Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0, tự động hóa đóng vai trò cốt lõi nhằm nâng cao năng suất, tăng độ chính xác và giảm thiểu sự phụ thuộc vào sự hiện diện trực tiếp của con người. Nhu cầu ứng dụng các hệ thống robot điều khiển từ xa trở nên cấp thiết trong những môi trường làm việc độc hại hoặc tiềm ẩn nguy hiểm cao như: nhà máy điện hạt nhân, khu vực lò phản ứng, phòng thí nghiệm hóa chất độc hại, dây chuyền sản xuất thuốc trừ sâu, cứu hỏa, chống khủng bố, khai thác hầm mỏ và phẫu thuật y tế chuyên sâu.

Hệ thống điều khiển từ xa điển hình được cấu thành từ hai cơ cấu chính: cơ cấu chủ động (master - phía người vận hành) và cơ cấu bị động (slave - cánh tay robot hoặc thiết bị chấp hành tại hiện trường). Tuy nhiên, các hệ thống điều khiển từ xa truyền thống còn tồn tại nhược điểm lớn là thiếu thông tin phản hồi từ khâu cuối của cơ cấu bị động, đặc biệt là các tín hiệu về vị trí, lực tiếp xúc và mô men xoắn. Sự thiếu hụt này làm giảm độ chính xác và tính linh hoạt trong quá trình điều khiển. Đồng thời, các cơ cấu phản hồi lực (haptic) hiện hữu thường có kích thước cồng kềnh do chưa được tối ưu hóa hình học kết cấu và chưa xử lý triệt để vấn đề ma sát cơ khí.

Để khắc phục những hạn chế trên, đề tài tập trung nghiên cứu ứng dụng vật liệu thông minh – cụ thể là lưu chất từ biến (Magneto-Rheological Fluid - MRF) – nhằm phát triển cơ cấu tạo lực và mô men cản có khả năng điều khiển linh hoạt để tích hợp vào hệ thống phản hồi lực 3 chiều.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 3 mục tiêu cụ thể:

  1. Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống phản hồi lực (haptic) ứng dụng phanh MRF.
  2. Tối ưu hóa kết cấu phanh MRF nhằm đạt mô men yêu cầu với khối lượng nhỏ nhất.
  3. Chế tạo và thử nghiệm mô hình hệ thống haptic ứng dụng phanh MRF.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân chia thành 5 nội dung chính:

  1. Nội dung 1: Tìm hiểu các đặc tính của lưu chất từ biến MRF và ứng dụng các đặc tính này vào thiết kế phanh.
  2. Nội dung 2: Tính toán và tối ưu hóa kết cấu phanh MRF.
  3. Nội dung 3: Tính toán, thiết kế mô hình 3D hệ thống haptic ứng dụng phanh MRF.
  4. Nội dung 4: Chế tạo mô hình haptic ứng dụng phanh MRF.
  5. Nội dung 5: Thực nghiệm kiểm tra và đánh giá hoạt động của mô hình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung vào cơ cấu phanh đĩa từ biến MRF và cơ cấu phản hồi lực 3 chiều; đồ án được thực hiện tại Bộ môn Công nghệ Chế tạo Máy, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 06 năm 2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình lưu biến

Lưu chất từ biến MRF là dạng chất lỏng phi Newton có chứa các hạt mang từ tính lơ lửng trong chất lỏng nền, được Jacob Rabinow phát hiện tại Cục Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ vào cuối thập niên 1940 và phát triển mạnh mẽ từ đầu thập niên 1990 bởi Tập đoàn Lord (Lord Corporation). Cấu tạo của MRF gồm 3 thành phần chính:

  • Hạt từ tính: Các hạt sắt carbonyl, hợp kim sắt, oxit sắt, nitrat sắt, cacbua sắt hoặc niken.
  • Chất lỏng nền: Pha liên tục không chịu ảnh hưởng của từ tính (dầu silicon, dầu khoáng, dầu paraffin, dầu thủy lực), đóng vai trò bôi trơn và chống lắng.
  • Chất phụ gia: Hỗ trợ giảm thiểu sự kết tụ và lắng đọng của các hạt từ.

Khi không có từ trường tác động, MRF hoạt động như một chất lỏng Newton thông thường, các hạt từ tính chuyển động tự do. Khi xuất hiện từ trường xuyên qua, các hạt từ bị phân cực thành các lưỡng cực từ và sắp xếp lại theo phương của đường sức từ tạo thành các chuỗi liên kết bền vững, làm chất lỏng chuyển sang trạng thái đặc sệt (bán rắn) và cản trở dòng chảy.

