Mụctiêunghiêncứu đề tài2.1Mục tiêu chungMụctiêu chung của đề tài nghiên cứu là: Nghiên cứu tính toán thiết kế và tối ưu cơ cấu cânbằng trọng lực sử dụng lò xo kéo và lò xo nén dạng mềm.2
Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Mục tiêu chung
Mục tiêu chung của nghiên cứu này là thiết kế và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực bằng cách sử dụng lò xo kéo và lò xo nén mềm.
Mục tiêu cụ thể
Mục tiêu cụ thể của đề tài nghiên cứu là:
- Tính toán thiết kế cơcấu cân bằng trọng lực.
- Tính toán thiết kế tối ưu hóa kích thước lò xo nén.
- Tính toán thiết kế tối ưu hóa kích thước lò xo kéo.
- Chế tạo, thựcnghiệm vàđánh giá chuyển vịcủa hai lò xo.
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn:
- Phương pháp phân tích và kế thừa;
- Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn;
- Phương pháp qui hoạch thựcnghiệm;
- Phương pháp tối ưu di truyền đamục tiêu (MOGA);
- Phương pháp nghiên cứu thựcnghiệm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
TỔNG QUAN
Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước
ĩ 2 ỉ Các nghiên cứu trong nuớc
Hiện nay trong nước bắt đầu có một số nhóm tác giả nghiên cứu về cơ cấu cân bằng trọng lực.
Nghiên cứu của tác giả Nguyễn và cộng sự đã giới thiệu một phương pháp mới để xác định các điều kiện cân bằng cho các cơ cấu phẳng với nhiều bậc tự do Phương pháp này có ưu điểm là phù hợp với việc áp dụng các hệ thống đại số máy tính phổ biến như MAPLE Hình 1.3 minh họa cơ cấu phẳng 5 khâu, sử dụng 4 cặp bánh răng bổ sung nhằm cân bằng mômen rung, cùng với các hệ thống cân bằng lực quán tính và mômen lực quán tính của cơ cấu phẳng.
5 khâu đãđược trình bày trong nghiên cứu.
Hình 1.3 Liên kết năm thanh phẳngvới bốn cặp bánh răngbổ sung để cân bằng mom en rung
Nghiên cứu của tác giả Nguyễn và cộng sự [5] đã đề xuất phương pháp xác định các điều kiện cân bằng đại số cho lực rung và mômen rung trong các cơ cấu không gian một bậc tự do Phương pháp này bao gồm các công thức nhằm loại bỏ hoàn toàn lực rung và mômen rung do tất cả các liên kết chuyển động gây ra Hình 1.4 minh họa cơ cấu tay quay trượt không gian được sử dụng trong nghiên cứu này.
Hình 1.4 Cơ cấu tay quaytrượtkhông gian
Nghiên cứu của tác giả Châu và cộng sự đã giới thiệu một thiết kế tối ưu hóa đa mục tiêu cho lò xo phẳng mềm, phục vụ cho chi trên của thiết bị hỗ trợ vận động cho người khuyết tật Cấu trúc lò xo được thiết kế theo hình zíc zắc, cho phép biến dạng lớn, đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu cân bằng trọng lực (GBM) của thiết bị trợ giúp chi trên và robot hỗ trợ Thiết kế này giúp cải thiện cân bằng tĩnh của GBM, giảm thiểu nỗ lực làm việc của cẳng tay ở những người bị hạn chế vận động hoặc sau đột quỵ Hình 1.5 minh họa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng lò xo phẳng.
Hình 1.5 Cơ cắu cân bằng trọng lực sử dụng lòxophẳng
Hình 1.6 trình bày vềmô hình lò xo phẳng mềm được sử dụng trong nghiên cứunày với một vài tham số thiết kế.
Hỉnh 1.ố MÔ hình lò xo phẩngmềm
Nghiên cứu về cơ cấu cân bằng trọng lực đã được thực hiện nhiều ở nước ngoài, trong đó tác giả Cheng và cộng sự đã giới thiệu một cơ cấu hỗ trợ người khuyết tật chi dưới Cơ cấu này kết hợp hai loại cân bằng trọng lực thông thường mà không cần nguồn năng lượng nào khác ngoài cánh tay của người dùng Nó có thể dễ dàng áp dụng cho ghế, nạng và các thiết bị hỗ trợ khác Nghiên cứu cũng đã xây dựng mô hình toán học để điều chỉnh các thông số của cơ cấu phù hợp với người sử dụng.
Nghiên cứu của tác giả Cho và cộng sự đã trình bày một phương pháp thiết kế cơ cấu cân bằng tĩnh học sử dụng bộ bù đơn vị trọng lực, với kết quả mô phỏng cho thấy cơ cấu này có khả năng đối trọng hoàn toàn với lực hấp dẫn Đồng thời, nghiên cứu của tác giả Lee và cộng sự cũng đã đề xuất một phương pháp thiết kế nhằm xác định hình dạng lò xo cho bộ điều khiển khớp nối phẳng cân bằng tĩnh Từ góc độ năng lượng, tổng năng lượng thế năng giữ nguyên bất kể hình dạng nào, trong khi năng lượng thế năng hấp dẫn thay đổi do chuyển động của các mối hàn kết và năng lượng thế năng đàn hồi tương ứng với hình dạng lò xo.
Hình 1.7 Môhình cơ cấu cân bằng trọnglực vói các thànhphần bên trong: a) Môhình
CAD của cơ cấu, b) Các thành phần bên trong cơ cấu
Nghiên cứu của tác giả Lamers và cộng sự đã giới thiệu một thiết kế kẹp phẫu thuật với độ cứng và lực hoạt động bằng không, sử dụng phương pháp khối xây dựng để giải quyết vấn đề thiết kế Kẹp phẫu thuật này được bù bằng bộ cân bằng độc cứng âm, với thiết kế bộ cân bằng dựa trên một liên kết 4 thanh và phương pháp thiết kế theo hướng cân bằng tĩnh Tác giả Arakelian cung cấp cái nhìn tổng quan về các phương pháp bù trọng lực trong công nghệ rô-bốt, với các tính chất của bù trọng lực được kiểm tra và minh họa qua sơ đồ động học Để phân loại các phương án cân bằng, ba nhóm chính được xác định dựa trên bản chất của lực bồi thường: đối trọng, lò xo, hoặc lực hoạt động từ bộ truyền động phụ trợ.
