Đồ Án Tốt Nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên : Đỗ Hữu Tình MSSV : 20110695 Lớp : kĩ thuật điện tử Bộ môn : Công nghệ chế tạo máy Viện : Cơ khí Nghành : Cơ điện tử Giảng viên hướng dẫn: Ts Nguyễn Kiên Trung Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHÒNG MÁY ĐO MA SÁT POINT ON DISK DÙNG CẢM BIẾN LOADCELL Nội dung thuyết minh tính toán: Chương Tổng quan ma sát đại lượng liên quan Chương Tính toán thiết kế khí máy đo ma sát pin-on-disk Chương Cảm biến loadcell ứng dụng Matlab xây dựng giao diện tính toán ma sát Chương Lựa chọn động phương pháp điều khiển động Chương Ứng dụng phần mềm ANSYS vào mô ứng suất máy hoạt động Chương Kết luận, hạn chế đề tài hướng phát triển Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày…tháng… năm 2016 Ngày… tháng năm 2016 TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký ghi rõ họ tên) Đỗ Hữu Tình - 20110695 Hà Nội, ngày…tháng… năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Page Đồ Án Tốt Nghiệp BỘ GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Người nhận xét: Ts NGUYỄN TRUNG KIÊN Đơn vị công tác: BM Công nghệ chế tạo máy, Viện Cơ Khí Địa chỉ: C5 - 112, ĐHBKHN, Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội Email: trung.nguyenkien@hust.edu.vn -NỘI DUNG NHẬN XÉT Nhận xét chung: ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Về mặt ý thức: Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page Đồ Án Tốt Nghiệp …… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Về mặt chuyên môn: …… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Kết luận: …… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Điêm đánh giá cho sinh viên: Đỗ Hữu Tình: …/10 Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page Đồ Án Tốt Nghiệp Hà Nội, ngày… tháng… năm 2016 Người nhận xét (ký ghi rõ họ tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Đỗ Hữu Tình Nghành: KT – Cơ điện tử Khóa: K56 Với đề tài tốt nghiệp: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHÒNG MÁY ĐO MA SÁT POINT ON DISK DÙNG CẢM BIẾN LOADCELL Giảng viên hướng dẫn: Ts NGUYỄN KIÊN TRUNG Đơn vị công tác: Bm Công nghệ chế tạo máy viện Cơ Khí Địa chỉ: C5 - 112, ĐHBKHN, Số Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội Email: trung.nguyenkien@hust.edu.vn Người nhận xét: Ts TRƯƠNG ĐỨC PHỨC Đơn vị công tác: Bm Công nghệ chế tạo máy viện Cơ Khí -Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page Đồ Án Tốt Nghiệp NỘI DUNG NHẬN XÉT Nội dung thiết kế tốt nghiệp: …… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Nhận xét người biện: …… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page Đồ Án Tốt Nghiệp Hà nội, ngày… tháng… năm 2016 Người nhận xét (ký ghi rõ họ tên) Mục Lục Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page Đồ Án Tốt Nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội nỗ lực thân, em nhận giúp đỡ, tạo điều kiện từ thầy cô giáo giúp em học tập tốt hoàn thành khóa học Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin bày tỏ lòng chân thành cảm ơn tới toàn thể quý Thầy cô, cán công nhân viên công tác trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thầy cô Viện Cơ khí Bộ môn Cơ học vật liệu & kết cấu hướng dẫn tận tình, tâm huyết giúp em suốt thời gian học tập trường Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Trung Kiên trực