đồ án tốt nghiệp thiếtkế chế tạo phanh mrf cho hệ thống phản hồi lực 3d

Từ nhu cầu đó, kết hợp với quá trình học tập tại trường được thầy cô hỗ trợ vì kiến thức do đó nhóm đã chọn đề tài: “ Thiết kế chế tạo hệ thống phản hồi lực 3 chiều bằng phanh lưu chất t

Giảng viên hướng dẫn: TS DIỆP BẢO TRÍ

.TS NGUYỄN QUỐC HƯNG

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐỖ TRÍ DŨNGTRẦN TRUNG KIÊN

NGUYỄN XUÂN NGỌC LONGNGUYỄN QUANG LUẬNNGUYỄN ĐÌNH TỶTP.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2023

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCMKHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THỐNG PHẢN HỒI LỰC 3D

Giảng viên hướng dẫn: TS DIỆP BẢO TRÍ

.TS NGUYỄN QUỐC HƯNG

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐỖ TRÍ DŨNG

TRẦN TRUNG KIÊN

NGUYỄN XUÂN NGỌC LONGNGUYỄN QUANG LUẬNNGUYỄN ĐÌNH TỶ

TP.Hồ Chí Minh,ngày tháng 06 năm 2023

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

năm 2023

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ tên SV 1: Nguyễn Đỗ Trí Dũng Lớp DHCT15ATTHọ tên SV 2: Trần Trung Kiên Lớp: DHCT14BTTHọ tên SV 3: Nguyễn Xuân Ngọc Long Lớp: DHCT14BTT Họ tên SV 4: Nguyễn Quang Luận Lớp: DHCT14BTTHọ tên SV 5: Nguyễn Đình Tỷ Lớp: DHCT15ATT1.Tên đề tài: Thiết kế chế tạo hệ thống phản hồi lực 3 chiều bằng phanh lưu chất từ biến.

2 Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):thiết kế phanh

Tối ưu hóa phanh để momen theo yêu cầu với khối lượng nhỏ nhấtChế tạo mô hình

Kết quả thực nghiệm phanh3 Ngày giao nhiệm vụ luận văn:4 Ngày kiểm tra giữa kỳ (50%):

6 Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Quốc Hưng

TS Diệp Bảo Ngày 0 tháng 06 năm 20223

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN GV HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG

Ờ ĐẦ

Trong thời đại công nghệ 4.0, có thể thấy rằng chính sách và chủ trương của nhà nước ta là đẩy mạnh công nghiệp hóa – hiện đại hóa nhằm hướng đưa nước ta thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại Chính vì thế, các ngành nghề phục vụ cho công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa được quan tâm một cách tích cực Trong đó ngành cơ khí là một trong những ngành đóng vai trò mũi nhọn giúp tạo ra nhiều máy móc, sản phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu của con và xã hội, đi đôi với đó là đòi hỏi kỹ sư cơ khí và cán bộ cơ khí phải có kiến thức đồng thời vận dụng những kiến thức đã học để giải quyết vấn đề cụ thể như sản xuất và sửa chữa Ngành cơ khí chế tạo máy là ngành chế tạo ra các loại máy móc và thiết bị có thể coi như đây là nền tảng của công cuộc cách mạng 4.0.

Hiện nay việc ứng dụng điều khiển từ xa đóng vai trò quan trọng và cần thiết điển hình như các loại robot chuyên dụng phục vụ trong các môi trường độc hại hay thời tiết khắc nghiệt đối với con người Từ nhu cầu đó, kết hợp với quá trình học tập tại trường được thầy cô hỗ trợ vì kiến thức do đó nhóm đã chọn đề tài: “ Thiết kế chế tạo hệ thống phản hồi lực 3 chiều bằng phanh lưu chất từ biến “.

Trong thực tế đã xuất hiện hệ thống điều khiển từ xa cơ bản bao gồm hai cơ cấu chính là cơ cấu chủ động và cơ cấu bị động Tuy nhiên, hệ thống đó cần nhiều hạn chế như thiếu đi thông tin phản hồi ở khâu cuối của hệ thống bị động, chẳng hạn như lực tác động mong muốn Điều đó dẫn đến việc điều khiển sẽ bị giảm đi độ chính xác và tính linh hoạt của hệ thống Do đó chúng em thực hiện đề tài này nhằm khắc phục những nhược điểm trên

Vì đây là lần đầu chúng em thực hiện nên khó tránh những sai sót, cũng như trình độ kỹ thuật và kinh nghiệm còn hạn chế Kính mong quý thầy cô thông cảm và đóng góp ý kiến giúp tụi em có thể hoàn thiện đề tài.