Nghiên cứu của tác giả Chen và cộng sự đã đề xuất một cơ cấu cân bằng trong lực cho thao tác robot không gian, sử dụng cơ cấu liên kết hình bình hành, ròng rọc và lò xo để thực hiện sự cân bằng Cấu trúc này là thu động, không cần động cơ hay cơ cấu chấp hành, mang lại sự an toàn cao Cơ cấu cân bằng này có khả năng giải quyết vấn đề cân bằng cho cả cơ cấu 2 khâu phẳng và cơ cấu không gian 2 khâu bằng cách thêm một bậc tự do quay Hình 1.8 minh họa cơ cấu cân bằng không gian 2 khâu.
Hình 1.8 Môhình cơ cấu cân bằng khônggian 2 khâu
Nghiên cứu của tác giả Machekposhti và cộng sự trình bày một cấu trúc truyền năng lượng nguyên khối, hoàn toàn mềm dẻo, có khả năng điều chỉnh một phần bù bên Lờn giữa hai trục quay song song.
Nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng cơ cấu cân bằng trọng lực có thể áp dụng hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau Mặc dù đã triển khai cơ cấu này với hai lò xo tuyến tính, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế như góc cân bằng thấp và lò xo chưa được tối ưu hóa Vì vậy, tác giả đã quyết định nghiên cứu về cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm với hai lò xo để khắc phục những vấn đề này.
Kết luận
Chương 1 đã phân tíchcác tài liệu tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài nghiên cứu Các ưu và nhược điểm của các nghiên cứu trước được phân tích và đánh giá Từ đó, khoảng hở kiến thức được phân tích và động cơ nghiên cứu của đề tài được xác định.
Cơ SỞ LÝ THUYẾT
Phương pháp nghiên cứu
Mô phỏng là quá trình nghiên cứu trạng thái của mô hình nhằm hiểu rõ hệ thống thực tế Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để tiến hành thử nghiệm trên mô hình, cho phép tái tạo các hiện tượng mà nhà nghiên cứu cần quan sát Qua đó, mô phỏng giúp rút ra các kết luận liên quan đến đặc tính hoạt động của hệ thống thực.
Mục đích của mô phỏng dựa trên các phần mền phần tử hửu hạn bao gồm:
Để có cái nhìn sâu sắc về các hoạt động của một hệ thống, việc hiểu cách thức hoạt động và tương tác trong hệ thống là rất phức tạp và khó khăn Một mô hình mô phỏng sẽ giúp đơn giản hóa và minh bạch hóa các quy trình này.
Để cải thiện hiệu suất hệ thống đang hoạt động kém, việc thay đổi nguyên tắc điều hành hoặc tài nguyên là cần thiết Khi không hiểu rõ về hệ thống hiện tại, chúng ta có thể sử dụng mô phỏng để thử nghiệm và thực hiện những điều chỉnh cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động.
Trước khi triển khai một hệ thống mới, cần kiểm tra các khái niệm và hệ thống hiện có Chi phí xây dựng mô hình hệ thống mới thường nhỏ hơn so với vốn đầu tư cần thiết cho việc lắp đặt quy trình sản xuất Việc sử dụng mô hình mô phỏng có thể giúp tối ưu hóa thiết bị được lựa chọn trước khi đưa vào hoạt động.
- Có được thông tin mà khônglàm ảnhhưởng đến hệthốngthực tế: Thử nghiệm chocác hệ thống mànó không thể thử nghiệm trực tiếp.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn qua phần mềm ANSYS Workbench phiên bản 18.1 để mô phỏng lò xo kéo và lò xo nén Mục tiêu là xác định các giá trị đầu ra như ứng suất và chuyển vị của các loại lò xo này.
2.2.2 Phươngpháp đáp ứng bề mặt
Phương pháp đáp ứng bề mặt (Response Surface Methodology - RSM) là một tập hợp các kỹ thuật toán học và thống kê nhằm xây dựng mô hình thực nghiệm, với mục tiêu tối ưu hóa một biến đầu ra bị ảnh hưởng bởi nhiều biến độc lập Thí nghiệm trong RSM bao gồm các kiểm tra, trong đó các biến đầu vào được điều chỉnh để xác định nguyên nhân của sự thay đổi trong đáp ứng đầu ra Phương pháp này ban đầu được phát triển bởi Box và Draper vào năm 1987 để mô hình hóa các phản ứng thử nghiệm, sau đó được áp dụng cho các thí nghiệm số với giả định rằng sai số là ngẫu nhiên Việc sử dụng RSM giúp giảm chi phí so với các phương pháp phân tích tốn kém khác.
Thiết kế thí nghiệm (Design of Experiments - DOE) là một lĩnh vực của thống kê ứng dụng, tập trung vào việc lập kế hoạch, thực hiện, phân tích và diễn giải các thử nghiệm có kiểm soát nhằm đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị của một tham số hoặc nhóm tham số DOE là công cụ mạnh mẽ để thu thập và phân tích dữ liệu, có thể áp dụng trong nhiều tình huống thử nghiệm khác nhau.
Phương pháp thiết kế thí nghiệm (DOE) cho phép thao tác nhiều yếu tố đầu vào đồng thời, nhằm xác định ảnh hưởng của chúng đến đầu ra mong muốn Bằng cách này, DOE có khả năng phát hiện các tương tác quan trọng mà có thể bị bỏ lỡ khi chỉ thử nghiệm một yếu tố tại một thời điểm.
Phương pháp xây dựng qui hoạch thực nghiệm Central Composite Design (CCD) được phát triển bởi Box và Wilson vào năm 1951 và hiện là một trong những phương pháp thiết kế thí nghiệm phổ biến nhất CCD bao gồm ba phần: các yếu tố có hai cấp độ (2N), các điểm trung tâm và các trục bổ sung, cho phép ước tính các tham số điều chỉnh của mô hình hồi quy bậc hai đầy đủ.
Số lượng thí nghiệm được xácđịnh theo công thức sau:
- k là số yếu tố nghiên cứu đầu vào;
- c là số thí nghiệm lặp lại tại tâm phương án.
Phương pháp mô hình hóa xấp xỉ Kriging là một kỹ thuật nội suy bán tham số, cho phép ước tính thông tin chưa biết tại một điểm dựa trên dữ liệu mẫu đã biết Khác với các phương pháp xấp xỉ truyền thống như xấp xỉ đa thức, phương pháp Kriging không yêu cầu lựa chọn một mô hình toán học cụ thể, điều này làm cho nó linh hoạt và tiện lợi hơn Ngoài ra, Kriging còn có khả năng kết hợp cả đặc điểm thống kê cục bộ và toàn cầu, giúp ước tính xu hướng và động lực của các mẫu đã biết một cách chính xác.