tiếp hướng dẫn tận tình em lý thuyết động lực học dòng chảy để em hoàn thành tốt nội dung đồ án Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày………tháng…… năm 2016 Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page Đồ Án Tốt Nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LỰC MA SÁT VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG LIÊN QUAN 1.1 Giới thiệu chung: 1.1.1 Khái niệm ma sát: Ma sát tượng sinh có tiếp súc hai bề mặt chúng chuyển động tương Ví dụ tiếp xúc bề mặt thép với thép, thép với gỗ, thép với nhôm Ma sát gắn liền với vấn đề cấp thiết thời đại đóng vai trò vô quan trọng kĩ thuật, hao mòn máy móc, thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ chúng Nhận thấy vấn đề nhiều tổ chức ngành khác quan tâm nghiên cứu vấn đề nhằm đưa biện pháp chống mài mòn bôi trơn để nâng cao tuổi thọ chi tiết máy Phân loại lực ma sát: Theo môi trường tiếp xúc ma sát khô, ma sát ướt, ma sát nửa khô nửa ướt Theo tính chất chuyển động ma sát trượt ma sát lăn Theo trạng thái chuyển động tương đối ma sát tĩnh ma sát động 1.1.2 a) b) c) 1.1.3 Định luật ma sát, lực ma sát, yếu tố đặc trưng lực: Lực ma sát lực cản trở chuyển động, ngược chiều chuyển động xuất bề mặt ma sát vết tiếp xúc thực Theo Vật lý: lực ma sát lực hút phân tử phân tử vật chất - ma sát phụ thuộc vào vật liệu tiếp xúc, thời gian tiếp xúc Theo Cơ học: lực ma sát gờ lồi lõm hai bề mặt gài vào – ma sát phụ thuộc độ nhám bề mặt Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 1.1 Minh họa lực ma sát Các yếu tố đặc trưng lực ma sát: - Phương: song song bề mặt tiếp xúc - Chiều: ngược chiều tác dụng ngoại lực (chiều chuyển động) - Độ lớn: Fms = f.N Trong +) F: hệ số ma sát +) N: lực pháp tuyến (N) - Điểm đặt: mặt tiếp xúc vật ma sát Hệ số ma sát: Từ công thức xác định độ lớn Fms ta có hệ số ma sát f đại lượng thứ nguyên xác định công thức: 1.1.4 Ngoài cách xác định hệ số ma sát ta nhiều công thức khác như: Hệ số ma sát trượt: Là tỷ số lực ma sát tải pháp tuyến f = F/N Hệ số ma sát va đập tỷ số lượng thay đổi mặt động lượng vật thể va đập theo hướng tiếp tuyến pháp tuyến: Theo Tabor Bowden: Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page Đồ Án Tốt Nghiệp Ở đây: ζ : ứng suất trượt ρT : giới hạn chảy vật liệu Theo Tabor R.kinh: Với : f0 : ma sát tĩnh k hệ số thực nghiệm, k = Theo G.Franke: Với: v: vận tốc ảnh hưởng tới ma sát với hệ số c 1.2 Thông số, đặc điểm hình học bề mặt tiếp xúc: Tính không đồng bề mặt chi tiết phân thành sai số hình dạng, sóng nhấp nhô Sai số hình dạng độ không đồng bề mặt, xuất phát từ hình dáng thực (lồi, lõm, méo lệch …) Sóng dạng, cSác khe, đỉnh tuần hoàn có chu kì cách khoảng cách (bước cao thường có sóng ) chiều 40 Hình 1.2 Biểu đồ cấu trúc lớp bề mặt hình học vật rắn Độ sóng Nhấp nhô bề mặt Sai số hình dạng Nhấp nhô bề mặt có vô số đỉnh khoảng ngắn (2 đến 800m) cao (từ 0,03 đến 400m) Sai lệch hình dạng, sóng nhấp nhô biểu diễn biểu đồ Biên dạng bề mặt mô hình kim loại khuếch đại: Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 10 Đồ Án Tốt Nghiệp Trên mặt phẳng Oxy vẽ hình chữ nhật có chiều dài 100mm chiều rộng 20mm - Ứng với bán kính đĩa 100mm bề dày đĩa 20mm Hình 5.5 Vẽ thiết lập chiều dài bề mặt cắt Hình 5.6 Vẽ thiết lập chiều rộng bề mặt cắt Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 62 Đồ Án Tốt Nghiệp