Đặc tính lưu biến của MRF trong nghiên cứu được mô tả dựa trên mô hình dẻo Bingham (Bingham plastic model) với phương trình: $$\tau = \tau_0 + \mu \dot{\gamma}$$ Trong đó:

  • $\tau_0$: Ứng suất trượt chảy giới hạn do từ trường sinh ra (Pa).
  • $\mu$: Độ nhớt dẻo của lưu chất.
  • $\dot{\gamma}$: Tốc độ biến dạng trượt của lưu chất.

Mô hình toán học tính toán mô men phanh

Mô men cản tổng thể $T_b$ sinh ra tại trục phanh MRF được thiết lập dựa trên sự tích phân ứng suất cắt trên các vùng tiếp xúc hình học: $$T_b = T_{Li} + T_{Ij} + T_c + T_s$$ Trong đó:

  • $T_{Li}$: Mô men ma sát gây ra trên đoạn khe hở phẳng $L_i$.
  • $T_{Ij}$: Mô men ma sát gây ra trên đoạn khe hở nghiêng $I_j$.
  • $T_c$: Mô men ma sát gây ra trên mặt trụ ngoài giữa đĩa và mặt trong vỏ phanh.
  • $T_s$: Mô men ma sát tại phốt chắn dầu (lip seal).
  • Mô men ma sát của ổ lăn được giả thiết là không đáng kể.

Phương pháp tối ưu hóa và công nghệ chế tạo

  • Phương pháp tối ưu hóa: Sử dụng phần mềm ANSYS Workbench với thuật toán Quy hoạch bậc hai tuần tự (Nonlinear Programming by Quadratic Lagrangian - NLPQL). Đây là phương pháp giải bài toán tối ưu hóa phi tuyến có ràng buộc bằng cách giải lặp các bài toán con bậc hai tại mỗi bước.
  • Phương pháp công nghệ chế tạo máy: Sử dụng phương pháp giải tích và tra bảng tiêu chuẩn ngành chế tạo máy để xác định dạng sản xuất, lượng dư gia công, chế độ cắt (vận tốc cắt $v$, lượng chạy dao $s$, chiều sâu cắt $t$, lực cắt $P_z$, công suất cắt $N_c$, thời gian gia công cơ bản $t_0$) và thiết kế đồ gá chuyên dùng cho chi tiết trục bằng thép C45.

Thiết kế và triển khai

Thiết kế hình học và tối ưu hóa kết cấu phanh MRF

Cơ cấu phanh MRF bao gồm 4 bộ phận chính:

  1. Mặt bích: Cố định cuộn dây và giữ kín lưu chất MRF.
  2. Vỏ phanh: Chứa chất lỏng MRF và cuộn dây kích từ.
  3. Đĩa phanh: Nhận lực ma sát trượt cắt từ khối lưu chất MRF khi xuất hiện từ trường.
  4. Trục phanh: Dẫn động xoay và truyền chuyển động đến cảm biến góc quay (encoder).

Bài toán tối ưu hóa đa thông số hình học được thiết lập trên ANSYS Workbench:

  • Hàm mục tiêu: Khối lượng tổng thể của phanh $m_b \to \min$.
  • Điều kiện ràng buộc: Mô men phanh đầu ra $T_b \ge 5\text{ Nm}$.
  • Biến thiết kế hình học: Chiều cao cuộn dây ($h_c$), chiều rộng cuộn dây ($w_c$), bán kính ngoài đĩa ($R_d$), bán kính trong đĩa ($R_{di}$), vị trí cuộn dây trên vỏ ($R_{ci}$), độ dày đĩa ($t_b$), bề dày vỏ trụ ($t_0$), bề dày bên ngoài vỏ ($t_h$).
Thông số hình học và vận hành Giá trị tối ưu
Khối lượng tổng thể phanh ($m_b$) $0,679\text{ kg}$
Mô men phanh hoạt động ($T_b$) $5,0021\text{ Nm}$
Vòng lặp hội tụ tối ưu Vòng lặp thứ 66
Mật độ từ trường cực đại ($B_{\max}$) $2,4681\text{ T}$
Mật độ từ trường cực tiểu ($B_{\min}$) $0,457\text{ T}$
Số vòng quấn dây cuộn từ $136\text{ vòng}$

Đặc tính phân bố từ trường cho thấy mật độ từ thông tập trung dày đặc ở hai đầu cuộn dây và phân bố qua các khe hở chứa MRF với cường độ xấp xỉ nhau, đảm bảo việc kiểm soát độ nhớt của lưu chất.

Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí (Chi tiết Trục)

Chi tiết trục nối với đĩa phanh được chọn làm đại diện để lập quy trình công nghệ chế tạo hoàn chỉnh:

  1. Xác định dạng sản xuất:

    • Sản lượng dự kiến: $N_1 = 10.000\text{ sản phẩm/năm}$.
    • Hệ số phế phẩm $\alpha = 0,15%$; hệ số dự trữ $\beta = 0,04%$.
    • Sản lượng thực tế: $N = 11.960\text{ chi tiết/năm}$.
    • Thể tích chi tiết: $V = 3946,276\text{ mm}^3$. Khối lượng chi tiết: $Q = 0,028\text{ kg}$ ($28\text{ g}$).
    • Kết luận: Với $Q < 4\text{ kg}$ và $N = 11.960\text{ chiếc/năm}$, dạng sản xuất thuộc loại Hàng loạt lớn.

  2. Chọn phôi và phương pháp tạo phôi:

    • Vật liệu: Thép kết cấu C45 (hàm lượng C: $0,40 - 0,50%$, S $\le 0,25%$).
    • Phương pháp tạo phôi: Đúc trong khuôn kim loại (đạt cấp chính xác kích thước IT15, độ nhám $R_z = 80\ \mu\text{m}$, lượng dư gia công cắt gọt $4 \pm 0,5\text{ mm}$), phù hợp cho sản xuất hàng loạt lớn nhằm tiết kiệm vật liệu và giảm thời gian gia công.

  3. Lập tiến trình công nghệ gia công chi tiết trục: Lựa chọn phương án gia công gồm 6 nguyên công sử dụng chuẩn định vị chính là hai lỗ tâm:

    • Nguyên công 1: Vạt mặt đầu và khoan tâm 2 đầu (bề mặt số 1 và 7). Sử dụng mâm cặp 3 chấu khống chế 4 bậc tự do trên máy tiện vạn năng T616 (công suất $4,5\text{ kW}$, 12 cấp tốc độ trục chính $44 - 1980\text{ vòng/phút}$), dao tiện BK3.
    • Nguyên công 2: Tiện thô ($t=1,66\text{ mm}$, $S=0,9\text{ mm/vòng}$), tiện bán tinh ($t=0,45\text{ mm}$, $S=0,6\text{ mm/vòng}$), tiện tinh ($t=0,215\text{ mm}$, $S=0,2\text{ mm/vòng}$) bề mặt trụ số 4. Định vị bằng 2 mũi chống tâm khống chế 5 bậc tự do. Lực cắt $P_{z1} = 2589,09\text{ N}$, tổng thời gian cơ bản $T_2 = 0,443\text{ phút}$.
    • Nguyên công 3: Tiện thô, bán tinh, tinh bề mặt số 3 và số 5. Sử dụng dao tiện xén vai BK3, tổng thời gian gia công $T_3 = 0,66\text{ phút}$.
    • Nguyên công 4: Tiện thô, bán tinh, tinh bề mặt số 2 và số 6 đạt kích thước lắp ghép $\varnothing 8_{-0,022}^{+0,002}\text{ mm}$.
    • Nguyên công 5: Khoan 4 lỗ trên bề mặt số 8 sử dụng đồ gá khoan chuyên dùng nhằm đảm bảo vị trí tương quan và bước tiến dao ổn định.
    • Nguyên công 6: Kiểm tra tổng thể kích thước, độ đảo, độ đồng tâm của các cổ trục và độ nhám bề mặt.

