Tin học hoá quá trình xác định các thông số ma sát học

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội ======= ======= Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: công nghệ khí Tin học hóa trình xác định thông số ma sát học Nguyễn văn tài Hà nội - 2006 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội ======= ======= Luận văn thạc sĩ khoa học Tin học hóa trình xác định thông số ma sát học Ngành: công nghệ khí Mà số: Nguyễn văn tài Người hướng dẫn khoa học: pgs Ts Ngun Do·n ý Hµ néi - 2006 Mơc lơc Trang Lêi cam ®oan ……………………………………………………… Mơc lơc………………………………………………………… …… Lời nói đầu .4 Chương I: Tổng quan ma sát 1.1 Các đặc trưng ma sát .5 1.1.1 Định nghĩa thuật ngữ 1.1.2 Các đặc trưng ma sát .5 1.1.3 Phân loại ma sát .7 1.1.4 Tổng quan phân loại ma sát 10 1.1.5 Đồ thị nguyên tắc hệ số ma sát 11 1.1.6 Tính hệ số ma sát 13 1.2 Thông số hình häc bỊ mỈt tiÕp xóc…………………………… .14 1.2.1 TiÕp xóc cđa bề mặt 19 1.2.2 Chất lượng bề mặt chi tiết máy 27 1.2.3 Sự tiếp xúc bề mặt có độ nhám lớn 29 1.2.4 tính chất lưu biến tiếp xúc .43 1.2.5 Phương pháp công cụ nghiên cứu bề mặt tiếp xúc 45 1.3 Tính ma sát sở có hình 50 1.3.1 Tính ma sát khô .50 1.3.2 Ma sát giới hạn 54 Chương II: số khái niệm thiết bị 56 sử dụng điện tử 2.1 Thiết bị chuyển ®ỉi tÝn hiƯu t­¬ng tù EM 231- Siemens … 56 2.2 PLC 224- Siemens ……………………………………… .57 2.3 Động bước 59 2.4 Cảm biến 89 2.5 Bộ khuếch đại xung .118 2.6 HƯ thèng camera …………………………………………… 119 Ch­¬ng III: KÕt cÊu hƯ thống máy đo ma sát, 123 đánh giá xử lý 3.1 Sơ đồ máy đo ma sát 123 3.2 Sơ đồ khối điêu khiển 125 Sơ đồ kết nối điều khiển 126 Kết luËn 128 Tài liệu tham khảo 129 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan tất nội dung luận văn tự làm, không chép tài liệu Trừ phần tham khảo đà ghi rõ luận văn Nếu sai hoàn toàn chịu trách nhiệm Người cam đoan Nguyễn Văn Tài Mục lục Trang Lêi cam ®oan ……………………………………………………… Mơc lơc………………………………………………………… …… Lêi nói đầu .4 Chương I: Tổng quan ma sát 1.1 Các đặc trưng ma sát .5 1.1.1 Định nghĩa thuật ngữ 1.1.2 Các đặc trưng ma sát .5 1.1.3 Phân loại ma sát .7 1.1.4 Tổng quan phân loại ma sát 10 1.1.5 Đồ thị nguyên tắc hệ số ma sát 11 1.1.6 Tính hệ số ma sát 13 1.2 Thông số hình học bỊ mỈt tiÕp xóc…………………………… .14 1.2.1 TiÕp xóc cđa bỊ mặt 19 1.2.2 Chất lượng bề mặt chi tiết máy 27 1.2.3 Sự tiếp xúc bề mặt có ®é nh¸m lín…………………… 29 1.2.4 c¸c tÝnh chÊt l­u biÕn tiếp xúc .43 1.2.5 Phương pháp công cụ nghiên cứu bề mặt tiếp xúc 45 1.3 Tính ma sát sở có hình 50 1.3.1 Tính ma sát khô .50 1.3.2 Ma sát giới hạn 54 Chương II: số khái niệm thiết bị 56 sử dụng điện tử 2.1 Thiết bị chuyển đổi tÝn hiƯu t­¬ng tù EM 231- Siemens … 56 2.2 PLC 224- Siemens ……………………………………… .57 2.3 §éng bước 59 2.4 