp giải tích 25

4.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 27

4.3.3 Các mô hình FEM để giải các phanh lưu chất từ biến trong nghiên cứu này sử dụng ANSYS 30

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ TỐI ƯU PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN VỚI CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU CỦA VỎ PHANH 31

CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 46

6.1 Mô hình thực nghiệm 46

6.2 Kết quả thí nghiệm 49

6.3 Nhận xét và đánh giá kết quả 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNGBảng 5 1 Đặc tính từ các bộ phận của phanh

Bảng 5 2Tính chất lưu biến của lưu chất từ biến

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNHHình 2 1 Liên kết giữa các hạt thay đổi theo từ trường

Hình 2.2 Cấu tạo cơ bản của MRB

Hình 2.3Cấu tạo cơ bản của giảm chấn sử dụng lưu chất từ biến

Hình 2.4Cấu tạo cơ cấu gá động cơ

Hình 2.5 Găng tay MR

Hình 2.6 Cấu tạo van MR

Hình 3.1 Biểuđồ tương quan giữa chất lỏng Newton và nhựa Bingham

Hình 4.1 Kết cấu MRB dạng đĩa

Hình 4.2 Kết cấu MRB dạng tang trống

Hình 4.3 Kết cấu MRB dạng kết hợp

Hình 4.4 MRB dạng kết hợp với 2 cuộn dây

Hình 4.5 MRB dạng kết hợp có 2 cuộn dây với rotor dạng chữ T

Hình 4.6 phần tử MRF trong khe lưu chất

Hình 4.7 Đường cong B-H của thép silic và MRF

Hình 4.8 Lưu đồ thiết kế tối ưu thiết bị MRF sử dụng FEM

Hình 4.9 Mô hình FEM để giải bài toán từ trường của MRB

Hình 5.1 MRB biên dạng vỏ hình chữ nhật

Hình 5.1MRB biên dạng vỏ đa giác 5 cạnh

Hình 5.3 MRB biên dạng vỏ đa giác 7 cạnh

Hình 5.4 MRB biên dạng vỏ spline

Hình 5.5 Kết quả tối ưu của MRB biên dạng vỏ hình chữ nhật

Hình 5.6 Kết quả tối ưu của MRB biên dạng vỏ hình đa giác 5 cạnh

Hình 5.7 Kết quả tối ưu của MRB biên dạng vỏ hình đa giác 7 cạnh

Hình 5.8 Kết quả tối ưu của MRB biên dạng vỏ Spline

Hình 5.9 Tương quan giữa khối lượng và momen phanh sử dụng chất lưu MRF-132-DG

Hình 5.10 Tương quan giữa khối lượng và momen phanh sử dụng chất lưu MRF-140-DG

Hình 6.1 Bản vẽ Phanh biên dạng vỏ Spline

Hình 6.2 Bản vẽ MRB biên dạng vỏ Spline

Hình 6.3 Mô hình thí nghiệm phanh MR tại phòng thí nghiệm SSSLabHình 6.4 Kết quả thực nghiệm đo momen phanh

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU1.1 Đặt vấn đề

Được phát hiện lần đầu tiên vào những năm 40 của thế kỉ 20, tuy nhiên cho đến đầunhững năm 1990, MRF mới chính thức được đưa vào nghiên cứu và phát triển Ngàynay, cụm từ “Lưu chất thông minh” (Smart fluid) đã không còn xa lạ đối với các nhàkhoa học khi nó ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng nhiều Khi nói đến lưu chấtthông minh, ta thường nhắc đến lưu chất MR và lưu chất ER; mặc dù cách thức hoạtđộng của chúng tương tự nhau; tuy nhiên nhờ vào khả năng chịu ứng suất chảy cao hơnnên các cơ cấu dựa trên MRF đã được nghiên cứu và ứng dụng tương đối nhiều hơnnhư giảm chấn, phanh, khớp nối li hợp[1,2]…

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Phanh lưu chất từ biến đã và đang dần dần được nghiên cứu và ứng dụng rộng rảiđặc biệc trong lĩnh vực ô tô Tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu trên phanh lưu chất từbiến đều tập trung vào phanh có biên dạng mặt cắt hình chữ nhật Vậy, câu hỏi đượcđặt ra là liệu có phải hình dáng hiện tại của vỏ phanh là tối ưu nhất hay không?

