THIẾT kế và mô PHÒNG máy đo MA sát POINT ON DISK DÙNG cảm BIẾN LOADCELL

TỔNG QUAN VỀ LỰC MA SÁT VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG LIÊN QUAN.1.1 Giới thiệu chung: 1.1.1 Khái niệm ma sát: Ma sát là hiện tượng sinh ra khi có sự tiếp súc giữa hai bề mặt khi chúngchuyển động tươn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

2. Nội dung bản thuyết minh và tính toán:

Chương 1 Tổng quan về ma sát và các đại lượng liên quan

Chương 2 Tính toán thiết kế cơ khí máy đo ma sát pin-on-disk

Chương 3 Cảm biến loadcell và ứng dụng Matlab xây dựng giao diện tính toán masát

Chương 4 Lựa chọn động cơ và phương pháp điều khiển động cơ

Chương 5 Ứng dụng phần mềm ANSYS vào mô phỏng ứng suất khi máy hoạt động

Chương 6 Kết luận, hạn chế của đề tài và hướng phát triển

3. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày…tháng… năm 2016

4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày… tháng năm 2016

TRƯỞNG BỘ MÔN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Hà Nội, ngày…tháng… năm 2016CÁN BỘ HƯỚNG DẪN(Ký và ghi rõ họ tên)

Trang 2

BỘ GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN CƠ KHÍ

-BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Người nhận xét: Ts NGUYỄN TRUNG KIÊN Đơn vị công tác: BM Công nghệ chế tạo máy, Viện Cơ Khí Địa chỉ: C5 - 112, ĐHBKHN, Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội Email: trung.nguyenkien@hust.edu.vn

-NỘI DUNG NHẬN XÉT 1. Nhận xét chung: ………

……

………

……

………

2. Về mặt ý thức:

Trang 3

………

3. Về mặt chuyên môn: ……

………

4. Kết luận: …….

………

Điêm đánh giá cho sinh viên:

Đỗ Hữu Tình: …/10

Trang 4

Hà Nội, ngày… tháng… năm 2016

Người nhận xét

(ký và ghi rõ họ tên)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN CƠ KHÍ

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

-Họ và tên sinh viên: Đỗ Hữu Tình

Nghành: KT – Cơ điện tử Khóa: K56

Với đề tài tốt nghiệp:

THIẾT KẾ VÀ MÔ PHÒNG MÁY ĐO MA SÁT POINT ON DISK

DÙNG CẢM BIẾN LOADCELL Giảng viên hướng dẫn: Ts NGUYỄN KIÊN TRUNG

Đơn vị công tác: Bm Công nghệ chế tạo máy viện Cơ Khí

Địa chỉ: C5 - 112, ĐHBKHN, Số 1 Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội

Email: trung.nguyenkien@hust.edu.vn

Người nhận xét: Ts TRƯƠNG ĐỨC PHỨC

Đơn vị công tác: Bm Công nghệ chế tạo máy viện Cơ Khí

Trang 5

-NỘI DUNG NHẬN XÉT

1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

……

………

……

………

2. Nhận xét của người bản biện: ……

………

Trang 6

Hà nội, ngày… tháng… năm 2016

Người nhận xét

(ký và ghi rõ họ tên)

Mục Lục

Trang 7

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội ngoài sự nỗ lựccủa bản thân, em còn nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện từ các thầy cô giáo đãgiúp em học tập tốt hoàn thành khóa học Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin bày

tỏ lòng chân thành cảm ơn tới toàn thể quý Thầy cô, cán bộ công nhân viên đã vàđang công tác tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô Viện Cơ khí và

Bộ môn Cơ học vật liệu & kết cấu đã hướng dẫn tận tình, tâm huyết giúp em trongsuốt thời gian học tập tại trường

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Trung Kiên đã trực tiếp

hướng dẫn tận tình em về lý thuyết động lực học dòng chảy để em có thể hoànthành tốt nội dung đồ án này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày………tháng…… năm 2016

Trang 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LỰC MA SÁT VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG LIÊN QUAN.