  4. Lắp ráp và kiểm tra thực nghiệm:

    • Quấn cuộn dây kích từ 136 vòng quanh lõi, hàn cách điện và đi dây tín hiệu.
    • Lắp phốt chắn dầu (lip seal) để làm kín buồng chứa, bơm lưu chất MRF vào khe làm việc giữa đĩa và vỏ.
    • Ghép nối cụm phanh vào khung cơ cấu phản hồi lực 3 chiều, kết nối encoder đo góc và cấp dòng điện DC điều khiển qua biến trở để đo mô men hãm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày bối cảnh ứng dụng của công nghệ tự động hóa và robot điều khiển từ xa trong môi trường nguy hiểm đối với con người. Phân tích thực trạng của hệ thống điều khiển chủ/tớ hiện nay khi thiếu kênh thông tin phản hồi xúc giác (lực, mô men) ở khâu chấp hành, dẫn đến suy giảm độ linh hoạt và độ chính xác của người vận hành. Đánh giá tiềm năng của các loại vật liệu thông minh (Piezo, ERF, SMA, MRF), trong đó khẳng định MRF sở hữu ưu thế vượt trội về thời gian đáp ứng nhanh, tiêu thụ năng lượng thấp và dải mô men điều khiển rộng. Trên cơ sở đó, xác định rõ 3 mục tiêu cụ thể và 5 nội dung nghiên cứu thực hiện đồ án.

Chương 2: Cơ sở về lưu chất MRF

Chương 2 tổng hợp cơ sở lý thuyết về lưu chất từ biến MRF từ lịch sử hình thành (Jacob Rabinow, 1940; Lord Corporation, 1990) đến thành phần hóa học và cơ chế chuyển pha. Trình bày chi tiết bản chất của việc phân tán các hạt từ tính trong môi trường chất lỏng nền (dầu silicon, dầu thủy lực) kết hợp phụ gia hoạt tính bề mặt. Phân tích nguyên lý tạo chuỗi lưỡng cực từ dọc theo đường sức từ khi có từ trường áp đặt, giải thích hiện tượng tăng độ nhớt biểu kiến từ trạng thái lỏng Newton sang trạng thái bán rắn Bingham. Thiết lập công thức toán học biểu diễn phương trình lưu biến Bingham $\tau = \tau_0 + \mu \dot{\gamma}$.

Chương 3: Tính toán tối ưu hóa phanh lưu chất từ biến MRF

Chương 3 tập trung giải quyết bài toán thiết kế và tối ưu hóa hình học cho cơ cấu phanh đĩa MRF. Thiết lập mô hình toán học giải tích xác định 4 thành phần mô men ma sát ($T_{Li}, T_{Ij}, T_c, T_s$). Xây dựng không gian biến thiết kế và tích hợp công cụ NLPQL trên nền tảng ANSYS Workbench. Kết quả mô phỏng cho thấy quá trình tối ưu hóa đạt hội tụ tại vòng lặp thứ 66, thỏa mãn đồng thời hai tiêu chí: giảm khối lượng kết cấu xuống còn $0,679\text{ kg}$ và đảm bảo mô men hãm đầu ra đạt $5,0021\text{ Nm}$ (vượt mức yêu cầu $\ge 5\text{ Nm}$). Mô phỏng mạch từ xác định số vòng dây quấn là 136 vòng và phân bố mật độ từ trường đạt giá trị cực đại $2,4681\text{ T}$.

Chương 4: Thiết kế và chế tạo mô hình 3D hệ thống phản hồi

Chương 4 giải quyết bài toán công nghệ chế tạo cơ khí cho các chi tiết của hệ thống, trọng tâm là chi tiết trục. Xác định sản lượng hàng năm đạt $11.960\text{ chiếc/năm}$, khối lượng chi tiết $28\text{ g}$, xếp vào dạng sản xuất hàng loạt lớn. Lựa chọn phương pháp tạo phôi bằng đúc khuôn kim loại đạt cấp chính xác IT15, vật liệu thép C45. Xây dựng quy trình công nghệ gia công 6 nguyên công trên máy tiện T616 với chuẩn định vị thống nhất là 2 lỗ tâm; tính toán chi tiết chế độ cắt (chiều sâu cắt, bước tiến dao, tốc độ cắt, lực cắt tiếp tuyến $P_z$, công suất cắt $N_c$) cho từng bước gia công thô, bán tinh, tinh và thiết kế cơ cấu đồ gá khoan lỗ mặt đầu.

