1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu thiết kế và thực nghiệm các mối ghép kết cấu thân máy phay gỗ

71 0 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM CÁC MỐI GHÉP KẾT CẤU THÂN MÁY PHAY GỖ
Tác giả Nguyễn Phước Hưng
Người hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc
Trường học Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành Kĩ thuật cơ khí
Thể loại Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản 2019
Thành phố TP HCM
Định dạng
Số trang 71
Dung lượng 2,57 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN (14)
  • CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG MỐI GHÉP HÀN (16)
    • 2.1.1 Phương pháp giải tích (17)
    • 2.1.2 Phương pháp Phần tử hữu hạn (22)
    • 2.2.1 Phân tích độ nhạy lực cắt Fx (28)
    • 2.2.2 Phân tích độ nhạy lực cắt Fy (30)
    • 2.2.3 Phân tích độ nhạy lực kéo nén Fz (32)
    • 2.2.4 Phân tích độ nhạy momen xoắn T (34)
    • 2.2.5 Đánh giá kết quả (37)
  • CHƯƠNG 3: SO SÁNH KẾT CẤU MỐI GHÉP HÀN VÀ KẾT CẤU MỐI GHÉP BU LÔNG TRONG MÁY PHAY GỖ (38)
    • 4.3.1 Phương pháp quy hoạch bậc hai hỗn hợp đối xứng quay đều (54)
    • 4.3.2 Phương pháp quy hoạch bậc hai hỗn hợp đối xứng dạng B (56)
    • 4.3.3 Phương pháp quy hoạch bậc hai hỗn hợp đối xứng dạng Box-Behnken (57)
    • 4.3.4 So sánh mức độ phù hợp của các phương pháp thực nghiệm (59)
  • KẾT LUẬN (66)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (67)

Nội dung

TỔNG QUAN

Trong ngành công nghiệp đồ nội thất hiện đại, máy phay gỗ CNC được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là khi chất lượng sản phẩm ngày càng cao và tính linh hoạt của quá trình sản xuất ngày càng được cải tiến

Chất lượng và độ chính xác của máy CNC có thân máy được chế tạo từ kết cấu hàn hoặc bulông phụ thuộc vào chất lượng, độ chính xác của các bộ phận của máy cũng như phụ thuộc vào các mối ghép và chi tiết truyền động trong máy CNC như: Mối ghép bulông (bolts), mối ghép hàn (welds), đường dẫn hướng trượt (linear guides), bộ truyền vitme – đai ốc bi (Ball screw) … [1, 2] Trong quá trình làm việc, các mối ghép phá hỏng tính liên tục của kết cấu máy, làm cho đặc tính động lực học của kết cấu máy bị ảnh hưởng bởi các bộ phận cấu thành máy và các đặc tính động lực học của các mối ghép

Hàn là một trong những phương pháp công nghệ hiện đại để tạo kết cấu máy, kết cấu xây dựng và các kết cấu khác Phương pháp hàn thường được sử dụng để chế tạo bệ máy, khung máy, thân máy Kết cấu máy sử dụng thép hình và liên kết với nhau bằng mối ghép hàn có ưu điểm là khả năng thay đổi kích thước kết cấu dễ dàng, thiết kế và chế tạo nhanh Tuy nhiên giảm chấn của kết cấu là một vấn đề rất quan trọng Khác với gang đúc hoặc các kết cấu bê tông, kết cấu hàn của thép hình hạn chế sự giảm chấn trong và do đó dễ bị rung động không mong muốn Đặc biệt đối với kết cấu máy CNC cao tốc, tốc độ trục chính có thể lên đến trên 40000 vòng/phút Ðể đạt được tốc độ trục chính như vậy yêu cầu kết cấu máy phải đảm bảo độ bền, độ cứng và khả năng chống rung động tốt [3, 4]

