Thiết kế, chế tạo máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi

Cơ cấu đàn hồi được sử dụng nhiều trong các cánh tay robot, các máy mài thủy tinh,…Nhưng quá trình kiểm tra đánh giá kết quả thực nghiệm của những cơ cấu này còn gặp nhiều khó khăn và ph

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO

MÁY THÍ NGHIỆM CƠ CẤU ĐÀN HỒI

GVHD: TS PHẠM HUY TUÂN SVTH: LÊ TRUNG HẬU

MSSV: 11143048 SVTH: VÕ XUÂN VŨ MSSV: 11143201

Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016

S K L 0 0 4 2 3 6

Thiết kế, chế tạo máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

— Khả năng máy: Kiểm tra đường đặc tính lực – biến dạng cho cơ cấu đàn hồi với lực tác dụng đến 50N

3 Nội dung chính của đồ án:

— Giới thiệu đề tài

— Thiết kế cơ cấu gá chi tiết và tác dụng lực dùng cảm biến lực

— Tính toán công suất động cơ yêu cầu

— Hồ sơ bản vẽ:

 Tổng thể hệ thống máy thí nghiệm

 Các cụm chi tiết

 Chi tiết

— Chế tạo mô hình máy thử nghiệm lực

— Thiết kế phần điều khiển và thu thập dữ liệu trên máy tính

4 Các sản phẩm dự kiến

— Mô hình máy thí nghiệm

5 Ngày giao đồ án:

6 Ngày nộp đồ án:

Giảng viên hướng dẫn: TS PHẠM HUY TUÂN

Sinh viên thực hiện: Lê Trung Hậu MSSV : 11143048 Lớp : 111431B

Võ Xuân Vũ MSSV : 11143201 Lớp : 111431B Ngành đào tạo: Cơ Khí Chế Tạo Máy Hệ: Đại Học Chính Quy

Khóa học : 2011 – 2015

ii

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM CƠ CẤU ĐÀN HỒI

- Giáo viên hướng dẫn: TS PHẠM HUY TUÂN

- Họ tên sinh viên: LÊ TRUNG HẬU

- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):

- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do

chính tôi nghiên cứu và thực hiện Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2016

Ký tên

iii

LỜI CÁM ƠN



Trong thời gian thực hiện đồ án:“Thiết kế chế tạo máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi”.Tôi đã

nhận được nhiều sự giúp đỡ của quý thầy, cô, gia đình và bạn bè Vậy nay tôi:

Xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến thầy TS PHẠM HUY TUÂNđã hết lòng giúp đỡ

và hướng dẫn tận tình cho chúng tôi những kiến thức thực tế quan trọng và dẫn hướng cho quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình Đồng thời đã cung cấp cho tôi những tài liệu rất cần thiết liên quan đến đề tài Thầy đã dành nhiều thời gian qúy báu của mình để hướng dẫn chúng tôi

Tôi cũng không quên cám ơn đến quý thầy cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức nền tảng và cơ bản trong thời gian qua để chúng tôi có những kiến thức quan trọng, vững chắc cho những lập luận của mình trong đồ án tốt nghiệp này

Chính những sự hỗ trợ giúp đỡ trên đã tạo động lực, hỗ trợ cho nhóm chúng em thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp này

Mặc dù đã cố gắng nỗ lực hết sức mình, song chắc chắn đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng em kính mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo tận tình của quý Thầy Cô

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực hiện

Lê Trung Hậu

Võ Xuân Vũ

iv

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

“THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM CƠ CẤU ĐÀN HỒI”

Ngày nay, lĩnh vực nghiên cứu về cơ cấu đàn hồi đang ngày càng phát triển, ngày càng

có nhiều người theo đuổi Ở nước ngoài, lĩnh vực này đã được mở rộng và đã được áp dụng nhiều vào thực tế nhưng trong nước nó vẫn rất mới mẻ và chưa được nhiều người quan tâm

Cơ cấu đàn hồi được sử dụng nhiều trong các cánh tay robot, các máy mài thủy

tinh,…Nhưng quá trình kiểm tra đánh giá kết quả thực nghiệm của những cơ cấu này còn gặp nhiều khó khăn và phần lớn thiết bị kiểm tra lực được nhập từ nước ngoài về dẫn đến chi phí cao và khâu sửa chữa bảo trì sau này còn gặp nhiều vướng mắc

Máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi ra đời sẽ góp phần kiểm tra đánh giá kết quả và đo lực đầu ra của cơ cấu đàn hồi một cách chính xác nhất Từ đó đẩy mạnh lĩnh vực nghiên cứu này trong nước và mang lại rất nhiều ứng dụng thực tế

v

MỤC LỤC

Trang

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN i

LỜI CAM KẾT ii

LỜI CÁM ƠN .iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv

CHƯƠNG 1: Ý TƯỞNG 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 4

2.1.1 Các nghiên cứu trên thế giới 4

2.1.2 Các nghiên cứu trong nước 7

2.2 Sơ lược về cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi 9

2.2.1 Định nghĩa cơ cấu, cơ cấu đàn hồi 9

2.2.2 Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi 10

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

3.1 Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi 12

3.1.1 Nguyên lý làm việc của cơ cấu có lực đầu ra không đổi 13

3.1.2 Ưu nhược diểm của cơ cấu đàn hồi 14

3.1.3 Chế tạo 14

3.1.4 Ứng dụng 15

3.2 Khái quát về những phần mềm hỗ trợ 16

3.2.1 Giới thiệu phần mềm CreO 3.0 16

3.2.2 Giới thiệu phần mềm ANSYS 16

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM CƠ CẤU ĐÀN HỒI 20

4.1 Yêu cầu đối với máy cần thiết kế 20

4.1.1 Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng 20

vi

4.1.2 Khả năng làm việc 20

4.1.3 Độ tin cậy 21

4.1.4 An toàn trong sử dụng 21

4.1.5 Tính công nghệ và tính kinh tế 21

4.2 Các phương án thiết kế 21

4.2.1 Máy thí nghiệm tác dụng lực bằng tay quay 21

4.2.2 Máy thí nghiệm tác dụng lực bằng hệ thống thủy lực 22

4.2.3 Máy thí nghiệm tác dụng lực sử dụng động cơ 23

4.3 Lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công cho chi tiết không tiêu chuẩn … 23 4.3.1 Lựa chọn vật liệu 23