Chương 5: Thiết lập mô hình thí nghiệm và đánh giá

Chương 5 mô tả các bước gia công, quấn 136 vòng dây, châm lưu chất MRF, lắp ráp hoàn chỉnh cụm phanh và tích hợp vào hệ thống cơ khí 3 chiều. Trình bày sơ đồ bố trí thí nghiệm đo mô men phanh thực tế tương ứng với các mức cường độ dòng điện kích từ. Đánh giá sự tương quan giữa kết quả mô phỏng số trên ANSYS Workbench và kết quả đo đạc thực nghiệm, xác nhận tính khả thi của phanh MRF trong việc tạo lực phản hồi xúc giác cho người điều khiển.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Tối ưu hóa hình học kết cấu phanh: Xác định được bộ thông số kích thước tối ưu cho phanh MRF thông qua thuật toán NLPQL trên ANSYS Workbench, giúp giảm khối lượng phanh về mức $0,679\text{ kg}$ trong khi vẫn tạo ra mô men cản đạt $5,0021\text{ Nm}$ (đạt yêu cầu đặt ra ban đầu là $\ge 5\text{ Nm}$).
  • Mô phỏng mạch từ: Đánh giá chính xác đặc tính phân bố từ trường trong phanh với mật độ từ thông lớn nhất đạt $2,4681\text{ T}$ và nhỏ nhất là $0,457\text{ T}$, xác định cuộn dây kích từ gồm 136 vòng.
  • Quy trình công nghệ chế tạo cơ khí hoàn chỉnh: Thiết lập thành công tiến trình công nghệ gia công chi tiết trục bằng thép C45 cho dạng sản xuất hàng loạt lớn ($11.960\text{ chi tiết/năm}$), sử dụng phôi đúc khuôn kim loại cấp chính xác IT15 và quy trình tiện chống tâm 2 đầu trên máy tiện T616 đảm bảo độ đồng tâm cao.
  • Chế tạo và thử nghiệm mô hình: Chế tạo thành công mô hình phanh MRF thực tế, tiến hành nạp chất lỏng từ biến, đấu nối hệ thống đo kiểm và ghi nhận sự thay đổi mô men hãm tỷ lệ thuận với dòng điện cấp vào cuộn dây.

Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp một phương án thiết kế phanh nhỏ gọn sử dụng vật liệu thông minh MRF với quy trình tính toán tối ưu hóa tự động hóa bằng phần mềm CAE (ANSYS Workbench - NLPQL).
  • Kết hợp hoàn chỉnh giữa bài toán thiết kế vật lý/từ trường tiên tiến với bài toán công nghệ chế tạo máy truyền thống (tính toán chế độ cắt, thiết kế đồ gá, lập quy trình công nghệ gia công chi tiết dạng trục cho sản xuất hàng loạt).
  • Mở ra giải pháp kỹ thuật ứng dụng cơ cấu chấp hành bán tích cực (semi-active) bằng MRF cho các thiết bị điều khiển từ xa và giao diện xúc giác 3 chiều (3D haptic devices).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Phân bố đường sức từ: Kết quả mô phỏng mạch từ cho thấy đường sức từ tạo thành các đường cong khép kín không hoàn toàn đồng đều giữa hai phía đĩa phanh; từ trường tập trung dày hơn ở phía cấp nguồn điện, dẫn đến áp lực từ trường lên khe hở chứa lưu chất có sự chênh lệch nhỏ.
  • Kinh nghiệm thực nghiệm: Quá trình gia công cơ khí, làm kín buồng chứa lưu chất và quấn dây thủ công còn gặp khó khăn do trang thiết bị chế tạo tại xưởng thực hành còn hạn chế.
  • Phạm vi khảo sát: Chưa khảo sát đầy đủ ảnh hưởng của sự gia tăng nhiệt độ đến độ nhớt dẻo của MRF và tuổi thọ phốt chắn dầu khi phanh làm việc liên tục ở tần số cao.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Cải tiến kết cấu mạch từ và vị trí cuộn dây trên vỏ phanh để đạt được sự phân bố đường từ thông đối xứng và đồng đều tuyệt đối qua hai bề mặt đĩa phanh.
  • Hoàn thiện thuật toán điều khiển vòng kín (closed-loop control) kết nối giữa cảm biến lực ở khâu bị động (cánh tay robot) và dòng điện cấp cho phanh MRF ở khâu chủ động (cần điều khiển 3D).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Chế tạo Máy: Tham khảo chi tiết phương pháp lập tiến trình công nghệ gia công chi tiết dạng trục, phương pháp xác định dạng sản xuất hàng loạt lớn, tính toán chế độ cắt theo bảng tra tiêu chuẩn và thiết kế đồ gá tiện/khoan.
  • Người nghiên cứu ngành Cơ điện tử và Robot: Tham khảo mô hình toán học tính toán mô men cản chất lỏng dẻo Bingham, phương pháp mô phỏng mạch từ và tối ưu hóa kết cấu cơ cấu chấp hành haptic trên phần mềm ANSYS Workbench bằng thuật toán NLPQL.