Các nhà nghiên cứu đã cố gắng thiết kế kết cấu máy CNC có độ cứng phù hợp để giảm rung động và tăng tính ổn định trong suốt quá trình gia công [5] Thông thường tần số tự nhiên đầu tiên của kết cấu máy dạng giàn hiếm khi cao hơn 100Hz, tương ứng với tốc độ trục chính khoảng 6000 vòng/phút [6, 7] Máy có tần số tự nhiên dưới 150Hz không thể gia công được các sản phẩm có chất lượng cao Do đó để có máy CNC cho các hoạt động gia công tốc độ cao đòi hỏi phải thiết kế kết cấu máy có độ ổn định về rung động

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 2 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Các nghiên cứu chỉ ra rằng khoảng 60% tổng độ cứng động và khoảng 90% tổng độ giảm xóc của kết cấu máy bắt nguồn từ các mối ghép và các chi tiết truyền động [8] Vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của các loại mối ghép và các chi tiết truyền động nói chung và các mối ghép nói riêng đến đặc tính động lực học của kết cấu máy CNC là vấn đề rất quan trọng hiện nay

Nghiên cứu này trình bàyviệc tính toán và phân tích để lựa chọn kết cấu máy sử dụng phương pháp hàn và dạng đường hàn hợp lý nhất cho kết cấu máy CNC, nghiên cứu ảnh hưởng của dạng đường hàn đến đặc tính động học của kết cấu máy nhằm nâng cao độ cứng cho kết cấu máy, tăng khả năng chống rung động khi máy làm việc ở tốc độ cao và tránh hiện tượng cộng hưởng để đạt được chất lượng bề mặt gia công tốt nhất Ở đề tài này, tác giả thực hiện các nghiên cứu trên mô hình máy phay CNC gỗ dạng giàn di chuyển, bàn cố định (Mobile gantry, stationary bed), với khung được lắp ráp từ thép CT38, vật liệu có chỉ số kết cấu cao (Structural index), với các thông số máy cụ thể như sau

Kiểu thiết kế Giàn di chuyển

Kích thước vùng gia công (mm) 500x600x100

Kích thước tổng thể của máy (mm) 800x800x650

Dung sai cho phép của máy (mm) 0.05

Tốc độ chạy không tải (m/phút) 4-5

Tốc độ quay trục chính (vg/ph) 0 – 24000

Tốc độ chạy dao nhanh (mm/ph) 6000

C/ông suất trục chính (kW) 1

Vật liệu làm máy Thép CT38

Tính năng gia công Các loại gỗ điêu khắc, nhựa

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 3 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG MỐI GHÉP HÀN

Phương pháp giải tích

Tùy thuộc vào tải trọng tác dụng, chúng ta có thể sử dụng các mối quan hệ sau để mô tả các thành phần ứng suất riêng lẻ của mặt cắt nguy hiểm [10]:

- Lực F z vuông góc với mặt phẳng ghép sinh ra ứng suất kéo: z w

- Lực F x song song với mặt phẳng ghép được dời về trọng tâm mối hàn và được thay thế bởi moment uốn M x và lực cắt F x nằm trong mặt phẳng mối hàn:

- Lực F y song song với mặt phẳng ghép được dời về trọng tâm mối hàn và được thay thế bởi moment uốn M y và lực cắt F x nằm trong mặt phẳng mối hàn y w

- Momen xoắn T sinh ra ứng suất cắt: p

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 5 HVTH: Nguyễn Phước Hưng trong đó: A w – diện tích mặt cắt nguy hiểm a – độ dài cánh tay đòn từ lực Fx, Fy đến mặt phẳng ghép

I x – momen quán tính của mối hàn theo trục Ox

I y – momen quán tính của mối hàn theo trục Oy

I P – momen quán tính độc cực của mối hàn x – khoảng cách từ một điểm trên mối hàn đến trục Oy y – khoảng cách từ một điểm trên mối hàn đến trục Ox Đối với các thành phần ứng suất như trên thì độ bền mối hàn tính theo thuyết bền ứng suất cắt

Dựa vào các công thức tổng quát từ 2.1 đến 2.8, ta tiến hành khảo sát các dạng mối hàn không vát mép cạnh được liệt kê theo hình 2.3 a/ b/ c/ d/