Phương pháp Kriging là một kỹ thuật ước tính giá trị của hàm tại các vị trí cụ thể, bao gồm hai thành phần chính: mô hình chung và thành phần khởi hành có hệ thống Về mặt toán học, Kriging được mô tả qua công thức y(x) = f(x) + Z(x).
Hàm y(x) là hàm chưa biết được ước tính, trong khi hàm (x) thường là đa thức, đại diện cho xu hướng trong không gian thiết kế, còn gọi là mô hình chung Phần thứ hai, z(x), tạo độ lệch cục bộ cho nội suy các điểm dữ liệu bằng cách định lượng mối tương quan với tương quan Gaussian có giá trị trung bình bằng 0 và hiệp phương sai Ma trận hiệp phương sai của z(x) được xác định bởi cov[Z(xi),Z(xj)] = ơ²R[R(xi,Xj)], với R là ma trận tương quan bao gồm hàm tương quan không gian (SCF) và R(xi, Xj) là các phần tử của nó ơ² là phương sai quy trình, đại diện cho vô hướng của hàm tương quan không gian, định lượng mối tương quan giữa hai điểm dữ liệu được lấy mẫu X1 và X2.
2.2.5 Phươngpháp toi ưu di truyền đa mục tiêu (Multi-Objective GeneticAlgorithm - MOGA)
Thuật toán di truyền (Genetic Algorithm - GA) là một phương pháp tìm kiếm tổng quát dựa trên nguyên tắc di truyền tự nhiên, trong đó một quần thể các giải pháp hoặc cá nhân ứng cử viên được duy trì và cạnh tranh để tồn tại GA kết hợp đánh giá giải pháp với các toán tử di truyền ngẫu nhiên như chọn lọc, trao đổi chéo và đột biến nhằm đạt được tối ưu Với cách tiếp cận dựa trên dân số, GA rất hiệu quả trong việc giải quyết các bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu.
Thuật toán di truyền đa mục tiêu (MOGA) là một kỹ thuật tối ưu hóa hiệu quả, cho phép giải quyết các vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu thông qua việc khám phá không gian giải pháp một cách đa dạng MOGA giúp tìm kiếm một bộ giải pháp đa dạng, tối ưu hóa nhiều biến cùng lúc, và được minh họa bằng các mặt trận Pareto Tập hợp tối ưu Pareto bao gồm những giải pháp không bị chi phối, với hàm mục tiêu tương ứng tạo thành mặt trước Pareto Các phương pháp truyền thống như tìm kiếm ngẫu nhiên, lập trình động và phương pháp gradient thường được sử dụng để giải quyết vấn đề đa mục tiêu, trong khi các phương pháp heuristic hiện đại như mạng lưới thần kinh nhân tạo, thuật toán simulated annealing và phương pháp Lagrangian cũng đóng vai trò quan trọng trong tối ưu hóa.
Hình 2.2 Lưu đồ của MOGA
2.2.6 Phươngpháp nghiên cứu thực nghiệm
Kết luận
Trong chương này, tác giả tổng hợp và đề xuất các phương pháp nghiên cứu cho việc xây dựng quy trình tính toán thiết kế và tối ưu cơ cấu cân bằng Đầu tiên, phương pháp tính toán lý thuyết dựa trên cân bằng tĩnh được áp dụng để xác định đặc tính cân bằng của cơ hệ, bao gồm tính toán các thông số độ cứng của lò xo nén và kéo Tiếp theo, phương pháp mô phỏng trong ANSYS được sử dụng để phân tích ứng xử của hai lò xo Cuối cùng, các phương pháp kết hợp quy hoạch thực nghiệm, Kriging và MOGA được áp dụng để tìm kiếm thông số thiết kế tối ưu cho hai lò xo, và thực nghiệm sẽ được tiến hành để đánh giá kết quả mô phỏng tính toán và lý thuyết.
KẾT QUẢ NGHIÊN CÚƯ
Thiết kế cơ cấu cân bằng trọng lực
Hình 3.1 mô tả cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng lò xo kéo và lò xo nén Khi tải trọng m tạo ra momen M tại khớp, lò xo nén OB bị nén, trong khi lò xo kéo CD bị kéo dãn, tạo ra momen xoắn phản ứng T tại điểm O để giữ cho cơ cấu cân bằng trong phạm vi góc quay Thanh nối BD kết nối hai lò xo với cánh tay OA.
Sơ đồ phân tích lực của cơ cấu cân bằng trọng lực được trình bày trong Hình 3.2, với các ký hiệu và ý nghĩa được giải thích rõ ràng trong Bảng 3.1 Các điểm H, E, M, G, F được sử dụng để kéo dài và thực hiện các phép tính liên quan đến cơ cấu này.
Hình 3.2 Sơ đồ phân tích lực của cơcấu cân bằng trọng lực
Bảng 3.1 Bảnggiói thiệu cácký hiệu và ý nghĩa
Ký hiệu Ỷ nghĩa kp Độ cứng của lò xo kéo kn Độ cứng củalò xo nén
Lp Chiều dài của lò xokéo
Lr Chiều dài của thanh nối rp Độ dài để xác địnhvị trí của lò xo kéo r n Chiều dài của lò xo nén
0p và 0n Góc ban đầu củacánh tay cơcấu
R Chiều dàitừgốc đến điểm nối lòxo
^p Góc giữa lò xo kéo và trục nằm ngang
Góc giữa thanh nối và trục nằm ngang
Fp Lực của lò xokéo
Fn Lực của lò xonén
Fn Lực của lò xonénkéo dàitác dụng lên điểm nối lò xo
Tính toán thiết kế cơ cấu cân bằng trọng lực
Các thông số thiết kế cơ cấucân bằng trọng lực được trình bàytrong bảng 3.2, góc quay ỡ được giả sử từ +30° đến -30°.
