Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)

Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)Thiết kế, chế tạo thiết bị đo momen dạng cầm tay (Luận văn thạc sĩ)

i I H C THÁI NGUYÊN I H C K THU T CÔNG NGHI P NGUY N H U QUÂN THI T K , CH T O THI T B NG C M TAY Chuyên ngành: K thu Mã s : 60.52.01.03 LU THU T NG D N KHOA H C THÁI NGUYÊN S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii L Tôi là: Nguy n H u Quân - H c viên cao h c l p K14 chun ngành K thu khí, khóa 2011 - i h c K thu t Công nghi p h c t p, rèn luy n nghiên c u t tài t t nghi cs i h c Thái Nguyên ng, l a ch n th c hi n Thi t k , ch t o thi t b ng c m tay ng d n t n tình c a Th s n l c c a b c hoàn thành li u k t qu nêu Lu t c công b b t k m t cơng trình khác Thái Nguyên, ngày 27 H c viên Nguy n H u Quân S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii L IC L u tiên xin bày t lòng bi Th y i ng d n tơi su t q trình nghiên c u hồn thành lu Tơi xin chân thành c nghi p, Phòng qu t om hoa - i h c K thu t Công ih môn Ch t u ki n thu n l i cho tơi q trình h c t p, nghiên c u th c hi n b n lu Tôi xin g i l i c c viên Nguy th i gian Tôi tri n khai th c hi Cu i Tôi mu n bày t lòng c i Chú Nguy ng l p cao h c Khóa Tơi tài iv ng h ng viên Tơi su t q trình làm lu Xin trân tr ng c Tác gi Nguy n H u Quân S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv M CL C L i L IC iii M C L C iv DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T vi DANH M C CÁC HÌNH NH viii DANH M C B NG BI U x .1 T NG QUAN V THI T B NG D NG C 1.1 Thi t b n d ng ph n l c 1.2 Thi t b n d ng n i ti p .5 TÍNH TỐN VÀ THI T K .5 2.1 Thi t b c m bi 2.2 M ch c n d ng .6 n d ng 10 M ch c 11 a M ch c u m t nhánh .13 b M ch c u hai nhánh 14 c M ch c 16 19 THI T K VÀ CH T O TR 19 3.1 H th c liên quan t i tr c tròn r ng ch u xo n 19 Hình 3.1 S phân b ng su t m t c t ngang tr c tròn ch u xo n 19 3.2 Tính tốn, thi t k tr 20 c tr 20 3.2.2 B n v ch t o tr c m u 22 3.3 Ch n thi t b c m bi n strain gauge 25 3.4 Ch n lo i keo dán strain gauge 28 S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 3.5 Thi t k m ch hi n th 31 NGHIÊN C U TH C NGHI C TÍNH C A TR 34 4.1 Thí nghi m 34 4.2 K t qu thí nghi m 36 TÀI LI U THAM KH O .43 PH L C 44 B ng k t qu r n áp momen giá tr y m ch hi n th giá tr S hóa b i Trung tâm H c li u n áp bi n d ng tr 44 n áp bi n d ng 45 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T STT R L A GF e, Vout Vin S 10 11 T 12 13 14 15 16 17 18 t 19 20 Momen quán tính 21 22 MZ 23 24 25 n S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii 26 27 28 29 Vout Mz 30 KB 31 S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii DANH M C CÁC HÌNH NH Trang Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình1.6 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 11 Hình 2.8 12 Hình 2.9 13 Hình 2.10 14 Hình 2.11 15 Hình 3.1 16 Hình 3.2 16 Hình 3.3 20 Hình 3.4 21 Hình 3.5 22 Hình 3.6 23 Hình 3.7 23 Hình 3.8 Keo dán extra 4000 25 Hình 3.9 S hóa b i Trung tâm H c li u 25 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix Hình 3.11 27 Hình 3.12 28 Hình 3.13 28 Hình 3.14 28 Hình 3.15 29 Hình 4.1 36 Hình 4.2 39 41 S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ x DANH M C B NG BI U dung Trang 18 18 18 18 21 3.6 24 24 27 áp 38 41 43 48 S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 37 53,26 6,08495E-05 115,33 0,000134527 B ng 4.1 B ng tính tốn giá tr momen T b ng 4.1 xây d 177,78 0,00019176 bi n d ng giá tr t qu c n áp nh l i giá tr i E cho v t li u tr MZ(N.m) 200.00 MZ = 893919 R² = 0,9954 180.00 160.00 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 0.00005 Hình 4.3 0.0001 0.00015 th m 0.0002 0.00025 a momen bi n d ng Mz = 893919 (1) gi a momen bi n d ng c a v t li u 18Mn2Si Do trình tính tốn, thi t k tr tra c u l y giá tr i chung cho lo i thép E = 200GPa Tuy nhiên, th c t m i m t lo i v t li u s có m t giá tr h i riêng Vì v y vi c ti n hành thí nghi m xây d c nh l i giá tr bi n d ng i th c t c a thép 18Mn2Si T d ng th ng b c nh t: y = kx, v i k h s góc c a ng th ng Theo (3.13), b ng 3.2, 3.4 S hóa b i Trung tâm H c li u c h th c: http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 38 Vi li nh l i giá tr modun E cho v t li u 18Mn2Si s xây d ng d thi t k m ch hi n th giá tr momen cho tr Mz (N.m) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Vout(mV) 1,11866E-06 2,23732E-06 3,35598E-06 4,47464E-06 5,5933E-06 6,71195E-06 7,83061E-06 8,94927E-06 1,00679E-05 1,11866E-05 1,23053E-05 1,34239E-05 1,45426E-05 1,56612E-05 1,67799E-05 1,78985E-05 1,90172E-05 2,01359E-05 2,12545E-05 2,23732E-05 2,34918E-05 2,46105E-05 2,57292E-05 2,68478E-05 2,79665E-05 2,30444E-05 4,60888E-05 6,91331E-05 9,21775E-05 0,000115222 0,000138266 0,000161311 0,000184355 0,000207399 0,000230444 0,000253488 0,000276533 0,000299577 0,000322621 0,000345666 0,00036871 0,000391754 0,000414799 0,000437843 0,000460888 0,000483932 0,000506976 0,000530021 0,000553065 0,000576109 S hóa b i Trung tâm H c li u Mz (N.m) 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 Vout(mV) 3,46784E-05 3,57971E-05 3,69158E-05 3,80344E-05 3,91531E-05 4,02717E-05 4,13904E-05 4,2509E-05 4,36277E-05 4,47464E-05 4,5865E-05 4,69837E-05 4,81023E-05 4,9221E-05 5,03397E-05 5,14583E-05 5,2577E-05 5,36956E-05 5,48143E-05 5,5933E-05 5,70516E-05 5,81703E-05 5,92889E-05 6,04076E-05 6,15263E-05 0,000714376 0,00073742 0,000760464 0,000783509 0,000806553 0,000829598 0,000852642 0,000875686 0,000898731 0,000921775 0,00094482 0,000967864 0,000990908 0,001013953 0,001036997 0,001060041 0,001083086 0,00110613 0,001129175 0,001152219 0,001175263 0,001198308 0,001221352 0,001244396 0,001267441 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 39 26 27 28 29 30 2,90851E-05 3,02038E-05 3,13225E-05 3,24411E-05 3,35598E-05 0,000599154 0,000622198 0,000645243 0,000668287 0,000691331 56 57 58 59 60 B ng 4.3 B ng d li u xây d ng m ch khu ch Mz (N.m) 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 Vout(mV) 6,82382E-05 6,93569E-05 7,04755E-05 7,15942E-05 7,27128E-05 7,38315E-05 7,49502E-05 7,60688E-05 7,71875E-05 7,83061E-05 7,94248E-05 8,05435E-05 8,16621E-05 8,27808E-05 8,38994E-05 8,50181E-05 8,61368E-05 8,72554E-05 8,83741E-05 8,94927E-05 9,06114E-05 9,173E-05 9,28487E-05 9,39674E-05 9,5086E-05 0,00140571 0,00142875 0,0014518 0,00147484 0,00149788 0,00152093 0,00154397 0,00156702 0,00159006 0,00161311 0,00163615 0,0016592 0,00168224 0,00170528 0,00172833 0,00175137 0,00177442 0,00179746 0,00182051 0,00184355 0,00186659 0,00188964 0,00191268 0,00193573 0,00195877 S hóa b i Trung tâm H c li u Mz (N.m) 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 6,26449E-05 6,37636E-05 6,48822E-05 6,60009E-05 6,71195E-05 0,001290485 0,00131353 0,001336574 0,001359618 0,001382663 u thi t b 3B18 Vout(mV) 0,000101798 0,000102917 0,000104035 0,000105154 0,000106273 0,000107391 0,00010851 0,000109629 0,000110747 0,000111866 0,000112985 0,000114103 0,000115222 0,000116341 0,000117459 0,000118578 0,000119697 0,000120815 0,000121934 0,000123053 0,000124171 0,00012529 0,000126408 0,000127527 0,000128646 0,002097038 0,002120083 0,002143127 0,002166172 0,002189216 0,00221226 0,002235305 0,002258349 0,002281393 0,002304438 0,002327482 0,002350527 0,002373571 0,002396615 0,00241966 0,002442704 0,002465748 0,002488793 0,002511837 0,002534882 0,002557926 0,00258097 0,002604015 0,002627059 0,002650103 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 40 86 87 88 89 90 9,62047E-05 9,73233E-05 9,8442E-05 9,95607E-05 0,000100679 0,00198182 0,00200486 0,00202791 0,00205095 0,00207399 116 117 118 119 120 B ng 4.3 B ng d li u xây d ng m ch khu ch Mz (N.m) 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 Vout(mV) 0,000135358 0,000136476 0,000137595 0,000138714 0,000139832 0,000140951 0,00014207 0,000143188 0,000144307 0,000145426 0,000146544 0,000147663 0,000148782 0,0001499 0,000151019 0,000152138 0,000153256 0,000154375 0,000155494 0,000156612 0,000157731 0,00015885 0,000159968 0,000161087 0,00278837 0,002811414 0,002834459 0,002857503 0,002880547 0,002903592 0,002926636 0,00294968 0,002972725 0,002995769 0,003018814 0,003041858 0,003064902 0,003087947 0,003110991 0,003134035 0,00315708 0,003180124 0,003203169 0,003226213 0,003249257 0,003272302 0,003295346 0,00331839 S hóa b i Trung tâm H c li u Mz (N.m) 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 0,000129764 0,000130883 0,000132002 0,00013312 0,000134239 p áp 0,002673148 0,002696192 0,002719237 0,002742281 0,002765325 u thi t b 3B18 Vout(mV) 0,000191291 0,000192409 0,000193528 0,000194647 0,000195765 0,000196884 0,000198003 0,000199121 0,00020024 0,000201359 0,000202477 0,000203596 0,000204715 0,000205833 0,000206952 0,000208071 0,000209189 0,000210308 0,000211427 0,000212545 0,000213664 0,000214783 0,000215901 0,00021702 0,003940589 0,003963633 0,003986677 0,004009722 0,004032766 0,004055811 0,004078855 0,004101899 0,004124944 0,004147988 0,004171032 0,004194077 0,004217121 0,004240166 0,00426321 0,004286254 0,004309299 0,004332343 0,004355387 0,004378432 0,004401476 0,004424521 0,004447565 0,004470609 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 41 145 146 147 148 149 150 0,000162206 0,000163324 0,000164443 0,000165562 0,00016668 0,000167799 0,003341435 0,003364479 0,003387524 0,003410568 0,003433612 0,003456657 195 196 197 198 199 200 0,000218139 0,000219257 0,000220376 0,000221495 0,000222613 0,000223732 B ng 4.3 B ng d li u xây d ng m ch khu ch K t qu tính tốn b k m ch khu ch p áp 0,004493654 0,004516698 0,004539743 0,004562787 0,004585831 0,004608876 u thi t b 3B18 xây d i hi n th giá tr momen cho tr c thi t ti n hành o