Các dạng đường hàn được khảo sát

Xét trường hợp mối hàn có dạng như hình 2.3 a [11]: Ứng suất gây ra bởi lực F z :

   k h (2.9) Ứng suất gây ra bởi lực F x :

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 6 HVTH: Nguyễn Phước Hưng Ứng suất gây ra bởi lực F y :

(2.13) Ứng suất gây ra bởi Moment T:

Từ các công thức (2.8) đến (2.14), ứng suất cắt tương đương mối hàn có dạng như hình 2.3 a được xác định như sau

Xét trường hợp mối hàn có dạng như hình 2.3 b [11]: Ứng suất gây ra bởi lực F z :

   k b (2.16) Ứng suất gây ra bởi lực F x :

       (2.18) Ứng suất gây ra bởi lực F y :

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 7 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

(2.20) Ứng suất gây ra bởi Moment T:

Từ các công thức (2.16) đến (22), ứng suất cắt tương đương mối hàn có dạng như hình 2.3 b được xác định như sau

Xét trường hợp mối hàn có dạng như hình 2.3 c [11]: Ứng suất gây ra bởi lực F z :

  (2.24) Ứng suất gây ra bởi lực F x :

  (2.26) Ứng suất gây ra bởi lực F y :

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 8 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

 (2.28) Ứng suất gây ra bởi Moment T:

Từ các công thức (2.24) đến (2.30), ứng suất cắt tương đương mối hàn có dạng như hình 2.3 c được xác định như sau

Xét trường hợp mối hàn có dạng như hình 2.3 d [11]: Ứng suất gây ra bởi lực F z :

  (2.32) Ứng suất gây ra bởi lực F x :

 (2.34) Ứng suất gây ra bởi lực F y :

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 9 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

(2.36) Ứng suất gây ra bởi Moment T:

Từ các công thức (2.32) đến (2.38), ứng suất cắt tương đương mối hàn có dạng như hình 2.3 d được xác định như sau

Phương pháp Phần tử hữu hạn

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với công cụ là phần mềm phân tích kỹ thuật ANSYS để phân tích ứng suất tương đương cho mối ghép hàn để đối chiếu với kết quả tính toán ở trên và phân tích chuyển vị của chúng để đánh giá độ cứng của toàn hệ, qua đó đánh giá dạng đường hàn nào hợp lí cho việc chế tạo khung máy phay Tiến hành mô hình hóa và tạo các dữ kiện đầu vào như hình 2.1 với các dạng đường hàn được nêu ra ở hình 2.3, ta có được các kết quả như sau

Xét trường hợp mối hàn có dạng như hình 2.3 a

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 10 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

(b) Ứng suất tương đương (a) và chuyển vị (b) của dạng đường hàn 2.3 a

Sai số tương đối giữa hai phương pháp được xác định như sau

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 11 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Xét trường hợp mối hàn có dạng như hình 2.3 b

(b) Ứng suất tương đương (a) và chuyển vị (b) của dạng đường hàn 2.3 b

Sai số tương đối giữa hai phương pháp được xác định như sau

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 12 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Xét trường hợp mối hàn có dạng như hình 2.3 c

(b) Ứng suất tương đương (a) và chuyển vị (b) của dạng đường hàn 2.3 c

Sai số tương đối giữa hai phương pháp được xác định như sau

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 13 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Xét trường hợp mối hàn có dạng như hình 2.3 d

(b) Ứng suất tương đương (a) và chuyển vị (b) của dạng đường hàn 2.3 d

Sai số tương đối giữa hai phương pháp được xác định như sau

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 14 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Tổng hợp lại ta có Bảng kết quả tính toán ứng suất tương đương và kết quả so sánh của các dạng đường hàn khác nhau sử dụng hai phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn

Bảng 2.1: Kết quả ứng suất tương đương

STT Đường hàn Ứng suất tương đương

Chuyển vị Phương pháp giải tích,  tđ

Dựa vào bảng 2.1, ta nhận thấy có sự chênh lệch dưới 10% giữa kết quả tính toán sử dụng phương pháp giải tích và tính bằng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm ANSYS Kết qua này có thể chấp nhận được và ta có thể sử dụng phương pháp mô phỏng ứng suất bằng phần mềm để kiểm nghiệm độ bền của mối hàn cũng như các thông số khác