Tiếp tục, thiết lập vị trí tiếp xúc đĩa đầu dò Trong toán khảo sát ta lựa chọn vị trí tiếp xúc cách tâm đĩa 50mm Chọn create->point Bảng thiết lập Ta lựa chọn thông số sau: Hình 5.7 Thiết lập điểm đặt đầu dò Hình 5.8 Bảng thiết lập thông số Tiếp tục thiết lập cho mặt cắt môi trường 2D cách sau: Tại giao diện Workbench -> chuột phải vào Geometry-> Chọn Properties Một Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 63 Đồ Án Tốt Nghiệp bảng thiết lập thông số mô hình ra, ta lựa chọn thông số cho mô hình môi trường 2D cách: Chọn Analysis type -> Chọn 2D Hình 5.8 Thiết lập cho mặt việc khảo sát mặt cắt môi trường 2D Hoàn thành bước vẽ mặt cắt đĩa thiết lập vị trí đặt đầu dò Bước Chia lưới cho mặt cắt: Trên giao diện ANSYS Workbench, chọn Model, hình hiển thị môi trường model Sử dụng phương thức chia lưới tự động Mesh -> Generate Mesh để chia lưới cho mô hình: Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 64 Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 5.9 Chia lưới cho mặt cắt khảo sát Bước 3: Cài đặt điều kiện biên cho việc khảo sát Trong giao diện ANSYS Workbench, chọn Setup để vào môi trường cài đặt điều kiện biên Để thiết lập mặt cắt khảo sát điều kiện đối xứng tròn xoay xuất kết mô hình 3D, ta tiến hành chọn Geometry -> Ở mục 2D Behavior -> Chọn Axisymemtric Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 65 Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 5.10 Thiết lập đối xứng tròn xoay cho mặt cắt Tiếp tục thiết lập lực tác dụng lên bề mặt đĩa (lực tải trọng đặt lên đầu tay dò để tạo thành phản lực đầu dò tác dụng lên mặt đĩa) cách chọn: Static Structural(A5) -> Insert -> Force Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 66 Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 5.11 Thiết lập lực tác dụng lên bề mặt đĩa Ở mục Magnitude chọn giá trị 5N mục Direction lựa chọn chiều tác dụng lực hình Tiếp tục thiết lập tốc độ góc mặt cắt bẳng cách chọn Static Structural(A5) -> Insert -> Rotational Velocity Trong mục Magnitude chọn giá trị 10 rad/s tích vào ô vuông bên cạnh để khảo sát ảnh hưởng tốc độ góc với ứng suất Hình 5.12 Thiết lập tốc độ góc mặt cắt khảo sát ảnh hưởng tốc độ góc ω Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 67 Đồ Án Tốt Nghiệp Tiếp tục thiết lập chuyển vị cho đáy đĩa (vì đĩa cố định vào trục công tác máy bu lông ) Ta chọn Static Structural(A5) -> Insert -> Displacement -> Chọn cạnh đáy mặt cắt Trong mục Y component ta chọn giá trị 0mm hình Hình 5.13 Thiết lập cố định chuyển vị cho đáy mặt cắt Hoàn thành thiết lập điều kiện biên toán Bước Giải toán Ở mục Solution(A6) -> Chọn Insert -> Stress -> Equivalent Stress để kiêm tra ứng suất bề mặt đĩa quay Chọn Solution(A6) -> Solve để giải Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 68 Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 5.14 Thiết lập kết muốn thu (ứng suất mặt đĩa) Sau phần mềm tính toán toán xong, để khảo sát ảnh hưởng vận tốc góc ω tới ứng suất bề mặt đĩa, ta quay trở lại giao diện Workbench, chọn Parameters -> Tại mục Table of Design Points Ta thiết lập giá trị vận tốc góc ω với bước nhảy Lần lượt ta có giá trị ω =10,15,20,25,30 -> Chọn update design points để phần mềm tính toán Hình 5.15 Thiết lập vận tốc ω để khảo sát phụ thuộc ứng suất vào vận tốc gó Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 