Để trả lời câu hỏi trên, đề tài sẽ xét đến một số biên dạng khác nhau của vỏ phanhnhư poligon, spline, từ đó tìm ra thiết kế tối ưu nhất của vỏ phanh mà vẫn đảm bảo tínhnăng hoạt động của phanh

Việc xác định hình dạng nào của vỏ phanh là tối ưu hơn sẽ được dựa trên khốilượng tối ưu của phanh ứng với lực phanh tương ứng

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Thiết kế tối ưu hóa phanh lưu chất từ biến xét đến các hình dạng khác nhau của vỏphanh

Đề xuất hình dạng tối ưu cho vỏ phanh

1.4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Với mục tiêu đã đặt ra, đề tài sẽ tập trung vào một số nội dung sau:

- Tìm hiểu về phanh lưu chất từ biến

- Xây dựng bài toán tối ưu thiết kế phanh lưu chất từ biến với các hình dạng khácnhau của vỏ phanh.

- Giải bài toán tối ưu dựa trên công cụ tối ưu của phương pháp phần tử hữu hạn

- Tổng hợp kết quả tối ưu

- Thực nghiệm kiểm chứng kết quả

1.5 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

1.5.1 Phương pháp luận

Thiết kế tối ưu hóa phanh lưu chất từ biến xét đến các hình dạng khác nhau của vỏphanh là nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng vỏ phanh đến khả năng hãm mô mencủa phanh lưu chất từ biến

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp sử dụng để đạt được mục tiêu đã đề ra:

- Nội dung 1: Tìm hiểu các loại phanh lưu chất từ biến

+ Thu thập các tài liệu nghiên cứu liên quan đến MRB

+ Tìm hiểu các bài báo trong và ngoài nước liên quan đến MRB

- Nội dung 2: Xây dựng bài toán tối ưu thiết kế phanh lưu chất từ biến với các hìnhdạng khác nhau của vỏ phanh

+ Dựa trên những tài liệu thu thập được, lần lược xây dựng bài toán thiết kế phanhvới các hình dạng vỏ phanh khác nhau được đề xuất là hình chữ nhật, hình đa giác vàspline

- Nội dung 3: Giải bài toán tối ưu

+ Bài toán được giải dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn từ đó xác định hìnhdạng nào sẽ tạo ra mô men hãm tối ưu nhất

- Nội dung 4: Tổng hợp kết quả tối ưu

+ So sánh các kết quả thu được dựa trên mô men hãm và khối lượng tối thiểu có thểđạt được của từng kiểu vỏ phanh

- Nội dung 5: Thực nghiệm kiểm chứng kết quả

+ Kết quả tối ưu được kiểm chứng thực nghiệm chế tạo đối với hình dạng vỏ phanhtối ưu nhất sau đo sẽ kiểm chứng lại momen phanh có đạt yêu cầu đề ra hay không.+ Sơ đồ thử nghiệm gồm có các bộ phận chính : động cơ để tạo ra momen quay, bộcảm biến đo momen và phanh lưu chất từ biến

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN 2.1 Lịch sử nghiên cứu

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay trên thế giới đã có khá nhiều các nghiên cứu liên quan đến lưu chất từbiến

- Kerem Karakoc, Edward J Park *, Afzal Suleman(2008) với bài báo “Design considerations for an automotive magnetorheological brake”đã nghiên cứu thiết kế

MRB sử dụng cho ô tô

- Park, E.J., L Falcao da Luz, and A Suleman(2008) với bài báo

“Multidisciplinary Design Optimization of an Automotive Magnetorheological Brake”cũng tập trung vào MRB sử dụng trong ô tô

2.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Do còn hạn chế về mặt tiếp cận và ứng dụng công nghệ mới nên những nghiên cứutrong nước còn hạn chế, chỉ có một số ít tác giả nghiên cứu về lĩnh vực này như là sựkhởi đầu về nghiên cứu MRF trong nước