Too long to read onyour phone? Save

to read later onyour computer

Save to a Studylist

ỜẢM ƠN

Để nhóm chúng em thực hiện hoàn thành đề tài một cách hoàn thiện nhất, bên cạnh sự nỗ lực học tập và cố gắng của mỗi cá nhân đồng thời là sự kết hợp làm việc nhóm, còn có sự giúp đỡ và hướng dẫn thiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như những lời động viên ủng hộ của gia đình, bạn bè trong suốt thời gian chúng em học tập, nghiên cứu và tiến hành thực hiện đồ án Với lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc, nhóm chúng em xin bày tỏ lời cảm ơn tới:

TS Diệp Bảo Trí, thầy đã tận tình chỉ dẫn các kết cấu và giải thích cơ sở lý

thuyết, đồng thời giúp đỡ chúng em cách tính toán và chế tạo mô hình thực nghiệm MRF, giải đáp các thắc mắc của chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.

Lê Hải Zy Zy, đã nhiệt tình hướng dẫn nhóm thiết kế mô hình 3D, sử

dụng ANSYS để thực hiện tính lực ma sát và tối ưu hóa mô hình và tiến hành chạy

thực nghiệm phanh MRF , dưới sự dưới sự chỉ dẫn nhiệt tình của TS Diệp Bảo Trí.Các Thầy Cô trong khoa Cơ Khí đã hết lòng giúp đỡ để em hoàn thành đề

Gia đình, bạn bè những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng em trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài.

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn

TS Diệp Bảo Trí

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1

Cán bộ phản biện

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2

Cán bộ phản biện

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 3

Cán bộ phản biện

MỤC LỤCỜ ĐẦ

ỜẢM ƠN

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪNNHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 31.2 Sự cần thiết của nghiên cứu:

1.3 Mục tiêu:

1.4 Nội dung nghiên cứu:

2.1 Giới thiệu về lưu chất từ biến MRF2.2 Các thành phần chính của MRF:2.3 Nguyên lý hoạt động của MRF:2.4 Các đặc tính của MRF

3.1 Cấu tạo của phanh lưu chất từ biến MRF:3.2 Mô hình toán học của phanh MRF:3.3 Thiết kế tối ưu cho các phanh MRF:

3.3.1 Bài toán tối ưu hóa:3.3.2 Phương pháp tối ưu hóa:3.3.3: Kết quả tối ưu hóa:4.2 Trục

4.2.1 Xác Định Dạng Sản Xuất.Mục Đích Xác Định Dạng Sản Xuất.Cách xác định dạng sản xuất.

4.2.2 Xác Định Các Thông Số Kỹ Thuật Của Chi Tiết.4.2.3 Chọn Phôi Và Phương Pháp Chế Tạo Phôi.

Chọn Phôi:

Phương pháp chế tạo phôi.

Lập Quy Trình Công Nghệ Gia Công Chi Tiết Trục:Thiết Kế Đồ Gá Cho Nguyên Công.

Ý Nghĩa Của Việc Thiết Kế Đồ Gá.

Nguyên Lý Định Vị Và Kẹp Chặt Của Đồ Gá.Xác định lực cắt và momen:

Nhiệm Vụ Chính Của Các Bộ Phận.Nguyên Lý Hoạt Động Của Đồ Gá.5.1 Thiết lập mô hình thí nghiệm

5.2 Các bước lắp ráp và đo đạc phanh MRF:5.2.1 Quấn dây và bơm MRF.

5.4 Đánh giá và kết luận

DANH MỤC HÌNH ẢNH

ấ ỏThành phần MRFCác trạng thái của MRFMô hình dẻo Bingham và Newton

ấ ạ

Cấu tạo phanh MRFQuá trình tối ưu hóaKết quả tối ưu hóa

Đường từ thông trên phanh MRF

Phân bố mật độ từ trường ở phanh MRF tại thời điểm tối ưuả ẽ ắ

ả ẽ ắ ủa cơ cấụ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

ả Cấu tạo chức năng phanh MRFả Bảng thông số hình học tối ưuả : Tiêu chuẩn xác định dạng sản xuấtả : Thành phần cơ tính của vật liệu C45ả ả ấ ạ ủ

ả Thành phần mô hình thí nghiệm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Lý do chọn đề tài:

Tự động hóa là một khía cạnh quan trọng của Công nghiệp 4.0 giúp góp phần cải thiện độ chính xác giảmphụ thuộc vào con người, tiết kiệm chi phí tăngnăng suất Để đánh giá hiệu quả và chính xác quá trình sản xuất, cần xem xét một số tiêu chí như độ ổn định, thời gian đáp ứng, tiêu hao năng lượng, thân thiện với môi trường, chi phí và công nghệ

ầu sử dụng Công nghệ 4.0 trong môi trường làm việc mà con người dễ bị nguy hiểm và độc hại như điện hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân, phòng thí nghiệm hóa chất độc hại, dây chuyền sản xuất và chế biến thuốc trừ sâu, chữa cháy, chống viêm, chống khủng bố, hầm mỏ, phẫu thuật y tế, v.v là rất cần thiết Để giải quyết vấn đề này, hệ thống robot điều khiển từ xa đã được phát triển ệ thống này gồmphần chính là hệ thống chủ/tớ Hệ thống giải quyết vấn đề phản hồi các tín hiệu như vị trí, lực và mô men xoắn các thành phần thụ động được gửi đến hệ thống chủ động ở đây là người vận hành, mục đích nhằm nâng cao độ chính xác và sự linh hoạt của công việc.

Hiện nay, việc sử dụng vật liệu thông minh và ứng dụng chúng đang phát triển rất mạnh mẽ điển hình như Piezo, chất lỏng điện lưu biến (ERF), hợp kim nhớ hình dạng (SMA), chất lỏng từ lưu biến (MRF) Nổi bật hơn cả là chất lỏng từ lưu biến (MRF) Vật liệu thông minh được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực đời sống trong đó có hệ thống phản hồi lực nhờ các ưu điểm như phản ứng nhanh, tiêu thụ năng lượng thấp, tạo ra lực và mô men xoắn lớn Tuy nhiên, hệ thống phản hồi lực sử dụng

hiện nay vẫn có một số nhược điểm như cấu trúc quá lớn do cơ chế tác động đề xuất không được tối ưu hóa cùng với lực ma sát chưa được giải quyết

Vì vậy, trong nghiên cứu này, nhóm tập trung nghiên cứu và phát triển các cơ chế mới sử dụng các tính năng của MRF để tạo ra các mô men và lực điều khiển được, sau đó ứng dụng chúng trong các hệ phản hồi lực.

Sự cần thiết của nghiên cứu:

Trong vài năm trở lại đây sự xuất hiện của các vật liệu thông minh đang ngày một lớn mạnh

Nó đem lại nhiều tiện ích mà những vật liệu bình thường chưa thể thoả mãn.một hệ thống điều khiển từ xa bao gồm một hệ điều khiển bị động và một hệ chủ động Trong đó vấn đề quan trọng cần giải quyết đó là thiếu thông tin của các tín hiệu phản hồi như vị trí, lực, mô men của các bộ phận tác đến người điều khiển làm giảm đi tính chính xác khi người điều khiển, điều khiển hệ thống bịthiếu chính xác điều mà một hệ thống điều khiển cần có Thế nên trong đề tài nghiên cứu này tụi em tập trung nghiên cứu tính đáp ứng của lưu chất từ biến, phát triển các cơ cấu tạo lực, mô n dựa trên lưu chất từ biến, đồng thời phát triển các cơ cấu phản hồi lực dùng lưu chất từ biến đáp ứng được điều khiển mà không lo bị khuyết thiếu thông tin từ cánh tay robot đến cần điều khiển Việc hoàn thành đề tài sẽ cung cấp hướng phát triển mới của phanh lưu chất từ biến MRF, để giúp con người thể hoạt động dễ dàng hơn trong các môi trường phức tạp, hạn chế tác động xấu từ môi trường đến coi người

1.3 Mục tiêu:

Mục tiêu của đề tài là thiết kế chế tạo hệ thống phản hồi lực 3 chiều ứng dụng phanh ưu chất từ biến MRF.

Trong đó gồm các mục tiêu cụ thể sau:

Tính toán thiết kế mô hình hệ thống haptic ứng dụng phanh MRFTối ưu hóa phanh để đạt momen theo yêu cầu với khối lượng nhỏ nhất Chế tạo mô hình hệ thống haptic ứng dụng phanh MRF

1.4 Nội dung nghiên cứu:

Nội dung 1: Tìm hiểu về các đặc tính của lưu chất từ biến MRF, ứng dụng các đặc

tính của MRF vào thiết kế phanh.