69 Đồ Án Tốt Nghiệp Để khai thác toàn mô hình 3D, ta nhập liệu vào modul ANSYS Mechanical APDL 15 Mở modul Mechanical APDL-> General Post Proc -> Tại mục read single result file, ta chọn đường dẫn tới file vừa thực modul ANSYS Workbench Chọn Read Result-> Last Set để lấy kết cuối nhận đĩa quay hết 1s Tiếp tục chọn Plot -> Elements để phần mềm nhận dạng bề mặt cắt Hình 5.16 Phần mềm nhân dạng bề mặt cắt Chọn PlotCtrls -> Style -> Symmetry Expension -> 2D Axi Symmetric Một bảng setup lên, ta chọn Full expension để lấy kết mô hình 3D Cuối chọn Plot Result -> Contour Result -> Nodal Solu -> Stess -> von Misses Stress để lấy kết mô hình 3D Kết thu được: Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 70 Đồ Án Tốt Nghiệp Khi đĩa quay với vận tốc góc ω = 10 rad/s, Trên mặt cắt 2D ta thu kết ứng suất sau: Hình 5.17 Kết ứng suất mặt cắt với ω = 10 rad/s Khi đĩa quay với vận tốc góc ω = 30 rad/s, Trên mặt cắt 2D ta thu kết ứng suất sau: Hình 5.18 Kết ứng suất mặt cắt với ω = 30 rad/s Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 71 Đồ Án Tốt Nghiệp Biểu đồ khảo sát phụ thuộc ứng suất vào vận tốc góc quay ω đĩa hình sau: Hình 5.19 Biểu đồ phụ thuộc ứng suất vào vận tốc góc ω Khi khai thác kết mô hình 3D ta có kết sau: Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 72 Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 5.20 Ứng suất bề mặt đĩa ω = 10rad/s Hình 5.21 Ứng suất bề mặt đĩa ω = 30rad/s Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 73 Đồ Án Tốt Nghiệp Nhận xét: Qua tính toán phần mềm ta nhận thấy: • Ứng suất bề mặt đĩa tạp trung chủ yếu vào vị trí: Vị trí tiếp xúc • đĩa với đầu dò tâm đĩa Ứng suất đĩa làm việc phụ thuộc vào tốc độ góc ω đĩa, tốc độ góc ω lớn ứng suất lớn dần chuyển tập trung tâm đĩa – vị trí trục quay Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 74 Đồ Án Tốt Nghiệp CHƯƠNG KẾT QUẢ, PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 6.1 Kết luận: • Tìm hiểu tổng quan tượng ma sát, định luật lực ma sát phương pháp khảo sát ma sát thực tế • Đã hoàn thành việc xây dựng mô hình 3D máy, tính toán chi tiết máy • Tìm hiểu sử dụng cảm biến việc đo lực ứng dụng phần mềm MATLAB để xây dựng giao diện tính toán lực ma sát máy tính • Đưa phương án điều khiển động viết code phần mềm để điều khiển động • Mô ứng suất đĩa quay máy hoạt động 6.2 Phương hướng phát triển đề tài: Do thời gian có hạn nên nội dung đề tài bổ sung số vấn đề cần giải sau: • • • • Tiếp tục tính toán hoản thiện đề tài phát triển thành mô hình máy hoàn chỉnh để sử dụng thực tiễn Khảo sát chi tiết ứng suất máy làm việc đưa kết cụ thể Hoàn thiện phương pháp điều khiển động cơ, có kết chi tiết cụ thể để điều khiển động trình máy hoạt động thực tế Hoàn thiện việc khảo sát số liệu thông qua thông tin nhận từ cảm biến đo lực Loadcell, từ đưa kết luận lực ma sát loại vật liệu hệ số ma sát loại vật liệu Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 75 Đồ Án Tốt Nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tính toán hệ thống dẫn động khí (tập + 2) – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, nhà xuất Giáo Dục Nguyễn Việt Hùng – Nguyễn Trọng Giảng, ANSYS & mô số công nghiệp phần tử hữu hạn, nhà xuất khoa học kỹ thuật Thông tin loại sản phẩm nhà phần phối cảm biến Loadcell loại động … Đỗ Hữu Tình - 20110695 Page 76