(Đồ án hcmute) nghiên cứu và thiết kế máy thí nghiệm mỏi kéo nén

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÁY THÍ NGHIỆM MỎI KÉO – NÉN GVHD: ĐẶNG THIỆN NGƠN SVTH : VƯƠNG HỒI DUY-13143057 NgƠ QUỐC THẮNG-13143327 SKL 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÁY THÍ NGHIỆM MỎI KÉO – NÉN GVHD: SVTH: SVTH: KHĨA: PGS TS ĐẶNG THIỆN NGƠN VƯƠNG HỒI DUY MSSV: 13143057 NGÔ QUỐC THẮNG MSSV: 13143327 2013 - 2017 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 i an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Công nghệ chế tạo máy PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Vương Hoài Duy MSSV: 13143057 Ngô Quốc Thắng MSSV: 13143327 Hội đồng: CKM – 17 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế máy thí nghiệm mỏi kéo – nén Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy Họ tên GV hướng dẫn: PGS.TS Đặng Thiện Ngôn Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Nhận xét kết thực ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: ii an 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: Điểm tối đa Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 2017 Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) iii an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ mơn Cơng nghệ chế tạo máy PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Vương Hồi Duy MSSV: 13143057 Ngơ Quốc Thắng MSSV: 13143327 Hội đồng: CKM – 17 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế máy thí nghiệm mỏi kéo – nén Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy Họ tên GV phản biện: (Mã GV) TS Văn Hữu Thịnh Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: iv an Đánh giá: Điểm tối đa Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 2017 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) v an LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy bạn bè Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đặng Thiện Ngôn, người tận tình hướng dẫn, bảo nhóm suốt q trình làm đề tài Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường ĐH Sư Phạm Kỹ thuật nói chung, thầy Bộ mơn Chế tạo máy nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ nhóm suốt q trình học tập Cuối cùng, nhóm xin chân thành cảm ơn gia đình tồn thể thành viên REME Lab tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên nhóm suốt q trình học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp vi an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Vương Hồi Duy MSSV: 13143057 Họ tên sinh viên: Ngơ Quốc Thắng Lớp: 131434C Ngành đào tạo: Công nghệ Chế tạo máy MSSV: 13143327 Khoá: 2013 – 2017 Hệ: A Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế máy thí nghiệm mỏi kéo - nén Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Máy thí nghiệm cho chi tiết máy dạng trục; - Các tính tốn thực cho vật liệu C45, chi tiết thí nghiệm có kích thước theo tiêu chuẩn (đường kính phần kiểm nghiệm mm) Nội dung đồ án: - Tìm hiểu, khảo sát ngun lý/máy thí nghiệm mỏi kéo - nén có; - Phân tích, đánh giá hạn chế, tồn nguyên lý/máy thí nghiệm mỏi kéo - nén tại; - Đề xuất thơng số thiết kế máy thí nghiệm mỏi kéo - nén; - Đề xuất nguyên lý máy thí nghiệm mỏi kéo - nén khả thi phù hợp với điều kiện cơng nghệ Việt Nam (khu vực thành phố Hồ Chí Minh); - Đề xuất, lựa chọn phương án kết cấu máy dựa sở nguyên lý, thông số thiết kế đề