Đang tải... (xem toàn văn)
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
BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHĨ HỒ CHÍ MINH VÕ XN HỒNG THIẾT KẾ, TƠI ƯU HÓA CẨU CÂN BẢNG TRỌNG Lực SỬ DỤNG CẤU MÈM Ngành: KỸ THUẬT KHÍ Ma ngành: 80520103 LUẬN VĂN THẠC sĩ THÀNH PHỐ HỔ CHÍ MINH THÁNG 12 NĂM 2023 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: TS Đào Thanh Phong Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 01 tháng 12 năm 2023 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: TS Nguyễn Viễn Quốc, Chủ tịch hội đồng TS Ao Hùng Linh, Thư ký hội đồng PGS.TS Phạm Huy Tuân, Phản biện TS Đặng Hoàng Minh, Phản biện PGS.TS Nguyễn Thanh Hải, ủy viên (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) CHỦ TỊCH HỘI ĐỊNG TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ KHÍ BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỔ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VÃN THẠC sĩ Họ tên học viên: Võ Xuân Hoàng MSHV: 18105061 Ngày, tháng, năm sinh: 03/09/1994 Nơi sinh: Quảng Trị Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã chuyên ngành: 80520103 I TÊN ĐẺ TÀI: Thiết kế, tối ưu hóa cấu cân trọng lực sử dụng cấu mềm (Design and optimization for a gravity-balanced mechanism using compliant mechanism) NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu cấu cân trọng lực sử dụng cấu mềm Tính tốn thiết kế thơng số liên quan đến hai lị xo Phân tích, tối ưu thơng số hai lò xo Tiến hành thực nghiệm kiểm chứng hai lị xo Phân tích, đánh giá nhận xét kết đạt II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/03/2020 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/12/2022 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Người hướng dẫn chính: TS Đào Thanh Phong Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM Bộ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ KHÍ (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thưc đề tài, luận văn “Thiết kế, tối ưu hóa cấu cân trọng ỉực sử dụng cấu mềm ” tơi hồn thành Ngồi cố gắng, nỗ lực thân, luận văn hoàn thành cịn có hướng dẫn, giúp đỡ tận tình q thầy cơ, bạn bè, gia đình tơi suốt quãng thời gian học tập làm luận văn trường Em xin gửi lời cảm on sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học TS Đào Thanh Phong giành nhiều thòi gian, tâm huyết nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, góp ý, động viên tơi suốt q trình thực luận văn Em xin cảm on Thầy Châu Ngọc Lê q thầy thuộc Khoa Co khí tồn thể quý thấy cô Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh truyền đạt kiến thức cho em suốt quãng thời gian học tập trường hướng dẫn, giúp đỡ tận tình trình thực luận văn Em gửi lời cảm on anh chị, bạn bè lớp chia sẻ kiến thức, động viên nhiệt tình, điều giúp em vượt qua khó khăn q trình hồn thành luận văn Cuối cùng, em xin cảm on gia đình, người thân ủng hộ tinh thần, vật chất, tạo điều kiện cho em suốt năm học vừa qua Chân thành cảm ơn Học viên Võ Xuân Hồng TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC sĩ Hiện nay, công nghệ robot (Robotics) lĩnh vực khoa học kỹ thuật liên ngành phát triển ứng dụng rộng rãi sản xuất đời sống Trong thiết bị rôbốt, cấu cân sử dụng để đảm bảo an toàn Các cấu cân trọng lực thường làm việc tốc độ thấp Thông thường, trọng lực mô men xoắn tĩnh có giá trị lớn mơ men xoắn động thường sử dụng mô men xoắn động Trong việc thiết kế khí, cấu cân trọng lực đóng vai trị quan mặt hiệu lượng Trong thiết bị hoạt động thụ động, cấu cân trọng lực giúp giảm thiểu mô men xoắn điều khiển Cơ cấu cân trọng lực giúp người sử dụng sử dụng thiết bị mà không cảm thấy tải trọng Luận văn trình bày kết nghiên cứu theo hướng phát triển cấu cân trọng lực sử dụng cấu mềm thay dùng loại cấu truyền thống Phương pháp giải tích vận dụng để xây dựng cơng thức tính tốn tìm mối quan hệ độ cứng lò xo kéo nén Tiếp theo, phương pháp mơ dùng để tìm giá trị cần thiết cho việc tối ưu lị xo ứng suất, chuyển vị theo phương X, chuyển vị tổng Giải thuật tối ưu di truyền đa mục tiêu (MOGA) áp dụng để tìm thơng số tối ưu cho hai lò xo Kết đạt tối ưu lò xo sau: Chiều cao lò xo nén 16 mm, chiều dài dầm mm, chiều dày lò xo nén mm Ket đạt tối ưu lò xo kéo bao gồm: Chiều cao lò xo kéo 28,5 mm, chiều dài dầm 17 mm, chiều dày lị xo kéo mm Dựa thơng số tối ưu, hai lò xo chế tạo thực nghiệm để đo chuyển vị Kết đạt thực nghiệm lị xo nén tìm thấy chuyển vị với giá trị trung bình 12,18 mm sau lần thí nghiệm, giá trị sai lệch vào khoảng 14,45 % so với kết tối ưu Kết thực nghiệm lị xo kéo tìm chuyển vị với