- Nguyễn Quốc Hưng, Nguyễn Ngọc Điệp, Nguyễn Viễn Quốc, Lăng văn Thắng

đã có bài viết “Thiết kế tối ưu cơ cấu gá động cơ có lực nhớt lớn dùng lưu chất từ

biến”, đã nghiên cứu về ứng dụng MRFtrong cơ cấu gá động cơ Bài nghiên cứu “Thiết

kế tối ưu phanh lưu chất từ biến không dùng ống cách từ” đã tối ưu hóa kích thước của

phanh

Ngoài ra các tác giả trên cũng có nhiều nghiên cứu chung với các tác giả nướcngoài khác liên quan đến lưu chất từ biến như bài báo: Selection of magnetorheologicalbrake types via optimal design considering maximum torque and constrained volume,Smart Mater Struct 21(1), 2012, pp 015012 do hai tác giả Q H Nguyen and S B.Choi đã đề cập đến việc chọn lựa phanh lưu chất từ biến bằng việc tối ưu thiết kế xétđến mô men cực đại và thể tích cho trước…

2.2 Nguyên lý hoạt động

Lưu chất từ biến (MRF) là một dạng của lưu chất thông minh, bao gồmHydrocarbon tổng hợp hoặc silicon kết hợp với thể huyền phù của các hạt từ tính.Thêm vào đó, để loại bỏ sự kết tủa của các hạt có khối lượng lớn khi MRF ở trạng tháilỏng, chất hoạt tính bề mặt, hạt nano, hạt nano từ hóa, hoặc những hạt được phủ từ tính

sẽ được thêm vào Sự kết tủa sẽ làm ảnh hưởng lớn đến đặc tính hoạt động của MRF

Ở trạng thái bình thường, các hạt chuyển động tự do và chất lỏng biểu hiện thuộctính Newton như những chất lỏng bình thường khác Tuy nhiên khi có tác dụng của từtrường ngoài, lưu chất không còn tuân theo thuộc tính Newton nữa mà chuyển sangthuộc tính Bingham, các hạt kim loại bên trong lưu chất này gắn kết lại với nhau theodạng của đường sức từ và có khả năng chống phá vỡ liên kết Độ bền vững của liên kếtnày phụ thuộc vào độ lớn của từ trường ngoài đưa vào

Hình 2 1 Liên kết giữa các hạt thay đổi theo từ trường

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến các tính chất lưu biến của MRF như mật độ, kíchthước của hạt, sắp xếp hình dạng, đặc tính của dòng chất lỏng mang hạt tải điện, chấtthêm vào, nhiệt độ và từ trường đặt vào…Sự liên quan của các yếu tố này rất phức tạp

và quan trọng trong việc xây dựng các phương pháp để cải thiện tính chất của dòngchất lỏng cho các ứng dụng phù hợp Để hoạt động tốt, MRF phải có độ nhớt và độkháng từ của các hạt thấp mà không ảnh hưởng đến từ trường bên ngoài và có thể đạtđược ứng suất tối đa khi có đủ từ trường tác động

Thông thường để làm tăng ứng suất của MRF, người ta thường tăng các thành phần khối lượng của các hạt MR hoặc tăng cường độ của từ trường bên ngoài Tuy nhiên, trong tính toán thiết kế, kích thước và hình dạng của các thiết bị sử dụng MRF ảnh hưởng đáng kể đến việc tiêu hao năng lượng của thiết bị ứng dụng nó

2.3 Ứng dụng

Hiện nay, MRF đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng khá rộng rãi trên thế giới;Trong các ứng dụng, MRF thường được ứng dụng dưới ba dạng chính: dòng chảy(flow mode), trượt (shear mode) và nén (squeeze mode)

2.3.1 Phanh, ly hợp

Phanh là một bộ phận cốt yếu trong ô tô, nếu hệ thống phanh được sử dụng kịp thời

và hiệu quả thì số vụ tai nạn liên quan đến phanh sẽ được giảm thiểu hoàn toàn Khimột lực phanh được tạo ra do người lái xe mà lớn hơn lực ma sát của lốp, lúc đó bánh

xe sẽ bị hãm chặt hay bó cứng lại Do xe đang chuyển động với vận tốc cao nên cácbánh xe sẽ bị trượt trên đường, điều này làm mất khả năng điểu khiển của lái xe, và xe

có thể trượt về phía trước một khoảng cách không xác định được hoặc có thể xảy ra bất

kỳ chuyện gì không biết trước do mất điều khiển xe

Hiện nay, hệ thống phanh ABS đã cải thiện được sự cố trên, các má phanh sẽ liêntục hoạt động để sinh ra một lực bám cần thiết giúp các bánh xe vẫn chuyển động được

mà không bị bó cứng như hệ thống phanh thông thường điều này cũng làm cho vỏ xekhông bị mài mòn xuống mặt đường