momen sau: 0.005 Vout = 2E-05Mz R² = 0.0045 0.004 0.0035 0.003 0.0025 0.002 0.0015 0.001 0.0005 0 50 100 150 200 250 Mz (N.m) Hình 4.4 th m -5 giá tr ng v i m a momen bi n d ng Mz (mV) d t k m ch khu bi n d ng tr S hóa b i Trung tâm H c li u i hi n th http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 42 4.3 K t lu n 4.3.1 Nh ng k t qu - c thi t k ch t o thành cơng thi t b ÷ 200 Nm kho + Làm ch n c m tay v i c công ngh dán, s d ng Strain gauge tr c kim lo i + Làm ch xo n khác c thi t k c tr c ch u xo n + Thi t b v i sai s 1- R2= 0,0056 gi xác cao th hi n b th (hình 4.3) + Thi t b sau ch t ph n l c (Wrench) có bán th hi n th r t nh kho ng 1,7% c ki m nghi m v i thi t b n d ng ng nh n th y s chêch l ch giá tr momen 4.3.3 Nh ng kh c ph c m h n ch - c thi t b - ti n t i s n ph t b có bán th ic thi t b thí nghi m hi u ch + Thi t k , ch t o b khu + Có nhu c ng u ki n sau: xác cao i hi n th chuyên dùng t hang thi t b S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 43 TÀI LI U THAM KH O Tr nh Ch t PGS thi t k n, Tính tốn thi t k h d p 1, , S tay n Ch p 1, 2, 3 Jame M Gere, Mechanics al of materials, sixth edition Practical strain gage measurement Website: www.omega.com/techref/pdf/StrainGage_Measurement.pdf S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 44 PH L C B ng k t qu giá tr n áp momen giá tr n áp bi n d ng tr c D (mV) Vout Vout (mV) Q Vout (mV) 0,012 0,0499 0,014 0,041 0,036 0,12 0,05 0,1935 0,088 0,3343 0,089 0,3401 0,114 0,4193 0,139 0,5014 0,14 0,53 0,154 0,5982 0,212 0,7243 0,22 0,8475 0,223 0,8475 0,277 0,953 0,297 1,0117 0,301 1,1085 0,302 1,1173 0,348 1,2111 0,375 1,3372 0,394 1,39 0,41 1,4144 0,427 1,48888 0,442 1,5307 0,464 1,5801 0,00012475 0,0001025 0,0003 0,00048375 0,00083575 0,00085025 0,00104825 0,0012535 0,001325 0,0014955 0,00181075 0,00211875 0,00211875 0,0023825 0,00252925 0,00277125 0,00279325 0,00302775 0,003343 0,003475 0,003536 0,0037222 0,00382675 0,00395025 B ng B ng giá tr S hóa b i Trung tâm H c li u n áp momen giá tr n áp bi n d ng http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 45 y m ch hi n th giá tr n áp bi n d ng #include File myFile; /// int maxin=5; /// float hs1=0.01568; float hs2=0.0156; // const int data_A = 3; const int data_B = 4; const int data_C = 5; const int data_D = 6; //// const int led_A = 8; const int led_B = 9; const int led_C = 10; const int Point = 11; /// int sensor = A0; int Value = 0; float out =0; float old =0; float tmp; // int dataout[]={4,5,6,7,8}; int rest=5; //////////////// void setup() { S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 46 // set the digital pins as outputs: pinMode(data_A, OUTPUT); pinMode(data_B, OUTPUT); pinMode(data_C, OUTPUT); pinMode(data_D, OUTPUT); pinMode(led_A, OUTPUT); pinMode(led_B, OUTPUT); pinMode(led_C, OUTPUT); pinMode(Point, OUTPUT); /// if (!SD.begin(4)) { // digitalWrite(5,HIGH); // return; } } void loop() { tmp=readad(); out=momen(tmp); if (abs(out-old)>=0.0001){ toBCD(out); old=out; } for (int i=4; i >= 0; i ){ writeled(i,dataout[i]); delay(2); } } S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 47 float momen(float input){ return (input-hs2)/hs1; } // float mapad(float x, float in_min, float