4.3.2 Lựa chọn phương pháp gia công cho những chi tiết không tiêu chuẩn 24

4.4 Tính toán công suất truyền động 24

4.4.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của máy thí nghiệm theo thiết kế 24

4.4.2 Tính toán công suất động cơ khi hoạt động 25

4.5 Chọn động cơ 25

4.5.1 Động cơ điện một chiều 25

4.5.2 Động cơ điện xoay chiều 26

4.5.3 Động cơ bước 26

4.5.4 Động cơ servo 27

4.6 Chọn khớp nối trục 28

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ CỦA MÁY 30

5.1 Tính toán bộ truyền trục vít me đai ốc bi 30

5.1.1 Giới thiệu 30

5.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của vít me đai ốc bi 31

5.1.3 Các dạng frofil ren của vít me và đai ốc 32

5.1.4 Lựa chọn sơ bộ bộ truyền trục vít me đai ốc bi 33

5.1.5 Tính toán bộ truyền trục vít me đai ốc bi theo độ bền kéo (hoặc nén) 34

5.1.6 Chọn các thông số của bộ truyền 34

5.1.7 Tính kiểm nghiệm về độ bền 35

5.1.8 Lựa chọn đai ốc 39

5.1.9 Cách lắp đặt trục vít me bi 40

5.2 Thiết kế ổ đỡ và chặn bi 41

5.3 Lựa chọn, tính toán cơ cấu dẫn hướng 45

5.3.1 Lựa chọn cơ cấu dẫn hướng 45

5.3.2 Các kiểu lắp đặt thanh trượt bi 46

5.3.3 Tính toán khả năng chịu tải 49

5.3.4 Cơ sở tính toán 51

5.4 Thiết kế phần thân máy 55

5.4.1 Yêu cầu của thân máy 55

5.4.2 Kết cấu thân máy 56

vii

5.4.3 Vật liệu chế tạo thân 56

5.5 Thiết kế bàn trượt 57

5.6 Thiết kế gối trượt trên 58

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU NHẬN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU 59

6.1 Thiết bị đo lực loadcell 60

6.1.1 Khái niệm 60

6.1.2 Phân loại 60

6.1.3 Cấu tạo 60

6.1.4 Nguyên lý hoạt động 61

6.1.5 Thông số kỹ thuật cơ bản 62

6.2 Board cầu H 63

6.3 Board STM32F103RCT6 64

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 65

7.1 Kết quả đạt được 65

7.1.1 Thiết kế cơ khí 65

7.1.2 Kiểm tra những chi tiết chịu lực trực tiếp bằng ANSYS 66

7.1.3 Hệ thống điện 67

7.1.4 Kết quả thực nghiệm 68

7.1.5 Nhận xét 69

7.2 Đề xuất 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 2.1: Một số thông số chính của máy 9

Bảng4.1:Các loại động cơ servo 28

Bảng5.1: Cấp chính xác của trục vít me theo chiều dài trục 33

Bảng5.2: Tiêu chuẩn lựa chọn các đường kính của trục vít me 36

Bảng5.3: Giới hạn chiều dài của trục vít ứng với cấp chính xác 38

Bảng5.4: Tiêu chuẩn trục vít me đai ốc bi models BLK 39

Bảng5.5: Các kiểu ổ đỡ dựa theo đường kính trong của ổ và đường kính ngoài của ren 43 Báng 5.6: Các thông số của models EK 44

Báng 5.7: Các thông số của models EF 45

Báng 5.8: Hệ số fw 53

DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 2.1: Máy kiểm tra kéo trượt vạn năng bằng động cơ thủy lực điều khiển bằng máy tính HT21-01 4

Hình 2.2: Máy kiểm tra kéo trượt vạn năng điều khiển bằng máy tính dòng GOLIATH 6 Hình2.3: Thiết bị kéo vạn năng của Mỹ Instron 3300 7

Hình2.4: Máy thí nghiệm vạn năng PATHFINDER 8

Hình2.5: Một số cơ cấu truyền thống 10

Hình2.6: Kìm cộng lực dùng cơ cấu đàn hồi 10

Hình2.7: Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi 11

Hình2.8: Mô hình cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi có cấu tạo nguyên khối 11

Hình3.1: Mô hình cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi có cấu tạo nguyên khối 12

Hình3.2: Mô hình cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi có cấu tạo nguyên khối 12

Hình3.3: Vị trí làm việc của cơ cấu 13

Hình3.4: Biểu đồ lực, ứng suất và chuyển vị 14

Hình3.5: Tay gắp sử dụng cơ cấu ổn định lực 15

Hình3.6: Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi được lắp vào máy mài thủy tinh 15

