Đồ án máy thử tay bền thắng

Contents CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.1 Lý chọn đề tài 1.1.2 Giới thiệu hệ thống kiểm tra độ bền vật liệu nhựa composite 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NHƯA-PA6 1.3.1 Cấu tạo .5 1.3.2 Tính chất .7 1.3.3 Ứng dụng 1.3.4 Vật liệu composite PA6 30% sợi thủy tinh CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .13 2.1 SỨC BỀN VẬT LIỆU .13 2.1.1 Lực tác dụng .13 2.1.2 Trạng thái ứng suất điểm .13 2.1.3 Quan hệ ứng suất biến dạng: 15 2.2 LÝ THUYẾT BỀN 17 2.2.1 Thế biến dạng đàn hồi .17 2.2.2 Lý thuyết bền 18 2.2.3 Tiêu chuẩn Việt Nam việc thử bền tay thắng .22 CHƯƠNG NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 26 3.1 CÁC DỮ LIỆU THIẾT KẾ .26 3.1.1 Hệ thống thủy lực máy .26 3.1.2 Hệ thống đo 52 3.2 YÊU CẦU VÀ THÔNG SỐ KĨ THUẬT 53 CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MÁY THỬ ĐỘ BỀN TAY THẰNG BẰNG COMPOSITE 55 4.1 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU .55 4.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY THỬ ĐỘ BỀN .55 4.2.1 Phần thủy lực 55 4.2.2 Bộ đo xử lý liệu .66 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.1 Lý chọn đề tài  Tình hình sử dụng xe máy nước: Trong gần 20 năm qua, nhờ nỗ lực tâm toàn Đảng toàn dân ta việc thực chủ trương sách đắn Đảng, kinh tế Việt Nam đạt thành tựu quan trọng có tính bước ngoặt đường xây dựng đổi đất nước Việc thực sách mở cửa hội nhập với kinh tế nước khu vực giới làm cho kinh tế Việt Nam phát triển đạt thành tựu đáng kể Tốc độ tăng trưởng tổng sản phẩm nước (GDP) bình quân đạt 7%/năm nhiều năm, đặc biệt giai đoạn 1991-1995 (đạt 8,2%/năm) GDP bình quân đầu người giai đoạn 1996-2000 462 USD, ước thực giai đoạn 2001-2005 600 USD Nguồn vốn đầu tư trực tiếp nước ngòai (FDI) giai đoạn 2001-2005 cấp bổ sung đạt 15-16 tỷ USD, tăng gấp 1,5 lần so với giai đoạn 1996-2000 Cũng nhu cầu tự nhiên ăn, mặc, nhu cầu khác khơng thể thiếu người sống phương tiện lại hay gọi phương tiện giao thông Và để đáp ứng đựơc nhu cầu người dân hàng loạt phương tiện giao thông đựơc nghiên cứu, sản xuất đưa vào sử dụng ô tô, xe máy, xe đạp điện… Nếu Việt Nam khoảng hai thập niên trước đây, xe máy mang tính thiểu số, vị nể với tư cách sản phẩm tân kỳ, tài sản lớn phương tiện giao thơng năm gần đây, xe máy trở nên phổ biến trở thành phương tiện giao thơng đại đa số người dân Hiện nay, có hộ gia đình có 1, chí có đến 3, xe máy nhà Trong cấu tham gia giao thông đô thị Việt Nam, số liệu cho biết: xe máy chiếm vị trí đầu bảng với tỉ lệ khoảng 61% tổng phương tiện giao thơng Chỉ riêng thành phố Hồ Chí Minh có triệu xe máy, Hà Nội số khoảng triệu xe, khơng kể đến số lượng xe không nhỏ vùng khác Ngồi ra, thu nhập bình qn người Việt Nam nay, xe máy lựa chọn phù hợp – có giá tương đối phù hợp (nhiều xe máy Trung Quốc có giá rẻ) Nhận biết nhu cầu khổng lồ xe máy nên thời gian qua có nhiều nhà cung cấp thị trường xe máy Việt Nam Các hãng xe máy tiếng giới như: Honda, SYM, Suzuki, Yamaha… tiến hành liên doanh với Việt Nam để sản xuất cung cấp cho người tiêu dùng Việt Nam Thêm vào đó, năm trở lại đây, thị trường xe máy đa dạng đa dạng xe máy Trung Quốc