giá trị trung bình 13.388 mm sau lần thí nghiệm, giá trị sai lệch vào khoảng 12,41 % so với kết tối ưu 11 ABSTRACT Currently, robot technology or robotics is a highly developed interdisciplinary scientific and technical field, in which balancing mechanisms are mainly used in robotic mechanisms working at low speeds for safety reasons Therefore, gravity or static torque has a larger value and is often used than dynamic torque Gravity balancers play an important role in mechanical design in terms of energy efficiency In an active device the gravity balancer helps to reduce the driving torque, in a passive device the gravity balancer makes it possible for the user to use the device without feeling the load important This thesis presents a development of a gravity balance mechanism using compliant springs instead of using other traditional springs The research process uses analytic methods find out the relationship of the stiffness of the tension and compression springs The numerical simulation is used to find out the necessary parameters for the springs Multi-objective genetic optimization (MOGA) is applied to solve the optimization problems for both springs The optimal results of the compression spring are as follows: The height is 16 mm, beam length is mm, and thickness is mm The optimal results of the tension spring include the height of 28.5 mm, the length of 17 mm, and the thickness of mm After the optimization was completed, both the springs are fabricated, and the experiments were carried out For the compression spring, the experimental results found that the average value of displacement of 12.18 mm after testing times, and the deviation value is about 14.45% compared to the predicted result For the tension spring, the experimental results found that the average value of displacement is 13.388 mm after testing times, and the error is about 12.41% compared to the calculated results iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tơi Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Học viên Võ Xuân Hoàng IV MỤC LỤC MỤC LỤC V DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU X DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẲƯ 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2.1 Mục tiêu chung 2.2 Mục tiêu cụ thể Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu .3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu cấu cân trọng lực 1.2 Các nghiên cứu nước nước 1.2.1 Các nghiên cứu nước 1.2.2 Các nghiên cứu nước 1.3 Kết luận 12 CHƯƠNG Cơ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 Giới thiệu cấu mềm 13 2.2 Phương pháp nghiên cứu 15 2.2.1 Phương pháp mô 15 2.2.2 Phương pháp đáp ứng bềmặt 15 2.2.3 Phương pháp thiết kế thínghiệm 16 2.2.4 Phương pháp Kriging 17 V 2.2.5 Phương pháp tối ưu di truyền đa mục tiêu (Multi-Objective Genetic Algorithm MOGA) 18 2.2.6 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 20 2.3 Kết luận .20 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CÚƯ 21 3.1 Thiết kế cấu cân trọng lực 21 3.2 Tính tốn thiết kế cấu cân trọng lực 23 3.2.1 Tính tốn chiều dài nối 23 3.2.2 Tính tốn chiều dài lị xo kéo, độ biến dạng lò xo kéo lực lò xo kéo 23 3.2.3 Tính tốn chiều dài lị xo nén, độ biến dạng lò xo nén lực lị xo nén 24 3.2.4 Tính tốn góc 0p 0n 24 3.2.4.1 Tính tốn góc 0p 24 3.2.4.2 Tính tốn góc 0n 24 3.2.5 Tính tốn momen phản ứng T 25 3.2.6 Tính tốn độ cứng lị xo kéo .25 3.3 Thiết kế, phân tích tối ưu lị xo nén 26 3.3.1 Thiết kế ban đầu lò xo nén 26 3.3.2 Thu thập liệu phân tích 27 3.3.2.1 Phân tích ứng suất tương đương, chuyển vị theo phương X, chuyển vị tổng lò xo nén 29 3.3.2.2 Thiết kế thí nghiệm cho lị xo nén 32 3.3.2.3 Đáp ứng bề mặt (Response Surface) 33 3.3.2.4 Tối ưu lò xo nén 37 3.4 Thiết kế, phân tích tối ưu lò xo kéo 39 3.4.1 Thiết kể ban đầu lò xo kéo 39 3.4.2 Thu thập liệu phân tích 40 3.4.2.1 Phân tích ứng suất tương đương, chuyển vị theo phương X, chuyển vị tổng lò xo kéo 41 3.4.2.2 Thiết kế thí nghiệm cho lị xo kéo 44 3.4.2.3 Đáp ứng bề mặt (Response Surface) .45 3.4.2.4 Tối ưu lò xo kéo 50 3.5 Thí nghiệm đánh giá kết 51 VI 3.5.1 Quy trình thí nghiệm 51 3.5.2 Chuẩn bị thí nghiệm 52 3.5.2.1 Dụng cụ đo 52 3.5.2.2 Ché tạo lò xo nén 54 3.5.2.3 Ché tạo lò xo kéo 55 3.5.2.4 Đồ gá kẹp 56 3.5.3 Mơ tả thí nghiệm 56 3.5.4 Kết thí nghiệm 57 3.6 Kết luận 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 Kết luận 61 Kiến nghị .61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 66 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 74 vii