Hệ thống phanh ABS bao gồm từ 1 đến 4 thiết bị cảm biến vận tốc được gắn trêntrụ phanh ở các bánh xe, hệ thống bơm và kiểm soát dầu thủy lực, hệ thống điều khiểnđiện tử Các xe hiện nay đang được gắn một trong hai hệ thống phanh phổ biến là loại

1 cảm ứng vận tốc hoặc 4 cảm ứng vận tốc Loại có 4 cảm ứng vận tốc ngoài việcchống bó cứng bánh xe nó còn có nhiệm vụ kiểm soát tốc độ bánh xe (không cho bánh

xe trượt trên mặt đường khi bắt đầu chuyển động)

Hệ thống phanh lưu chất từ biến (MRB) hiện nay hoàn toàn có thể đáp ứng tương

tự như hệ thống ABS Nhờ vào khả năng hoàn toàn điều khiển được với thời gian đápứng nhanh, khi kết hợp với các loại cảm biến vận tốc… ta hoàn toàn có thể điều khiểnphanh nhấp nhả như những gì hệ thống ABS có thể làm

Ngoài ra, MRB còn có nhiều ưu điểm khác:

- Năng lượng vận hành thấp: chỉ cần cung cấp dòng điện tối đa 3A thì MRB

đã có thể đạt được yêu cầu phanh hoàn toàn

- Thiết kế và kết cấu khá đơn giản

- Không cần hệ thống thủy lực đồng nghĩa với việc không có ống dẫn thủy lựcnên sẽ không chiếm dụng khoảng không nhiều

- Không có ma sát giữa các bộ phận kim loại với nhau nên sẽ không có sự haomòn do ma sát

- Dễ dàng điều khiển, đặc biệt chỉ cẩn phanh thông qua sợi dây điện

- Thời gian đáp ứng nhanh: 20ms

Bộ ly hợp MR cũng được nghiên cứu chế tạo dựa trên những ưu điểm trên củaMRB

vô hiệu.

Việc thiết kế bộ giảm chấn có khả năng điều chỉnh độ cứng trở nên cần thiết vì nó

có thể bù đắp những khuyết điểm của bộ giảm chấn thông thường, với khả năng điềukhiển được, MRF đã được nghiên cứu và ứng dụng trong thiết kế giảm chấn Nó có khảnăng tùy biến độ cứng của giảm chấn phụ thuộc vào độ nhấp nhô của mặt đường làm

Hình 2 2 Cấu tạo cơ bản của MRB

Magnetic Circuit Coil

gá động cơ còn được sử dụng để giảm những rung động từ động cơ truyền tới khung xeHình 2 3Cấu tạo cơ bản của giảm chấn sử dụng lưu chất từ biến

nhờ đó mà người ngồi trong xe cảm thấy thỏa mái hơn Nhiều kiểu cơ cấu gá động cơ

đã được nghiên cứu và phát triển, trong đó một số kiểu đã được đưa vào sản xuất vàcung cấp trên thị trường

Việc phân loại gá động cơ có thể dựa vào tác động của nguồn năng lượng bênngoài, về cơ bản, cơ cấu gá động cơ có thể chia làm ba loại: loại thụ động (passivemount), chủ động (active mount) và bán chủ động (semi-active mount) Loại cơ cấu gáđộng cơ thụ động thường hay sử dụng là cơ cấu gá bằng vật liệu cao su (rubber mount),loại này đã được sử dụng rộng rãi từ thập niên 30 thế kỷ trước, ưu điểm của loại này làkích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ và dễ bảo trì thay thế Cơ cấu gá động cơ bằng cao su

có hệ số giảm chấn thấp, hoạt động hiệu quả ở tần số hoạt động cao nhưng không hoạtđộng tốt trong những tần số cộng hưởng Để giải quyết những hạn chế này, môt số cơcấu gá động cơ bằng thủy lực (hydraulic mount) được phát triển và ứng dụng trong một