nhập sản xuất ạt Việt Nam Sản phẩm xe máy Trung Quốc với ưu giá rẻ, chủng loại phong phú thực phù hợp với người tiêu dùng Việt Nam có nhu cầu sử dụng xe máy song thu nhập thấp người dân có nhu cầu đổi kiểu dáng xe khơng có đủ tiền… Qua phân tích ta thấy nhu cầu sử dụng xe máy thị trường Việt Nam lớn Trước thực trạng đó, có nhiều hội thách thức để tiếp tục tạo dựng trì lòng tin người tiêu dùng Việt Nam hãng sản xuất xe máy sản phẩm mà công ty tiến hành sản xuất - lắp ráp  Phụ tùng cho xe máy nước: Do hàng nhái chủ yếu sản xuất công nghệ thủ công chất liệu không đạt chuẩn, nhiều loại pha trộn hợp chất chất lượng nên độ xác tuổi thọ kém, nhanh hỏng không an toàn cho người sử dụng Ban đầu, sử dụng phụ tùng chất lượng, người tiêu dùng chưa nhận biết tác hại Nhưng sau thời gian, phận dần bị hư hại, kéo theo độ bền xe ngày giảm, làm hư hại phận liên quan Phụ tùng nhái tiềm tàng nguy trục trặc bạn điều khiển xe, dẫn tới nguy xảy tai nạn gây thương tật chí nguy hiểm tới tính mạng Điều đáng nói hàng nhái sản suất ngày tinh vi giống với hàng thật, nên người tiêu dùng khó phân biệt Một lí khác khiến loại phụ tùng bị phát giác đa phần khách hàng sửa xe thường khơng có kiến thức chun mơn nên hay phó mặc cho thợ sửa xe việc lựa chọn phụ tùng, linh kiện để thay  Lý chọn đề tài: Một phận quan xe máy tay thắng xe Đây phận đơn giản có vai trò quan trọng q trình di chuyển, giúp an tồn tình bất ngờ lưu thông Hiện loại tay thắng chủ yếu thị trường làm nhôm gang với chất lượng không tốt giá thành cao Cũng mà trường Đại học sư phạm kỹ thuật chúng em, hướng dẫn thầy Phạm Sơn Minh thầy Trần Minh Thế Uyên nghiên cứu, chế tạo thành công tay thắng làm từ composite PA6 với lõi 30% sợi thủy tinh Đặc điểm sản phẩm làm từ composite nên có độ bền cao khơng bị oxi hóa từ tác nhân mơi trường, giá thành tay thắng rẻ Tuy nhiên vấn đề gặp phải việc kiểm định cho sản phẩm Hiện việc kiểm định khó khăn sản phẩm phải trải qua trình đo kiểm, đạt đủ tiêu chuẩn đưa vào thị trường Ngoài việc kiểm định cần phải có máy móc, thiết bị chuyên dụng so sánh đánh giá Có thiết bị kiểm định bán thị trường với giá thành cao Chính lý nên nhóm em với hướng dẫn thầy Phạm Sơn Minh nghiên cứu chế tạo máy thử bền tay thắng composite 1.1.2 Giới thiệu hệ thống kiểm tra độ bền vật liệu nhựa composite  Hệ thống kiểm tra độ bền mỏi CRT-SA4PT-BB - Hệ thống kiểm tra độ bền mỏi uốn điểm hoạt động khí nén Được cấp giấy chứng nhận UKAS - Phù hợp tiêu chuẩn:  EN 12697-24 Annex D  EN 12697-26 Annex B  AASHTO T321-03 (TP8) - - Hình 1.1: máy kiểm tra độ bền CRT-SA4PT-BB Ưu điểm  Công nghệ servo khí nén tiên tiến giảm ma sát cho hiệu suất cao  Lấy kỹ thuật số thu thập liệu  Hệ thống điều khiển tốc độ cao vs phần mềm tiên tiến  Tương thích với Microsoft Excel  Kẹp mẫu theo thông số kỹ thuật AASHTO  Hệ thống tải khép kín Nhược điểm  Giá thành cao  Kết cấu to, cồng kềnh  Hệ thống kiểm tra độ bền mỏi FTG-8-D Hình 1.2: Hệ thống kiểm tra độ bền mỏi FTG-8-D - Tiêu chuẩn phù hợp: IS 5075 – 1969 - Ưu điểm  Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ gọn, thiết kế đơn giản  Điều khiển dạng bảng  Hệ thống đòn bẩy đơn giản cho việc thay đổi tải trọng tức