1.1 Giới thiệu chung:

1.1.1 Khái niệm ma sát:

Ma sát là hiện tượng sinh ra khi có sự tiếp súc giữa hai bề mặt khi chúngchuyển động tương đối với nhau Ví dụ như tiếp xúc giữa bề mặt thép với thép,thép với gỗ, thép với nhôm

Ma sát gắn liền với những vấn đề cấp thiết của thời đại và đóng vai trò vô cùng quan trọng trong kĩ thuật, đó là hao mòn máy móc, các thiết bị và ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của chúng Nhận thấy vấn đề đó nhiều tổ chức của các ngành khác nhau đã quan tâm và nghiên cứu vấn đề này nhằm đưa ra các biện pháp chốngmài mòn và bôi trơn để nâng cao tuổi thọ của các chi tiết máy

1.1.2 Phân loại lực ma sát:

a) Theo môi trường tiếp xúc ma sát khô, ma sát ướt, ma sát nửa khô nửa ướt

b) Theo tính chất chuyển động ma sát trượt và ma sát lăn

c) Theo trạng thái chuyển động tương đối ma sát tĩnh và ma sát động

1.1.3 Định luật cơ bản về ma sát, lực ma sát, các yếu tố đặc trưng của lực:

Lực ma sát là lực cản trở chuyển động, nó ngược chiều của chuyển động vàxuất hiện trên bề mặt ma sát tại các vết tiếp xúc thực

Theo Vật lý: lực ma sát là lực hút phân tử giữa các phân tử vật chất - ma sát

phụ thuộc vào vật liệu tiếp xúc, thời gian tiếp xúc

Theo Cơ học: lực ma sát là do những gờ lồi lõm của hai bề mặt gài vào nhau

– ma sát phụ thuộc độ nhám bề mặt

Trang 9

Hình 1.1 Minh họa lực ma sát.

Các yếu tố đặc trưng của lực ma sát:

- Phương: song song bề mặt tiếp xúc

- Chiều: ngược chiều tác dụng của ngoại lực (chiều chuyển động)

- Độ lớn: Fms = f.N

Trong đó +) F: là hệ số ma sát

Ngoài cách xác định hệ số ma sát như trên ta còn nhiều công thức khác như:

Hệ số ma sát trượt: Là tỷ số giữa lực ma sát và tải pháp tuyến f = F/N

Hệ số ma sát khi va đập là tỷ số của lượng thay đổi về mặt động lượng của

vật thể va đập theo hướng tiếp tuyến và pháp tuyến:

Theo Tabor và Bowden:

Trang 10

Ở đây: ζ : ứng suất trượt và ρT : giới hạn chảy của vật liệu

Theo Tabor và R.kinh:

Với : f0 : là ma sát tĩnh còn k là hệ số thực nghiệm, k = 0 1

Theo G.Franke:

Với: v: vận tốc ảnh hưởng tới ma sát với hệ số c

1.2 Thông số, đặc điểm hình học của bề mặt tiếp xúc:

Tính không đồng đều của bề mặt chi tiết được phân thành sai số hình dạng,sóng và nhấp nhô Sai số hình dạng là độ không đồng đều của bề mặt, xuất phát từhình dáng thực của nó (lồi, lõm, méo lệch …) Sóng là các dạng, cSác khe, đỉnhtuần hoàn có chu kì cách nhau một khoảng cách (bước sóng ) và chiềucao và thường có 40

Hình 1.2 Biểu đồ cấu trúc của lớp bề mặt hình học vật rắn.

1. Độ sóng 2 Nhấp nhô bề mặt 3 Sai số hình dạng

Nhấp nhô bề mặt là có vô số đỉnh trong một khoảng khá ngắn (2 đến 800m)

và cao (từ 0,03 đến 400m) Sai lệch hình dạng, sóng và nhấp nhô được chỉ ra biểudiễn như biểu đồ 2

Biên dạng bề mặt của một mô hình kim loại được khuếch đại:

Trang 11

Hình 1.3 Biểu đồ biên dạng bề mặt kim loại.

