CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lí do chọn đề tài Ngày nay ngành kỹ thuật là một trong những ngành quan trọng và cấp thiết trong xã hội và đời sống con người, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì con người luôn hướng đến những gì chính xác, tối ưu nhất. Đi cùng sự phát triển đó các cơ cấu khớp nối hiện đại đã và không ngừng ra đời nhằm thay thế cho các khớp nối truyền thống. Các khớp nối hiện đại thì luôn có những yêu cầu về độ chính xác, đàn hồi cao.
Nhằm chế tạo, kiểm tra và tìm ra các thông số ảnh hưởng trong quá trình in 3D ảnh hưởng đến độ chính xác của khớp mềm nhóm đã chọn cơ cấu biến dạng lớn “Large Deformation Hinge” để chế tạo mô hình đo và tiến hành thực nghiệm. Mục tiêu Nhằm giải đáp các thắc mắc trong mục “Lí do chọn đề tài” nhóm đã thực hiện đề tài này và đặt ra các mục tiêu như sau : - Chế tạo thành công mô hình đo của cơ cấu “Large Deformation Hinge”. - Kiểm tra mô hình đo có đạt độ chính xác cao không. - Phân tích số liệu đo và đưa ra kết luận về một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất cơ cấu bằng phương pháp in 3D.
Giới thiệu về khớp nối 3. - Khái niệm: là sản phẩm mối nối ghép giúp liên kết các bộ phận giữa hai đường ống hoặc giữa các chi tiết máy, giữa các van với nhau. Hiểu đơn giản khớp nối là phụ kiện liên kết giữa 2 trục và truyền momen xoắn từ trục được dẫn động đến thành phần trục được dẫn động. - Chức năng: giúp chuyển động động cơ, tránh tình trạng sai lệch vị trí do lắp đặt không thẳng hàng dẫn đến hình thành áp lực, mài mòn và sai lệch.
Đồng thời, khớp nối còn giúp ổn định các chi tiết máy khỏi bị rung lắc, va đập và làm giảm tiếng ồn trong quá trình vận hành của máy. Khớp nối mềm. Là loại khớp nối có thể biến dạng cũng như đàn hồi rất tốt làm giảm các lực tác dụng và va đập. Khớp nối mềm là một phụ kiện quan trọng dùng để liên kết các chi tiết lại với nhau đồng thời thực hiện nhiệm vụ truyền chuyển động từ chi tiết này sang chi tiết khác đảm bảo sự ổn định của hệ thống vận hành.
Ngoài ra khớp nối còn có chức năng đóng mở các cơ cấu, giảm đáng kể tải trọng động đồng thời ngăn ngừa tình trạng quá tải, cũng như bù sai lệnh tâm giữa các trục… 1 Đáng nói hơn trong kết cấu này, khâu liên kết có khả năng biến dạng đàn hồi lớn sẽ kéo theo nguồn năng lượng va đập gây rung động được dự trữ vào khâu đàn hồi. Và ngay sau đó đó nguồn năng lượng này sẽ được giải phóng dần giúp hạn chế đáng kể những chấn động đột ngột truyền từ trục này sang trục kia. Điều này cho thấy không chỉ có khả năng bù sai lệch trục mà khớp nối mềm còn có khả năng giảm chấn. Phương pháp in 3D Hiện nay in 3D là một phương pháp sản xuất rất phổ biến bởi sự tiện nghi và chi phí cho thiết bị và vật thiệu thấp.
Một số phương pháp in 3D phổ biến: - Công nghệ FDM: là công nghệ in 3D được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, mẫu in sẽ được hình thành bằng các đùn nhựa nóng rồi hóa rắn từng lớp, tạo nên các cấu trúc của sản phẩm. - Công nghệ SLA: dùng tia UV làm cứng từng lớp vật liệu in 3D là nhựa dạng lỏng, nhiều rất nhiều lớp như vậy sẽ tạo nên vật thể in. Đây là công nghệ in 3D vật liệu nhựa tốt nhất hiện này. - Công nghệ DLP: là công nghệ sử dụng sự phản xạ của ánh sáng để tạo ra các sản phẩm.
Bởi vậy đây là công nghệ in có tốc độ in và độ phân giải cao. - Công nghệ SLS: vận hành tương tự SLA nhưng vật liệu ở dạng bột, thủy tinh,…có thể tạo lớp bằng vật liệu phụ trợ là keo chuyên dụng. - Công nghệ SLM: là công nghệ in 3D kim loại, sử dụng vật liệu dạng bột titan, bột nhôm, bột đồng, bột thép để làm vật liệu in 3D. Công nghệ này vận hành như SLS và SLA.
- Công nghệ EBM: ngược lại với SLM, kỹ thuật EBM sử dụng một chùm tia điện tử máy tính điều khiển dưới chân không để làm tan chảy hoàn toàn bột kim loại ở nhiệt độ cao lên đến 1000° C. Nhưng trong khi các công nghệ in 3D hiện nay nó rất chậm và rất tốn kém. - Công nghệ LOM: LOM sử dụng lớp giấy, nhựa hoặc kim loại cán mỏng dính bọc, được hợp nhất dưới nhiệt và áp suất và định hình bằng cách cắt bằng tia laser máy tính kiểm soát hoặc dao. Điều này đôi khi sau đó gia công và khoan.
Đây là phương pháp in 3D có giá cả và tốc độ phải chăng, ngoài ra nó còn cho phép đầy màu sắc 3D in các sản phẩm. - Công nghệ BJ: đây là loại máy in 3D sử dụng hai vật liệu: một loại bột có trụ sở (thường thạch cao) nguyên liệu và một tác nhân liên kết. Có thể sử dụng công nghệ in 3D này với gốm, kim loại, cát hoặc vật liệu nhựa. Các thông số cơ bản của in 3D: 2 - Layer: có thể hiểu cơ bản layer là lớp in.