Cảm biến 89 2.5 Bộ khuếch đại xung .118 2.6 Hệ thèng camera …………………………………………… 119 Ch­¬ng III: KÕt cÊu hƯ thèng máy đo ma sát, 123 đánh giá xử lý 3.1 Sơ đồ máy đo ma sát 123 3.2 Sơ đồ khối điêu khiển 125 Sơ đồ kết nối điều khiển 126 Kết luận 128 Tài liệu tham khảo 129 Lời nói đầu Một nhiệm vụ quan trọng ®èi víi ®Êt n­íc ta thêi kú tiÕp cËn với tự động hoá đại hoá phải nâng cao độ tin cậy, tuổi thọ máy móc, dụng cụ, trang thiết bị, máy móc đại dây truyền sản xuất tự động nhằm nâng cao hiệu kinh tế Đặc biệt cần lưu ý tới kỹ thuật ma sát, khoa học tương tác bề mặt tiếp xúc có chuyển động tương đối, bao quát toàn giải pháp có liên quan đến vấn đề mòn, ma sát bôi trơn máy ý nghĩa to lớn kỹ thuật ma sát kinh tế quốc dân chỗ phần lớn máy móc bị hỏng bị gẫy mà mòn hỏng bề mặt ma sát mối liên kết động Để phục hồi máy móc phải tốn phí nhiều tiền của, vật tư, thiết bị, hàng chục vạn công nhân phải tham gia công việc này, hàng vạn máy công cụ sử dụng phân xưởng sửa chữa Ngoài mục đích giảm mòn nầng cao tuổi thọ thiết bị máy móc, kỹ thuật ma sát có nhiệm vụ giảm lực ma sát máy móc thiết kế vận hành Với tiÕn bé cđa khoa häc kü tht vµ sù bïng nổ công nghệ thông tin việc áp dụng ứng dụng điện tử tin học để xác định thông số ma sát học vấn đề cần thiết Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS TS Nguyễn DoÃn ý đà tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trình làm luận văn Học viên Nguyễn Văn Tài Chương I Tổng quan ma sát 1.1 Các đặc trưng ma sát 1.1.1 Định nghĩa, thuật ngữ a) Ma sát: mát lượng học trình: khởi động, chuyển động, dừng b) Ma sát khởi động: mát lượng học trình khởi động c) Ma sát động: mát lượng học trình chuyển động tương đối vùng tiếp xúc d) Ma sát dừng: mát lượng học trình dừng vùng tiếp xúc có chuyển động tương đối e) Lực ma sát: lực cản chuyển động tương đối vật thể vật thể khác, tác dụng ngoại lực pháp tuyến với đường phân giới hai vật thể f) Ma sát ngoại: ma sát xảy bề mặt tiếp xúc hai vật thể độc lập với nhau, có chuyển động tương đối g) Ma sát nội: ma sát xảy trình chuyển ®éng t­¬ng ®èi, cïng mét vËt thĨ h) Ma sát vĩ mô: ma sát kể đến ảnh hưởng yếu tố bề mặt tiếp xúc, lí, hoá, chất lượng bề mặt, chất vật liệu, chế độ làm việc i) Ma sát vi mô: ma sát kể đến chất vật liệu, tính chuyển động phân tử, tính liên kết hoá học nhiệt động học dẫn đến mát lượng học 116 Vùng không phá huỷ: Khi giá trị đại lượng đo đại lượng liên quan đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng vùng không gây nên hư hỏng nằm phạm vi vùng không phá huỷ, đặc trưng cảm biến bị thay đổi, thay đổi không thuận nghịch, tức trở vùng danh định đặc trưng cảm biến không tìm lại giá trị ban đầu chúng Trong tr­êng hỵp nh­ vËy, nÕu mn tiÕp tơc sư dơng cảm biến cần phải tiến