a) Vết theo chiều ngang b) Vết theo chiều dọc

1.3 Các biện pháp giảm nhằm giảm ma sát và mài mòn:

Lực ma sát xuất hiện trong thực tế có lúc có lợi và có hại Trong các trườnghợp lực ma sát gây hại, người ta tìm cách làm giảm nó để làm tăng hiệu suất máy

và giảm mài mòn, tăng tuổi thọ của chi tiết Trên thực tế, để giảm ma sát trong cáctrường hợp gây hại, ta sử dụng các cách sau:

- Làm nhẵn bề giữa hai bề mặt tiếp xúc Trên thực tế sự nhẵn

bề mặt này tối đa chỉ ở một mức độ nào đó và trên bề mặtchi tiết vẫn có sự nhấp nhô

- Giảm tải trọng của vật lên bề mặt tiếp xúc Tải trọng cànglớn, phản lực giữa vật và bề mặt tiếp xúc càng lớn, do đólực ma sát càng lớn Giảm tải trọng tương đương với việcgiảm lực ma sát tác dụng giữa hai bề mặt

- Trong các cơ cấu có thể chuyển đổi giữa ma sát trượt và masát lăn, người ta thường chuyển ma sát trượt thành ma sátlăn vì ma sát lăn nhỏ hơn rất hiệu so với ma sát trượt

Trang 12

- Thay đổi vật liệu chế tạo chi tiết Việc này thay đổi hệ số

ma sát của chi tiết Dẫn tới việc giảm lực ma sát tác dụnggiữa hai bề mặt

- Sử dụng các kĩ thuật bôi trơn giữa hai bề mặt Ma sát ướtnhỏ hơn rất nhiều so với ma sát khô, do vậy người ta sửdụng các loại chất lỏng, dung dịch có tác dụng làm giảm masát giữa hai bề mặt tiếp xúc

1.4 Các dạng đo ma sát xuất hiện trên thực tế trong các máy:

Trong quá trình xem xét chuyển động của các máy và sự xuất hiện của masát giữa các bề mặt tiếp xúc, các nhà cơ khí học đã đưa ra các phương án đo lực masát và hệ số ma sát của vật liệu như sau:

• Cho vật liệu đo (viên bi) chịu tải trọng chuyển động tịnhtiến trên một bề mặt khác

• Cho vật liệu đo (viên bi) chịu tại trọng chuyển động quaytrên một mặt đĩa

• Cho vật liệu đo (trụ tròn rỗng) chịu tải trọng đặt lên một đĩaquay

• Cho vật liệu đo (trục tròn) chịu tải trọng quay bên trong mộttrụ tròn rỗng

• Cho vật liệu đo (trục tròn) đè lên một trục khác đang quay

• Cho vật liệu đo (trục tròn rỗng) đang quay bị một bề mặtvật liệu khác chịu tải trọng đè lên

Trang 13

Hình 1.4 Các dạng khảo sát ma sát trong thực tế.

1.5 Cơ sở đề tài và mục đích lựa chọn đề tài

Việc khảo sát, đo đạc, tính toán lực ma sát và hệ số ma sát của vật liệu là vôcùng quan trọng trong cơ khí nói chung Việc tính toán và khảo sát được hiệntượng ma sát sẽ giúp đưa ra được các phương án giảm ma sát cụ thể trong từngtrường hợp cụ thể, do đó sẽ làm tăng hiệu quả của vận hành máy nói riêng và sảnxuất nói chung Mặt khác, các máy đo lực ma sát và hệ số ma sát ở Việt Nam chưaphổ biến Do đó, việc lựa chọn đề tài có nhiều khả năng ứng dụng trong thực tế

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY ĐO MA SÁT DẠNG XOAY.

Trang 14

2.1 Tính toán thiết kế cơ khí máy đo ma sát dạng xoay và tịnh tiến:

2.1.1 Nguyên lí làm việc và đối tượng của máy:

• Đo ma sát theo nguyên lý tiếp xúc giữa mẫu thử và đĩa quayhoặc bàn trượt tịnh tiến Khi mẫu thử và đĩa quay (hoặc bàn

trượt) tiếp xúc sẽ xuất hiện lực ma sát trượt (Fms), lực ma sát

này có xu hướng làm chuyển vị mẫu thử được nhận biết bởicác cảm biến đo lực

Hình 2.1 Nguyên lý làm việc của máy.