Bảng 3.2 Thông sốthiết kế cơ cấu cân bằng trọng lực
Thông số thiết kế Giá trị
Chiều dàitừ gốc đến điểm nối lòxo R 75 mm
3.2.1 Tính toán chiều dàithanh nối
Chiều dài thanh nối được tính theo công thức (3-1) với 0n = 30° và chiều dài ban đầu của lò xo rno = 40 mm £r = ự/?2 + r„02 - 2Rr„0 CO.S' ến (3-1)
3.2.2 Tính toán chiều dài lò xo kéo, độbiến dạngcủa lò xo kéo và lực của lò xo kéo
Chiều dài lò xo kéo ban đầu được tính theo công thức (3-2) với góc quay ỡ = 30°
LpQ = ự/?2 4- rp2 — 2Rrp cos( ỡp + ỡn — ớ)
= 65,26(mm) Chiều dài lò xo kéo tối đa được tính theo công thức (3-3) với góc quay ỡ = -30°
= 80,2(mm) Độ biếndạng của lò xo kéo được tính theo công thức (3-4):
Ap = Lp(max) ~ Lpo = 80,2 — 65,26 = 14,94(mm) (3-4)
Lực của lò xokéo được tính theo công thức (3.5):
3.2.3 Tính toán chiểu dài lò xo nén, độbiến dạngcủa lò xonén và lựccủa lò xo nén
Chiều dài lò xo nén tối thiểu được tính theo công thức (3-6) với góc quay 0 = 0°
= 30(mm) Độ biếndạng của lò xo nén được tính theo công thức (3-7):
Lực của lò xo nén được tính theo công thức (3-8):
Góc0p được tính toán theocông thức (3-9):
, — -1 (rpsin(ep+e n ~)-R sine\ ộv = tan 1 " " (3-9)
Tại vị trí góc quay 0 = -30°
, í 15 sin(75°)-75 sin(-30°)\ ộ fp v = tan 1 \75 cos( —30°)—15 _ zS4 cos(75°)7 = 40,4
Tại vị trí góc quay 0 = 0°
= tan 77 ; " z,.nJ = 11,51 yp \75 cos( —30°)—15 cos(750)/
Góc 0n được tính toán theocông thức (3-10): ộn = tan 1 R sin 6
Tại vị trí góc quay 3 = -30°
Tại vị trí góc quay ỡ = 0°
Momenxoắn phản ứng của cơ cấu cân bằng trọnglực được tính theo công thức (3-11)
T = Fprp sin{0p + 0n + 0p) + FnR(tanộncos ỡ — sinQ) (3-11)
Momenxoắn phản ứng của cơ cấu cân bằng trọnglực tại vị trí góc quay ỡ = -30°
T = Fprp sin( ỡp + ỡn + ộp) + FnR(tanộn cos ỡ — sin ỡ)
= 14,94 kp 15 sin( 115,4°) - 10 kn 75 [tan( - 56,36°) cos( - 30°) - sin( - 30°)]
3.2.6 Tính toán độ cứng của lò xo kéo Để cơ cấu có thể cân bằng tacó momen xoay và momen xoắn phản ứng bằng nhau:
Theo công thức kp = 6,3 m — 3 kn (3-12), ta có thể xây dựng bảng mối quan hệ giữa trọng lượng tải trọng, độ cứng của lò xo kéo và độ cứng của lò xo nén, như được thể hiện trong bảng 3.3.
Bảng 3.3 trình bày mối quan hệ giữa tải trọng và độ cứng của lò xo nén cũng như lò xo kéo với các khối lượng khác nhau Đối với m = 0,5 kg, độ cứng lò xo nén là 0,15 kp (N/mm) Khi khối lượng tăng lên 1 kg, độ cứng lò xo nén đạt 3,3 kp (N/mm) Với m = 1,5 kg, độ cứng là 6,45 kp (N/mm), và khi khối lượng là 2 kg, độ cứng lò xo nén tăng lên 9,6 kp (N/mm) Ở m = 2,5 kg, độ cứng đạt 12,75 kp (N/mm), trong khi với m = 3 kg, độ cứng lò xo nén là 15,9 kp (N/mm) Những số liệu này cho thấy sự gia tăng tải trọng tỷ lệ thuận với độ cứng của lò xo.
Kết quả đạt được trong phần này bao gồm việc tìm ra các công thức tính toán và thiết kế cấu trúc cân bằng trọng lực, cũng như mối quan hệ giữa tải trọng, độ cứng lò xo nén và độ cứng lò xo kéo, được trình bày trong bảng 3.3 Những kết quả này sẽ được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế lò xo nén và lò xo kéo trong các phần tiếp theo.
Thiết kế, phân tích và tối ưu lò xo nén
3.3.1 Thiết kế ban đẩu của lò xo nén
Vật liệu để thiết ké lò xo nén là nhôm ALT73-7075, các thông số cơ bản của vật liệu được giới thiệu ở bảng 3.4.
Bảng 3.4 Thông số cơbản của vật liệu
Khối lượng riêng 2770 kg/rn3
Mô đun đàn hồi 72000 MPa
Hình 3.3 mô tả hình dạng của lò xo nén với điểm cố định tại vị trí A Lực Fn được đặt tại vị trí B, và sau khi bị nén, lò xo nén sẽ có sự chuyển vị tại điểm A.
Hình 3.3 Hình dạng của lò xo nén
Bảng 3.5 trình bày các tham số thiết kế quan trọng của lò xo nén, bao gồm chiều cao lò xo nén Hn, chiều cao thanh dầm Lì và độ dày lò xo nén, những yếu tố thiết yếu trong quá trình thiết kế.
Bảng 3.5 Tham số thiết kếcủa lò xo nén
Ký hiệu Ý nghĩa Giá trị Ghi chú
Hn Chiều cao lò xo nén 15 mm Tham biến thiếtkế
L; Chiều cao thanh dầm 6 mm Tham biến thiếtkế Độ dày lò xo nén 0,9 mm Tham biến thiếtkế
Rỉ Bán kính vòngtròn lớn 3,5 mm Hằng số r 2 Bán kính vòng tròn nhỏ 2,5 mm Hằng số r 3 Bán kính góc bo 0,5 mm Hằng số
LnO Chiều dài lò xo nén ban đầu 40 mm Hằng số
Dn Chiềurộng lò xo nén 10 mm Hằng số
3.3.2 Thu thập dữ liệu và phần tích
Chọn độ cứng lò xo nén là kn = 2N/mm Theo công thức (3-8) tính lực của lò xo nén, ta có lực của lò xo nén là Fn = —20N.
Nghiên cứu này đề xuất một cơ cấu cân bằng trọng lực có khả năng giữ một vật nặng 1 kg, dựa trên kết quả tính toán trong bảng 3.5 Khối lượng này tương ứng với độ cứng tính toán của lò xo nén là 2 N/mm Để đảm bảo độ cứng mong muốn và điều kiện bền vững trong quá trình hoạt động, lò xo nén cần được thiết kế một cách hợp lý.