hành chuẩn lại Dải đo cảm biến xác định nhiều giá trị giới hạn vùng đại lượng đo mà vùng hoạt động cảm biến đáp ứng yêu cầu đề Thông thường dải đo trùng với vùng danh định đại lượng đo Tuy nhiên tuỳ theo nghiêm ngặt tiêu mà số trường hợp dải đo rộng hẹp vùng danh định 2.5 Bộ khuếch đại xung 2.5.1 Cấu tạo chung Nguồn cấp mạch điều khiển (12V) Nguồn cấp mạch động lực (12V) Tranzito để đóng mở nguồn cấp cho pha IC điều khiển trình đóng mở Tranzito 2.5.2 Nguyên lý làm việc Là thiết bị khuếch đại chia xung cấp cho pha động bước nhận chuỗi xung tõ PLC 117 16 15 14 13 12 11 10 35 Vac/ 45Vdc Load Power Phase D Phase C Rt B Rt D Common Phase B Phase A Step SM C A PLC224 (Vac/12Vdc.Control Power H×nh 35 2.6 HƯ thống camera Hình biểu diễn hoạt động máy Canon ESO Máy thay đổi thấu kính, tiêu cự Chíp điều khiển kiểu M68HC11 máy chíp khác nằm thấu kính, chíp nằm thấu kính để truyền đạt thông tin thấu kính lắp vào phần thân camera Hình biểu diễn sơ đồ khối cho hệ thống 118 Motor drive Two position Shutter button Main microcontr oller Battery test Film reveser Solenoid drive Solenoid drive Arc from drive motor Lens contr Ultrasonic motor ol drive Forward advance Controls mirror Shutter atuator Shutter atuator Lens micro controller I/0 interface LCD Drive Ranger sensor Ranger sensor Aperture control drive Diaphragm stepper motor External Viewfinder display display Flash control Dedicated flas unit Hình 2.36 Khi người chụp ấn nút khơi động máy có thời gian ngừng lại, chíp phần máy hoạt độngtính toán tốc độ mở cửa lỗ ống kính tín hiệu vào từ cảm biến lên hình nhỏ LED Cũng thời gian đó, chps định kiểu tín hiệu vào gửi thông tin đến chíp thấu kính sử lý.Tín hiệu cho motor điều chỉnh tiêu điểm ống kính Khi ấn nút chụp có vài giây để hoàn thành công việc chụp chíp đưa tín hiệu đến thiết bị phản xạ, thay đổi độ hổng theo yêu cầu, mở đóng lại,xem film ®· thùc sù tèt ®Ĩ chơp tiÕp theo Bé cảm biến gồm cảm biến ánh sáng hình 119 C1 C2 B A C3 C4 Hình 2.37 Các loại chương trình thường sử dụng: Nếu B đủ cho A C đặt giá trị A Nếu B đủ cho A C = lấy giá trị C Thông tin chuyển đổi chíp điều khiển thành tốc độ thích hợp giá trị độ mở ống kính hợp lý Nếu camera điều khiển với tốc độ đà chọn trước người chụp giá trị độ mở thấu kính cho trước Tương tự giá trị độ mở thấu kính cho sau tốc độ cung cấp DÃy cảm biến có hai hàng 48 bít, ánh sáng từ đối tượng sau qua thấu kính máy chuyển xuống dÃy cảm biến Khi hình ảnh chiếu xuống tiêu cự khoảng chụp dò giá trị thích hợp, máy đưa khỏi tiêu cự Hầu hết sai lệch để phát lỗi đầu thấu kính Ghi lại thông tin để phản hồi sửa lại cho điều khiển từ chíp đến vào tiêu cự điểm tốt Chương trình sau: Chíp điều khiển: Truyền lệnh điều khiển đến chíp thấu kính Đưa tín hiệu đến