• Đối tượng làm việc của máy: Đối tượng làm việc của máy là các đầu thử (bi tròn) của các vật liệu được chế tạo sẵn và đầu thử để kiếm tra, đo lực

ma sát và hệ số ma sát của vật liệu cần khảo sát

2.1.2 Yêu cầu của thiết kế:

• Máy phải làm việc được ổn định, không rung lắc ảnh hưởng tới quá trình đo

• Tay đo phải đảm bảo được sự cân bằng khi tiến hành chạy máy đo

• Đảm bảo được việc điều khiển tốc độ động cơ trong quá trình đo

2.1.3 Phân tích phương án thiết kế:

• Ta có bảng thông số sơ bộ của các bộ phần của máy tham gia trực tiếp vào quá trình đo như sau:

Trang 15

Đối trọng đặt trực tiếp lên tay quay

(để tạo áp lực gây ma sát lên đĩa)

0 ÷ 10 N

Đối trọng đặt lên tay quay để tạo ra

cân bằng momen tay quay khi máy

Tốc độ dài tại vị trí tiếp xúc giữa

đầu đo và đĩa quay

1 ÷ 5 m/s

2.1.4 Phương án thiết kê và mô hình máy trên phần mềm vẽ 3D:

Quá trình làm việc của máy đo được minh họa thông qua sơ đồ khối sau

Hình 2.2 Sơ đồ khối quá trình làm việc của máy.

a) Trường hợp đo ma sát bằng đĩa quay (pin) :

Trang 16

Hình 2.4 Cấu tạo máy trên phần mềm vẽ 3D

1. Đế giữ máy 7 Đầu đo và pin đo

2. Bàn máy 8 Tay đo

3. Động cơ 9 Rãnh mang cá – tay đo

4. Trục máy 10 Đai dẹt

5. Đĩa quay (pin) 11 Ổ đỡ trục máy

6. Các tải trọng đặt vào 12 Cảm biến loadcell

• Chi tiết và chức năng của từng chi tiết trong máy:

- Cụm chi tiết tay đo, đầu đo, cảm biến và pin đo:

Hình 2.5 Cụm chi tiết tay đo, đầu đo, cảm biến và pin đo.

• Đối trọng: Đặt vào một đầu tay đo, có tác dụng cân bằng moment quay 2 đầu tay đo để đảm bảo độ chính xác của phép đo

Trang 17

• Cảm biến: Đo lực ma sát trong quá trình máy hoạt động Cảm biến nhận tín hiệu lực và đưa ra máy tính và được xử lý bằng phần mềm.

Hình 2.6 Cảm biến loadcell

• Đầu đo: Chứa bi đo (làm bằng vật liệu cần đo lực và hệ số ma sát)

Hình 2.7 Đầu đo và bi đo

• Tay đo: Gồm 2 phần, được bắt với nhau bằng bu lông – đai ốc,

có thể trượt trên rãnh mang cá để điều chỉnh khoảng cách đo

Hình 2.8 Tay đo.

• Rãnh trượt mang cá: Có tác dụng cho tay trượt trượt trên nó để

điều chỉnh khoảng cách đo

Trang 18

Hình 2.9 Rãnh trượt mang cá.

- Cụm chi tiết trục máy và 2 ổ đỡ trục máy:

• Trục công tác máy: Trục lắp bánh đai, được truyền chuyển động

qua đai cao su từ động cơ Là trục công tác của máy Bánh đai được truyền chuyển động thông qua đai để làm quay trục máy

Hình 2.10 Trục máy và bánh đai.

• 2 Cụm ổ bi đỡ: Có tác dụng đỡ trục máy và làm máy hoạt động

ổn định hơn

Hình 2.11 Cụm ổ bi đỡ.

Trang 19

• Đĩa pin: Được làm bằng loại vật liệu xác định trước Khi đĩa pin quay sẽ tiếp xúc với đầu đo từ đó xuất hiện lực ma sát Cảm biến

sẽ tiếp nhận tín hiệu lực, từ đó đưa ra máy tính

Hình 2.12 Đĩa pin.