Xét về chỉ tiêu độ bền cắt, ở dạng đường hàn thứ 2 (hình 2.3 b), ứng suất cắt tương đương của dạng này lớn hơn đáng kể so với ba dạng còn Kết quả ứng suất nhỏ

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 15 HVTH: Nguyễn Phước Hưng nhất đạt được khi mối hàn áp dụng dạng đường hàn thứ 3, tuy nhiên dạng đường hàn này lại có tổng chiều dài mối hàn lớn nhất Dạng 1 (hình 2.3 a) và dạng 4 (hình 2.3 d) có ứng suất cắt gần tương đương nhau, không quá lớn so với dạng thứ 3, chúng có tổng chiều dài đường hàn là bằng nhau và ngắn hơn so với dạng thứ 3

Xét về chỉ tiêu độ cứng, ở dạng đường hàn thứ 2 chuyển vị của dạng này cũng lớn hơn đáng kể so với ba dạng còn lại Kết quả chuyển vị nhỏ nhất đạt được khi mối hàn áp dụng dạng đường hàn thứ 1, tiếp theo là dạng đường hàn thứ 3 Chuyển vị của dạng đường hàn thứ 3 nằm ở vị trí trung bình của bốn phương pháp

Dựa trên các kết quả tính toán và nhận xét trên, dựa vào các chỉ tiêu về độ bền cắt, độ cứng và yếu tố kinh tế ta có thể áp dụng dạng 1 vào trong các kết cấu hàn, dạng đường hàn này cũng là dạng thường gặp trong các kết cấu hàn thực tế Đánh giá các chỉ tiêu ảnh hưởng đến độ bền cắt và độ cứng của mối ghép hàn

Sau khi lựa chọn được dạng hàn phù hợp là dạng thứ nhất, để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thành phần tác động đến độ bền cắt của mối hàn, ta tiến hành dùng phương pháp phần tử hữu hạn phân tích độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng bao gồm các lực F X , F Y , F Z , momen xoắn T bằng cách tính toán 30% giá trị chênh lệnh của từng yếu tố với giá trị không đổi của các yếu tố còn lại, sau đó đánh giá mức độ thay đổi của ứng suất và chuyển vị trong từng trường hợp và rút ra kết luận.

Phân tích độ nhạy lực cắt Fx

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 16 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

(b) Ứng suất tương đương (a) và chuyển vị (b) với giá trị Fx +

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 17 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Phân tích độ nhạy lực cắt Fy

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 18 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

(b) Ứng suất tương đương (a) và chuyển vị (b) với giá trị Fy +

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 19 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Phân tích độ nhạy lực kéo nén Fz

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 20 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

(b) Ứng suất tương đương (a) và chuyển vị (b) với giá trị Fz +

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 21 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Phân tích độ nhạy momen xoắn T

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 22 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

(b) Ứng suất tương đương (a) và chuyển vị (b) với giá trị T +

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 23 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

(b) Ứng suất tương đương (a) và chuyển vị (b) với giá trị T -

Đánh giá kết quả

Dựa vào bảng 2.1 và kết quả từ các kết quả mô phỏng từ hình 2.8 đến hình 2.15, ta được bảng biến thiên phụ thuộc vào mức độ thay đổi các yếu tố đã đề cập như sau

Bảng 2.2: Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố

Yếu tố Chỉ tiêu Giá trị ban đầu Giá trị sau khi tăng Giá trị sau khi giảm Chênh lệch sau khi tăng (%) chênh lệch sau khi giảm (%) Độ bền

Từ kết quả thống kê của bảng 2.2 ta rút ra được một số kết luận sau Xét về độ bền, lực cắt Fx, Fy có độ nhạy lớn hơn đáng kể hai thành phần lực còn lại là lực kéo

Fz và moment xoắn T, trong đó lực Fy nhạy hơn so với Fx Xét về độ cứng, lực cắt

Fx ảnh hưởng đến sự thay đổi của kết quả tính toán lớn hơn nhiều lần só với các thành phần còn lại Do đó, lực Fy nhạy với độ bền và lực Fx nhạy với độ cứng