Nội dung 2: Tính toán, tối ưu hóa phanh MRF

Nội dung 3: Tính toán, thiết kế mô hình 3d haptic ứng dụng phanh MRF Nội dung 4: Chế tạo mô hình haptic ứng dụng phanh MRF

Nội dung 5: Thực nghiệm kiểm tra đánh giá mô hình

CHƯƠNG 2: CƠ S VỀ LƯU CHẤT MRF2.1 Giới thiệu về lưu chất từ biến MRF

Lưu chất từ biến (MRF) là một dạng chất lỏng nhớt và có chứa các hạt từ tính, thườngxuất hiện trong một vài loại vật liệu thông minh MRF bao gồm hạt kim loại từ

cực, chất lỏng nền và chất phụ gia Chất lỏng nền và chất phụ gia được dùng để khắc phục sự lắng đọng của các hạt từ tính, vì vậy chúng ảnh hưởng khá lớn đến khả năng lưu biến của lưu chất MR

Các đặc điểm từ tính của lưu chất MR (Magneto Rheological) bao gồm ứng suất, độ nhớt và độ lắng đọng Các đặc điểm này phụ thuộc vào các tham số biến đổi khác nhau như tỷ trọng hạt từ tính, loại hạt từ tính, mật độ các hạt từ tính, cường độ từ trường, nhiệt độ, tính chất của chất lỏng cơ bản và loại chất lỏng hoạt động bề mặt Khi hoạt động, MRF là lưu chất khi ở trạng thái bình thường hi tiếp xúc với từ trường, các hạt từ được phân tán trong lưu chất tạo thành lưỡng cực từ Những lưỡng cực từ này sắp xếp cùng dòng với từ thông và chúng có thể chuyển đổi trạng thái nhanh chóng, mạnh mẽ và hồi phục nhanh

Lưu chất được tìm ra bời Jacob Rabinow tại Cục Tiêu Chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ vào những năm cuối của thập niên 1940 Vào đầu những năm thập niên 1990, phong trào nghiên cứu về MRF trỗi dậy mạnh mẽ được dẫn đầu bởi Lord Corporation.

Chất lỏng nền tạo thành pha liên tục cho MRF Chất lỏng nền thích hợp để cấu thành MRF có thể kể đến như: dầu silicon, dầu khoáng, dầu paraffin, dầu thủy lực.Chất lỏng nền là lưu chất không chịu ảnh hưởng bởi từ tính và là nơi chứa các hạt từ tính Chất lỏng nền là ất bôi trơn giúp giảm thiểu độ lắng đọng của các hạt từ tính trong MRF đồng thời giúp quá trình chuyển đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái sệt diễn ra trơn tru và nhanh chóng Để có thể sử dụng tối đa các điểm mạnh của lưu chất từ MRF thì chất lỏng nền không được có độ ớ à ệt độphải được duy trì ổn định Sự ó ặ ủ á ạt từ tính làm cho lưu chấ ền đặc hơn.

2.3 Nguyên lý hoạt động của

Lưu chất từ biến là một loại chất lỏng có khả năng thay đổi độ đặc của nó khi được đặt trong một trường từ Khi có tác dụng của từ trường, các hạt trong lưu chất từ sẽ cảm nhận được sự tác động từ trường từ, dẫn đến việc chúng sắp xếp theo hướng tương ứng với trường từ Khi từ trường, các hạt này tạo ra các chuỗi theo hướng của từ trường, làm cứng chất lỏng một cách hiệu quả Nhờ đó, độ đặc của lưu chất từ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từ trường được áp dụng.

Thành phần MRF

Các trạng thái của MRF

Khi MRF ở trạng thái bình thường không có từ trường dụngthì các hạt từtrong lưu chất chuyển động tự do và được biểu diễn theo thuộc tính Newton như mọi các chất lỏ

Khi MRF ở trạng thái có từ trường đi qua thì các hạt từ tính sẽ sắp xếp lại với nhau thành hàng tùy theo mức độ từ trường tác động mà liên kết của cá hạt từ tính sẽ sắp xếp lại thành các đường thẳng đều hoặc gắn kết lại với Từ đó chúng có khả năng chống phá vỡ liên kết, làm cho lưu chất lỏng MRF sệt lại (Hình b,c