- Cụm chi tiết động cơ và đai:

• Động cơ: Tạo ra chuyển động để máy hoạt động, trên trục động

cơ lắp bánh đai nhỏ và truyền chuyển động cho trục công tác thông qua đai

• Đai: Truyền chuyển động từ động cơ ra trục công tác.

- Bàn máy và đế giữ máy:

• Bàn máy: Giá đỡ các bộ phận của máy – trên than bàn máy gắn

động cơ, cơ cấu tay đo, cụm ổ bi đỡ

• Đế giữ máy: Có tác dụng làm cân bằng, chống rung cho máy khi

hoạt động

b) Trường hợp đo ma sát với máng trượt tịnh tiến lặp lại:

Ta tiến hành thay đĩa quay bằng cơ cấu trượt tịnh tiến lặp lại

Trang 20

Hình 2.5 Cơ cấu biến chuyển động quay thành tịnh tiến lặp lại.

a) Máng trượt tịnh tiến lặp lại b) Cơ cấu biến chuyển động quay thành tịnh tiến lặp lại

b.2 Tính toán thiết kế máy đo:

Do đó ta có lực ma sát tác dụng lên một đơn vị diện tích tiếp xúc sẽ là:

Trang 21

�: sai số cho phép, ta chọn � < 1cm = 0,01m

b) Lực nén tác dụng lên đĩa quay:

Ta có: W(N) = N.w.�

Với N: là lực nhấn do tác dụng của các bộ phận trên tay đo tác dụng

lên đĩa quay Do tay quay có nhiều bộ phận tuy nhiên tải trọng không đáng kể nên ta chọn dải lực từ 1 ÷ 30N

�: Sai số cho phép

Và w: tốc độ quay của đĩa

b.2.2 Tính toán lựa chọn động cơ:

a) Sơ đồ khối của máy:

Hình 2.5 Sơ đồ khối của động cơ và trục công tác.

b) Công suất động cơ:

Ta có công suất trên lí thuyết: P = W(N) + W(N)

Công suất trên thực tế: = [W(N) + W(N)].k

Trang 22

r: là khoảng cách từ điểm đặt đầu đo tới tâm đĩa Lấy tối đa bằng R để đảm bảo công suất tối đa của máy.

→ Chọn 260W

c) Hiệu suất truyền động của động cơ:

• = = 0,95 = 0,912

Với - hiệu suất 1 cặp ổ lăn : 0,99

- hiệu suất bộ truyền đai : 0,95

• Công suất cần thiết trên trục động cơ:

Pct = = = 285 Wd) Xác định sơ bộ số vòng quay động cơ điện:

- Ta có vận tốc quay của đĩa: v = 1÷5 m/s

- Đầu đo tiếp xúc với mặt đĩa quay trong khoảng 0,04÷0,08 m

Trang 23

e) Chọn loại động cơ: Dựa vào số liệu tính toán và theo bảng tiêu chuẩn

P1.3[1], ta lựa chọn loại động cơ 4A80Y8B3

- Có bảng thông số của động cơ yêu cầu như sau:

Công suất (kW) Dải vận tốc quay phải đạt được(v/ph)

- Số vòng quay của động cơ = 600 v/ph

- Số vòng quay của trục máy n = 600.2 = 1200 v/ph

a) Lựa chọn đai và thông số yêu cầu đầu vào:

• Thông số yêu cầu đầu vào của đai:

- = 293,5 W

- = = 4672 Nmm

- = = 600 v/ph

- u = = 3

Trang 24

• Lựa chọn đai:

- Đai vải cao su

b) Xác định thông số của bộ truyền đai:

→ Chọn theo giá trị tiêu chuẩn ta có = 180 mm

- Từ đó có tỉ số truyền thực tế là:

= = = 2,02 → Sai lệch tỉ số truyền: ∆u = = 100%=1% < 4%

→ thỏa mãn

- Khoảng cách trục:

a = (1,5÷2).( = (1,5 ÷ 2).(90 +180)