thời - Nhược điểm  Sai số 1%  Kết cấu to, cồng kềnh 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Tìm hiểu cách thử độ bền cho chi tiết sức bền vật liệu để áp dụng vào việc thử độ bền sản phẩm Việc thử độ bền đóng vai trò quan trọng q trình sản xuất sản phẩm phục vụ đời sống, dựa vào ta giảm bớt sản phẩm không đạt yêu cầu đến với người tiêu dùng Hơn điều tất yếu để kiểm tra xem thiết kế vật liệu cấu thành sản phẩm phù hợp với điều kiện hoạt động hay chưa Qua ta phát sai sót q trình thiết kế chế tạo, đồng thời giảm số lượng phế phẩm, nâng cao chất lượng sản phẩm giá trị Đây điều mong muốn tất doanh nghiệp, máy thử độ bền giải pháp bước tối ưu tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt 1.3 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NHƯA-Pa6 1.1.3 Cấu tạo Polyamide (PA) polymer chứa monomer amide nối với liên kết peptide Các polyamide tổng hợp tự nhiên, ví dụ protein (tơ len) nhân tạo ví dụ nylon, sodium poly PA6 hay gọi Nylon hay polycaprolactam loại polyme phát triển Paul Schlack dạng polyamit bán kết tinh Không nylon khác, nylon khơng hình thành từ q trình ngưng tự polymer mà từ q trình polymer hóa mở vòng Cùng với nylon 6,6; nylon đóng góp phần quan trọng công nghiệp sợi tổng hợp Nylon sửa đổi cách sử dụng comonomers ổn định trình trùng hợp để giới thiệu kết thúc chuỗi nhóm chức năng, mà thay đổi tính phản ứng tính chất hóa học Nó thường thực để thay đổi tính thấm chậm cháy Nylon tổng hợp q trình trùng hợp mở vòng caprolactam Caprolactam có nguyên tử cacbon, 'Nylon 6' Khi caprolactam đun nóng khoảng 533 K bầu khơng khí trơ nitơ khoảng 4-5 giờ, vòng vỡ trải qua trùng hợp Sau đó, khối lượng nóng chảy truyền qua spinner để tạo thành sợi nylon Hình 1.3: Quá trình trùng hợp tạo liên kết Trong trình trùng hợp, liên kết amit phân tử caprolactam bị phá vỡ, với nhóm hoạt động bên tái tạo thành hai liên kết monomer trở thành phần xương sống polymer Không giống nylon 6,6, hướng liên kết amit đảo ngược liên kết, tất liên kết nylon amit nằm Thông số kỹ thuật nhựa PA6 Màusắc: Trắng, đen Khối lượng riêng: 1,15g/cm³ Modulus đàn hồi 3.500 MPa Nhiệt độ làm việc dài hạn: 100°C Nhiệt độ làm việc ngắn hạn: 170°C Nhiệt độ thấp nhất: -40°C Hình 1.4: Cấu tạo vật liệu PA6 hay Nylon6  Thành phần cốt lõi [1] Nhóm sợi khống chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil Các nhóm sợi khác phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa,…; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic,…; sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron, térylène, ), sợi polyamit,…; sợi kim loại: thép, đồng, nhơm,… 1.1.4 Tính chất Trọng lượng riêng 1,25g/cc Hấp thu nước Tính chất vật lý Hấp thu nước – bão hòa Độ cứng (Rockwell M) Độ bền kéo Tính chất học Độ dãn phá hủy Độ bền uốn Độ bền nén Hệ số ma sát động Điện trở bề mặt Đặc tính điện mét vng Nhiệt độ nóng chảy Đặc tính nhiệt Nhiệt độ làm việc tối đa Axit mạnh (PH 1-3) ASTM D792 Ngâm 24h; ASTM 0.60 % D570(2) Ngâm nước; 0.70% ASTM D570(2) ASTM D785 85 800 MPa 15% 352 MPa 600MPa 0.30 ≥ ohm ASTM D638 ASTM D638 ASTM D790 ASTM D695 QTM 55007 EOS/ESD S11.11 216°C °C ASTM D3418 Làm việc dài hạn Không cho phép