Để tối ưu hóa thiết kế lò xo nén, cần xác định các biến chính như chiều cao lò xo nén Hn, chiều cao thanh đàm L1 và độ dài lò xo nén Wn, vì chúng có ảnh
Bài toán tối ưu lò xo nén được đưara như sau:
Biến thiết ke: X = (Hn, L1, Wn)
10 mm < An < 10,5 mm (3-14) ơ < [ơ]/s = 335 MPa (Chọn s = 1,5) (3-15)
Mục tiêu tối ưu lò xo nén là đạt giá trị chuyển vị mong muốn, đồng thời đảm bảo ứng suất sinh ra nhỏ hơn ứng suất của vật liệu chia cho hệ số an toàn Các giá trị biến thiết kế cần nằm trong không gian thiết kế hợp lý.
3.3.2 ỉ Phân tích ứng suất tương ãktơng, chuyển vị chính theo phương X, chuyển vị tổng của lòxo nén
Using ANSYS Workbench 18.1, the Static Structural analysis system is employed to evaluate the stress and displacement of a tensile spring The mesh generation method utilized is automatic, with Tet10 elements comprising a total of 5,069 elements.
Để đảm bảo độ hội tụ và tính chính xác của kết quả phân tích, cần sử dụng chia lưới theo tiêu chuẩn Skewness, điều kiện biên và tài tác dụng Mô hình chia lưới (Mesh) của lò xo nén sẽ được mô tả trong hình 3.4.
Hình 3.4 Mô hình chia lưới (Mesh) của lòxonén
Hình 3.5 mô tảsơđồ phân bốchất lượng lưới theo tiêu chuẩn Skewness.
Hình 3.5 Sơđô phân bô chát lượng lưới theo tiêu chuân Skewness
Trong quá trình chia lưới, kill chia lưới lò xo nén, học viên áp dụng phương pháp tự động (Automatic) để đạt được kết quả chất lượng Chất lượng chia lưới được đánh giá dựa trên tiêu chuẩn Skewness tốt.
Sau khi áp dụng lực Fn N, các kết quả ứng suất tương đương được thể hiện trong hình 3.6 Chuyên vị chính theo phương X được mô tả trong hình 3.7, trong khi chuyên vị tông của lò xo nén được minh họa trong hình 3.8.
Type: tquk/ale-it (voivMbw) Strejj
Hình 3.6 ứng suất tương đương của lò xo nén
Hinh 3.7 Chuyển vị chính theo phưong X của lò xo nén
Hình 3.8 Chuyểnvị tổng của lò xo nén
Các thông số ứng suất tương đương, chuyển vị chính theo phương X và chuyển vị tổng được tổng hợp lại theo bảng 3.6 như sau:
Bảng 3.6 Kết quả ứng suất, chuyển vị chính theo phươngX, chuyển vị tổng của lò xo nén
3.3.2.2 Thiếtkếthỉ nghiệm cho lò xo nén
Thông số Min Max ứng suất tương đương 0,00013 MPa 176,06 MPa
Chuyển vị chính theo phương X 6,082 mm 9,3205 mm
Chuyển vị tổng 0 mm 17,31 mm
Bảng 3.7 Bảng thiết kế thí nghiệm của lò xo nén
STT Chiều cao lò xo Hn
Chiều cao thanh dầm L1 Độ dày lò xo Wn ứng suất tối đa
Chuyên vị chính theo phưong X
Số lượng thí nghiệm của phương pháp Central Composite Design (CCD) được xác định bằng công thức (2.1), với 3 yếu tố đầu vào: chiều cao lò xo nén, chiều cao thanh dầm và độ dày lò xo nén, tổng cộng là 15 thí nghiệm Các yếu tố đầu ra của lò xo nén bao gồm ứng suất tối đa, chuyển vị chính theo phương X tối đa và chuyển vị tổng tối đa Trong ANSYS Workbench 18.1, phần Design of Experiment của mô hình Response Surface Optimization sẽ được sử dụng để tạo bảng thiết kế thí nghiệm như đã trình bày trong bảng 3.7.
3.3.2.3 Đáp ứng bể mặt (Response Surface)
Trong ANSYS Workbench 18.1, chúng ta sẽ áp dụng phần Response Surface trong mô hình Response Surface Optimization kết hợp với phương pháp Kriging để tiến hành phân tích đáp ứng bề mặt của lò xo nén.
Các kết quả từ thiết kế thí nghiệm trong bảng 3.7 sẽ được áp dụng để xây dựng các mô hình hồi quy Bảng 3.8 trình bày mức độ phù hợp của đáp ứng bề mặt thông qua phương pháp Kriging.
Bảng 3.8 Mức độ phù hợp của đáp ứng bề mặt của lò xo nén
Phương phápKriging ứng suất tối đa
Chuyểnvị chính theo phương X tối đa
Sai số trung bình bình phương (RootMean
Sai so tuyệt đối tối đa tương đối (Relative
Sai so tuyệt đối trung bình tương đối
Hệ số xác định (R²) là một chỉ số thống kê quan trọng, phản ánh khả năng giải thích của một phương trình Nó thể hiện tỷ lệ biến thiên của biến phụ thuộc do tổng mức biến thiên của các biến độc lập gây ra Giá trị của R² luôn nằm trong khoảng từ 0 đến 1.
R2 càng gần 0, khảnăng giải thích càng kémvà điều ngược lại sẽ đúngkhi các giá trị của nó tiến dần tới 1.
Sai số trung bình bình phương (Root Mean Square Error - RMSE) là độ lệch chuẩn của phần dư, đo lường khoảng cách giữa các điểm dữ liệu và đường hồi quy RMSE phản ánh mức độ lan truyền của các phần dư, cho thấy mức độ tập trung của dữ liệu xung quanh đường phù hợp nhất.
Thiết kế, phân tích và tối ưu lò xo kéo
3.4 ĩ Thiết kếban đầu của lòxo kéo
Vật liệu thiết kế lò xo kéo là nhôm ALT73-7075, với các thông số chi tiết được trình bày trong bảng 3.4 Hình dạng của lò xo kéo được minh họa trong hình 3.14 Điểm cố định được đặt tại vị trí A, trong khi điểm B là nơi lực lò xo kéo Fp tác động, và 4? là khoảng chuyển vị của lò xo kéo sau khi chịu lực.
Bảng 3.12 trình bày các tham số thiếtkế củalò xokéo, với chiều caolò xo kéo H, chiều cao thanhdầm Tỉ, độ dày lò xo w là các biến thiết kế.