2.4 Các đặc tính của MRF

Trong đồ án này chất lỏng MRF là chất lỏng Newton nên bài toán ở đây dựa trên mô hình chất lỏng dẻo Bingham Chất lỏng dẻo Bingham đặc trưng bởi hai đại lượng đó là giới hạn chảy t₀ và độ nhớt Khi ở trạng thái bình thường MRF sẽ là chất lỏng Newton sau khi có dòng điện chạy qua chất lỏng sẽ từ từ cứng lại Phương trình thể hiện đặc tính lưu biến của MRF là:

t = t₀ + πγtrong đó :

t₀ : là ứng suất trượt (Pa)γ: là tỷ lệ trượt lưu chất

Mô hình dẻo Bingham và Newton

CHƯƠNGTÍNH TOÁN TỐI ƯU HÓA PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN MRF

3.1 Cấu tạo của phanh lưu chất từ biến MRF:

Tên chi tiếtChức năng

Mặt bích Cố định cuộn dây cùng MRFChứa MRF cùng cuộn dâyTrục phanh Truyền chuyển động đến encoder

Đĩa Nhận lực ma sát từ lưu chất MRFả Cấu tạo chức năng phanh MRF

Nguyên lý hoạt động: trục được dẫn động đĩa được gắn cố định với trục và quay cùng tốc độ, cùng chiều Khi cấp điệ cuộn dây của , cuộn dây sẽ sinh

từ trường tương ứng Từ trường tác dụng lên MRF gây ra a sát giữa MRF và đĩa trục Tù đó tạo ra en đầu ra cản trở chuyển động của trục.

3.2 Mô hình toán học của phanh MRF:

Từ mô hình dẻo Bingham cùng với công thức về đặc tính của MRF, ta có công thức tính mô men đầu ra của phanh MRF.

Công thức tính mô men đầu ra của phanh MRF

ấ ạ

Trong đó, 𝑇𝐿𝑖 là momen ma sát gây ra trên đoạn khe hở Lᵢ; 𝑇𝐼𝑗

ra trên đoạn khe hở Iⱼ; 𝑇𝑐là mô men ma sát gây ra trên đoạn mặt trụ ngoài giữa đĩa và mặt trong vỏ 𝑇𝑠là mô men ma sát của lip iả sử mô men ma sát của ổ lăn là không đáng kể trong cơ cấu phanh MRF.

Các mô men ma sát thành phanh của phanh MRF ( 𝑇𝐿𝑖 𝑇𝐼𝑗 𝑇𝑐 𝑇𝑠) được xác định theo công thức:

++

thẳng, Rӡ là bán kính trong của líp seal; trong đó 𝜏𝑦𝐿𝑖 𝜏𝑦𝐼𝑗 𝜏𝑦𝑐tương ứng là ứng suất trượt của MRF trong khe hở MRF đoạn thẳng, đoạn nghiêng và mặt trục ngoài 𝜇𝐿𝑖

𝜇𝐼𝑗 𝜇𝑐tương ứng là độ nhớt của MRF trong khe hở MRF đoạn thẳng, đoạn nghiêng và mặt trục ngoài.

3.3 Thiết kế tối ưu cho các phanh MRF:3.3.1 Bài toán tối ưu hóa:

Có hai mục tiêu cấu thành nên bài toán tối ưu hóa của phanh MRF gồm: khối lượng momen sinh ra của phanh MRF hi thiết kế cơ cấu phanh MRF, khối lượng momen phanh là hai mục tiêu quan trọng nhưng trái ngược nhau trong quá trình tối ưu hóa Để đạt được hai mục tiêu đã , khối lượng phanh 𝑚𝑏 được lấy làm mục tiêu chính của bài toán tối ưu hóa phanh MRF này, trong khi momen phanh (𝑇𝑏)được giới hạn ở giá trị bằng hoặc lớn hơn momen mục tiêu (𝑇𝑏𝑟 giúp đạt được lực phản hồi mong muốn.

Khối lượng của BMRA có thể gần đúng như sau: 𝑚𝑏 𝑉𝑑1𝜌ℎ 𝑉ℎ𝜌ℎ 𝑉𝑠𝜌𝑠 𝑉𝑚𝑟𝜌𝑚𝑟 𝑉𝑐𝜌𝑐

Trong đó 𝑉𝑑𝑉ℎ𝑉𝑠𝑉𝑚𝑟𝑉𝑐lần lượt các thể tích hình học của đĩa ỏ phanh, trục, lưu chất MR và cuộn dây, đồng thời các thông số d, h, s, mr, c tương ứng làcác khối lượng riêng của các thể tích hình học trong công thức Trong quá trình tính toán tối ưu thì các kích thước hình học quan trọng như chiều cao cuộn dây ( ), chiều ℎ𝑐

rộng cuộn dây (𝑤𝑐 ngoài đĩa (𝑅𝑑 trong của đĩa (𝑅𝑑𝑖), vị trí của các cuộn dây trên vỏ 𝑅𝑐𝑖), độ dày đĩa ( ), bề dày vỏ hình trụ ( ), bề dày bên 𝑡𝑏 𝑡0

ngoài của vỏ 𝑡ℎ) được chọn làm biến thiết kế.