Axit yếu Hạn chế Cồn Hạn chế Kiểm mạnh (PH 11- Không 14) cho phép Dung mơi Clo Hạn chế Thuộc tính kháng hóa chất Ánh sáng mặt trời Hạn chế chiếu liên tục Nước nóng Hạn chế Hidrocacbon- chất béo Cho phép Hidrocacbon- thơm Cho phép Muối vô Cho phép Xeton, este Cho phép Nylon có độ bền kéo cao, độ đàn hồi độ bóng Chúng chống nếp nhăn có khả chịu mài mòn cao hóa chất axit kiềm Các sợi hấp thụ tới 2,4% nước, điều làm giảm độ bền kéo Nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh Nylon 47 ° C Là sợi tổng hợp, Nylon nói chung màu trắng nhuộm dung dịch tắm trước sản xuất cho kết màu khác Độ bền từ đến 8,5 gm / den với mật độ 1,14 gm / cc Điểm nóng chảy 215 ° C bảo vệ nhiệt lên đến 150 ° C trung bình  Đặc tính nhựa PA6 (Nylon6): Nhựa PA6 gảm xóc tốt, cách điện, tính chất mài mòn tốt, kháng với nhiều loại dầu, mỡ bơi trơn nhiên liệu, dẻo dai cao Cách điện nhiệt tốt, dễ dàng gia công, dễ dàng hàn kết dính Dễ nứt điều kiện khơ chống dính Nhựa Pa6 có tính trượt tốt, chống rung, chịu tác động mạnh thời gian dài Hấp thu nước thấp nhất, chế tự cân nước nội làm cho vật liệu có độ cứng cao, khả chịu nhiều loại dầu, mỡ bôi trơn, nhiên liệu diesel Khi sản xuất nhựa bán thành phẩm, có phân biệt q trình đùn đúc Quá trình đúc cho phép sản xuất sản với kích thước lớn mức độ cao tinh  Ưu điểm - Độ bền độ cứng cao - Khả chịu va đập tốt - Khả chịu nhiệt độ cao - Chịu ẩm tốt - Chống mài mòn tốt - Hệ số ma sát thấp - An toàn với thực phẩm - Độ bền dung môi hữu tốt  Nhược điểm - Độ bền kích thước - Khả chống axit 1.1.5 Ứng dụng - Sử dụng làm đệm chống mài mòn, cấu trúc - Chi tiết chịu lực, bánh răng, chi tiết bơm - Ốc nối, trượt, bánh xe lăn Ngoài nhựa Pa6 sử dụng tất lĩnh vực thiết kế Máy thực với cơng cụ tiêu chuẩn máy thông thường gỗ gia công kim loại Thức ăn chăn nuôi cao cắt tốc độ phát triển sản xuất hiệu Trong ngành khí tơ, sản xuất giày, đóng tàu, kỹ thuật điện, máy móc thiết bị xây dựng, bánh răng, hệ thống băng tải, trục loại, ngành công nghiệp dệt may 1.1.6 Vật liệu composite PA6 30% sợi thủy tinh Composite với chất PA6 lõi 3% sợi thủy tinh có tính chất đặc điểm: Property Test Condition Unit Stand ard Value d.a m Rheological properties C Melt volume260 °C; kg flow rate Molding shrinkage, parallel Molding shrinkage, normal Post- shrinkage, parallel Post- shrinkage, normal cm³/ ISO (10 1133 min) % acc ISO 2577 150x105x3; 280 °C / MT 80 °C; 500 bar 150x105x3; 280 °C / MT 80 °C; 500 bar 150x105x3; 120 °C; h 150x105x3; 120 °C; h 14 0.1 % acc ISO 2577 0.8 % acc ISO 2577 acc ISO 2577 0.0 0.1 % c ond Mechanical properties (23 °C/50 % r h.) C C Tensile modulus Tensile Stress at break C Tensile Strain at break mm/min MPa ISO 527-1,-2 MPa ISO 527-1,-2 % ISO 527-1,-2 mm/min mm/min 980 180 3.0 100 05 Hình 4.1: Xy lanh thủy lực Đường kính xylanh: Ta có: F = P.A1 = P Trong : _ F : lực tạo đầu cần piston (N) _ P : áp suất làm việc xylanh (bar) _ D : đường kính xylanh (m) _A1 : diện tích tác dụng (m2) Vậy đường kính xylanh : D = = = 0,356 (m) Ta chọn đường kính xylanh : D = 350 (mm) ; đường kính ngồi xylanh : Dng = 370 (mm) Đường kính cần piston : Dc = (0,60,8).D = (0,60,8).350 = (210280) (mm) Vậy