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 KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HOÀN THIỆN MÔ HÌNH KIỂM TRA ĐỘ BỀN MỎI SẢN PHẨM NHỰA GVHD: ThS. TRẦN MAI VĂN SVTH: NGUYỄN THANH HÙNG MSSV: 11146045 SVTH: ĐỖ QUỐC NHÂN MSSV: 11146073 SKL 0 0 3 8 8 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn : ThS.
TRẦN MAI VĂN Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THANH HÙNG MSSV: 11146045 ĐỖ QUỐC NHÂN MSSV: 11146073 1. Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo mô hình kiểm tra độ bền mỏi của sản phẩm nhựa”. Các số liệu, tài liệu ban đầu: ……………. Nội dung chính của đồ án: …………….
Các sản phẩm dự kiến ……………. Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i do an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo mô hình kiểm tra độ bền mỏi của sản phẩm nhựa”. - Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. TRẦN MAI VĂN - Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THANH HÙNG MSSV: 11146045 ĐỖ QUỐC NHÂN MSSV: 11146073 - Lớp:1114601B - Địa chỉ sinh viên:105/1/11 - Nguyễn Tƣ giản - Tổ 75 - Kp10 - P12 - Q.
Hồ Chí Minh. - Số điện thoại liên lạc: 01658975582(Nhân). - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 27/7/2015 - 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”. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 7 năm 2015 Ký tên Nguyễn Thanh Hùng Đỗ Quốc Nhân ii do an LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên chúng em xin g ửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã dìu dắt, dạy dỗ và truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm cho chúng em trong 4 năm qua. Đặc biệt, chúng em xin đƣ ợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Th.S Trần Mai Văn, ngƣời thầy đã tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt cho chúng em những kinh nghiệm quý báu giúp chúng em hoàn thành đồ án đúng thời hạn.
Cuối cùng chúng em xin đƣ ợc gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, ngƣời thân, bạn bè đã chia sẻ, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để chúng em hoàn thành khóa luận này. Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi những thiếu sót, chúng em mong sự chỉ bảo thêm của thầy cô giúp chúng em hoàn thành và đ ạt kết quả tốt hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 27 tháng 7 năm 2015 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thanh Hùng Đỗ Quốc Nhân iii do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH KIỂM TRA ĐỘ BỀN MỎI CỦA SẢN PHẨM NHỰA” Máy thử độ bền mỏi sản phẩm nhựa là máy dùng để thử các mẫu sản phẩm bằng vật liệu nhựa nhằm đánh giá độ bền mỏi của sản phẩm nhựa trong thực tế. Mục tiêu nghiên cứu đề tài là chế tạo và điều khiển máy sao cho tạo đƣợc điều kiện tác động vào sản phẩm nhƣ khi sản phẩm đƣợc sử dụng ngoài thực tế; có khả năng tự động hóa và giao tiếp máy tính.
Nội dung và quá trình thực hiện: Thiết kế và hoàn thiện bản vẽ, gia công phần cơ khí, lắp ráp phần cơ khí, kiểm tra và hoàn thiện phần cơ khí, viết báo cáo.Máy dùng để đo số lần phá hủy mỏi của sản phẩm nhựa.Nguyên lý hoạt động của máy dựa trên cơ cấu tay quay-con trƣợt với số lần tác dụng lớn lên sản phẩm,làm phá hủy mỏi của sản phẩm.Sau khi hoàn thành quá trình phá hủy mỏi của sản phẩm,ta tìm đƣợc số lần phá hủy thông qua cảm biến và phần mềm đo. Nhóm đã thiết kế và chế tạo thành công máy dùng để đo độ bền mỏi của sản phẩm nhựa, sau khi chạy thử nghiệm nhóm đã rút ra một số đánh giá sau: tạo đƣớc điều kiện tác động vào sản phẩm nhựa gần giống với thục tế, sai số trong việc đếm số lần tác động nhỏ và nằm trong giới hạn cho phép, có khả năng giao tiếp máy tinh; tuy nhiên vẫn còn một số khuyết điểm nhƣ: chƣa tự động hóa hoàn toàn, tính đa dạng đối với sảm phẩm kiểm tra còn thấp(phụ thuộc vào đồ gá), việc điều khiển các trục còn có sai số cao,…Trong tƣơng lai,máy có thể đƣợc phát triển để đo đƣợc nhiều sản phẩm bằng cách thay thế các loại đồ gá khác nhau cho từng loại sản phẩm khác nhau. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thanh Hùng Đỗ Quốc Nhân iv do an MỤC LỤC Trang LỜI CAM KẾT. ii LỜI CẢM ƠN.
iv DANH MỤC HÌNH ẢNH. vii DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU. ix DANH MỤC VIẾT TẮT. x CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU.1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tƣợng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu .5 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Cơ sở phƣơng pháp luận .2 Phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể.