3.3.2 Phương pháp tối ư

Trong đề tài này công cụ tối ưu hóa thiết kế trong ANSYS Workbench được áp dụng cụ tối ưu thiết kế sử dụng thuật để thay đổi biến thiết kếsử dụng để chạy chương tại mỗi lần lặp lại Mục tiêu của việc tối ưu hóa là khối lượng phanh MRF và ràng buộc momen phanh phải lớn hơn 5Nm Do đó, hai tham số này được đặt ra với các mục tiêu và ràng buộc tương ứng của chúng trong mục tiêu và phần ràng buộc.

Trong đề tài này, dựa trên các thuộc tính thể hiện trong hình Phương pháp NLPQL là được chọn để thực hiện tối ưu hóa vì nó cung cấp giải quyết bài toán đơn mục tiêu và các mối quan hệ tham số.

Phương pháp NLPQL: là một phương pháp lập trình bậc hai tuần tự để giải quyết các vấn đề tối ưu hóa bị ràng buộc phi tuyến tính với các hàm ràng buộc và mục tiêu Tại mỗi lần lặp, tìm kiếm hướng giải quyết của bài toán con lập trình bậc hai.Mục tiêu của việc tối ưu hóa là khối lượng phanh MRF và ràng buộc momen phanh phải lớn hơn 5Nm

Thực hiện quá trình tối ưu hóa trên ANSYS WORKBENCH

Quá trình tối ưu hóa

3.3.3: Kết quả tối ưu hóa:

Từ Hình 8, ta thấy rằng tối ưu hóa xuấthiệnhội tụ ở vòng lặp thứ 66 ở vị trí nàykhối lượng của phanh là 0,679kg và mô men đầu ra là 5,0021 Nm, gần bằng với mục tiêu đề ra

Đường từ thông trên phanh MRFKết quả tối ư

cho thấy đường sức từ của phanh tạo ra những đường cong khép kín không đồng đều và đối xứng với nhau bởi đĩa phanh.

Phía bên phải đường sức từ dày đặc hơn so với phía còn lại, có hình những vòng tròn khép kín có tâm tại đầu phía bên phải là do nguồn điện được cấp tại đây và những đường sức từ khép kín sẽ lớn dần và tâm sẽ di chuyển dần về phía trái.Thể hiện rõ sự không đồng đều

Phân bố mật độ từ trường của tối ưucho thấy cường độ từ trường trong phanh có giá trị lớn nhất là 2,4681, giá trị nhỏ nhất là 0,457.10−15 Mật độ từ thông ở hai đầu cuộn dây dày đặc có thể thất lực từ tập trung ở đây lớn hơn so với các vị trí khác và gây áp lực lớn hơn lên vị trí này Tại các khe hở chứa MRF có thể thấy rằng cường độ từ trường có giá trị xấp xỉ nhau

gây ảnh hưởng nhiều đến khe chứa lưu chất.

Bảng thông số hình học tối ưu:Cuộn

Rộng: ==

men phanh khi hoạt động:Khối lượng:

Mô men phanh khi chưa hoạt động:Điện trở cuộn dây: = Ω

ả Bảng thông số hình học tối ưu

CHƯƠNG 4THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH 3D HỆ THỐNG PHẢN HỒI

Trong đồ ở lượ ỉ

.1 Xác Định Dạng Sản Xuất.Mục Đích Xác Định Dạng Sản Xuất.

● Mục đích: Xác định số sản phẩm sản xuất hằng năm để nhằm xác định dạng sản xuất và từ đó đề ra phương án sử dụng thiết bị công nghệ (chuyên dụng hay vạn năng) và thiết kế đồ gá phù hợp với quy trình sản xuất.

Cách xác định dạng sản xuất.

● Sản lượng hằng năm được xác định theo công thức:𝑁 = 𝑁1× 𝑚 × (1 + 𝛼100) × (1 + 𝛽100) (𝑐ℎ𝑖ế𝑐/𝑛ă𝑚)Trong đó:

𝑁: Số chi tiết sản xuất trong 1 năm.