số dòng xe Gá động cơ thủy lực sử dụng quán tính do dòng chảy của chất lỏng giữahai khoang đàn hồi (làm bằng cao su) Độ cứng động lực của cơ cấu gá động cơ bằngthủy lực cao nhưng lại không giảm được những rung động ngoài dải cộng hưởng như

cơ cấu gá bằng cao su, đặc biệt là vùng có tần số cao

Để cải thiện hoạt động, cơ cấu gá động cơ dạng chủ động được phát triển và đã được

sử dụng trên thị trường Dạng cơ cấu này sử dụng một lực tác động từ bên ngoài và cóthể dùng các thuật toán điều khiển để hệ thống gá hoạt động tốt hơn trong nhữngtrường hợp có những dao động bất thường Hệ thống gá động cơ chủ động có khả nănghoạt động tốt hơn trong một dải tần số rộng, nhưng nó không được sử dụng rộng rãi vì

cơ cấu phức tạp, cần năng lượng lớn và giá thành cao Những hạn chế trên có thể đượcgiải quyết bằng việc ứng dụng cơ cấu gá động cơ bán chủ động Cơ cấu này thườngbao gồm một cơ cấu gá bị động tích hợp với một hệ thống tự động điều chỉnh lực gảmchấn Vì vậy, cơ cấu gá bán chủ động có thể hoạt động như mong muốn mà không cầnnguồn năng lượng lớn cũng, kết cấu không quá phức tạp và giá thành vừa phải

Gần đây đã có nhiều nghiên cứu về dạng gá động cơ bán chủ động sử dụng MRF.Nhờ vào khả năng điều khiển được, MRF có thể hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu trongviệc điều chỉnh lực giảm chấn trong cơ cấu gá.

Hình 2 4 Cấu tạo cơ cấu gá động cơ2.3.4 Haptics

Haptics là một thuật ngữ có nghĩa tương tự như hệ thống phản hồi xúc giác Nógiúp ta có thể cảm nhận như mình đang trực tiếp cầm, nắm hay làm việc gì đó mặc dùchúng ta đang ở rất xa và chỉ quan sát trực tiếp qua camera

Ngày nay Haptics đang được ứng dụng khá rộng rãi nhất là trong lĩnh vực y học,điều này giúp cho một bác sĩ có thể thực hiện những ca mổ quan trọng từ xa Mặc dùkhông có mặt trong phòng mổ nhưng vẫn có thể cảm giác được lực cắt, lực cầm…bằng

hệ thống phản hồi xúc giác

Nhờ vào khả năng đáp ứng nhanh, MRF đã nhanh chóng được nghiên cứu và ứngdụng vào trong lĩnh vực này, cụ thể là găng tay MR Thực chất của găng tay MR là sựkết hợp giữa các MRB lại với nhau, nó làm cản chuyển động của các ngón tay tương

ứng với lực phản hồi thực tế Từ đó người đeo găng tay có thể cảm giác được như đangtrực tiếp thao tác.

Hình 2.5 Găng tay MR (http://research.vancouver.wsu.edu/dr-hakan-gurocak/mr-glove)

Phụ thuộc vào độ lớn của từ trường và cách đưa từ trường vào ta có thể điều chỉnhvan theo kiểu ON/OFF hoặc theo áp suất ngõ vào

Head Cover Valve Housing Coil

Hình 2 6 Cấu tạo van MR

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LƯU CHẤT TỪ BIẾN3.1 Giới thiệu chung

MRF đóng vai trò quan trọng trong trong quá trình nghiên cứu và phát triển của cácthiết bị MR Hơn nữa, mô hình chính xác có thể dự đoán hiệu suất của các thiết bị MR

là một phần quan trọng trong việc chế tạo ra các thiết bị Khi có từ trường tác độngMRF thể hiện tính chất phi tuyến Một loạt các mô hình phi tuyến đã được sử dụng để

mô tả MRF, bao gồm các mô hình nhựa Bingham, mô hình biviscous, mô hìnhHerschel-Bulkley và mô hình nhựa Erying Mặc dù đã có một số mô hình đã được pháttriển và áp dụng cho MRF, hai mô hình phổ biến nhất đã được sử dụng rộng rãi với độchính xác và chi phí tính toán hợp lý là mô hình nhựa Bingham và mô hình nhựaHerschel-Bulkley Vì vậy, hai mô hình này được sử dụng rộng rãi trong mô hình toáncủa MRF

3.2 Mô hình Bingham

Mô hình nhựa Bingham gồm phần tử nhựa cứng liên kết song song với các phần tửchất nhớt Newton Loại này thì ứng suất cắt tỉ lệ thuận với tốc độ cắt và được biểu thịnhư sau:

 : Độ nhớt của chất dẻo khi không có từ trường (độ nhớt sau chảy dẽo).