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 25 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

SO SÁNH KẾT CẤU MỐI GHÉP HÀN VÀ KẾT CẤU MỐI GHÉP BU LÔNG TRONG MÁY PHAY GỖ

Phương pháp quy hoạch bậc hai hỗn hợp đối xứng quay đều

Áp dụng công thức (4.6) để tính các hệ số phương trình hồi quy Kết quả sau khi tính giá trị của các hệ số của phương trình hồi quy thể hiện ở bảng 4.8

Bảng 4.8: Giá trị của các hệ số hệ số thực nghiệm dạng quay đều b0 b1 b2 b3 b12 b13 b23 b11 b22 b33

153.69 -161.98 44.60 9.22 -31.55 3.99 21.16 100.72 16.21 4.39 Theo tiêu chuẩn Cochran ta kiểm tra tính đồng nhất phương sai

Theo bảng phân phối Cochran, tương ứng với q  0, 05và f   n 1 6và m  20 ta tìm được giá trị tra bảng G =0,16 b

Vì G tt < G b nên giả thuyết về tính đồng nhất phương sai được chấp nhận

Phương sai để đánh giá các hệ số được xác định theo các công thức sau:

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 42 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Các phương sai tái hiện sau khi được tính toán được trình bày trong bảng sau:

Bảng 4.9: Giá trị của các phương sai tái hiện của thực nghiệm dạng quay đều s 2 {b0} s 2 {b1} s 2 {b2} s 2 {b3} s 2 {b12} s 2 {b13} s 2 {b23} s 2 {b11} s 2 {b22} s 2 {b33} 3,465 0,847 0,847 0,847 0,212 0,212 0,212 3,439 3,439 3,439

Ta tiếp tục tìm tỉ số ti

Tra bảng phân phối Student, với mức ý nghĩa q=0.05 và bậc tự do

Bảng 4.10: Đánh giá ý nghĩa các hệ số của thực nghiệm dạng quay đều t0 t1 t2 t3 t12 t13 t23 t11 t22 t33

44.3 191.3 52.6 10.8 149.0 18.8 99.9 29.2 4.7 1.2 có có có có có có có có có không

Ngoại trừ hệ số b33, các hệ số còn lại đều có nghĩa

Cuối cùng ta có phương trình hồi quy như sau

Tiếp theo ta kiểm tra tính thích hợp mô hình vừa nhận được

Phương sai thích hợp s 2 th được xác định như sau:

Hệ số F tt tính toán

Tra bảng giá trị phân bố Fisher với q=0.05 , f th  N   p 11, f y  N n (   1) 120 ta được giá trị F b =2,4

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 43 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Vì F tt >F b nên giả thiết về tính thích hợp của phương trình hồi quy được chấp nhận

Phương pháp quy hoạch bậc hai hỗn hợp đối xứng dạng B

Áp dụng công thức tính các hệ số phương trình hồi quy, ta có kết quả sau khi tính giá trị của các hệ số của phương trình hồi quy thể hiện ở bảng 4.11

Bảng 4.11: Giá trị của các hệ số hệ số thực nghiệm dạng B b0 b1 b2 b3 b12 b13 b23 b11 b22 b33

238.62 -175.50 46.51 8.18 -32.42 2.18 21.72 190.92 -71.19 -83.29 Theo tiêu chuẩn Cochran ta kiểm tra tính đồng nhất phương sai

Theo bảng phân phối Cochran, tương ứng với q  0, 05và f   n 1 7và m  14 ta tìm được giá trị tra bảng G =0,19 b

Vì G tt < G b nên giả thuyết về tính đồng nhất phương sai được chấp nhận

Tiếp theo ta tính toán phương sai để đánh giá các hệ số được xác định theo các công thức (3.4) với s 2   y T,48

Các phương sai tái hiện sau khi được tính toán được trình bày trong bảng sau:

Bảng 4.12: Giá trị của các phương sai tái hiện của thực nghiệm dạng B s 2 {b0} s 2 {b1} s 2 {b2} s 2 {b3} s 2 {b12} s 2 {b13} s 2 {b23} s 2 {b11} s 2 {b22} s 2 {b33} 3,186 0,778 0,778 0,778 0,195 0,195 0,195 3,162 3,162 3,162

Ta tiếp tục tìm tỉ số ti dựa vào công thức (3.5) Tra bảng phân phối Student, với mức ý nghĩa q=0.05 và bậc tự do f y  N n (   1) 98, ta chọn giá trị t b =1,98

Bảng 4.13: Đánh giá ý nghĩa các hệ số của thực nghiệm dạng B t0 t1 t2 t3 t12 t13 t23 t11 t22 t33

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 44 HVTH: Nguyễn Phước Hưng có có có có có có có có có có

Vậy tất cả các hệ số đều có nghĩa

Cuối cùng ta có phương trình hồi quy như sau

Tiếp theo ta kiểm tra tính thích hợp mô hình vừa nhận được

Phương sai thích hợp s 2 th được xác định theo công thức 4.8 ta có kết quả

Hệ số Ftt tính toán

Tra bảng giá trị phân bố Fisher với q=0.05, f th  N   p 5, f y  N n (   1) 98ta được giá trị F b =4,36

Vì F tt >F b nên giả thiết về tính thích hợp của phương trình hồi quy được chấp nhận

Phương pháp quy hoạch bậc hai hỗn hợp đối xứng dạng Box-Behnken

Áp dụng công thức tính các hệ số phương trình hồi quy theo công thức 3.2, ta có kết quả sau khi tính giá trị của các hệ số của phương trình hồi quy thể hiện ở bảng 4.14

Bảng 4.14: Giá trị của các hệ số hệ số thực nghiệm dạng Box-Behnken b0 b1 b2 b3 b12 b13 b23 b11 b22 b33

Theo tiêu chuẩn Cochran ta kiểm tra tính đồn nhất phương sai

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 45 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Theo bảng phân phối Cochran, tương ứng với q  0, 05và f   n 1 6và m  15 ta tìm được giá trị tra bảng G =0,2 b

Vì G tt < G b nên giả thuyết về tính đồng nhất phương sai được chấp nhận

Tiếp theo ta tính toán phương sai để đánh giá các hệ số được xác định theo các công thức (3.4) với s 2   y ,84

Các phương sai tái hiện sau khi được tính toán được trình bày trong bảng sau:

Bảng 4.15: Giá trị của các phương sai tái hiện của thực nghiệm dạng Box-

Ta tiếp tục tìm tỉ số ti) Tra bảng phân phối Student, với mức ý nghĩa q=0.05 và bậc tự do f y  N n (   1) 90, ta chọn giá trị t b =1,98

Bảng 4.16: Đánh giá ý nghĩa các hệ số của thực nghiệm dạng Box-Behnken t0 t1 t2 t3 t12 t13 t23 t11 t22 t33

128.0 496.5 17.3 21.9 426.2 38.4 1480.6 49.7 48.9 46.3 có có có có có có có có có có

Vậy tất cả các hệ số đều có nghĩa

Cuối cùng ta có phương trình hồi quy như sau

Tiếp theo ta kiểm tra tính thích hợp mô hình vừa nhận được

Phương sai thích hợp s 2 th được xác định theo công thức 3.7 ta có kết quả s th 2 2903

Hệ số Ftt tính toán

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 46 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Tra bảng giá trị phân bố Fisher với q=0.05, f th  N   p 6, f y  N n (   1) 90ta được giá trị F b =3,67

Vì F tt >F b nên giả thiết về tính thích hợp của phương trình hồi quy được chấp nhận

So sánh mức độ phù hợp của các phương pháp thực nghiệm

Từ các kết quả thực nghiệm, ta nhận thấy cả 3 phương pháp đề có thể sử dụng để mô tả đặc tính rung động của mô hình thí nghiệm Tuy nhiên, chỉ có một phương pháp là phù hợp nhất, và để xác định được ta tiến hành các bước sau