Bảng 3.12 Tham số thiết kế của lò xo kéo
Ký hiệu Ynghĩa Giátrị Ghichú
Hp Chiều caolòxo kéo 27,5 mm Tham biến thiết kế
T1 Chiều cao thanh dầm 16 mm Tham biến thiết kế
Wp Độdày lò xo nén 0,9 mm Tham biến thiết kế t 2 Chiều cao đoạn phía dưới của dầm 8 mm Hằng số
R1 Bán kính vòng tròn lớn 3,5 mm Hằng số
R2 Bán kính vòng tròn nhỏ 2,5 mm Hằng số
R3 Bán kính bo góc 0,5 mm Hằng số
Lpo Chiều dài lò xo kéo ban đầu 65,26 mm Hằng số
Dp Chiều rộng lò xo kéo 10 mm Hằng số
3.4.2 Thu thập dữ liệu và phân tích
Dựa trên công thức (3-5) và kết quả từ bảng 3.3, nghiên cứu này đề xuất cấu trúc cân bằng trọng lực có khả năng hỗ trợ vật nặng 1 kg với độ cứng lò xo nén kn = 2 N/mm và lò xo kéo kp = 0,3 N/mm Tính toán lực của lò xo kéo cho ra Fp = 4,482 N, tuy nhiên, lò xo kéo cần đảm bảo độ cứng và độ bền trong quá trình hoạt động Để tối ưu hóa thiết kế, các biến thiết kế chính được chọn là chiều cao lò xo kéo Hp, chiều cao thanh dầm T1 và độ dày lò xo kéo Wp, vì chúng ảnh hưởng lớn đến chuyển vị của lò xo kéo Các thông số khác như chiều dài lò xo kéo Lpo và bán kính không thay đổi không ảnh hưởng nhiều đến chuyển vị Hàm mục tiêu F(x) được xác định là Ap với mục tiêu đạt chuyển vị mong muốn 14,94 mm, trong khi ràng buộc thiết kế yêu cầu 14,94 mm < Ap < 15,687 mm, với sai số cho phép 5% Để đảm bảo độ bền, ứng suất phải nhỏ hơn giá trị cho phép của vật liệu chia cho hệ số an toàn, với s = 1,5 được chọn để đảm bảo an toàn cho vật liệu.
Bài toán tối ưu lò xo kéo được đưara như sau:
Biến thiết ke: X = (Hp, T1, Wp)
14,94 mm < Ap < 15,687 mm (3-20) ơ < [ơ]/s= 335 MPa (Chọn 5 = 1,5) (3-21)
Hàm mục tiêu F(x) được xác định dựa trên các yếu tố như ứng suất (σ) và ứng suất cho phép của vật liệu ([σ]) Hệ số an toàn (s) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán Khoảng chuyển vị của lò xo kéo (An), chiều cao lò xo kéo (Hp), chiều cao thanh dầm (Ty) và độ dày lò xo kéo (Wp) là những thông số cần thiết để đảm bảo tính chính xác và an toàn trong thiết kế.
Mục tiêu của tối ưu lò xo kéo là đạt được giá trị chuyển vị mong muốn, trong khi đảm bảo ứng suất tương đương sinh ra nhỏ hơn ứng suất của vật liệu chia cho hệ số an toàn, với các giá trị biến thiết kế nằm trong không gian thiết kế.
3.4.2.1 Phân tích ứng suấttương đương, chuyển vịchính theophươngX, chuyển vị tổng của lò xo kéo
Sử dụng phần mềmANSYS Workbench 18.1 hệthốngphân tích Static Structural nhằm phân tíchứng suất,chuyển vị của lò xo kéo.
Phương pháp chia lưới tự động (Automatic) được áp dụng với loại phần tử Hex20 và Wed 15, tổng số lượng phần tử là 2107 và số lượng nút đạt 12927 Để đảm bảo độ hội tụ và tính chính xác trong kết quả phân tích, lưới được thiết kế theo tiêu chuẩn Skewness, cùng với các điều kiện biên và tải tác dụng như minh họa trong hình 3.14.
Hình 3.15 môtả mô hình chia lưới (Mesh) củalò xo kéo.
Hình 3.15 Mô hình chia lưói (Mesh) củalòxo kéo
Hình3.16 môtả sơ đồ phân bố chất lượng lưới theo tiêu chuẩn Skewness
Khi chia lưới lò xo kéo, học viên áp dụng phương pháp Sizing kết hợp với tiêu chuẩn Skewness để đánh giá chất lượng lưới Kết quả cho thấy chất lượng lưới vẫn tốt, vì vậy em quyết định giữ nguyên phương pháp chia lưới Sizing cho lò xo kéo.
Hình 3 lố Sơ đồ phân bố chất lượng lưóitheo tiêu chuẩn Skewness
Khi tác dụng lực Fp = 4,482 N, chúng ta thu được các kết quả ứng suất tương đương như hình 3.17 Chuyển vị chính theo phương X được thể hiện trong hình 3.18, trong khi chuyển vị tổng của lò xo kéo được mô tả qua hình 3.19.
Type: Equivalent (von-Miíer) Streíí
Hình3.17 ứng suâttương đương của lò xo kéo
Hình3.18 Chuyển vị chính theo phương X củalò xo kéo
Hình 3.19 Chuyểnvịtồng của lò xokéo
Các thông số ứng suắt tương đương, chuyểnvị chính theophương X và chuyểnvịtổngđược tồng hợp lại theo bảng 3.13 như sau:
Bảng 3.13 Kết quả úng suất, chuyểnvị chínhtheo phương X, chuyểnvị tồng của lò xo kéo
Thông số Min Max ứng suất tương đương 5,119e-5 IvíPa 126,4ỐMPa
3.4.2.2 Thiết kế thínghiệm cho lò xokéo
Phương pháp Central Composite Design (CCD) cho phép xác định số lượng thí nghiệm cần thiết bằng công thức (2-1) với 3 yếu tố đầu vào: chiều cao lò xo kéo, chiều cao thanh dầm và độ dày lò xo kéo, dẫn đến tổng cộng 15 thí nghiệm Các yếu tố đầu ra quan trọng của lò xo kéo bao gồm ứng suất tối đa, chuyển vị chính theo phương X tối đa và chuyển vị tổng tối đa.
In ANSYS Workbench 18.1, we will utilize the Design of Experiment feature within the Response Surface Optimization model to generate the experimental design table as presented in Table 3.14.
Bảng 3.14 Bảng thiết kế thí nghiệm của lò xo kéo
STT Chiều cao lò xo Hp
T1 Độ dày lò xo Wp ứngsuất tối đa (MPa)
Chuyển vị chính theo phưongX (mm)
3.4.2.3 Đáp ứng bể mặt (Response Surface)
In ANSYS Workbench 18.1, we will utilize the Response Surface feature within the Response Surface Optimization model and the Kriging method to conduct a response surface analysis of a compression spring.