= 405 ÷ 540 mm → Chọn a = 410 mm

• Chiều dài đai:

- Theo công thức 4.4.[1], ta có: l = 2a + π +

= 2.410 + 3,14 + = 1248 mm = 1,25m

- Cộng thêm chiều dài từ 100÷400mm nối đai

- Để đảm bảo tuổi thọ của đai, phải có:

l > = = = 0,57 ÷ 0,94 m (thỏa mãn)

• Theo công thức 4.7[1], ta có góc ôm:

= 180ᵒ - = 180ᵒ -

= 167ᵒ > = 150ᵒc) Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai:

- Theo công thức 4.8[1], ta có tiết diện đai tính theo công thức:

Trang 25

A = b.δ = Với b: chiều rộng đai.

δ: Chiều dày đai

- Trong đó với bộ truyền đặt nằm ngang, điều chỉnh định kì lực căng,

chọn = 2,0 MPa, theo bảng B4.9, k1=2,7 và k2=11, do đó theocông thức 4.11[1]:

→ Chọn theo tiêu chuẩn bảng 4.1[1], có b =20mm

→ Theo bảng 4.1[1], ta chọn loại đai vải cao su, với kí hiệu БКНЛ-65 không có lớp lót với trị số δ = 3mm (tiêu chuẩn) – với số lớp đai là 3

d) Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

- Theo công thức 4.12[1], ta có công thức:

= b.δ = 20.3.2 = 120 N

- Theo công thức 4.13[1], lực tác dụng lên trục:

= 2 sin() = 2.120.sin() = 236,7 Ne) Ta có bảng tổng hợp thông số của đai như sau:

Trang 26

Thông số Kí hiệu Giá trị

[τ]: Ứng suất cho phép với thép CT 45 có [τ] = 15÷30MPAVới trục công tác, ta có:

≥ = = 15,53 mm, chọn theo tiêu chuẩn bảng 10.2[1], có = 20 mm → Từ ta xác định được gần đúng chiều dài ổ đũa theo bảng 10.1[1], có =

15 mm

c) Sơ đồ phân tích lực:

Lực tác dụng lên trục, = 236,7Nd) Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực:

- Chiều dài may ơ bánh đai: = (1,2 ÷ 1,5)

= (1,2 ÷ 1,5).10 = 12 ÷ 15mm

→ Chọn = 12mm

Trang 27

- Sơ đồ khối trục công tác (theo phương nằm ngang):

- Khoảng cách từ tâm ổ bi 0 tới tâm bánh đai trên trục:

e) Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục:

- Tính các phản lực trên trục: Ta cần phải xác định các phản lực ở các gốitựa: , , ,

Trang 28

f) Tính momen tương đương và momen tương đương tại các tiết diện j trên chiều dài trục:

• Tại tiết diện 1 - 1:

= = 2375 Nmm = = 4691 Nmm

Trang 29

= 0 Nmm = 0 Nmm

= 0 Nmm = = 4046 Nmm

g) Tính đường kính trục tại các tiết diện j theo công thức 10.17[1], ta có:

= Trong đó: [σ]: Ứng suất cho phép của thép chế tạo trục, tra bảng

10.15[1], ta có thép CT45 = 600MPA, d = 20mm thì [σ]

= 63 MPa

Do đó, ta tính được:

- Tại tiết diện 1 - 2: = = 17,02 mm

- Tại tiết diện 1 - 0: = = 9,06 mm

- Tại tiết diện 1 – 3: = 0 mm

- Tại tiết diện 1 - 1: = = 8,62 mm

• Từ yêu cầu công nghệ và lắp ghép với ổ lăn theo tiêu chuẩn, ta phải chọn đường kính các đoạn trục như sau:

- Tiết diện 1 – 0 và 1 – 1 lắp ổ lăn: = = 15 mm

- Tiết diện 1 – 2 lắp bánh đai: = 17 mm

- Tiết diện 1 – 3 lắp đĩa quay: = 15 mm

b.2.5 Chọn then cho trục:

a) Chọn then:

 Trục công tác:

• Lựa chọn loại then là then bằng

• Then được lắp tại bánh đai, tiết diện 1 – 2,với = 17 mm, ta chọn then bằng tra bảng B9.1a[1], ta được kích thước của then như sau:

- b = 5mm, h = 5mm, = 3mm, = 2,3mm

Trang 30

Hình 2.6 Thông số của then.