xuất; - Tính tốn, thiết kế máy thí nghiệm mỏi kéo - nén; - Chế tạo số chi tiết cụm (ở dạng mơ hình) để đánh giá tính khả thi; - Tập vẽ chi tiết, vẽ lắp; - Tập thuyết minh, poster Ngày giao đồ án: 06/03/2017 Ngày nộp đồ án: 15/07/2017 TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) PGS TS Đặng Thiện Ngôn  Được phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) vii an TÓM TẮT Mỏi (fatigue) tượng phức tạp, xảy ứng suất thay đổi theo thời gian Ứng suất tồn chi tiết máy có trị số nhỏ giới hạn bền vật liệu, chí thấp giới hạn đàn hồi Tuy nhiên tượng mỏi lại gây tổn thất nghiêm trọng cho máy móc khơng lường trước Vì việc nghiên cứu, thí nghiệm, đánh giá độ bền mỏi chi tiết máy cho phép xác định hợp lý kết cấu, hình dáng tối ưu hóa thiết kế cụm chi tiết máy thiết bị có ý nghĩa lớn kỹ thuật đại Nhận thấy tầm ảnh hưởng tượng mỏi cơng trình, hệ thống máy móc thơng thường khoa học kỹ thuật đại, nhóm nghiên cứu tiếp cận sở lý thuyết, cơng trình nghiên cứu khoa học tưởng mỏi ngồi nước Từ tiến hành nghiên cứu lý thuyết lên phương án thiết kế máy “thí nghiệm mỏi kéo – nén” nhằm thực thí nghiệm mỏi vật liệu, đóng góp vào hướng nghiên cứu phát triển nghành vật liệu nước ta thương mại hóa thị trường viii an ABSTRACT Fatigue is quite complex phenomenon, which occurs when the stress changes over time Stresses exist on machine parts with smaller values of the material strength limit, even lower than the elastic limit However fatigue caused serious losses for machinery unforeseen So the research, experiment, evaluate fatigue of machine parts allows determining reasonable structure, shape and optimize the design subassemblies and equipment have great significance for modern technology Realizing the impact of fatigue on buildings, machinery system common in science and modern techniques, the team was approaching the theoretical basis, research scientist new phenomenon at home and abroad From there proceed to study the theory and machine design plan "fatigue test tension-compression machine" to perform experiments on fatigue of materials, contribute to the development of research of our country as well as the material can be commercialized to the market ix an Hình 5.25: Độ biến dạng trung bình (phần dày 15mm) Hình 5.26: Độ biến dạng trung bình (phần dày 8mm) Nhận xét: Với lực tác dụng 3000 N theo mơ phần mềm INVENTOR thông số ứng suất, độ chuyển vị lớn nhất, độ an tồn biến dạng trung bình đầu cho thấy chi tiết đủ bền 5.3.5.3 Thiết kế kiểm nghiệm trục truyền Chi tiết trục truyền nằm cụm tạo lực, chuyển động tịnh tiến theo phương ngang tác dụng lực vào lò xo nén Hình 5.27: Trục truyền Vì chi tiết quan trọng nên ta tiến hành kiểm nghiệm bền phần mềm Inventor Hình 5.28: Ứng suất trung bình theo phương Z Hình 5.29: Độ dịch chuyển lớn theo phương Z 68 an Hình 5.30: Hệ số an tồn Hình 5.31: Độ biến dạng trung bình Nhận xét: Với lực tác dụng theo phương Z theo mô phần mềm INVENTOR thông số ứng suất, độ chuyển vị lớn nhất, độ an toàn biến dạng trung bình cho thấy chi tiết đủ bền 5.3.5.4 Thiết kế kiểm nghiệm trục khuỷu Trục khuỷu chi tiết nằm cụm tạo lực, phần chịu lực chi tiết chốt khuỷu, nên ta tiến hành kiểm nghiệm chốt phần mềm Inventor Hình 5.32: Trục khuỷu Kiểm nghiệm bền phần mềm Inventor Hình 5.33: Ứng suất trung bình theo phương X Hình 5.34: Độ dịch chuyển lớn theo phương