Các kết quả thiết kế thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.14 sẽ được áp dụng để xây dựng các mô hình hồi quy Bảng 3.15 thể hiện mức độ phù hợp của đáp ứng bề mặt thông qua phương pháp Kriging.
Bảng 3.15 Mức độ phùhọp của đáp úng bề mặt của lòxo kéo
Chuyển vị chính theo phương X tối đa
Chuyến vị tống tối đa
Sai sốbinhphương trung bình(Root
Sai so tuyệt đối tối da tương đối
Sai sotuyệtdoi trung bình tương đối (Relative
Hình 3.20 Sơ đồ phùhọpchobahàm mục tiêusử dụng phương pháp Kriging
Hình 3.20 minh họa sơ đồ phù hợp cho ba hàm mục tiêu khi áp dụng phương pháp Kriging, cho thấy sự phù hợp tốt giữa kết quả dự đoán và mô phỏng Các hàm mục tiêu bao gồm ứng suất tối đa, chuyển vị chính xác theo phương X tối đa, và chuyển vị tổng tối đa.
Như hình 3.21(a) cho thấy, việc tăng chiều cao của lò xo Hp và chiều cao thanh dầm Tỉ sẽ dẫn đến sự gia tăng ứng suất tương đương Ứng suất tương đương đạt giá trị lớn nhất khi
Chiều cao của lò xo Hp là 28,5 mm và chiều cao thanh dầm Tỉ là 17 mm Khi tăng chiều cao của lò xo Hp và thanh dầm Tỉ, chuyển vị chính theo phương X sẽ gia tăng, với giá trị lớn nhất đạt được tại Hp = 28,5 mm và Tỉ = 17 mm Tương tự, chuyển vị tổng cũng tăng lên khi chiều cao của lò xo và thanh dầm được điều chỉnh, với giá trị lớn nhất của chuyển vị tổng cũng đạt được tại Hp = 28,5 mm và Tỉ = 17 mm, như thể hiện trong hình 3.21.
Chiều cao lò xo và chiều cao thanh dầm có ảnh hưởng đáng kể đến các yếu tố cơ bản trong cấu trúc Cụ thể, ảnh hưởng này được thể hiện qua ba khía cạnh chính: a) Ứng suất tối đa, b) Chuyển vị chính theo phương X tối đa, và c) Chuyển vị tổng tối đa.
Chuyên vị chính theo phưoìig X
Thí nghiệm và đánh giá kết quả
Nhiệm vụ của thí nghiệm là tiến hành các thí nghiệm để xem xétđộ biến dạngcủa lò xo kéo và lò xo nén khi được tác dụng lực.
Quy trình thí nghiệm được thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Chuẩn bị dụng cụđo.
Bước 2: Tiếnhành thiết kế, gia công lò xokéo và lò xonén.
Bược 3: Tiếnhành thí nghiệm đo độ biến dạng của lò xonénvà lò xo kéo.
Hình 3.25 trình bày dụng cụ đo được sử dụng trong thí nghiệm là giá thí nghiệm xoắn ốc (Spiral Test Rack).
Sue of muMBon tằcằ- pun*
150 mm 9kgs Width: 14mm opening: 5mm
Hình 3.25 Giá đỡthí nghiệm xoắn ốc (Spiral Test Rack) vàthông số cơ bản
Giá đỡ thí nghiệm xoắn ốc bao gồm nhiều bộ phận quan trọng Hình 3.26 thể hiện thước kỹ thuật số, trong khi hình 3.27 mô tả tay quay xoắn ốc Hình 3.28 là đồng hồ đo lực kế hiển thị kỹ thuật số, và hình 3.29 cho thấy phần đế Cuối cùng, hình 3.30 minh họa phần cố định chi tiết.
Hình 3.26 Thước kỹ thuật số Hình 3.27 Tay quayxoắn ốc
Hình 3.29 Phần đế Hình 3.28 Đồng hồ đo lựckế hiểnthịkỹ thuật số
Hình 3.30 Phần cố định chi tiết
3.5.2.2 Chế tạo lò xo nén a) Yêu cầu Đúng giátrị kích thước đã tính toán, thiếtkế.
Sử dụng vật liệu ALT73-7075. b) Thiếtkế và chế tạo
Căn cứ theo các yêu cầu trên, bản vẽ thiết kếchi tiết lò xo nén được trình bày ở Phụ lục 1. c) Chế tạo
Căn cứtheo bản vẽ thiết kế, lò xo nénđã được chế tạo bằng máy cắt dây CNC (CNC WireEDM) như hình 3.31.
Hình 3.31 Lòxo nén đượcchế tạo
3.5.2.3 Chế tạo ỉò xo kéo a, Yêu cầu Đúng giátrị kích thước đã tínhtoán,thiếtkế Sử dụng vậtliệu ALT73-7075. b, Thiếtkế
Căn cứ theo các yêu cầu trên, bản vẽ thiết kế chi tiết lò xo nén được trình bày ở Phụ lục 2. c, Chế tạo
Căn cứ theo bản vẽ thiết kế, lò xo nén đã được chế tạo bằng máy cắt dây CNC (CNC Wire EDM) như hình3.32.
Hình 3.32 Lò xo kéo đượcchế tạo
3.5.2.4 Đồgákẹp a, Yêu cầu Đúng giátrị kích thước đã tínhtoán,thiếtkế. b, Thiếtkế
Căn cứ theo cácyêu cầu trên, bản vẽ thiết kế đồ gákẹp được trình bày ở Phụ lục 3. b, Chế tạo
Căn cứ theobản vẽ thiết kế, chốt kẹp đãđượcchế tạobằng máy phay CNCnhư hình3.33.
Hình 3.33 Chốt kẹp đượcchế tạo
- Đưa dụng cụ vào vị trí thí nghiệm
- Gắn lò xo vớichốt kẹp: do lò xo không thể kẹptrựctiếp trên dụng cụ đo nên sử dụng chốt kẹp làm chi tiết bị kẹp chặt;
- Kẹp chặt chốt kẹp bằng phần cố định chi tiết của dụng cụ đo;
- Điều chỉnh giátrị hiển thị trên thước kỹ thuật số về giátrị 0;
- Điều chỉnh giátrị hiển thị trên đồng hồ đo lực kế hiển thị kỹ thuật số về giátrị 0;
- Tiến hành thí nghiệm bằng cách quaytay quay xoắn ốcđể tác động lựclên lò xo;
- Tiến hành ghi chép lại các giá trị hiển thị trên đồng hồ đo lực kế hiển thị kỹ thuật số và thước kỹ thuật số;
- Với mỗi lòxo tiến hànhthí nghiệm 5 lần.
