Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra độ bền mỏi thiết bị văn phòng

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 KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KIỂM TRA ĐỘ BỀN MỎI THIẾT BỊ VĂN PHÒNG GVHD: TS NGUYỄN XUÂN QUANG SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỞNG NGUYỄN CƠNG TRẠNG NGUYỄN VĂN NHẤT S K L 1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH - KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “Thiết kế chế tạo máy kiểm tra độ bền mỏi thiết bị văn phòng” Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Quang Sinh viên thực hiện: Khóa: Lê Đình Trưởng MSSV: 19146415 Lớp: 191461C Nguyễn Cơng Trạng MSSV: 19146406 Lớp: 191461C Nguyễn Văn Nhất MSSV: 19146366 Lớp: 191462B 2019 - 2023 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ – CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Quang Sinh viên thực hiện: Họ tên MSSV Hoàn thành cơng việc Liên hệ Lê Đình Trưởng 19146415 100% 0379869112 Nguyễn Công Trạng 19146406 100% 0357267562 Nguyễn Văn Nhất 19146366 100% 0865244290 Mã số đề tài: 22223DT160 - Tên đề tài: Thiết kế chế tạo máy kiểm tra độ bền mỏi thiết bị văn phòng Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Khung bao: Thiết bị cần kiểm tra là: Ghế gỗ, ghế xoay; Chiều dài hành trình kiểm tra lực theo phương là: 50mm - Các cấu kiện: Cơ cấu gá lắp giữ vững ghế; Cơ cấu xoay nhằm trì phương lực tác động lên ghế trình kiểm tra Nội dung đồ án: - Tính toán, thiết kế cho khung bao cấu kiện máy kiểm tra độ bền mỏi thiết bị văn phòng Xây dựng thuật toán điều khiển hợp lý, kiểm chứng cách mô Xây dựng phần mềm điều khiển, phần mềm giám sát điều khiển Các sản phẩm dự kiến Hoàn thành hệ thống máy kiểm tra độ bền mỏi thiết bị văn phòng: - Phần khí Phần điều khiển sử dụng vi điều khiển STM32 Phần mềm giám sát điều khiển thông qua Mobile App Poster Ngày giao đồ án: 15/3/2023 Ngày nộp đồ án: 15/7/2023 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt i  Trình bày bảo vệ: TRƯỞNG KHOA (Ký, ghi rõ họ tên) Tiếng Anh  Tiếng Việt TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) □ Được phép bảo vệ ……………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) ii  GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (ký, ghi rõ họ tên) LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế chế tạo máy kiểm tra độ bền mỏi thiết bị văn phòng - GVHD: TS Nguyễn Xuân Quang - Họ tên sinh viên: Lê Đình Trưởng MSSV: 19146415 Lớp: 191461C Địa chỉ: 24/27 Bình Đường, Dĩ An, Bình Dương Số điện thoại liên hệ: 0379869112 Email: 19146415@student.hcmute.edu.vn Nguyễn Công Trạng MSSV: 19146406 Lớp: 191461C Địa chỉ: TP Thủ Đức Số điện thoại liên hệ: 0357267562 Email: 19146406@student.hcmute.edu.vn Nguyễn Văn Nhất MSSV: 19146366 Lớp: 191462B Địa chỉ: Quận 9, TP.HCM Số điện thoại liên hệ: 0865244290 Email: 19146366@student.hcmute.edu.vn - Ngày nộp khố luận tốt nghiệp (ĐATN):18/7/2023 - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” TP Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 07 năm 2023 Ký tên Lê Đình Trưởng Nguyễn Công Trạng Nguyễn Văn Nhất iii LỜI CẢM ƠN Nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến người tổ chức đóng góp, hỗ trợ giúp đỡ nhóm q trình thực khóa luận tốt nghiệp Đầu tiên, nhóm muốn bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn tôi, thầy Nguyễn Xuân Quang, dành thời gian, kiến thức hỗ trợ khơng ngừng để giúp tơi hồn thành khóa luận Những dẫn, phản hồi động viên từ thầy giúp nhóm khám phá phát triển nghiệp học thuật Nhóm nghiên cứu muốn gửi lời cảm ơn tới trường đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh cung cấp tài liệu, liệu nguồn thông tin quan trọng cho nghiên cứu nhóm Sự đóng góp nhà trường làm cho khóa luận trở nên phong phú cung cấp sở xác cho phân tích kết Nhóm muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè tơi ủng hộ động viên suốt trình học tập thực khóa luận Những lời khuyên, đồng hành tình cảm họ nguồn động viên vơ quan trọng nhóm Cuối cùng, nhóm muốn bày tỏ lịng biết ơn đến thành viên khác khoa người bạn chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm ý kiến suốt trình học tập Những thảo luận giao lưu bạn giúp nhóm mở rộng tầm nhìn đạt hiểu biết Một lần nữa, nhóm nghiên cứu xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến tất người tổ chức đóng góp ủng hộ nhóm suốt trình thực khóa luận tốt nghiệp Sự hỗ trợ bạn tạo nên tảng vững cho thành cơng khóa luận Xin chân thành cảm ơn iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KIỂM TRA ĐỘ BỀN MỎI THIẾT BỊ VĂN PHỊNG Trong dây chuyền sản xuất cơng nghiệp khâu kiểm tra sản phẩm có đạt chuẩn hay khơng vơ quan trọng Vì nhóm nghiên cứu định thực đề tài thiết kế, chế tạo máy kiểm tra độ bền mỏi thiết bị văn phòng, cụ thể ghế văn phòng Thực chế tạo hệ thống khí sử dụng hệ xy lanh khí nén tạo lực tác động vào ghế, mô thao tác ngồi để kiểm tra độ bền ghế Với phương pháp điều khiển sử dụng thuật toán PID giúp điều khiển đáp ứng nhanh xác Đối với hệ thống kiểm tra độ bền đòi hỏi phần khung bao, cấu kiện, giá đỡ phải đủ bền, chịu lực tốt điều khiển với độ xác cao Nhóm thực thành cơng việc thiết kế, chế tạo hệ thống trên, điều khiển vận hành hệ thống kiểm tra độ bền ghế tương đối ổn định, xác Tuy nhiên hệ thống chưa thể khẳng định chất lượng ghế, để khẳng định điều cần trải qua nhiều giai đoạn phận kiểm tra khác Vì nhóm nghiên cứu đề xuất phương án phát triển thêm nhiều khâu kiểm tra phận khác ghế hệ thống để tối ưu trình kiểm tra chất lượng Lê Đình Trưởng Nguyễn Cơng Trạng Nguyễn Văn Nhất v ABSTRACT DESIGN AND MANUFACTURING OF DURABILITY TESTING MACHINE FOR OFFICE EQUIPMENT In the industrial production line, the inspection stage to determine whether the products meet the standards or not is extremely important Therefore, the research team has decided to carry out a project to design and manufacture a durability testing machine for office equipment, specifically office chairs The team implemented the construction of a mechanical system using a pneumatic cylinder system to apply force to the chair, simulating sitting actions to test the durability of the chair The control method utilized a PID algorithm to ensure quick and accurate response For a durability testing system, the frame, components, and supports must be sufficiently strong, capable of withstanding loads, and controlled with high precision The team has successfully designed and manufactured the system, and the operational control of the durability testing system for chairs is relatively stable and accurate However, this system alone cannot fully confirm the quality of the chair, as it requires multiple stages and additional testing components Therefore, the research team proposes further development to include additional testing stages for other components of the chair on the same system to optimize the quality inspection process vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết máy kiểm tra độ bền thiết bị văn phòng 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn máy kiểm tra độ bền mỏi thiết bị văn phòng 1.3 Mục tiêu nghiên cứu máy kiểm tra độ bền mỏi thiết bị văn phòng 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.6 Kết cấu ĐATN CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MÁY KIỂM TRA ĐỘ BỀN MỎI GHẾ 2.1 Giới thiệu 2.2 Đặc tính máy kiểm tra độ bền mỏi ghế 2.3 Kết cấu máy kiểm tra độ bền mỏi ghế 2.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.4.1 Các nghiên cứu nước 2.4.2 Các nghiên cứu nước 10 2.5 Các tồn máy kiểm tra độ bền mỏi 11 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 3.1 Các tồn máy kiểm tra độ bền mỏi 13 3.1.1 Hiện tượng phá hủy mỏi 13 vii 3.1.2 Đường cong mỏi 14 3.1.3 Bản chất trình phá hủy mỏi 15 3.1.4 Các tác động ảnh hưởng đến độ bền mỏi 15 3.1.5 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi 16 3.2 Tiêu chuẩn kiểm tra độ bền mỏi ghế 16 3.3 Phân tích động học ghế 18 3.4 Kiến thức hệ thống xy lanh khí nén 19 3.4.1 Đặc điểm hệ thống xy lanh khí nén 19 3.4.2 Cấu trúc hệ thống khí nén 20 3.5 Khái niệm Internet Of Thing 20 3.6 Giao thức UART 21 3.7 Cầu Wheatstone cảm biến lực - loadcell 22 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY KIỂM TRA ĐỘ BỀN MỎI GHẾ 24 4.1 Yêu cầu đề tài 24 4.2 Nguyên lý hoạt động máy kiểm tra độ bền mỏi ghế 24 4.3 Tính tốn thiết kế phần khí 26 4.3.1 Hệ tạo lực 26 4.3.2 Khung bao cụm xy lanh tác động tựa lưng ghế 30 4.3.3 Cụm xy lanh tác động vào mặt ghế 39 4.3.4 Cơ cấu cố định ghế 50 4.3.5 Cấu nâng chỉnh góc xy lanh 51 4.4 Thiết kế mạch 55 4.4.1 Thiết kế mạch cách ly 55 4.4.2 Thiết kế mạch chuyển đổi điện áp analog 57 4.5 Chương trình điều khiển 59 4.5.1 Sơ đồ khối hệ thống 59 4.5.