𝑁1: Số sản phẩm sản xuất trong 1 năm, 𝑁1= 10000𝑚 ố ế ả ẩ 𝑚 = 1

𝛼 ố ế ự ế ẩ 𝛼 = 0.15

𝛽 ố ết đượ ế ạo thêm để ự ữ 𝛽 = 0.04𝑁 = 𝑁1× 𝑚 × (1 + 𝛼

100) × (1 +𝛽

100) = 10000 × 1 × (1 +0.15

100) × (1 +0.04100) = 11960 (𝑐ℎ𝑖ế𝑐/𝑛ă𝑚).● Xác định khối lượng của chi tiết:

𝑄 = 𝑉 × 𝛾

ụ

Dạng sản xuất 𝑄 Trọng lượng chi tiết

> 200 𝐾𝑔 4 − 200 𝐾𝑔 < 4 𝐾𝑔 ản lượng hàng năm củ ế (𝑐ℎ𝑖ế𝑐)

Đơn chiếc < 5 < 10 < 100 Hàng loạt nhỏ 55 10− 10 200− 100 500−Hàng loạt vừa 100 300− 200 500− 500 7500−Hàng loạt lớn 300 1000− 500 1000− 5000 50000−Hàng khối > 1000 > 5000 > 50000

ả : Tiêu chuẩn xác định dạng sản xuấtVới 𝑄 = 0.025 𝐾𝐺 < 4𝐾𝐺, 𝑁 = 11960 (𝑐ℎ𝑖ế𝑐/𝑛ă𝑚)

⇨ Dạng sản xuất hàng loạt lớn.

.2 Xác Định Các Thông Số Kỹ Thuật Của Chi Tiết.

● Phân tích điều kiện làm việc của chi tiết:Chi tiết: Trục.

Đây là chi tiết trụ, thuộc dạng trục trong 4 dạng chi tiết điển hình của công nghệ chế tạo máy.

Kích thước đường kính trục có xu hướng giảm về hai bên thuận lợi cho việc gia công và lắp ráp các chi tiết lên trục, các bề mặt trụ có khả năng gia công dễ dàng.Có 4 lỗ ∅2.7 để liên kết đĩa

Công dụng: Chi tiết dùng để liên kết nối với đĩa bên trong phanh MRB nhận chuyển động xoay tròn trong quá trình vận hành.

.3 Chọn Phôi Và Phương Pháp Chế Tạo Phôi.

Chọn Phôi:

ấ ề ạng phôi khác nhau như: Phôi rèn, phôi dập, phôi cán … nhưng đốớ ả ấ à ạ ớ ợp kích thướ ết đã cho và vậ ệ𝐶45 ì ó 1 phương phá ả ất đó à phôi đúc.

Phương pháp chế tạo p❖ Phương pháp dập.

Ưu Điểm:

● Năng suất cao, độ chính xác cao.

● Gia công được các chi tiết có hình dáng phức tạp.● Sản phẩm có độ bóng, độ chính xác cao.Nhược Điểm:

● Lòng khuôn dập khó chế tạo, giá thành chế tạo cao.

❖ Phương pháp đúc trong khuôn kim loại.

● Nâng cao năng suất sản xuất

● Tiết kiệm diện tích nhà xưởng do không cần chế tạo hỗn hợp làm khuôn và ● Giảm giá thành sản phẩm.

● Dễ cơ khí và tự động hoá, điều kiện vệ sinh lao động tốt.

● Độ ề ặ 𝑅𝑧 = 80µ𝑚Nhược Điểm:

● Việc chế tạo khuôn rất phức tạp, đắt tiền, đòi hỏi kĩ thuật thiết kế và thời gian.

Lượng dư để lại cho quá trình gia công nhỏ, ít tốn nguyên liệu.Phôi đúc khi đúc ra đạ ấp chính xác kích thướ 𝐼𝑇15.

❖ Quy trình đúc trong khuôn kim loại:

Tra lượng dư gia công tổng cộng của phôi đúc, do khuôn làm bằng máy nên cấp 4 ± 0.5

.4 Thiết Kế Quy Trình Công Nghệ Gia Công Chi TiếtĐánh Số Các Bề Mặt Gia Công:

Lập Quy Trình Công Nghệ Gia Công Chi Tiết Trục:❖ Nguyên công chuẩn bị:

Bản vẽ lồng phôi

: Đánh số ề ặ: Quy trình đúc trong khuôn kim loạ

❖ Lựa chọn phương án gia

Cả nhóm quyết định chọn phương án 2 để thực hiện quy trình công nghệ với các lý do sau đây:

Trong 2 phương án được đề ra như trên thì ở phương án 1 thực hiện qua 9 nguyên công mà độ đồng tâm trục không đáp ứng được cho điều kiện làm việc Còn ở phươán 2 thực hiện qua 6 nguyên công giúp tối ưu hóa thời gian gia công, do đó khi áp dụng phương án 2 trong trường hợp sai lệch sẽ tiết kiệm thời gian, chi phí nhân công hơn ở phương án 1.