chọn đường kính cần piston : 210 (mm) + Tính tốn thơng số động học : Lưu lượng cấp cho xylanh : Q = F.v Trong : _Q : lưu lượng cấp cho xylanh (m3/s) _F : diện tích tác dụng xylanh (m2) _v : vận tốc cần piston (m/s) Tốc độ cần piston hành trình tiến : v1 = = = (m/s) Lưu lượng cấp cho xylanh hành trình ép là: Q1 = F1.v1 = v1 Q1 = = 1,4.10-3 (m3/s) Tốc độ cần piston hành trình lùi là: v2 = = = 0,015 (m/s) Lưu lượng cấp cho xylanh hành trình lùi là: Q2 = F2.v2 = v2 Q2 = 0,015 = 6.15.10-4 (m3/s) Nhận thấy Q1 > Q2 , lưu lượng bơm nguồn chọn theo Q1 Tính tốn sơ bộ tăng áp + Bộ tăng áp máy thủy lực piston dẫn động thủy lực + Ta có: = Trong : _Pb : áp suất bơm nguồn (bar) _P : áp suất làm việc xylanh ép (bar) _D1 : đường kính piston lớn (m) _d2 : đường kính piston nhỏ (m) D12 Pb = 250.d22 Chọn Pb = 50 (bar) D1 = d2 Chọn d2 = 300 (mm) D1 = 67,08 (mm); chọn D1 = 70 (mm) Tính tốn đường ống: 52 + Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng công tác vận chuyển từ bể dầu qua bơm nguồn đến van, cấu chấp hành hồi bể nhờ hệ thống đường ống dẫn thủy lực + Đường ống thủy lực cần đảm bảo yêu cầu sau: - Đảm bảo độ bền cần thiết - Đảm bảo hao phí áp suất thấp - Đảm bảo khơng rò rỉ - Đảm bảo khơng chứa tạo bong bóng khí, nước + Vì áp suất làm việc hệ thống cao môi trường hoạt động máy ép nên ta chọn ống dẫn cứng sản xuất từ thép + Chia đường ống thủy lực máy ép đoạn: - Đường ống hút : đoạn từ bể dầu đến bơm nguồn Vận tốc hút v1 = (0,81,2) (m/s) - Đường ống đẩy ,nén: đoạn từ bơm nguồn đến van, tăng áp xylanh ép Vận tốc đẩy, nén v2 = (35) (m/s) - Đường ống xả: đường ống hồi bể dầu Vận tốc xả v = (11,6) (m/s) + Đường kính đường ống tính theo cơng thức: d= Trong đó: _d: đường kính ống (m) _Q: lưu lượng chảy qua ống (m /s) _v: vận tốc dầu qua ống (m/s) + Bề dày ống tính theo cơng thức: = n Trong đó: _: bề dày ống (m) _Pmax : áp suất lớn dầu qua ống (N/m ) _d : đường kính ống (m) _: ứng suất tới hạn vật liệu làm ống ; = (0,30,35).; chọn vật liệu làm ống thép có = 380(Mpa) = (0,30,35).380 = (114133) Mpa chọn = 125(Mpa) _n : hệ số an tồn, chọn n = 1,5 + Tính tốn đường ống hút: Đường kính đường ống hút là: dh = = = (0,040,05) (m) Chọn dh = 0,04(m) v1 = 1,3(m/s) Bề dày ống hút : = n = 1,5 = 3,6.10-3(m) +Tính tốn đường ống đẩy : Đường kính đường ống đẩy : dd = = = (0,020,026) (m) Chọn dd = 0,026(m) v2 = 3(m/s) Bề dày ống đẩy đoạn trước tăng áp : = n = 1,5 = 2,34.10-3(m) 53 Bề dày ống đẩy đoạn sau tăng áp : = n = 1,5 = 4,68.10-3(m) +Tính tốn đường ống xả: Đường kính đường ống xả là: dx = = = (0,030,04) (m) Chọn dx = 0,03(m) v3 = 1,7(m/s) Bề dày ống xả : = n = 1,5 = 2,7.10-3(m) + Chọn : chiều dài tổng đường ống hút : l1 = 0,6(m) ; chiều dài tổng đường ống đẩy : l2 = 4(m) ; chiều dài tổng đường ống xả : l3 = 3(m) + Tổn thất áp suất toàn hệ thống : = + + Trong : tổn thất áp suất dọc đường ma sát theo chiều dài đường ống gây nên : tổn thất áp suất trở lực cục -: tổng tổn thất qua van lọc hệ thống, chọn =2 (bar) + Ta có : = + + - Hệ số Reynolds đường ống hút : Re1 = = = 1705 < 2300 = = = 0.0375 - Hệ số Reynolds đường ống đẩy : Re2 = = = 1967 < 2300 = = = 0,0325 - Hệ số Renolds đường ống xả : Re3 = = = 1672