2 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI. 3 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Cơ sở lý thuyết độ bền mỏi .2 Quá trình phá hủy mỏi .3 Đƣờng cong mỏi .2 Cơ sở lý thuyết bộ điều khiển PID .2 Hạn chế của bộ PID .3 Phần mền Visual Studio C# .4 Sơ lƣợc phần mềm Arduino: .1 Khái niệm chung.2 Cảm biến quang .3 Sơ lƣợc Vít me – đai ố c. 13 v do an CHƢƠNG 4 : PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP. 15 TRONG THIẾT KẾ .1 Quy trình thiế t kế .2 Nguyên lý hoạt động của máy .3 Các phƣơng án đề ra .3 Lựa chọn phƣơng án .4Trình tự công việc tiến hành thiết kế .1 Tính toán lựa chọn cơ cấu .2 Tính toán điều khiển.1 Sơ đồ khối và lƣu đồ khối .2 Tính toán thông số PID cho động cơ .3 Tính toán bƣớc dịch chuyển của các trục.
42 CHƢƠNG 6: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ .3 Hƣớng phát triển. 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 48 vi do an DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 2.2: Máy thử mỏi vật liệu 250KN .1: Trục chịu uốn thuần túy .2: Đƣờng sin của ứng suất tại điểm M .3: Chi tiết bị phá hủy mỏi.4: Lƣu đồ điều khiển bộ PID(3) .5: Đồ thị điều khiển PID trên Matlab(4).6: Cửa sổ khởi động Visual Studio .7: Cửa sổ khởi động Arduino IDE .8: Đai ốc thƣờng .10: Cấu tạo của vit me bi(6) .6: Nguyên lý tay quay con trƣợt .7: Đặc điểm của cơ cấu tay quay con trƣợt .8: Sơ đồ nguyên lý máy sử dụng tay quay-con trƣợt .10: Cơ cấu tay quay con trƣợt. 20 vii do an Hình 4.12: Sơ đồ chân board Arduino MEGA 2560(7) .13: Sơ đồ Board Arduino UNO(8) .1: Cơ cấu tay quay con trƣợt .2: Tách khâu tay quay-con trƣợt .4 : Cách lắp thanh trƣợt bi .5: Sơ đồ phân bố momen .8: Cách lắp thanh trƣợt bi .9: Thanh tròn trơn thép hơ ̣p kim lồ ng ổ bi .10: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển .11: Lƣu đồ giải thuật điều khiển .12: Bộ điều khiển .13: Khối board điều khiển .13: Khối board công suất .13: Khối board điều khiển .14 : Cách xác định Tcrit dựa trên hàm quá độ của hệ thống(9) .1: Mẫu thử nghiệm .2: Mẫu thử Khóa nhựa PA66 + 30%GF .3: Mẫu thử Khóa nhựa 50%PP + 50%CaCO3.4: Mẫu thử khóa nhựa 100%PP.
45 viii do an DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU Trang Sơ đồ 4.1: Quy trình thiế t kế máy .1: Thông số của bánh đai theo tiêu chuẩn .2: Hệ số ảnh hƣởng đến tỉ số truyền .3: Hệ số ảnh hƣởng đến chiều rộng dây đai .4: Công thức tính thông số bộ điều khiển PID theo phƣơng pháp Zeigler- Nichols(10) .1: Kết quả thực nghiệm. 45 ix do an DANH MỤC VIẾT TẮT P Proportional. PID Proportional – Integral. PID Proportional – Integral – Derivative.
PP Poly Propylene. PA Poly Amide. GF Glass Fiber. PC Personal Computer.
IDE Integrated Development Environment. PSD Position Sensing Device. PWM Pulse Width Modulation. x do an CHƢƠNG 1:GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Trong cuộc sống thƣờng ngày có rất nhiều các dụng cụ bằng nhựa, khi sử dụng các sản phẩm này nhiều lúc ta phải tác động một lực để làm thay đổi trạng thái của dụng cụ này.
Việc thay đổi trạng thái này dƣờng nhƣ không có ảnh hƣởng hay tác động nào đến tính chất của dụng cụ ở trạng thái hiện tại. Tuy nhiên, việc tác động trong một thời gian dài sẽ dẫn đến ở những nơi bị tác động của dụng cụ sẽ bị biến cứng và bị gãy vỡ, đều này dẫn đến dụng cụ không thể sử dụng đƣợc nửa nếu chi tiết gãy vỡ đóng vai trò quang trọng của dụng cụ. Máy kiểm tra độ bền mỏi của sản phẩm nhựa mà nhóm đã nghiên cứu và chế tạo đƣợc ứng dụng để kiểm tra số lần tác động lực đến khi gãy lên dụng cụ đó là bao nhiêu nhằm mục đích kịp thời thay thế những chi tiết đã đạt đến giới hạn mỏi. Sau thời gian mƣời lam tuần nghiên cứu thì nhóm em đã hoàn thành sản phẩm và tiến hành chạy thực nghiệm trên một số mẫu sản phẩm có sẵn cho thấy máy hoạt động ổn định và sai số tƣơng đối nhỏ.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời.
Máy thử độ bền mỏi của sản phẩm nhựa là máy dùng để thử các mẫu sản phẩm nhựa nhằm đánh giá độ bền mỏi của sản phẩm trong thực tế. Đây là việc mà hầu hết các công ty sản xuất sản phẩm nhựa quan tâm ,và loại máy này chƣa có mặt tại Việt Nam. Đây là máy chƣa sản xuất ở Việt Nam cho nên đề tài “ Thiết kế và chế tạo hệ thống cơ khí máy thử độ bền mỏi của sản phẩm nhựa” có tính cần thiết, bắt kịp nhịp phát triển khoa học kĩ thuật trên thế giới 1.