Sgn: là hàm dấu Đó là chất lỏng ở trạng thái đứng im, ảnh hưởng bởi độ nhớt đànhồi cho đến khi tốc độ cắt lớn hơn giá trị tới hạn ytrong khi nó di chuyển như một

chất lỏng Newton khi vượt qua giá trị tới hạn Mô hình nhựa Bingham được thể hiệntrong hình 3 thể hiện những tính chất MRF phụ thuộc vào ứng suất.

Hình 3 1 Biểuđồ tương quan giữa chất lỏng Newton và nhựa Bingham

Sự đơn giản của mô hình hai tham số này đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi trongviệc điều khiển chất lưu, đặc biệt là ERF và MRF

3.3 Mô hình Herchel- Bulkley

Trong trường hợp này, chất lỏng sẽ bị trượt dày hay trượt mỏng, đặc biệc là khiMRF chịu tốc độc cắt cao, cấu tạo này sẽ cho kết quả tốt hơn Trong trường hợp nàynhựa Herschel-Bulkley là phù hợp và được biểu thị như sau:

1/

( ( )sgn( )y H K m)sgn( )

(2)K: là thông số độ đặc

m: là hệ số chất lỏng của MRF

m>1: chất lỏng trượt mỏng, m<1: chất lỏng trượt dày, m=1 Herschel-Bulkley giốngnhư nhựa Bingham.

Đáng chú ý là các thông số này được thiết lập khi không có từ trường tác động.Nhưng thực tế, các thông số này bị ảnh hưởng bởi từ trường Zubieta đã đề xuất nhựacho MRF dựa trên nhựa Bingham là căn bản kết hợp với nhựa Herschel-Bulkley Các

mô hình này sau đó được áp dụng trong một số nghiên cứu Tính chất lưu biến củaMRF phụ thuộc vào từ trường và có thể được ước tính bằng công thức sau:

2 0

CHƯƠNG 4: PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN4.1 Các dạng phanh

Trên thực tế, đã có khá nhiều các nghiên cứu liên quan đến hình dạng MRB nhằmmục đích tối ưu hóa hoạt động của phanh, trong đó tập trung chủ yếu trong việc tối tưuhình dạng đĩa quay

- Phanh dạng đĩa [3,4]là loại phanh thông dụng nhất và cũng là dạng thiết kế đầutiên của MRB Đây là loại phanh chuẩn được tung ra thị trường

+ Ưu điểm của loại phanh này là dễ chế tạo và đạt được nhiều kết quả tối ưu vềtrọng lượng cũng như kích thước

- + Tuy nhiên, ứng dụng này lại không thích hợp trong trường hợp vị trí lắp đặt của MRB có dạng hình trụ dài và nhỏ

Hình 4 1 Kết cấu MRB dạng đĩa

- Phanh dạng tang trống [5,6]: Dạng phanh này có thể khắc phục được nhược điểm của loại phanh trên vì lực phanh được tạo ra trên bề mặt trụ của tang trống tuy nhiên nó tạo ra momen quán tính khá lớn Để khắc phục nhược điểm đó, dạng tang trống ngược đã được thiết kế và giảm đáng kể momen quán tính.

-Hình 4 2 Kết cấu MRB dạng tang trống

- Phanh dạng kết hợp [7]: Loại phanh này kết hợp được ưu điểm của cả hai

loại phanh trên, đồng thời khắc phục được nhược điểm chúng, đây là sự kết hợp giữa: phanh dạng đĩa và phanh dạng tang trống, phanh dạng đĩa

và phanh dạng tang trống ngược Thực tế nghiên cứu cho thấy, phanh dạng kết hợp mang lại hiệu quả tối ưu hơn so với các dạng khác