Do chi tiết là dạng trục việc sử dụng chống tâm 2 đầu để gia công được sử dụng rộng rãi ngoài thực tế,đồng thời độ đồng tâm giữa các bậc được tối ưu hóa hơn phương án

Bước 1: Tiến hành tiện vạt mặt đầu (bề mặt số 1).

Bước 2: Tiến hành khoan tâm (bề mặt số 1) để tạo chuẩn định vị cho những nguyên Bước 3: Đảo đầu lặp lại quy trình của bước 1 và 2.

Chuẩn: Bề mặt ∅18 ± 0.5làm chuẩn thô.

Định vị: Dùng mâm cặp 3 chấu, kẹp dài khống chế 4 bậc tự do.

Kẹp chặt: Lực kẹp từ 3 chấu của mâm cặp, mâm cặp kẹp vào 1 đầu trục ∅54

❖ Chọn máy:

ọ ệ ạn năng 𝑇616 của Việt Nam do nhà máy cơ khí Hà Nội sản xuất có các thông số sau: [Tra bảng 5.4 trang 415 tài liệu Kích thướ 2355 852 1225× × 𝑚𝑚

ất động cơ: 4.5𝐾𝑊Số cấp tốc độ trục chính: 12Đườ ỗ ụ 30 𝑚𝑚Độ ụ 5 𝑚𝑜ó𝑐

ạ ốc độ ụ 44 − 1980 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡

❖ Chọn dao:

Dao tiện vạt mặt đầu, dao BK3.

❖ Dụng cụ đo:

Dùng thước cặp

Dung dịch bôi trơn, làm nguội : nước làm nguội, phụ gia chống rỉ.

❖ Tính toán chế độ cắt cho nguyên công 1: Dùng phương pháp tra bảng.● Đối với bước vạt mặt đầu:

Tính chiều dài cắt theo công thức sau:

𝐿 = 𝐿𝑐𝑡+ 𝑦𝑐+ 𝑦𝑣𝑡 [Trang 189 tài liệu Trong đó:

𝐿𝑐𝑡: Chiều dài gia công của chi tiết: 𝐿𝑐𝑡= 2 𝑚𝑚

𝑦𝑐: Chiều dài vào cắt (mm), 𝑦𝑐= 1𝑚𝑚 [Tra bảng 2.60 trang 191 tài liệu 𝑦𝑣𝑡: Chiều dài vào ra (khoảng thoát) của dao (mm) ∶ 𝑦𝑣𝑡= 3𝑚𝑚

[Tra bảng 2.61 trang 191 tài liệu ⇨ 𝐿 = 𝐿𝑐𝑡+ 𝑦𝑐+ 𝑦𝑣𝑡= 2 + 1 + 3 = 6 (𝑚𝑚)

Bước tiến dao.

Chọn bước tiến dao khi tiện ngoài và mặt đầu cho thép và gang:

[Tra theo bảng 2.62/192 tài liệu Tiện bán tinh: 𝑆𝑏 0.6 𝑚𝑚

Tính bước tiến dao theo công thức sau: 𝑆𝑡= 𝑆𝑏× 𝑘 [Trang 190 tài liệu Trong đó:

𝑆𝑏: Bước tiến dao tra được theo bảng

𝑘: ệ ố điề ỉnh tùy theo điề ệ 𝑘 = 0.75

[Trang 190 tài liệu ⇨ Tiện thô: 𝑆𝑡= 0.6 × 0.75= 0.45 (𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡)

Tính vận tốc cắt và số vòng quay trục chính.Tra vận tốc cắt theo bảng: 𝑣𝑏= 125 (𝑚𝑚/𝑝ℎú𝑡)

[Tra bảng 2.65 trang 19 tài liệu ậ ố ắ 𝑣 = 𝑣𝑏× 𝑘 × 𝑘 × 𝑘123

Trong đó:

𝑘 ; 𝑘 ; 𝑘123: Hệ số điều chỉnh vận tốc cắt tra

[Tra các bảng 2.68 2.75 tài liệu