Trước tiên, ta có được bảng tổng hợp giá trị các hệ số thực nghiệm dạng mã hóa như sau

Bảng 4.17: Bảng tổng hợp giá trị các hệ số thực nghiệm dạng mã hóa

Phương pháp Quay Đều Dạng B Box-Behnken b0 153.7 238.6 156.1 b1 -162.0 -175.5 -147.9 b2 44.6 46.5 5.2 b3 9.2 8.2 6.5 b12 -31.6 -32.4 -31.7 b13 4.0 2.2 2.9 b23 21.2 21.7 110.2 b11 100.7 190.9 60.2 b22 16.2 -71.2 59.2 b33 - -83.3 56.0

Ta nhận thấy, quy hoạch dạng B có hệ số b 0 sai lệch với 2 dạng còn lại vì không có thí nghiệm ở tâm (tương ứng các giá trị mã hóa bằng 0)

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 47 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Từ phương trình hồi quy dạng mã hóa, ta có công thức chuyển đổi từ dạng mã hóa sang dạng tự nhiên như sau:

Kết quả sau khi chuyển đổi sang dạng mã hóa thể hiện ở bảng 4.19

Bảng 4.18: Bảng tổng hợp giá trị các hệ số thực nghiệm dạng tự nhiên

Phương pháp Quay Đều Dạng B Box-Behnken b0 812.5 531.2 1522.1 b1 -0.1 -0.2 -0.1 b2 -8.1 627.3 -680.6 b3 -0.1 0.6 -0.9 b12 0.0 0.0 0.0 b13 1.6x10 -6 0.9x10 -6 1.1x10 -6 b23 0.1 0.1 0.4 b11 4.0x10 -6 7.6x10 -6 2.4x10 -6 b22 45.0 197.8 164.5 b33 - -0.3x10 -6 0.2x10 -3

Tiếp theo ta thay các ma trận thực nghiệm để tiến hành tính toán giá trị y* với hệ số thực nghiệm dạng mã hóa, đồng thời kiểm tra phương sai giữa kết quả vừa thu thập được với số liệu thực nghiệm, bảng 4.18 mô tả các thao tác này

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 48 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Bảng 4.19: Tương quan giữa kết quả thực nghiệm và tính toán

Ta nhận thấy, phương sai của phương pháp thực nghiệm dạng quay đều là nhỏ hơn đáng kể so với hai phương pháp còn lại, như vậy dạng thực nghiệm này là phù hợp nhất để mô tả đặc tính rung động của máy phay gỗ được sử dụng trong thực nghiệm

Vậy phương trình hồi quy dạng tự nhiên phù hợp nhất để mô tả đặc tính trên là

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 49 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

        (4.20) Đánh giá kết quả thực nghiệm

Trong quá trình phay, các tham số gia công gồm tốc độ cắt, độ sâu cắt, và lượng chạy dao được chọn là ba yếu tố để nghiên cứu ảnh hưởng đến rung động trục chính Ảnh hưởng của các tham số gia công đến biên độ rung đã được phân tích, dựa trên mô hình toán học được đề xuất ở trên

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 50 HVTH: Nguyễn Phước Hưng Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng tốc độ cắt và chiều sâu cắt đến rung động trục chính

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 51 HVTH: Nguyễn Phước Hưng Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng tốc độ cắt và lượng chạy dao đến rung động trục chính

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 52 HVTH: Nguyễn Phước Hưng Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến rung động trục chính

Trong biểu đồ Hình 4.2 cho thấy mối quan hệ của 3 nhân tố tác động đến rung động trục chính của máy phay CNC Có thể thấy rằng xu hướng biên độ dao động của trục chính giảm nhẹ khi tăng tốc độ cắt vì nó thúc đẩy sự ổn định quay của đầu trục chính, dẫn đến triệt tiêu biên độ rung Lượng chạy dao cũng có xu hướng tương tự như tốc độ cắt, tuy nhiên nhân tố chiều sâu cắt có ảnh hưởng ngược lại, tức là khi tăng thông số làm việc của chúng, rung động của trục chính sẽ tăng theo