Với công nghệ in 3D FDM, một vật thể được tạo ra bằng cách nung chảy sợi nhựa qua đầu đùn và đắp từng lớp nhựa lên nhau tạo thành vật thể dưới sự điều khiển của phần mềm in 3D. Điều này có nghĩa là nếu độ dày của lớp in (Layer Height) lớn thì khó có thể tạo ra vật thể với độ chính xác và độ mịn bề mặt cao. Nhưng nếu độ dày lớp in nhỏ sẽ khiến thời gian in một vật thể lâu hơn rất nhiều. - Infill: là một độ in hay độ đặc/rỗng của mẫu in.
- Speed: là tốc độ in. Thông thường tốc độ in chậm thường cho độ chính xác của vật in cao hơn. - Support: nếu hiểu đơn giản infill là giàn giáo bên trong của vật in thì support có thể hiểu là giàn giáo bên ngoài của vật in. Thông thường, khi một đối tượng được in với phần nhô ra ngoài 45°, nó có thể bị chùng xuống và cần có vật liệu support bên dưới để giữ nó lên.
- Flow: là lượng nhựa in đùn ra khi in (nếu bạn muốn lượng nhựa đùn ra nhiều hơn hay ít hơn tại vị trí nào thì tăng lên). Phần mềm GX WORKS 2 - GX Works2 là phiên bản nâng cấp và thay thế cho GX Developer bị hạn chế một số tính năng. Những cải tiến trong phiên bản phần mềm này gồm có: • Giao diện được thiết kế lại một cách trực quan hơn để thuận tiện cho người sử dụng • Thư viện các modul được cập nhập đầy đủ hơn • Hỗ trợ thêm những ngôn ngữ lập trình như FBD và SFC • Thao tác tùy chỉnh các thông số dễ dàng • Bộ cài đặt được tích hợp thêm các gói phần mềm hỗ trợ 5. Phần mềm MatLab MatLab là ngôn ngữ lập trình do MathWorks phát triển, cho phép người dùng xây dựng ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ dữ liệu, thực hiện các phép toán, tạo các giao diện người dùng, liên kết các chương trình máy tính được viết trên nhiều ngôn ngữ khác nhau, bao gồm cả C, C++, Java, và FORTRAN, phân tích dữ liệu, phát triển các thuật toán, tạo ra các mô hình và ứng dụng.
MatLab được tích hợp nhiều lệnh và các hàm toán học, giúp người dùng thực hiện tính toán các con số, vẽ đồ thị và thực hiện các phương pháp số. Phần mềm Ansys workbench Là một gói phần mềm phần tử hữu hạn hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán công nghiệp, đã và đang được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật: kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ, tương tác giữa các môi trường, hệ vật lý. Phần mềm Minitab Minitab là giải pháp phân tích và thống kê số liệu hiệu quả. Nó cung cấp các công cụ cần thiết để phân tích dữ liệu và tìm kiếm các giải pháp có ý nghĩa cho các vấn đề kinh doanh của doanh nghiệp.
Đầu vào dữ liệu được đơn giản hóa để có thể dễ dàng sử dụng cho phân tích thống kê và nó cũng giúp thao tác tập dữ liệu. Nếu các xu hướng, mô hình và biểu đồ được đưa ra, chúng sẽ được phân tích và diễn giải để có thể đưa ra kết luận cuối cùng. Các câu trả lời được đưa ra và những câu trả lời đó được phóng đại với các sản phẩm hoặc dịch vụ nhất định để giúp ích cho việc kinh doanh. Việc giải quyết vấn đề được thực hiện dễ dàng và nhanh chóng hơn với công cụ Minitab bản quyền.
Phân tích ANOVA Phương pháp phân tích phương sai ANOVA được dùng khi nghiên cứu ảnh hưởng của biến nguyên nhân định tính lên biến kết quả định lượng, phương pháp này so sánh trung bình của nhiều nhóm (3 nhóm trở lên). Ứng suất Còn gọi là sức căng, là đại lượng biểu thị nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng do tác dụng của các nguyên nhân bên ngoài như tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ, v. Phương trình ứng suất tổng quan: 𝜎 = 𝐹. 𝐴 Trong đó: σ là ứng suất, F là lực và A diện tích bề mặt.
4 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Với cơ cấu large deformation hinge ý tưởng được thiết kế là để dành cho các sự chuyển động uốn xoay vòng lớn, với độ cứng ngoài của vật liệu trục cao. Thiết kế hình học của trục là hình chữ thập để cho phép sự linh hoạt cao trong việc dùng lực xoắn và momen lực tác dụng lên. Ý tưởng về cơ cấu Large Deformation Hinge Cách thực hiện nghiên cứu để đo số liệu là sẽ tác dụng lực làm quay biến dạng chuyển vị của trục, trên trục có gắn các cục định vị để xác định các điểm tác dụng lực và các điểm để đo sự biến dạng. Hai đầu của trục sẽ được cố định trên bộ phận đế hình L và được gắn với phần đế làm giảm sự xê dịch theo các phương không cần thiết và tối ưu được sự biến dạng về góc xoắn giữa các vị trí đo.
Để tối ưu được việc tác dụng momen lực cũng như lực xoắn lên trục, để ko bị chuyển thành lực tác dụng theo một phương nhất định nhóm sử dụng ổ lăn để lực có thể chuyển động đều lên các cạnh. Thiết kế cơ cấu Large Deformation Hinge trong SOLIDWORK.