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống 60 4.5.3 Sơ đồ giao tiếp thiết bị ngoại vi 61 4.5.4 Lập trình điều khiển 62 4.5.5 Phương pháp tìm thơng số PID 71 viii // Bien publish String ON = "0"; String SetFA = "0"; String SetFB = "0"; String airA="0"; String airB="0"; String SetC="0"; String messpublish,messpublish2,messpublish3; // Bien Sub String run; String FA; String FB; String C; String FAF407; String FBF407; String CF407; //Bien Line chart private LineChart chartA; private LineChart chartB; // Topic String topicsub = "nhatnguyen/sub"; String topicpub = "nhatnguyen/tr"; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); // Xu li Line chart // Xu li Line chartA chartA = findViewById(R.id.LinechartA); // Cấu hình đồ thị chartA.setDragEnabled(true); chartA.setScaleEnabled(true); XLIX // Thiết lập mô tả chartA.setDescription(null); // Thiết lập trục x XAxis xAxis = chartA.getXAxis(); xAxis.setEnabled(true); // Thiết lập trục y YAxis leftAxis = chartA.getAxisLeft(); leftAxis.setAxisMinimum(0f); leftAxis.setAxisMaximum(1000f); YAxis rightAxis = chartA.getAxisRight(); rightAxis.setEnabled(false); // Xu li Line chartB chartB = findViewById(R.id.LinechartB); // Cấu hình đồ thị chartB.setDragEnabled(true); chartB.setScaleEnabled(true); // Thiết lập mô tả chartB.setDescription(null); // Thiết lập trục x XAxis xAxiss = chartB.getXAxis(); xAxiss.setEnabled(true); // Thiết lập trục y YAxis leftAxiss = chartB.getAxisLeft(); leftAxiss.setAxisMinimum(0f); leftAxiss.setAxisMaximum(500f); YAxis rightAxiss = chartB.getAxisRight(); rightAxiss.setEnabled(false); // Xu ly checked radio button rdA = (RadioButton) findViewById(R.id.RB1); rdB = (RadioButton) findViewById(R.id.RB2); // Xu ly Edittext force + Air editT1 = (EditText) findViewById(R.id.EDT1); L editT2 = (EditText) findViewById(R.id.EDT2); //Xu li Edittext Cycles editcycle = (EditText) findViewById(R.id.EDT3); // Xu li button start btnstart = (Button) findViewById(R.id.BTSTART); btnstart.setOnClickListener(new View.OnClickListener() { @Override public void onClick(View view) { Animation animation = AnimationUtils.loadAnimation(getApplicationContext(), R.anim.btn_animation); btnstart.startAnimation(animation); ON = "1"; Toast.makeText(getApplicationContext(), Toast.LENGTH_SHORT).show(); getStringJSON2(); // xu li nhan du lieu qua trinh chay String topic = "nhatnguyen/sub"; int qos = 1; try { IMqttToken subToken = client.subscribe(topic, qos); subToken.setActionCallback(new IMqttActionListener() { @Override public void onSuccess(IMqttToken asyncActionToken){} @Override public void onFailure(IMqttToken asyncActionToken, Throwable exception){} }); } catch (MqttException e) { e.printStackTrace(); } } LI "START", }); // Xu li button stop btnstop = (Button) findViewById(R.id.BTSTOP); btnstop.setOnClickListener(new View.OnClickListener() { @Override public void onClick(View view) { Animation animation = AnimationUtils.loadAnimation(getApplicationContext(), R.anim.btn_animation); btnstop.startAnimation(animation); ON = "0"; Toast.makeText(getApplicationContext(), Toast.LENGTH_SHORT).show(); "STOP", getStringJSON2(); // Xu li clear chart chartA.clear(); chartB.clear(); } }); // Xu li button apply1 btnapply1 = (Button) findViewById(R.id.BTAPPLY1); btnapply1.setOnClickListener(new View.OnClickListener() { @Override public void onClick(View view) { Animation animation = AnimationUtils.loadAnimation(getApplicationContext(), R.anim.button_animation); btnapply1.startAnimation(animation); String EDTT1 = editT1.getText().toString(); String EDTT2 = editT2.getText().toString(); if (rdA.isChecked()) { if (EDTT1.isEmpty()) LII { Toast.makeText(getApplicationContext(), "Input value A!", Toast.LENGTH_SHORT).show(); SetFA="0"; } else { SetFA = EDTT1; Toast.makeText(getApplicationContext(), Toast.LENGTH_SHORT).show(); "Sucessfull A", } if (EDTT2.isEmpty()) { Toast.makeText(getApplicationContext(), Toast.LENGTH_SHORT).show(); "Input value B!", SetFB="0"; } else { SetFB = EDTT2; Toast.makeText(getApplicationContext(), Toast.LENGTH_SHORT).show(); "Sucessfull B", } getStringJSON(); String F407 = FAF407 + "\n" + FBF407; Toast.makeText(getApplicationContext(), Toast.LENGTH_SHORT).show(); F407, } if (rdB.isChecked()) { if (EDTT1.isEmpty()) { Toast.makeText(getApplicationContext(), Toast.LENGTH_SHORT).show(); airA="0"; LIII "Input value A!", } else { if (Float.valueOf(EDTT1) >= && Float.valueOf(EDTT1) = && Float.valueOf(EDTT2)