Câu hỏi thường gặp

1. Bài toán tối ưu hóa kết cấu phanh MRF trong đồ án được thiết lập với mục tiêu và ràng buộc gì?

Bài toán tối ưu hóa đặt mục tiêu chính là cực tiểu hóa khối lượng phanh ($m_b \to \min$), trong khi điều kiện ràng buộc bắt buộc là mô men phanh đầu ra ($T_b$) phải lớn hơn hoặc bằng $5\text{ Nm}$ nhằm đảm bảo lực phản hồi xúc giác theo yêu cầu thiết kế.

2. Thuật toán tối ưu hóa nào được sử dụng và kết quả cụ thể sau khi tối ưu là bao nhiêu?

Đồ án sử dụng thuật toán Quy hoạch bậc hai tuần tự (NLPQL - Nonlinear Programming by Quadratic Lagrangian) tích hợp trong ANSYS Workbench. Quá trình tối ưu hóa đạt hội tụ tại vòng lặp thứ 66, cho ra kết quả khối lượng phanh là $0,679\text{ kg}$, mô men phanh đạt $5,0021\text{ Nm}$, số vòng dây quấn là 136 vòng và mật độ từ trường cực đại đạt $2,4681\text{ T}$.

3. Dạng sản xuất của chi tiết trục được xác định là gì và căn cứ trên những thông số nào?

Dạng sản xuất được xác định là Hàng loạt lớn, căn cứ trên sản lượng tính toán thực tế $N = 11.960\text{ chi tiết/năm}$ (tính từ sản lượng kế hoạch $10.000\text{ chiếc/năm}$, hệ số phế phẩm $\alpha = 0,15%$ và hệ số dự trữ $\beta = 0,04%$) kết hợp với khối lượng chi tiết trục thép C45 rất nhỏ $Q = 0,028\text{ kg}$ ($< 4\text{ kg}$).

4. Tại sao phương pháp đúc trong khuôn kim loại được lựa chọn để chế tạo phôi chi tiết trục?

Phương pháp đúc trong khuôn kim loại được lựa chọn vì phù hợp với quy mô sản xuất hàng loạt lớn, khuôn có thể tái sử dụng nhiều lần, phôi đúc ra đạt cấp chính xác kích thước IT15 và độ nhám bề mặt $R_z = 80\ \mu\text{m}$, giúp giảm bớt lượng dư gia công cắt gọt ($4 \pm 0,5\text{ mm}$), tiết kiệm vật liệu C45 và hạ giá thành sản phẩm.

5. Mô men cản tổng thể của phanh MRF được cấu thành từ những thành phần ma sát nào?

Theo mô hình toán học giải tích của đề tài, mô men cản đầu ra của phanh ($T_b$) là tổng của 4 thành phần: mô men ma sát trên khe hở đoạn thẳng ($T_{Li}$), mô men ma sát trên khe hở đoạn nghiêng ($T_{Ij}$), mô men ma sát trên mặt trụ ngoài giữa đĩa và vỏ phanh ($T_c$), và mô men ma sát của phốt làm kín lip seal ($T_s$), trong khi ma sát ổ lăn được giả thiết bỏ qua.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết Kế, Chế Tạo Phanh MRF Cho Hệ Thống Phản Hồi Lực 3D" đã giải quyết thành công bài toán ứng dụng lưu chất từ biến thông minh vào cơ cấu tạo lực phản hồi xúc giác. Thông qua công cụ mô phỏng ANSYS Workbench và thuật toán tối ưu NLPQL, nhóm tác giả đã xác lập được cấu trúc hình học tối ưu với khối lượng $0,679\text{ kg}$ sinh ra mô men hãm $5,0021\text{ Nm}$ ở vòng lặp thứ 66. Đồng thời, nghiên cứu đã xây dựng hoàn chỉnh quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí dạng trục trên máy tiện T616 cho quy mô hàng loạt lớn và hoàn thành chế tạo mô hình thực nghiệm phanh MRF. Công trình cung cấp giải pháp kỹ thuật thiết thực cho việc phát triển các thiết bị phản hồi lực 3 chiều trong hệ thống robot điều khiển từ xa làm việc tại các môi trường nguy hiểm.