Hình3.7: Giao diện làm việc của ANSYS Workbench 18

Hình3.8: Trình tự để giải một bài toán trong ANSYS 19

Hình4.1: Máy đo lực bằng tay quay 22

Hình4.2: Máy đo lực sử dụng hệ thống thủy lực 22

Hình4.3: Máy thí nghiệm sử dụng động cơ 23

ix

Hình4.4: Nhôm khối 24

Hình 4.5: Sơ đồ động của máy 25

Hình 4.6: Động cơ điện một chiều 25

Hình4.7: Động cơ điện xoay chiều 26

Hình 4.8: Động cơ bước 27

Hình4.9: Động cơ servo 27

Hình4.10: Khớp nối trục 29

Hình5.1: Bộ truyền vít me đai ốc bi 30

Hình5.2: Kết cấu sơ bộ của vít me đai ốc bi 31

Hình5.3: So sánh giữa vít me thường và vít me bi 32

Hình5.4: Các dạng profil ren vít me và ổ bi 33

Hình 5.5: Các đường kính tiêu chuẩn của trục vít me đai ốc 37

Hình 5.6: Cấu tạo trục vít me đai ốc 39

Hình5.7: Các kiểu lắp trục vít me bi 40

Hình5.8: Cấu trúc của gối đỡ 41

Hình5.9: Các loại models của gối đỡ 42

Hình5.10: Các thông số gối đỡ của EK 10 đến 20 44

Hình5.11: Các thông số gối đỡ của EF 10 đến 20 45

Hình 5.12: Thanh trượt bi 46

Hình 5.13: Cấu tạo ổ trượt ( góc cắt ¼ ) 47

Hình5.14: Cấu tạo ổ trượt ( góc cắt ½ ) 47

Hình 5.15: Các phương pháp lắp thanh trượt bi 48

Hình5.16: Cách lắp thanh trượt bi 48

Hình 5.17: Số lượng thanh trượt được lắp 49

Hình5.18: Quy trình tính toán ray dẫn hướng 50

Hình 5.19: Sơ đồ phân bố tải trọng và fs cho các máy công nghiệp 51

Hình5.20: Tải trọng tác dụng lên hệ thống ray dẫn hướng 54

Hình5.21: Phần thân chính của máy 57

Hình 5.22: Bản vẽ chi tiết bàn trượt 57

Hình5.23: Bản vẽ chi tiết gối trượt trên 58

Hình6.1: Sơ đồ khối của hệ thống thu và xử lý tín hiệu 59

Hình6.2: Sơ đồ mạch điện trở của loadcell 61

Hình6.3: Loadcell dạng thanh 63

Hình6.4: Board cầu H FET 63

Hình6.5: Board STM32F103RCT6 64

Hình7.1: Máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi 65

Hình7.2: Chi tiết đồ gá cơ cấu 66

x

Hình7.3: Chi tiết đồ gá loadcell 66

Hình7.4: Hệ thống điện 67

Hình7.5: Mô phỏng tính cho ½cơ cấu 68

Hình7.6: Thí nghiệm lực tính cho ½cơ cấu 68

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PTN

VĐK

Phòng Thí Nghiệm

Vi Điều Khiển CNC

CAD

CAM

USB

Computerized Numerical Control Computer Aided Design

Computer Aided Manufacturing Universal Serial Bus

1

CHƯƠNG 1

Ý TƯỞNG

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Chúng ta đang sống trong thế kỷ XXI, thế kỷ của sự phát triển khoa học kỹ thuật hiện đại với các bước tiến vượt bậc trong các ngành công nghiệp trọng điểm, đặc biệt sự phát triển của máy móc hiện đại cũng như các loại máy thí nghiệm trong nước và ngoài nước Các máy móc mới được nghiên cứu chế tạo ra ngày càng nhiều

và được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống Trong đó, các loại máy đo lực kéo nén đã được nghiên cứu rộng rãi với rất nhiều ứng dụng

Hiện nay, trong các phòng thí nghiệm, trường học, các viện nghiên cứu cũng như các phân xưởng sản xuất cũng đang sử dụng một số loại máy đo lực kéo – nén vật liệu Các thiết bị này đã có từ lâu và phần lớn khâu xử lý số liệu đo lường và đánh giá kết quả đo đều làm thủ công, rất mất thời gian, hiệu suất và độ chính xác không cao Hiện giờ, trên thị trường có bán các loại máy đo lực với độ chính xác khá cao và đã giải quyết được những khó khăn nêu trên Nhưng giá thành rất cao và phần lớn được nhập từ nước ngoài về nên đã tạo ra một rào cản đối với các doanh nghiệp trong nước

Đặc biệt, lĩnh vực nghiên cứu về cơ cấu đàn hồi đang ngày càng phát triển, ngày càng có nhiều người theo đuổi Ở nước ngoài, lĩnh vực nghiên cứu về cơ cấu đàn hồi đã được mở rộng và đã được áp dụng nhiều vào thực tế nhưng trong nước

nó vẫn rất mới mẻ và chưa được nhiều người quan tâm Quá trình kiểm tra đánh giá kết quả thực nghiệm của những cơ cấu này còn gặp nhiều khó khăn và phần lớn thiết bị kiểm tra lực được nhập từ nước ngoài về dẫn đến chi phí cao và khâu sửa chữa bảo trì sau này còn gặp nhiều vướng mắc

Vì vậy, cần có một thiết bị kiểm tra lực phù hợp sẽ loại bỏ được các nhược

điểm trên do đó đề tài “ Máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi với lực đầu ra không đổi ”

trở nên cấp thiết Máy ra đời sẽ mang nhiều ưu điểm như: kích thước nhỏ gọn, chi phí thấp, kiểm tra được lực đầu ra của nhiều cơ cấu đàn hồi cũng như nhiều loại vật liệu khác nhau

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Tạo điều kiện, tiền đề cho việc nghiên cứu phát triển các kỹ năng, vận dụng kiến thức đã học vào thực tế

Tạo được sản phẩm mới, góp phần vào sự phát triển của nền công nghiệp nước nhà

Thông qua tín hiệu điện từ bộ cảm biến lực và chiều dài có độ chính xác cao, ta

có thể thu các kết quả thử nghiệm về và tính toán một cách chính xác Đồng thời thể hiện một cách trực quan quá trình biến đổi của cơ cấu thông qua biểu đồ, đồng thời cũng lưu lại kết quả, lập báo cáo và kết xuất dữ liệu theo yêu cầu

Ta có thể theo dõi toàn bộ quá trình phép thử ngay trong các chương trình, các giá trị đo được từ máy tính có độ chính xác cao Cho phép chọn và quan sát, phân tích các giai đoạn biến dạng của cơ cấu trên biểu đồ, thông qua đó đánh giá chất lượng cơ cấu có hệ thống và chi tiết hơn

“Máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi” chiếm một vai trò quan trọng trong quá trình đánh giá, kiểm nghiệm về lực đầu ra của chi tiết Đề tài sẽ góp phần trong việc thử nghiệm đo lực đầu ra của các cơ cấu đàn hồi với độ chính xác cao hơn, quá trình xử

lý số liệu dễ dàng hơn, tiết kiệm thời gian, kinh phí nâng cấp và nâng cao hiệu suất

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài chủ yếu nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi với lực đầu ra không đổi và nguyên lý hoạt động, các ưu nhược điểm của chúng

 Tính toán và thiết kế hoàn chỉnh cho máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi

 Gia công lắp ráp và chạy thử máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi

 Kiểm nghiệm lực đầu ra của một cơ cấu đàn hồi thực tế

1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu

 Nghiên cứu các thiết bị đo lực kéo nén đã có sẵn trên thị trường cũng như

ưu nhược điểm của từng loại

 Nghiên cứu cơ cấu đàn hồi có cấu tạo nguyên khối

 Nghiên cứu thiết bị đo và thiết bị kết nối với máy tính

 Phân tích dữ liệu, lọc các dữ liệu nhận được

 Sử dụng phần mềm ANSYS15 để kiểm bền các chi tiết chịu ứng suất lớn

 Nghiên cứu thiết bị đo và thiết bị kết nối với máy tính

3

 Đo lực đầu ra của một cơ cấu có lực đầu ra không đổi điển hình từ đó lấy số liệu và xây dựng biểu đồ lực

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm:

 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết : Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy thí nghiệm, tính toán lực tác động lớn nhất để lựa chọn động cơ hợp lý

và các nguyên lý của máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi trong thực tế có thể sử dụng Từ đó có sự nhìn nhận đúng hướng trong việc tính toán, thiết kế và chế tạo máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi Nghiên cứu khả năng lập trình ghép nối máy tính và xử lý số liệu

 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm đo lực một

cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi và kiểm nghiệm độ bền của máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi Lấy đó làm cơ sở chính trong việc tính toán lực, thiết kế chế tạo các chi tiết của máy.Thiết kế thiết bị giao tiếp với máy tính, trao đổi dữ liệu với thiết bị

2.1.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay trên thế giới, máy đo lực kéo-nén đang được sử dụng rất rộng rãi và rất đa dạng từ bằng tay đến động cơ rồi đến NC hay CNC có thể kéo-nén nhiều chi tiết, cơ cấu với độ chính xác cao

Một số loại máy đang được sử dụng để đo độ bền kéo:

 Máy kiểm tra kéo, trượt vặn năng bằng động cơ thủy lực điều khiển bằng máy tính HT-2101

Hình 2.1 Máy kiểm tra kéo, trượt vặn năng

bằng động cơ thủy lực điều khiển bằng máy tính HT-2101

 Kết cấu khung máy: Khung được chế tạo bằng thép cứng, có kết cấu vững chắc, chịu được lực kéo lớn, và có tính ổn định cao

 Hệ thống chuyển động của máy: Dịch chuyển cơ cấu bởi hệ thống vít

me bi, hệ thống động cơ giảm chấn xuất xứ từ Châu Âu và dây đai chịu

5

lực của Nhật, tạo cho máy hoạt động êm không gây tiếng ồn quá trình sản xuất khung trượt, bàn kẹp theo tiêu chuẩn ISO và được kiểm soát chặt chẽ, tạo nên mức độ ổn định của máy, tăng độ chính xác trong quá trình thử nghiệm

 Hệ thống cảm biến: Thông qua hệ thống cảm biến tải trọng (load cell) với độ nhạy và chính xác cao, làm cho sai số lặp lại nhỏ hơn 0,01%

 Tiêu chuẩn hóa các modul máy được thiết kế theo tiêu chuẩn hóa các modul, làm cho việc them tính năng, hoặc thay thế sửa chữa một cách nhanh chóng

 Kết hợp thiết bị công nghệ cao: Sự kết hợp các thiết bị công nghệ cao, điều khiển trực tiếp trên màn hình máy tính, hiện thị lưu trữ dữ liệu và

đồ thị trong quá trình thử nghiệm (quá trình chịu kéo, quá trình chảy của vật liệu) có thể kết hợp cho bốn đầu cảm biến lực cùng lúc, thiết lập chế độ thử nghiệm ngay trên màn hình máy tính, điều chỉnh và kiểm soát tốc độ kéo (có thể tinh chỉnh được)

 Máy thử kéo/nén vạn năng được điều khiển bằng máy tính dòng GOLIATH

Kết cấu máy: Khung máy, piston/ xylanh, load cell điện tử:

 Khoảng trống dọc trục của hệ thống này là 400mm, có thể điều chỉnh với bước 50mm

 Quá trình đóng mở gá kẹp và điều chỉnh khoảng cách dọc trục của 2 bộ

má kẹp trên, dưới sử dụng hệ thống 2 xilanh thuỷ lực phụ độc lập nhau,

và 2 xilanh này được điều khiển bởi nút bấm trên bảng điều khiển Đặc tính duy nhất này làm cho máy hoạt động cực kỳ đơn giản và chỉ cần 1 người vận hành tiến hành quá trình thử nghiệm trong thời gian ngắn

 Quá trình dịch chuyển của đầu piston được điều khiển bởi một bộ encoder 2 chiều

6

Hình 2.2 Máy kiểm tra kéo, trượt vặn năng

điều khiển bằng máy tính dòng GOLIATH

Thiết bị được sử dụng theo cả 2 chế độ tự động và bằng tay, thực hiện được một số các phương pháp kiểm tra sau:

