CHƯƠNG 1: Ý TƯỞNG .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu .5 Phương pháp nghiên cứu. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN .1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố .1 Các nghiên cứu trên thế giới .2 Các nghiên cứu trong nước .2 Sơ lược về cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi .1 Định nghĩa cơ cấu, cơ cấu đàn hồi .2 Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi. 10 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi .1 Nguyên lý làm việc của cơ cấu có lực đầu ra không đổi .2 Ưu nhược diểm của cơ cấu đàn hồi .2 Khái quát về những phần mềm hỗ trợ .1 Giới thiệu phần mềm CreO 3.2 Giới thiệu phần mềm ANSYS. 16 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM CƠ CẤU ĐÀN HỒI .1 Yêu cầu đối với máy cần thiết kế .1 Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng .2 Khả năng làm việc .4 An toàn trong sử dụng .5 Tính công nghệ và tính kinh tế .2 Các phương án thiết kế .1 Máy thí nghiệm tác dụng lực bằng tay quay .2 Máy thí nghiệm tác dụng lực bằng hệ thống thủy lực .3 Máy thí nghiệm tác dụng lực sử dụng động cơ .3 Lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công cho chi tiết không tiêu chuẩn … 23 4.1 Lựa chọn vật liệu .2 Lựa chọn phương pháp gia công cho những chi tiết không tiêu chuẩn .4 Tính toán công suất truyền động .1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của máy thí nghiệm theo thiết kế .2 Tính toán công suất động cơ khi hoạt động .1 Động cơ điện một chiều.2 Động cơ điện xoay chiều .6 Chọn khớp nối trục.
28 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ CỦA MÁY .1 Tính toán bộ truyền trục vít me đai ốc bi .2 Yêu cầu kỹ thuật của vít me đai ốc bi .3 Các dạng frofil ren của vít me và đai ốc .4 Lựa chọn sơ bộ bộ truyền trục vít me đai ốc bi .5 Tính toán bộ truyền trục vít me đai ốc bi theo độ bền kéo (hoặc nén) .6 Chọn các thông số của bộ truyền .7 Tính kiểm nghiệm về độ bền .8 Lựa chọn đai ốc .9 Cách lắp đặt trục vít me bi .2 Thiết kế ổ đỡ và chặn bi .3 Lựa chọn, tính toán cơ cấu dẫn hướng .1 Lựa chọn cơ cấu dẫn hướng .2 Các kiểu lắp đặt thanh trượt bi .3 Tính toán khả năng chịu tải .4 Cơ sở tính toán .4 Thiết kế phần thân máy .1 Yêu cầu của thân máy .2 Kết cấu thân máy. 56 vi do an 5.3 Vật liệu chế tạo thân .5 Thiết kế bàn trượt .6 Thiết kế gối trượt trên. 58 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU NHẬN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU .1 Thiết bị đo lực loadcell .4 Nguyên lý hoạt động .5 Thông số kỹ thuật cơ bản .3 Board STM32F103RCT6. 64 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ .1 Kết quả đạt được .1 Thiết kế cơ khí .2 Kiểm tra những chi tiết chịu lực trực tiếp bằng ANSYS .3 Hệ thống điện .4 Kết quả thực nghiệm.
69 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 70 vii do an DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1: Một số thông số chính của máy .1:Các loại động cơ servo .1: Cấp chính xác của trục vít me theo chiều dài trục .2: Tiêu chuẩn lựa chọn các đường kính của trục vít me .3: Giới hạn chiều dài của trục vít ứng với cấp chính xác .4: Tiêu chuẩn trục vít me đai ốc bi models BLK .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 .7: Các thông số của models EF .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 .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 .4: Máy thí nghiệm vạn năng PATHFINDER .5: Một số cơ cấu truyền thống .6: Kìm cộng lực dùng cơ cấu đàn hồi .7: Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi .8: Mô hình cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi có cấu tạo nguyên khối .1: Mô hình cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi có cấu tạo nguyên khối .2: Mô hình cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi có cấu tạo nguyên khối .3: Vị trí làm việc của cơ cấu .4: Biểu đồ lực, ứng suất và chuyển vị .5: Tay gắp sử dụng cơ cấu ổn định lực .6: Cơ cấu đàn hồi có lực đầu ra không đổi được lắp vào máy mài thủy tinh .7: Giao diện làm việc của ANSYS Workbench.8: Trình tự để giải một bài toán trong ANSYS .1: Máy đo lực bằng tay quay .2: Máy đo lực sử dụng hệ thống thủy lực .3: Máy thí nghiệm sử dụng động cơ. 23 viii do an Hình4.6: Động cơ điện một chiều.7: Động cơ điện xoay chiều .10: Khớp nối trục .1: Bộ truyền vít me đai ốc bi .2: Kết cấu sơ bộ của vít me đai ốc bi .3: So sánh giữa vít me thường và vít me bi .4: Các dạng profil ren vít me và ổ bi .5: Các đường kính tiêu chuẩn của trục vít me đai ốc .6: Cấu tạo trục vít me đai ốc .7: Các kiểu lắp trục vít me bi .8: Cấu trúc của gối đỡ .9: Các loại models của gối đỡ .10: Các thông số gối đỡ của EK 10 đến 20 .11: Các thông số gối đỡ của EF 10 đến 20 .12: Thanh trượt bi.13: Cấu tạo ổ trượt ( góc cắt ¼ ) .14: Cấu tạo ổ trượt ( góc cắt ½ ) .15: Các phương pháp lắp thanh trượt bi .16: Cách lắp thanh trượt bi .17: Số lượng thanh trượt được lắp .18: Quy trình tính toán ray dẫn hướng .19: Sơ đồ phân bố tải trọng và fs cho các máy công nghiệp .20: Tải trọng tác dụng lên hệ thống ray dẫn hướng .21: Phần thân chính của máy .22: Bản vẽ chi tiết bàn trượt .23: Bản vẽ chi tiết gối trượt trên .1: Sơ đồ khối của hệ thống thu và xử lý tín hiệu .2: Sơ đồ mạch điện trở của loadcell .3: Loadcell dạng thanh .4: Board cầu H FET .5: Board STM32F103RCT6 .1: Máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi .2: Chi tiết đồ gá cơ cấu.
66 ix do an Hình7.3: Chi tiết đồ gá loadcell .4: Hệ thống điện .5: Mô phỏng tính cho ½cơ cấu .6: Thí nghiệm lực tính cho ½cơ cấu. 68 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PTN Phòng Thí Nghiệm VĐK Vi Điều Khiển CNC Computerized Numerical Control CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing USB Universal Serial Bus x do an CHƢƠNG 1 Ý TƢỞNG 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.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. 1 do an Đây cũng sẽ là tiền đề để cải tiến, phát triển sản phẩm và ứng dụng vào trong các lĩnh vực khác có liên quan… Dựa trên các nguyên lý và các phương pháp thử nghiệm cơ cấu cũng như độ chính xác cao của Loadcell và khả năng kết nối máy tính của các thiết bị này để xây dựng phần mềm xử lý số liệu trên máy thí nghiệm cơ cấu đàn hồi. 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.