X 69 an Hình 5.35: Hệ số an tồn Hình 5.36: Độ biến dạng trung bình Hình 5.37: Hệ số áp lực tiếp xúc Nhận xét: Với lực tác dụng theo phương X theo mơ phần mềm INVENTOR thông số ứng suất, độ chuyển vị lớn nhất, độ an tồn biến dạng trung bình cho thấy chi tiết đủ bền 5.3.6 Thiết kế kiểm nghiệm trục trượt Đây chi tiết nằm cụm kẹp, có tác dụng giữ chặt chi tiết collet nằm bên trục Hình 5.38: Trụ trượt Chi tiết kiểm nghiệm phần mềm Inventor 70 an Hình 5.39: Ứng suất trung bình theo phương X Hình 5.40: Độ dịch chuyển lớn theo phương X Hình 5.41: Hệ số an tồn Hình 5.42: Độ biến dạng trung bình Nhận xét: Với lực tác dụng theo phương X theo mơ phần mềm INVENTOR thông số ứng suất, độ chuyển vị lớn nhất, độ an tồn biến dạng trung bình cho thấy chi tiết đủ bền 5.3.7 Tính tốn lực kẹp với collet Lực kẹp tác động lên chi tiết mẫu lực ma sát bề mặt chi với cạnh collet, ta có sơ đồ tính hình 5.42 Hình 5.43: Sơ đồ tính lực kẹp Cơng thức tính lực kẹp: Wct  K Pz 3,3.3000 K Pz  Wct  f 8.0,13 f 71 an Trong đó: - K0: Hệ số an tồn chọn K0 = 1,75 - K1: Hệ số lượng cắt không đều: Gia công tinh: K1 = 1,0 - K2: Hệ số tính đến mịn dao, K2 = 1,45 - K3: Hệ số cắt không liên tục - K4: Hệ số tính đến nguồn sinh lực kẹp khơng ổn định, kẹp tay K4 = 1,3 - K5: Hệ số tính đến thuận lợi thao tác kẹp Góc quay để kẹp < 900: K5 = 1,0 - K6: hệ số tính đến lực kẹp gây lật chi tiết Định vị chốt tỳ: K6 = Suy ra: K = 1,75.1,0.1,45.1.1,3.1,0.1,0 = 3,3 - f: hệ số ma sát phôi mỏ kẹp, bề mặt tinh chọn f = 0,13 Suy ra: Wct  K Pz 3,3.3000  = 9519 N f 8.0,13 5.3.8 Hệ thống điều khiển Máy thí nghiệm mỏi điều khiển điều khiển có khả lập trình PLC kết nối với giao diện người máy HMI máy tính để đọc – ghi liệu, vẽ biểu đồ thí nghiệm… Sử dụng PLC hãng Mitsubishi với mã sản phẩm: FX1N-40MR ES/UL, có thơng số sau: - Điện áp cung cấp: 110 – 220 V AC - Số lượng ngõ vào số: 24 - Số lượng ngõ số: 16 (dạng rơ-le) - Tốc độ tối đa đếm xung tốc độ cao: 60 kHz - Phần mềm lập trình: GX Develop 72 an Hình 5.44: PLC FX1N-40MR ES/UL Để đọc tín hiệu chuyển đổi từ loadcell, sử dụng module analog FX2N-2AD với thông số bản: - Nguồn cung cấp: V DC, 20 mA - Số ngõ đọc analog: - Độ phân giải: 12 bit - Khoảng đo tín hiệu: – V, – 10 V, – 20 mA Hình 5.45: Module annalog FX2N-2AD Để cài đặt tốc độ quay trục chính/, điều khiển hoạt động máy hiển thị lực số chu kì làm việc, sử dụng hình HMI hãng Delta với mã sản phẩm DOP-B07S411 với thông số sau: 73 an - Nguồn cấp: 24 V DC - Kích thước hình: inch, 65536 màu - Số cổng truyền thông giao tiếp thiết bị: - Phần mềm lập trình: DOPSoft Hình 5.46: Màn hình HMI 5.4 Tổng thể máy thí nghiệm mỏi kéo – nén Dựa vào nghiên cứu sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động, cấu phù hợp tính tốn cần thiết cho hệ thống khí máy, nhóm nghiên cứu thiết kế mơ hình 3D máy thí nghiệm mỏi kéo – nén hình 5.46, mơ hình 3D cho ta thấy tồn hệ thống khí máy thí nghiệm Do thời gian bị giới hạn yêu cầu ban đầu đề tài nên nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu thiết kế hệ thống khí máy thí nghiệm mỏi – nén, phần xử lý tín hiệu nhóm đề xuất số thiết bị điện tử sử dụng việc tiếp nhận xử lý tín hiệu hệ thống khí 74 an Hình 5.47: Máy thí nghiệm mỏi kéo – nén tổng thể thiết kế phần mềm solidworks 2016 Bảng 5.4: Thông số kỹ thuật máy MKN-01 Lực tác dụng: 3000 N Phạm vi ứng dụng: Chi tiết dạng trục có d