 Thử kéo cho thép và thép dự ứng lực: đáp ứng tiêu chuẩn EN 10002 và ASTM A370

 Thử kéo thông thường, thử uốn cho thép (đáp ứng cho cả tiêu chuẩn châu Âu và tiêu chuẩn Mỹ): Đáp ứng tiêu chuẩn UNI 559, 564 và ASTM E290

 Thử nén cho thép: Đáp ứng tiêu chuẩn UNI 558

 Thử uốn cho bê tông: Đáp ứng tiêu chuẩn EN 12390-5

 Thử nén cho các mẫu bê tông: Đáp ứng tiêu chuẩn EN12390-3

Tuỳ thuộc vào phương pháp thử sẽ có các phụ kiện tương ứng (tuỳ theo yêu cầu), khi đó mẫu sẽ được đặt vào máy, các dữ liệu về mẫu được đưa vào, quá trình kiểm tra sẽ được tiến hành tự động chỉ bằng bộ nút bấm Sau đó cho phép in ra các kết quả hoặc lưu giữ lại

7

 Thiết bị kéo vạn năng Instron 3300 của Mỹ

 Kết cấu khung: được chế tạo bằng thép cứng, có kết cấu vững chắc, chịu được lực kéo lớn và có tính ổn định cao

 Hệ thống chuyển động: dịch chuyển cơ cấu bởi hệ thống hành trình con trượt tạo cho thiết bị hoạt động êm không gây tiếng ồn Quá trình sản xuất khung trượt, bàn kẹp theo tiêu chuẩn ISO và được kiểm soát chặt chẽ, tạo nên mức độ ổn định của thiết bị, tăng độ chính xác trong quá trình thử nghiệm

 Hệ thống cảm biến: thông qua hệ thống cảm biến tải trọng (loadcell) với độ nhạy và chính xác cao, làm cho sai số lặp lại nhỏ hơn 0,01%

 Kết hợp thiết bị công nghệ cao: điều khiển trực tiếp trên màn hình máy tính, hiển thị, lưu trữ dữ liệu và đồ thị trong quá trình thử nghiệm

 Thiết lập chế độ thử nghiệm ngay trên màn hình máy tính, điều chỉnh

và kiểm soát tốc độ kéo (có thể tinh chỉnh được)

Hình 2.3 Máy kéo nén vạn năng của Mỹ instron 3300

2.1.2 Các nghiên cứu trong nước

Do đặc thù, các máy thí nghiệm vạn năng đều là thiết bị chuyên dùng yêu cầu

độ chính xác rất cao, tính ổn định khi sử dụng, khả năng thực hiện các thí nghiệm đa dạng trên nhiều loại vật liệu và cấu tạo khác nhau Việc chế tạo các máy thí nghiệm loại này đòi hỏi rất cao ở trình độ gia công cơ khí, thiết kế và lắp ráp các mạch xử lý

8

tín hiệu đo và điều khiển điện tử Bên cạnh đó nó cũng yêu cầu người thiết kế phải

có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực thí nghiệm, đặc biệt là am hiểm về các tiêu chuẩn kỹ thuật có liên quan

Tại Việt Nam phần lớn các máy thí nghiệm đều được nhập khẩu từ nước ngoài, một số rất nhỏ được chế tạo trong nước Các máy thí nghiệm vạn năng hầu hết được nhập khẩu từ Trung Quốc với các dòng máy rẻ tiền có tính năng thấp, các dòng máy chất lượng cao được nhập từ các nước tiên tiến thường có giá rất cao

Hiện nay chỉ có duy nhất một máy đã được chế tạo ở Việt Nam là máy thí nghiệm vạn năng cấp tải 100 tấn, gia tải bằng thủy lực với hệ điều khiển và đo lường điện tử Tham gia thiết kế chế tạo là các đối tác từ nhóm nghiên cứu và phát triển, công ty TNHH Kỹ Thuật BKSG và ba cơ sở chế tạo cơ khí chính xác

Kết cấu máy gồm có 4 cột, 2 trục vít và 2 thanh chống tạo lực đẩy, đường kính thanh chống 100mm giúp máy có độ vững chắc và ổn định rất cao Hình 2.5, thể hiện tổng thể máy thí nghiệm vạn năng PATHFINDER, model BK-UTM 100CH đã được lắp đặt và khai thác tại máy đang vận hành tại PTN Vật Liệu Xây Dựng, ĐHBK Tp HCM

Hình 2.4 Máy thí nghiệm vạn năng PATHFINDER, model BK-UTM 100C

9

Bảng 2.1 Một số thông số chính của máy

- Lực kéo/nén lớn nhất, 100 tấn ~ 1000kN, đo lực bằng

bộ cảm biến lực (loadcell), Hàn Quốc

- Cấp chính xác Cấp 1

- Dãy đo lực: từ 2% của loadcell đến 100 Tấn

- Số cột của khung máy 4 cột, đường kính ~100mm

- Độ phân giải bộ A/D (đo lực) 1/200000 thang của loadcell

- Độ phân giải đo chuyển vị 5/1000 mm

- Độ chính xác đo lực Sai số < ±1% số đo

- Độ chính xác đo chuyển vị Sai số < ±1% số đo

- Khoảng tĩnh không theo phương đứng 900mm

- Nguồn điện: 3 pha 380V/4,5kW/

- Phần mềm điều khiển và xử lý kết quả BK-eXpertTest

Như vậy có thể khẳng định rằng nhu cầu sử dụng máy thử đo lực kéo-nén ở nước ta là rất lớn nhưng qua tìm hiểu thực tế ở nước ta thì hiện nay chưa có công ty hay tổ chức nào chuyên sản xuất hay nghiên cứu về máy đo lực do vậy mà tài liệu cũng như chủng loại về máy còn rất nhiều hạn chế Nhưng hiện nay trên thị trường

có rất nhiều loại máy nhập từ nước ngoài về có thể thử kéo-nén mẫu với nhiều hình dạng từ đơn giản đến phức tạp, các loại máy này đều có năng suất cao và khả năng đạt độ chính xác cao nhưng giá thành khá đắt vì vậy mà nhiều công ty không dám đầu tư