- Chiều dài then tính theo công thức:

= (0,8 ÷ 0,9) = (0,8 ÷ 0,9).12 = 9,6 ÷ 10,8mm

→ Chọn theo tiêu chuẩn, ta có = 10mm

b) Kiểm nghiệm độ bền then:

- Theo công thức 9.1[1] và 9.2[1] ta có:

↔ ↔

- Lại có để đảm bảo độ bền của then thì phải thỏa mãn:

Theo bảng B9.5[1], với dạng lắp cố định, vật liệu mayo bằng thép, tải trọng va đập nhẹ, ta có:

→ Then đã chọn đủ điều kiện về độ bền

b.2.6 Kiếm nghiệm độ bền mỏi của trục:

- Các ổ lăn lắp trên trục theo k6, bánh đai và lắp then

- Kích thước của then, trị số momen cản xoắn – tra bảng 10.6[1], ứng vớitiết diện trục, ta có:

Trang 31

Theo công thức 10.23[1], khi trục quay 1 chiều ứng suất thay đổi theo chu kì mạch động:

= = = Lại có với trục có 1 rãnh then thì:

= – = – = 878 = 8,78

→ = = = = 2,67MPa

• Xác định hệ số và đối với các tiết diện nguy hiểm:

- Các trục được gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểmyêu cầu đạt Ra = 0,32 0,16 , do đó theo bảng B10.8[1], hệ số tậptrung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx=1

- Không sử dụng các phương pháp tang bền bề mặt, do đó hệ số tăngbền Ky = 1

- Theo bảng B10.12[1], khi dùng dao phay ngón, hệ số tập trung tại

‘rãnh then ứng với vật liệu có =600MPa là =1,76, =1,54.Theo bảng B10.10[1] tra hệ số kích thước ứng vớiđường kính của tiết diện nguy hiểm, từ đó xác định được tỉ số /

và / tại rãnh then trên các tiết diện này Theo bảng B10.11[1],ứng với kiểu lắp đã chọn, =600MPa và đường kính của tiết diệnnguy hiểm tra được tỉ số / = 2,06 và / = 1,64 do lắp căng

tại các tiết diện này trên cơ sở đó chọn giá trị lớn hơn tính vàtheo công thức 10.25[1] và 10.26[1]:

- Ta có kết quả theo bảng tính dưới đây:

Tiết

diện

Đườngkính mm

Tỉ số Tỉ số

Rãnhthen

Lắpcăng

Rãnhthen

Lắpcăng

Trang 32

- [s]: là hệ sộ an toàn cho phép, thông thường [s] = 1,5 ÷ 2,5.

- là hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp tính theo công thức 10.20[1]: =

- là hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tính theo công thức

10.21[1]: =

- Ta có kết quả ở bảng tính dưới đây:

Tiết diện Đường kính (mm)

Dựa trên điều kiện làm việc của ổ, ta chọn sơ bộ loại ổ theo bảng 2.7[1]:

• Ổ bi đỡ một dãy cỡ siêu nhẹ, vừa kí hiệu 1000902, có thông số như sau:

- Đường kính vòng trong: d = 15mm

- Đường kính vòng ngoài: D = 28mm

- Bề dày ổ: B = 7mm

- Khả năng tải động của ổ: C = 2,53 kN

- Khả năng tải tĩnh của ổ: = 1,51 kN

c) Chọn cấp chính xác cho ổ đũa: Chọn cấp chính xác thường – Cấp 0.

Trang 33

d) Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ đũa với ổ chịu tải lớn hơn = 128,1 N.

• Khả năng tải động của ổ được tính theo công thức 11.3[1]:

=Q

Trong đó: L: Tuổi thọ của ổ tính bằng triệu vòng quay, có công thức

như sau L = = = 288 (triệu vòng)m: Bậc của đường cong mỏi, với ổ đũa m = 3

Q: Tải trọng quy ước và được tính như sau:

Trang 34

CHƯƠNG 3 CẢM BIẾN ĐO LỰC LOADCELL VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB VÀO XÂY DỰNG GIAO DIỆN ĐO LỰC VÀ HỆ SỐ MA SÁT.