Sau khi tiến hành thí nghiệm đo 5 lần đối với lò xo nén tacókết quả được hiển thịtrong bảng 3.18.
Bảng3.18 Kết quả thí nghiệm lò xonén
Kết quả thí nghiệm và mô phỏng cho thấy sự sai lệch đáng kể, với lò xo nén chuyển vị 10,42 mm khi chịu lực 20 N trong mô phỏng, trong khi thí nghiệm thực tế cho kết quả trung bình là 12,18 mm sau 5 lần thử Giá trị sai lệch giữa hai kết quả là khoảng 14,45% Tiếp tục, thí nghiệm đo lò xo kéo đã được thực hiện 5 lần và kết quả được trình bày trong bảng 3.19.
Bảng 3.19 Kết quả thí nghiệm lò xo kéo
Để tính toán độ cứng lò xo nén thực tế, sử dụng công thức (3-8) với lực tác dụng và chuyển vị được trình bày trong bảng 3.18 Kết quả tính toán cho thấy độ cứng lò xo nén thực tế là kn = 2,17 N/mm, được nêu trong bảng 3.20 Khi so sánh với giá trị lý thuyết kn = 2 N/mm, độ sai lệch khoảng 8,5%.
Bảng3.20 Kết quả tính toán độ cứng lò xo nén thực tế
(N/mm) kn (N/mm) kn (N/mm) kn (N/mm) kn (N/mm) kn (N/mm) kn (N/mm)
Độ cứng lò xo kéo thực tế được tính toán dựa trên công thức (3-5) với lực tác dụng và chuyển vị, như trình bày trong bảng 3.19 Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 3.21, cho thấy giá trị trung bình thực tế của độ cứng lò xo kéo đạt kp = 0,3 N/mm So với giá trị lý thuyết cũng là kp = 0,3 N/mm, sai lệch giữa hai giá trị này là rất nhỏ, gần như không đáng kể.
Bảng 3.21 Kết quả tínhtoán độ cứng lò xo kéo thực tế
(N/mm) kp (N/mm) kp (N/mm) kp (N/mm) kp (N/mm) kp (N/mm) kp (N/mm)
Thực hiện việc tối ưu hóa lò xo bằng phương pháp MOGA và kết quảđạt được sau khi tối ưu thể hiện ở bảng3.22 và bảng 3.23.
Bảng3.22 Tham sốthiết kế của lò xo nén sau khi tối ưu hóa
Hn Chiều caolò xonén 16 mm
L1 Chiều cao thanhdầm 7 mm Độ dày lò xo nén 1 mm
R1 Bán kính vòng tròn lớn 3,5 mm r 2 Bán kính vòng tròn nhỏ 2,5 mm
LnO Chiều dài lòxo nén ban đầu 40 mm
Dn Chiều rộng lò xo nén 10 mm
Bảng3.23 Tham sốthiết kế của lò xo kéo sau khi tối ưu hóa
Ký hiệu Y nghĩa Giá trị
Hp Chiều caolò xokéo 28,5 mm
T1 Chiều cao thanh dầm 17 mm
Wp Độ dày lò xo nén 1 mm Ĩ2 Chiều cao đoạn phía dướicủa thanh dầm 8 mm
Rỉ Bán kính vòng tròn lớn 3,5 mm r 2 Bán kính vòng tròn nhỏ 2,5 mm
Lpo Chiều dài lò xo kéo ban đầu 65,26 mm
Dp Chiều rộng lò xo kéo 10 mm
Kết luận
Trong chương 3, độ cứng của hai lò xo kéo và nén được tính toán để xác định cho cơ cấu cân bằng Thông số hình học của hai lò xo được xác định thông qua phương pháp tối ưu MOGA Mô hình vật lý của hai lò xo được chế tạo và thực nghiệm kiểm chứng để đo chuyển vị Kết quả thực nghiệm được so sánh với kết quả dự đoán, và cuối cùng, các thông số của hai lò xo được tìm thấy, dẫn đến việc chế tạo cơ cấu cân bằng.
KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Mô hình hai lò xo đã được chế tạo và thực nghiệm khả năng chuyển vị khi tác động lực Kết quả thí nghiệm cho lò xo nén cho thấy giá trị chuyển vị trung bình đạt 12,18 mm sau 5 lần thử nghiệm, với sai lệch khoảng 14,45% so với kết quả tối ưu Đối với lò xo kéo, giá trị chuyển vị trung bình là 13,388 mm sau 5 lần thí nghiệm, với sai lệch khoảng 12,41%.
% so với kết quả tối ưu.
Tính toán độ cứng lò xo nén thực tế được thực hiện dựa trên công thức (3-8) với lực tác dụng và chuyển vị như trong bảng 3.18 Kết quả cho thấy độ cứng lò xo nén thực tế đạt giá trị trung bình kn = 2,17 N/mm, được trình bày trong bảng 3.20 So với giá trị lý thuyết kn = 2 N/mm, độ sai lệch khoảng 8,5%.
Tính toán độ cứng lò xo kéo thực tế dựa trên công thức (3-5) với lực tác dụng và chuyển vị được trình bày trong bảng 3.19 Kết quả cho thấy độ cứng lò xo kéo thực tế đạt giá trị trung bình kp = 0,3 N/mm So với giá trị lý thuyết cũng là kp = 0,3 N/mm, sai lệch giữa hai giá trị gần như 0%.
Kiến nghị
Do thời gian và kinh phí thực hiện còn hạn chế, đề tài nghiên cứu vẫn còn một số điểm chưa hoàn thiện và cần cải thiện thêm.
Các số liệu tính toán thường dựa trên lý thuyết và công thức, do đó có thể không phản ánh chính xác thực tế Để có kết quả thực tế hơn, cần tiến hành đo lường số liệu thực tế và thực hiện phân tích bổ sung.
Cần thiết phải phát triển một cơ cấu cân bằng hoàn chỉnh nhằm đánh giá khả năng cân bằng của hệ thống, đảm bảo rằng kết quả thu được phù hợp với các số liệu đã được tính toán trước đó.
Có thểgiatăng góc cân bằng, khối lượng vật, tiến hành điều chỉnh độ cứng của lò xo bằng cáchphi năng lượng.
DANHMỤC CÔNG TRÌNHĐÃ CÔNG BÓ CỦA HỌC VIÊN
1 M,p, Dang, H, G, Le, X, H, Vo, andT,-P, Dao, "Optimization Design of aCompliantTension spring," present atthe 20205th International Conference on GreenTechnology and SustainableDevelopment (GTSD), 2020: IEEE, pp, 569-573