2.2 Sơ lƣợc về cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi

2.2.1 Định nghĩa cơ cấu, cơ cấu đàn hồi

Cơ cấu là một thiết bị cơ khí dùng để truyền hay thay đổi chuyển động, lực hay năng lượng Các dạng cơ cấu truyền thống bao gồm những khâu liên kết cứng được nối tại khớp động Ví dụ như cơ cấu của động cơ piston 2.5a, cơ cấu kìm cộng lực hình 2.5b (Howell 2001)

10

Hình 2.5 Một số cơ cấu truyền thống

a) Cơ cấu của động cơ piston , b) Cơ cấu kìm cộng lực

Cơ cấu đàn hồi là cơ cấu để truyền hay thay đổi chuyển động của lực hay năng lượng Cơ cấu đàn hồi thực hiện ít nhất một hoặc nhiều chuyển động của mình nhờ

sự biến dạng của các khâu đàn hồi chứ không dựa vào các khớp động Do được cấu tạo bởi các khâu đàn hồi nên khi hoạt động sẽ loại bỏ được lực ma sát, mài mòn, giảm sự rung động và tiếng ồn, tiết kiệm được chi phí lắp ráp và tăng độ chính xác

So với cơ cấu truyền thống thì cơ cấu đàn hồi có ưu điểm về trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ gọn

Hình 2.6 Kìm cộng lực dùng cơ cấu đàn hồi

Chuyển động của cơ cấu đàn hồi làm cho các khâu của nó biến dạng và tích trữ năng lượng đàn hồi Phần năng lượng này sau đó sẽ được giải phóng để giúp cơ cấu

thực hiện một chức năng nào đó

2.2.2 Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi

Một cơ cấu có lực đầu ra không đổi có kết quả khi mang lại lực đầu ra không đổi trong một phạm vi tương ứng với đầu vào chuyển vị Cơ cấu có lực đầu ra không đổi có lợi trong các ứng dụng đòi hỏi phải có một lực không đổi được áp dụng cho một thời gian khác nhau hoặc không đồng đều bề mặt như trong quá trình mài, hàn, lắp ráp

11

Hình 2.7 Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi

Hình 2.8 Mô hình của cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi có cấu tạo nguyên

khối

12

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi

Hình 3.1 Mô hình cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra

không đổi có cấu tạo nguyên khối

Hình 3.2 Mô hình cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra

không đổi có cấu tạo nguyên khối

13

3.1.1 Nguyên lý làm việc của cơ cấu có lực đầu ra không đổi

Hình 3.3 a) Vị trí ban đầu b) Vị trí làm việc

Sơ đồ của một cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi được thể hiện qua hình 3.3 Khi tác động một lực F với một khoảng chuyển vị cơ cấu đàn hồi bị lệch so với

14

vị trí ban đầu, các thanh đàn hồi bị biến dạng Hình 3.3a và 3.3b thể hiện vị trí ban đầu và vị trí làm việc của cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi

Mục đích của nhóm là tìm được sự liên hệ giữa lực và chuyển vị của cơ cấu từ đó

so sánh với biểu đồ lý thuyết

Hình 3.4 Biểu đồ lực, ứng suất và chuyển vị

3.1.2 Ƣu nhƣợc điểm của cơ cấu đàn hồi

 Có độ chính xác cao do loại bỏ được các sai số khi lắp ráp giữa các khâu

 Giảm được chi phí lắp ráp và bảo dưỡng do cơ cấu có cấu tạo nguyên khối Nhược điểm:

 Khoảng chuyển vị và lực đầu ra là cố định không thay đổi được

 Mô đun đàn hồi là 2.5e6 kPa

 Độ bền kéo là 76e6 kPa

Chọn máy CNC để gia công cơ cấu

15

3.1.4 Ứng dụng

Cơ cấu đàn hồi đã được sử dụng trong:

 Các cánh tay robot cần lực đầu ra ổn định để lắp ráp hay sơn các chi tiết

 Các cánh tay máy trong ngành y, sinh học, nông nghiệp sử dụng để gắp các

tế bào với kích thước rất nhỏ hay thu hoạch sản phẩm (trứng, trái cây,…)

 Được sử dụng nhiều trong lĩnh vực gia công thủy tinh

Hình 3.5 Tay gắp sử dụng cơ cấu ổn định lực ( Chao-Chieh Lan 7/2014)

Hình 3.6 Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi

được lắp vào máy mài thủy tinh

16

3.2 Khái quát về những phần mềm hỗ trợ

3.2.1 Giới thiệu phần mềm CreO 3.0

PTC CreO 3.0 là phần mềm thiết kế được sử dụng rất rộng rãi trong và ngoài nước Phần mềm là giải pháp CAD/CAM/ CAE toàn diện, PTC Creo 3.0 phù hợp cho ngành công nghiệp thiết kế cơ khí chế tạo, gia công khuôn mẫu Nhờ sử dụng chung một cơ sở dữ liệu từ lúc thiết kế sản phẩm, thiết kế cơ khí đến việc chế tạo khuôn, tách khuôn và lập trình gia công CNC 3-5 trục, PTC Creo 3.0 cho phép quá trình sản xuất được diễn ra trôi chảy, dữ liệu được chia sẻ và cập nhật liên tục tạo thành một chu trình khép kín

Tính năng nổi bật của sản phẩm là có thể nhập dữ liệu và lưu lại dữ liệu, mở và đọc, chỉnh sửa trực tiếp, tự động cập nhật với nhiều hãng phần mềm 3D CAD khác nhau PTC Creo 3.0 cho phép người sử dụng dễ dàng thao tác, đào tạo và học nhanh, tiết kiệm thời gian làm việc, không mất thêm chi phí mua các bản quyền của các hãng khác nhau, nhưng vẫn đảm bảo được nguồn dữ liệu

Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm đã sử dụng các công cụ sau của phần mềm

 Các lệnh trong nhóm Sketch 2D để thiết kế các bản vẽ chi tiết 2D

 Các lệnh vẽ trong Sketch 3D để xây dựng các mô hình 3D từ các bản vẽ 2D

 Xuất bản vẽ

3.2.2 Giới thiệu phần mềm ANSYS

ANSYS được lập ra từ năm 1970, do nhóm nghiên cứu của Dr John Swanson,

hệ thống tính toán Swanson (Swanson Analysis System) tại Mỹ, là một gói phần mềm dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích bài toán vật lý cơ học, chuyển các phương trình vi phân phương trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về

Để giải một bài toán bằng phần mềm ANSYS, cần đưa vào các điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình hình học Các ràng buộc và các ngoại lực hoặc nội lực (lực, chuyển vị, nhiệt độ, mật độ) được đưa vào từng nút, từng phần tử trong

mô hình hình học

Sau khi xác lập các điều kiện bài toán, để giải chúng, ANSYS cho phép chọn các dạng bài toán Các kết quả tính toán được ghi lưu vào các file dữ liệu Việc xuất các dữ liệu được tính toán và lưu trữ, ANSYS có hệ hậu xử lý mạnh, cho phép xuất

dữ liệu dưới dạng đồ thị, ảnh để có thể quan sát trường ứng suất, biến dạng hoặc nhiệt độ, đồng thời cũng cho phép xuất kết quả dưới dạng bảng số

ANSYS là một phần mềm mạnh và để giải các bài toán với số phần tử lớn thì

đòi hỏi cấu hình máy cao ANSYS có những tính năng nổi bật như sau:

 Khả năng đồ họa mạnh mẽ giúp cho việc mô hình cấu trúc rất nhanh và chính xác, cũng như truyền dẫn những mô hình CAD

 Giải được nhiều loại bài toán như: tính toán chi tiết máy, cấu trúc công trình, điện, điện từ, điện tử, nhiệt, lưu chất,…

 Thư viện phần tử lớn, có thể thêm phần tử, loại bỏ hoặc thay đổi độ cứng phần tử trong mô hình tính toán

 Đa dạng về tải trọng: tải tập trung, phân bố, nhiệt, vận tốc góc…

 Phần xử lý kết quả cao cấp cho phép vẽ các đồ thị, tính toán tối ưu…

 Có khả năng nghiên cứu những đáp ứng vật lý như: trường ứng suất, trường nhiệt độ, ảnh hưởng của trường điện từ

 Giảm chi phái sản xuất vì có thể tính toán thử nghiệm

 Tạo những mẫu kiểm tra cho môi trường có điều kiện làm việc khó khăn

Giao diện của ANSYS Workbench có ba phần chính:

 Phía trên là các thanh công cụ hỗ trợ

 Phía bên tay trái là hộp thoại Toolbox nơi chứa những mô đun mà có thể

sử dụng khi thao tác với phần mềm

 Phần giữa là màn hình chính Project Schematic

18

Hình 3.7 Giao diện làm việc của ANSYS Workbench

Đối với một bài toán cụ thể, phải xác định được dạng của bài toán và từ đó lựa chọn mô đun phù hợp để giải quyết vấn đề bài toán đặt ra Đối với mỗi dạng bài ứng với từng mô đun sẽ có phương pháp giải những bài toán đó trong phần mềm ANSYS Vì vậy trong giới hạn đề tài này chỉ tập trung phân tích bài toán

Trình tự để giải một bài toán bằng ANSYS:

19

Hình 3.8 Trình tự để giải một bài toán trong ANSYS

20

Chương 4 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM

CƠ CẤU ĐÀN HỒI

 Hoàn thiện máy

Thiết kế là công đoạn rất quan trọng trong quá trình chế tạo máy, nó định hình ý tưởng, vị trí tương quan các chi tiết, đồng thời thông qua bản thiết kế có thể đánh giá được tính hợp lí và khả thi của toàn bộ dự án

4.1 Yêu cầu đối với máy cần thiết kế

4.1.1 Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng

 Máy thiết kế phải có độ chính xác cao, đo được lực đầu ra lớn, ít tốn năng lượng, kích thước máy nhỏ, gọn, chi phí đầu tư thấp, vận hành dễ dàng và

 Kiểm tra sức bền của các chi tiết máy và của cả khung máy bằng ANSYS

 Kiểm tra lực đầu ra của cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi và so sánh kết quả thực nghiệm với thiết kế

4.1.3 Độ tin cậy

 Độ tin cậy là tính chất của máy vừa thực hiện chức năng đã định đồng thời vẫn giữ được các chỉ tiêu về sử dụng (như năng suất, công suất, mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác) trong suốt quá trình làm việc hoặc trong quá trình thực hiện công việc đã quy định

 Độ tin cậy được đặc trưng bởi xác suất làm việc không hỏng hóc trong một thời gian quy định hoặc quá trình thực hiện công việc

4.1.4 An toàn trong sử dụng

Một kết cấu làm việc an toàn có nghĩa là trong điều kiện sử dụng bình thường thì kết cấu đó không gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, cũng như không gây hư hại cho thiết bị, nhà cửa và các đối tượng xung quanh

4.1.5 Tính công nghệ và tính kinh tế

Đây là một trong những yêu cầu cơ bản đối với máy để thỏa mãn yêu cầu về tính công nghệ và tính kinh tế thì máy được thiết kế có hình dạng, kết cấu, vật liệu chế tạo phù hợp với điều kiện sản suất cụ thể, đảm bảo khối lượng và kích thước nhỏ nhất, ít tốn vật liệu nhất, chi phí về chế tạo thấp nhất kết quả cuối cùng là giá thành thấp