Nhờ vào đồ thị hình 4.2 và tính toán dựa trên công thức 4.20, trong khoảng thí nghiệm, mô hình máy phay được lựa chọn đạt biên độ rung động nhỏ nhất là 64,90nm khi làm việc với tốc độ cắt 14400 vòng/phút, chiều sâu cắt 1,456mm và lượng chạy dao 500mm/ph

GVHD: PSG.TS Nguyễn Hữu Lộc 53 HVTH: Nguyễn Phước Hưng

Ngày đăng: 03/08/2024, 13:56

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo Loại Chi tiết
[1] Y. Liang, W. Chen, Q. Bai, Y. Sun, G. Chen, Q. Zhang, et al., "Design and dynamic optimization of an ultraprecision diamond flycutting machine tool for large KDP crystal machining," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 69, pp. 237-244, 2013 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Design and dynamic optimization of an ultraprecision diamond flycutting machine tool for large KDP crystal machining
[2] S. W. Lee, R. Mayor, and J. Ni, "Dynamic analysis of a mesoscale machine tool," Journal of Manufacturing Science and Engineering, vol. 128, pp. 194-203, 2006 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Dynamic analysis of a mesoscale machine tool
[3] Biermann, D., Baschin, A. (2009). Influence of cutting edge geometry and cutting edge radius on the stability of micromilling processes. ProductionEngineering, 3(4-5), 375 Sách, tạp chí
Tiêu đề: ). Influence of cutting edge geometry and cutting edge radius on the stability of micromilling processes
Tác giả: Biermann, D., Baschin, A
Năm: 2009
[4]. Du, H., Zhao, C. (2014). Stability criteria based on argument principle of a general dynamical system in cutting process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 70(1-4), 747-753 Sách, tạp chí
Tiêu đề: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology
Tác giả: Du, H., Zhao, C
Năm: 2014
[5]. Do Suh, J. (2008). Design and manufacture of hybrid polymer concrete bed for high-speed CNC milling machine. International Journal of Mechanics and Materials in Design, 4(2), 113-121 Sách, tạp chí
Tiêu đề: International Journal of Mechanics and Materials in Design
Tác giả: Do Suh, J
Năm: 2008
[6] Fansen, K., Junyi, Y. (1999). Fuzzy dynamic response analysis of machine tool structure. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 39(12), 1993-2002 Sách, tạp chí
Tiêu đề: International Journal of Machine Tools and Manufacture
Tác giả: Fansen, K., Junyi, Y
Năm: 1999
[9]. Cichański, A., Tomaszewski, T. (2010). Numerical verification of quasi- static strength of the horizontal bicycle welded frame. Journal of Polish CIMAC, 5(3), 13-17 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Numerical verification of quasi-static strength of the horizontal bicycle welded frame
Tác giả: Cichański, A., Tomaszewski, T
Năm: 2010
[10] Đỗ Kiến Quốc, Giáo trình Sức bền vật liệu, NXB Đại học Quốc Gia TpHCM [11] Nguyễn Hữu Lộc (2016). Cơ sở Thiết kế máy, NXB Đại học Quốc Gia TpHCM Sách, tạp chí
Tiêu đề: Giáo trình Sức bền vật liệu," NXB Đại học Quốc Gia TpHCM [11] Nguyễn Hữu Lộc (2016). "Cơ sở Thiết kế máy
Tác giả: Đỗ Kiến Quốc, Giáo trình Sức bền vật liệu, NXB Đại học Quốc Gia TpHCM [11] Nguyễn Hữu Lộc
Nhà XB: NXB Đại học Quốc Gia TpHCM [11] Nguyễn Hữu Lộc (2016). "Cơ sở Thiết kế máy"
Năm: 2016
[12] Nguyễn Hữu Lộc (2011). Quy hoạch và phân tích thực nghiệm, NXB Đại học Quốc Gia TpHCM Sách, tạp chí
Tiêu đề: Quy hoạch và phân tích thực nghiệm
Tác giả: Nguyễn Hữu Lộc
Nhà XB: NXB Đại học Quốc Gia TpHCM
Năm: 2011

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

  • Đang cập nhật ...

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w