3.1 Loadcell:

3.1.1 Hiện tượng điện trở lực căng (tenzo):

• Cấu tạo strain gage

- Dây dẫn mảnh

- Lá mỏng, màng mỏng, (giấy mỏng …) lá mỏng được chế tạo từ

một lá kim loại mỏng có chiều dày 0,004 0,012mm nhờ phương

pháp quang khắc màng mỏng được chế tạo bằng cách cho bốc

hơi kim loại lên một khung với hình dáng định trước

- Trên tấm giấy mỏng, dán dây điện trở hình răng lược ( constantan, nicrom, …) hình răng lược có đường kính 0,02 0,03 mm, chiều dài lo từ 8 – 15mm, chiều rộng a0 từ 3 – 10mm, điện trở ban đầu từ 800 – 1000Ω, lượng thay đổi điện trở từ 10 –

15 Ω

Hình 3.1 Cấu tạo điện trở tenzo.

• Công thức:

- Khi đo biến dạng , lúc đối tượng đo bị biến dạng, điện trở

biến dạng theo và điện trở thay đổi một lượng

Trang 35

- Mặt khác ta biết:

Trong đó: s- tiết diện dây l- chiều dài dây p- điện trở suất của dây dẫn làm tenzo

Hay:

Trong đó:

-Sự biến thiên tương đối của điện trở tenzo

-Sự biến thiên tương đối theo tiết diện dây dẫn, đặc trưng cho sự thay đổi kích thước hình học của tenzo

-Sự biến thiên tương đối của điện trở suất, đặc trưng cho sự thay đổi tính chất vật lý của tenzo

+ Trong cơ học ta biết: (Kp – hệ số Poisson)

Nếu đặt εP =mε l (m là hệ số tỷ lệ) ta có:

+ Đây là phương trình biến đổi tổng quát của tenzo

+ Độ nhạy của tenzo: k = = 1 + 2 +m.

+ Do ứng xuất có ở trong chi tiết cần nghiên cứu có liên quan với môđun đàn hồi E của vật liệu làm chi tiết, ta có phương trình quan hệ giữa

và E như sau:

Trang 36

Do đó phương trình biến đổi của tenzo có thể biểu diễn dưới dạng:

Ứng suất cơ của chi tiết và dây dẫn chế tạo chuyển đổi không được vượt quágiới hạn đàn hồi vì điều đó có thể dẫn đến sự thay đổi đặc tính của nó

• Tương quan lien hệ giữa hiệu điện thế và điện trở

- Mạch cầu đo một nhánh hoạt động

Hình 3.2 Mạch cấu đo 1 nhánh hoạt động.

Tức là chỉ có một tenzo hoạt động Mạch này có nguồn cung cấp là Uo, điện

áp ra UT:

RT - Điện trở tenzo

- Độ biến thiên tương đối của điện trở tenzo khi bị biến dạng

R1, R2, R3 -Điện trở mắc vào cầu đo

k- Độ nhạy của vật liệu làm điện trở lực tenzo

Trang 37

R R

R RT

UO

UT

Ta có điện áp ra:

Ta chọn R2 =R3 =R4 = RTO = R với RTO - Điện trở tenzo khi chưa bị biến

dạng Điện trở tenzo RT biến thiên một lượng và khi đó:

- Mạch cầu đo hai nhánh hoạt động

Là mạch cầu đo trong đó hai nhánh cầu đều được dán tenzo và cùng hoạt động Mạch này có nguồn cung cấp là Uo, điện áp ra UT Khi điện áp ra của mạch cầu đo tăng gấp hai lần:

Trang 38

- Mạch cầu đo bốn nhánh hoạt động

Cả bốn nhánh đều được dán tenzo, khi đó điện áp ra của mạch cầu đo là lớn nhất và tăng gấp 4 lần so với trường hợp một nhánh hoạt động

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	4,08 MB