in_max, float out_min, float out_max) { return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min; } /// float readad(){ Value = analogRead(sensor); return mapad(Value,0,1023,0,maxin); } void writesd(int value){ myFile = SD.open("example.txt", FILE_WRITE); myFile.println(value); myFile.close(); } void writeled(int pos, int num) { // turn off all of leds digitalWrite(led_A,HIGH); digitalWrite(led_B,HIGH); digitalWrite(led_C,HIGH); // OUT NUMBER FOR PRINTING switch (num) { case 0: digitalWrite(data_D,LOW); digitalWrite(data_C,LOW); digitalWrite(data_B,LOW); S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 48 digitalWrite(data_A,LOW); break; case 1: digitalWrite(data_D,LOW); digitalWrite(data_C,LOW); digitalWrite(data_B,LOW); digitalWrite(data_A,HIGH); break; case 2: digitalWrite(data_D,LOW); digitalWrite(data_C,LOW); digitalWrite(data_B,HIGH); digitalWrite(data_A,LOW); break; case 3: digitalWrite(data_D,LOW); digitalWrite(data_C,LOW); digitalWrite(data_B,HIGH); digitalWrite(data_A,HIGH); break; case 4: digitalWrite(data_D,LOW); digitalWrite(data_C,HIGH); digitalWrite(data_B,LOW); digitalWrite(data_A,LOW); break; case 5: digitalWrite(data_D,LOW); digitalWrite(data_C,HIGH); digitalWrite(data_B,LOW); S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 49 digitalWrite(data_A,HIGH); break; case 7: digitalWrite(data_D,LOW); digitalWrite(data_C,HIGH); digitalWrite(data_B,HIGH); digitalWrite(data_A,HIGH); break; case 8: digitalWrite(data_D,HIGH); digitalWrite(data_C,LOW); digitalWrite(data_B,LOW); digitalWrite(data_A,LOW); break; case 9: digitalWrite(data_D,HIGH); digitalWrite(data_C,LOW); digitalWrite(data_B,LOW); digitalWrite(data_A,HIGH); } /// TURN ON LED switch (pos) { case 0: digitalWrite(led_A,LOW); digitalWrite(led_B,LOW); digitalWrite(led_C,LOW); digitalWrite(Point,HIGH); break; case 1: S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 50 digitalWrite(led_A,HIGH); digitalWrite(led_B,LOW); digitalWrite(led_C,LOW); digitalWrite(Point,HIGH); break; case 2: digitalWrite(led_A,LOW); digitalWrite(led_B,HIGH); digitalWrite(led_C,LOW); digitalWrite(Point,LOW); break; case 3: digitalWrite(led_A,HIGH); digitalWrite(led_B,HIGH); digitalWrite(led_C,LOW); digitalWrite(Point,LOW); break; case 4: digitalWrite(led_A,LOW); digitalWrite(led_B,LOW); digitalWrite(led_C,HIGH); digitalWrite(Point,LOW); } } void toBCD(float num){ long newnum=(long)(num*pow(10,4)); for (int i=4;i>=0;i ){ dataout[i]=newnum%10; newnum=newnum/10; } S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 51 } S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... xo n Momen xo n Hình1.6 Tr c m u dán strain gauge S hóa b i Trung tâm H c li u http://www.lrc-tnu.edu.vn/ n n quan tr ng ch t o d ng c d c n momen bi n d ng n momen bi n i tác d ng c a momen. .. c n momen xo n ng n i ti p Vi c xây d ng bi n d ng có th th c hi n b ng hai cách M bi n d ng xo n bi n d ng có th c xác nh gián ti p thơng qua vi momen xo n góc xo n tr c m u ch u xo n nh momen. .. tr c u bi n d ng : Vout Vin R R GF B bi i momen d ng v i h s khu bi n i Ka B hi n th giá tr momen nguyên lí ch t o tr S hóa b i Trung tâm H c li u momen xo n http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 19 THI