dÃy cảm biến Tính toán nhu cầu thÊu kÝnh Gưi tÝn hiƯu ®ã ®Õn chÝp thÊu kÝnh làm việc Gửi tín hiệu thu đến hình Chíp thấu kính: Đợi tín hiệu từ lệnh chíp 120 Xác định khả thấu kính Đợi liệu từ chíp Đọc xử lý tín hiệu Tính toán đến khả để làm công việc khác Nếu thấu kính không đáp ứng công việc gửi thông tin lại để chíp xử lý Object Camera len In focus image Plane of film Photosensor H×nh 2.38 Hệ thống thiết bị màng ngăn dùng môtơ để đóng mở Nó gồm hai dạng: Thiết bị dạng tròn thiết bị môtơ siêu âm Dạng cung tròn dùng nam châm vĩnh cửu Cảm biến dùng để kiểm tra hoạt động roto Thiết bị môtơ dùng để điều chỉnh tiêu cự thấu kính cách xoay quanh trục Dạng môtơ siêu âm có số điện áp dạng nhẫn Khi dòng điện áp có giá trị không đổi điện áp yêu cầu trải theo phân cực dòng điện Bằn cách chuyển đổi dòng điện áp đến giá trị thích hợp dạng sóng truyền qua nhẫn ®iƯn ¸p ®ã theo chiỊu kim ®ång hå, quay nh­ roto 121 Piezoelectric elements Hình2.39 từ điều khiển giá tri tiêu cự Vòng T từ môtơ nhu cầu quay môtơ góc Vòng sáng lên ma sát, ma sát tỉ lƯ víi gãc quay ω: T= c.ω = c dθ/dt Với c: hệ số ma sát, hợp vào ta cã θ= dt c∫ HƯ thèng ®iỊu khiĨn cho môtơ siêu âm hình yn đầu vào, x đầu Chíp xử lý K tỉ lệ đầu vào yn xn đầu K (yn xn) qua DAC để giữ thông số đầu cho môtơ yn xn-1= ( DAC cho xn-1)T/c = K(yn-1 – xn-1)T/c tõ ®ã: xn= [ 1- (KT/c)] xn-1+ (KT/c) yn-1 122 Samping interval Motor output xn-1 DAC output xn x0 Time Microprocessor DAC yn Time Sampied output Motor xn H×nh 2.40 123 Chương III Kết cấu hệ thống máy đo ma sát, đánh giá xử lý 3.1 Sơ đồ máy đo ma sát 3.1.1 Nguyên lý hoạt động Động quay làm trục mang vật liệu quay, tỳ tác dụng tỳ lên vật liệu gây ma sát kéo lệch khung qua,khung gắn cố định kim thị góc lệch lên bảng chia độ 3.1.2 Yêu cầu đặt Cần thay đổi tốc độ trục cách thay ®éng c¬ mét chiỊu b»ng ®éng c¬ b­íc ®iỊu khiĨn tốc độ trê hình máytính Lấy giá trị góc lệch khung lên hình thay cho bảng chia ®é 124 H×nh 3.1 1: Trơc mÉu 3: Mãc treo tảI P1 5: Kim thị 7: Trục quay cần treo tải 9: Khung quay 2: ổ lăn khung quay 4: Cần treo tải 6: đồng hồ đo gãc quay 8: mÉu trªn 10: trơc cã mãc treo tải cân băng Pcb 125 3.2 Sơ đồ khối ®iỊu khiĨn TÝn hiƯu chn tõ cỉng COM m¸y tÝnh RS-232 biến đổi thành chuẩn truyền thông RS- 485 ngược lại Hình 3.2 126 - Cáp chuyển đổi tín hiệu PPI có tác dụng kết nối máy tính PLC ( truyền lệnh điều khiển từ máy tính xuống PLC truyền tín hiệu phản håi tõ PLC vỊ m¸y tÝnh ) - PLC 224 nhận lệnh điều khiển từ máy tính, thu nhận tín hiệu vào từ EM 231 phát lệnh điều khiển động bước ( S/M) thông qua mạch điều khiển động bước, PLC nuôi nguồn 24V - EM 231 Chuyển đổi tín hiệu tương tự từ chiết áp thành tín hiệu số cho PLC xử lý - Cảm biến chiết áp cấp nguồn +5Vdc đo góc lệch