Máy nên thiết kế với số lượng ít nhất các chi tiết, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

và lắp ráp, chọn cấp chính xác chế tạo cho phù hợp nhưng vẫn đảm bảo được điều kiện và quy mô sản xuất cụ thể

22

Hình 4.1 Máy đo lực bằng tay quay

4.2.2 Máy thí nghiệm tác dụng lực bằng hệ thống thủy lực

- Giá thành cao, khó chế tạo

- Khá phức tạp, cần người có chuyên môn vận hành

Hình 4.2 Máy đo lực sử dụng hệ thống thủy lực

23

4.2.3 Máy thí nghiệm tác dụng lực sử dụng động cơ

 Ưu điểm:

- Độ chính xác cao

- Đơn giản, dễ chế tạo cũng như dễ sử dụng

- Giá thành tương đối rẻ

- Trọng lượng nhẹ, phù hợp với phạm vi phòng thí nghiệm

 Nhược điểm:

- Chỉ đo được lực trong mặt phẳng

Hình 4.3 Máy thí nghiệm sử dụng động cơ

4.3 Lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công cho những chi tiết không tiêu chuẩn

nó giúp giảm chi phí nhiên liệu Dễ dàng gia công trên máy móc cơ khí hay đúc

Có nhiều cách xử lý thành phẩm, thông thường là sơn nước, sơn bột, xi hay sơn tĩnh điện Nhôm dạng tấm, cuộn hay định hình có nhiều ưu điểm hơn những kim loại khác Cho dù những kim loại khác có những ưu điểm như nhôm, chúng cũng

24

không thể sánh với nhôm Nhôm định hình là quá trình xử lý kim loại nhằm phát huy tối đa các đặc tính vật lý của nhôm, phù hợp cho các nhà thiết kế, kỹ sư và nhà sản xuất Nhôm nhẹ nhất trong các kim loại, có khối lượng riêng 2.7g/cm3 và chỉ nặng 0.1 pound trên inch vuông Nó chỉ nặng bằng 1/3 trọng lượng sắt, thép, đồng

và đồng thau

Hình 4.4 Nhôm khối

4.3.2 Lựa chọn phương pháp gia công cho những chi tiết không tiêu chuẩn

Để gia công các chi tiết không có sẵn, nhóm đã sử dụng các phương pháp gia công cơ khí đã được học ở trường như: phay, hàn, tiện, khoan và taro ren,…

Sử dụng máy CNC đối với một số chi tiết cần độ chính xác cao và phương pháp chấn đối với một số đồ gá

4.4 Tính toán công suất truyền động

4.4.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của máy thí nghiệm theo phương án thiết

kế

Nguyên lý hoạt động của máy: Động cơ truyền chuyển động qua trục vít me nhờ khớp nối trục được lắp trực tiếp Khi trục vít me quay sẽ truyền chuyển động tịnh tiến cho gối đỡ theo chiều của thanh dẫn hướng, gối đỡ chuyển động tịnh tiến làm Loadcell cũng chuyển động tịnh tiến về phía trước Khi đó cơ cấu đàn hồi cần

đo lực đã được gắn cố định lên đồ gá ở giữa thân máy Đầu nhận tín hiệu của Loadcell tác dụng lực vào cơ cấu và bắt đầu nhận dữ liệu

25

Hình 4.5 Sơ đồ động của máy

4.4.2 Tính toán công suất động cơ khi hoạt động:

Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo công thức: t

ct

P P





Pct: công suất cần thiết trên trục động cơ

Pt: công suất tính toán trên trục máy công tác

η : Hiệu suất truyền động : với hiệu suất bộ truyền trục vít me - đai ốc bi đã chọn: η =1, hiệu suất nối trục: η =1

Như vậy muốn xác định công suất động cơ cần phải biết công suất tính toán Pt Với thiết kế máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi đo lực nén từ 0 ÷ 14,2N

Dựa vào mô phỏng và thực tế sản xuất chọn n = 60 v/ph

4.5.1 Động cơ điện một chiều

Hình 4.6 Động cơ điện một chiều

26

- Ưu điểm:

 Khả năng điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải

 Momen khởi động lớn, giá thành rẻ

- Nhược điểm:

 Phải có mạch nguồn riêng

 Có hệ thống cổ góp-chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ

4.5.2 Động cơ điện xoay chiều:

Hình 4.7 Động cơ điện xoay chiều

 Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, không cần mạch phản hồi

 Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC

 Nhược điểm:

 Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ

 Dễ bị xảy ra hiện trượng trượt nếu gặp trường hợp sụt điện áp

Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như sau:

- Momen quán tính nhỏ

- Đặc điểm động học tốt

- Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay

Như vậy qua tìm hiểu và tính toán, để đáp ứng yêu cầu của máy ta chọn động cơ servo 120W:

28

Bảng 4.1 Các loại động cơ servo

Ta có các thông số kĩ thuật của động cơ :

 Công suất động cơ : 120W

 N max :2640 v/p

 Nguồn vào : 24 V

 Tỉ số truyền: i = 1

4.6 Chọn khớp nối trục

Bộ truyền có tác dụng dẫn động, truyền công suất từ trục động cơ sang trục vít

me Do đó, hiệu suất bộ truyền càng cao càng tốt, đồng thời đòi hỏi hệ thống phải hoạt động ổn định trong một thời gian dài

Động cơ gắn cố định vào khung máy, nằm đồng trục với trục vít me nên phải dùng khớp mềm để truyền công suất từ động cơ đến trục vít me Khớp nối mềm có hiệu suất truyền động cao, khử được độ không đồng trục giữa trục động cơ và trục vít me do phần gia công không chính xác gây ra, nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, hoạt

29

động êm, tuổi thọ cao, được lắp trực tiếp vào trục động cơ và trục vít me với tỉ số truyền 1:1, công suất từ động cơ gần như được truyền hoàn toàn sang vít me Đây là phương án đơn giản nhất nên được chọn để sử dụng cho máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi của nhóm

Hình 4.10 Khớp nối trục