khung - Mạch điều khiển động bước nhận tín hiệu điều khiển từ PLC điều khiểntốc độ chiều quay động bước - S/M: động bước đựơc điều khiển từ PLC thông qua mạch điều khiển, S/M cấp nguồn 12Cdc 127 3.3 Sơ đồ kÕt nèi bé ®iỊu khiĨn 120V 24V COM 1M 1L+ 0.0 0.1 Stepping motor Driver Pulse out S/M M M L+ L+ M A+ A- L+ KÕt nèi PLC 224 víi m¸y tÝnh Analog Input Rheo 128 PC RS-232 RS-485 S7- 200 CPU Hình 3.3 - PLC 224 nuôi bëi nguån 24V dc tõ bé nguån Siemens + Ngoµi họ PLC có loại khác 221, 222, 226 + PLC 224 gåm 14 DI vµ 10 DO - EM 231 nuôi nguồn 5V dc từ nguồn riêng + siemens cung cấp thêm dòng EM 235 với dải điện áp vượt trộigồm 0- 1V, 0-5 V 0- 50V - Bộ điều khiển động nhận chuỗi xung dòng 0-5V từ PLC để chia xung khuếch đại trước truyền xuống S/M - Động bước KensHI FH6- 134101 cung cấp nguồn dòng 12V, số U= 2,1; I = A - Cảm biến với dải điện áp 0-5V, tín hiệu Analog Input với độ xác 0,10 129 Kết luận Trong luận văn đà giải nội dung sau: - Thiết kế chế, tạo hệ thống đo xác định thông số ma sát bao gồm hệ thống khí, gá đặt, mẫu, thay đổi kích thước mẫu - Thiết kế truyển đổi từ tín sang tín hiệu tương tự số hoá - Thiết kế hệ thống điều khiển động vô cấp để thay đổi tốc độ cho trình thử mẫu - Thiết kế, kết nối tín hiệu có Analog diaram để nối ghép phần với CPU, để điều khiển hình - Soạn thảo phần mềm điều khiển hiển thị kết hình 130 Tài liƯu tham kh¶o TiÕng viƯt PGS TS Ngun Do·n ý ( 2005), Ma sát mòn bôi trơn, Nhà xuất Xây Dựng TS Nguyễn DoÃn ý Quy hoạch thực nghiệm Nhà xuất khoa - học kỹ thuật, 2003 Nguyễm Anh Tuấn - Nguyễn Văn Thêm (1990) Kỹ thuật ma sát biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Quang Hùng- Trần Ngọc Bình Động bước - kỹ thuật điều khiển ứng dụng Lê Văn Doanh Phạm Thượng Hàn Nguyễn Văn Hoà cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển Kỹ thuật vi xử lý Nhà xuất thống kê Hà Nội Tiếng Anh I V kragelsky.v.v Alisin Friction, Wear, Lubrication Trilobogy hand book Mir Publisher, 1981 Hozt Czichos- Karl - Heinz Habig Trilobogie Hanbuch reibung und Verschleiss Wiesbaden: vieweg 1992 Berlin Braithwaite E.R Solid Lubricants and surfaces, Pergamon Press, 1964 ... quan ma sát 1.1 Các đặc trưng ma sát .5 1.1.1 Định nghĩa thuật ngữ 1.1.2 Các đặc trưng ma sát .5 1.1.3 Phân loại ma sát .7 1.1.4 Tổng quan phân loại ma sát 10 1.1.5 Đồ thị nguyên tắc hệ số ma sát. .. quan ma sát 1.1 Các đặc trưng ma sát .5 1.1.1 Định nghĩa thuật ngữ 1.1.2 Các đặc trưng ma sát .5 1.1.3 Phân loại ma sát .7 1.1.4 Tổng quan phân loại ma sát 10 1.1.5 Đồ thị nguyên tắc hệ số ma sát. .. đặc trưng ma sát 1.1.1 Định nghĩa, thuật ngữ a) Ma sát: mát lượng học trình: khởi động, chuyển động, dừng b) Ma sát khởi động: mát lượng học trình khởi động c) Ma sát động: mát lượng học trình chuyển