THIẾT kế CHẾ tạo máy THÍ NGHIỆM kéo nén DẠNG NHỎ để xác ĐỊNH các THÔNG số cơ TÍNH của vật LIỆU 440ab700

PHAN VĔN TIÊN ĐẠI HỌC ĐÀ N NG TR ỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đ NG XUÂN THỦY LU N VĔN THẠC SĨ KỶ THU T C THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM KÉO NÉN DẠNG NHỎ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG S C TệNH CỦA V T LIỆU KHệ LU N VĔN THẠC SĨ CHUYÊN NGHÀNH: K THU T C NĔM 2018 Đà N ng - Nĕm 2018 KHệ ĐẠI HỌC ĐÀ N NG TR ỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đ NG XUÂN THỦY THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM KÉO NÉN DẠNG NHỎ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG S C TệNH CỦA V T LIỆU Chuyên ngành: K thu t Cơ khí Mã số : 8.52.01.03 LU N VĔN THẠC SĨ K THU T NG ỜI H ỚNG DẪN KHOA HỌC TS TÀO QUANG BẢNG Đà N ng - Nĕm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên c u c a riêng Các số liệu để thiết kế, chế t o máy thí nghiệm kỨo nỨn d ng nhỏ kết qu thực nghiệm kỨo mẫu thử máy nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác gi Đặng Xuơn Th y ii M CL C Trang LỜI CAM ĐOAN i M ω L ω ii DANH M C CÁC CH VIẾT T T v DANH M C CÁC BẢNG vi DANH M C CÁC HÌNH vii TÓM T T ix M Đ U 1 Tính c p thi t đề tài M c tiêu đề tài 3 T ng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 3.1 Ngoài nư c 3.2 Trong nư c Đối tư ng ph m vi nghiên cứu 4.1 Đối tư ng nghiên cứu 4.2 Ph m vi nghiên cứu Cách ti p c n phương pháp nghiên cứu 5.1 Cách ti p c n 5.2 Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Chương I: T NG QUAN I.Gi i thi u lo i v t li u Các tính ch t chung kim lo i h p kim 1.1 Cơ tính 1.2 Bi n d ng đàn h i: 1.3 Bi n d ng dẻo: 2.2 Sự hình thành ứng su t dư 10 2.3 Sự thay đ i thể tích t i tr ng 10 Nh ng nhân tố nh hư ng t i tính dẻo bi n d ng dẻo kim lo i 10 3.1 Ảnh hư ng ứng su t chính: 10 3.2 Ảnh hư ng ứng su t dư 11 3.3 Ảnh hư ng thành ph n hoá h c t chức kim lo i 12 iii 3.4 Ảnh hư ng nhi t độ 12 3.5 Ảnh hư ng tốc độ bi n d ng: 14 Lý tính 14 Hóa tính 15 Tính công ngh 15 Các phương pháp th kim lo i h p kim 16 7.1 Th kéo 16 7.2 Th độ cứng 18 7.3 Chỉ tiêu tính dư i tác d ng t i tr ng động 20 7.4 Độ bền v t li u dư i tác d ng t i tr ng chu kỳ 22 Th nghi m cho nh ng chi ti t có kích thư c nh 23 8.1 Xu hư ng 23 8.2 Máy th nghi m d ng nh 24 8.3 K t lu n 25 Chương 2: 26 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY THệ NGHIỆM KÉO NÉN DẠNG NHỎ 26 2.1 Nghiên cứu, ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh 26 2.1.1 Đặc tính máy thí nghi m kéo nén d ng nh 26 2.1.2 Nguyên lý làm vi c máy thí nghi m kéo nén d ng nh 26 2.1.3 Các ph n t đư c s d ng máy ch t o 27 2.1.4 Thi t k điều khiển giao di n 35 2.2 Các điều ki n th độ xác máy thí nghi m kéo nén d ng nh 37 2.2.1 Điều ki n th 37 2.2.2 Tốc độ th dựa điều khiển tốc độ bi n d ng 38 2.2.3 Báo cáo th 40 2.2.4 K t qu th 41 2.5 K t lu n 48 Chương 3: V T LIỆU VÀ CHI TIẾT THệ NGHIỆM 49 3.1 Các Quy định hình d ng kích thư c m u th kéo kim lo i 49 3.1.1 Hình d ng kích thư c: 49 3.1.2 M u th qua gia công: 49 3.1.3 M u th không gia công 50 3.2 Lo i m u th 50 3.3 Quy trình ch t o chi ti t thí nghi m 55 iv 4.1 Thực nghi m kéo m u thí nghi m v t li u nhơm, thép máy thí nghi m kéo nén d ng nh 57 4.2 K t qu thực nghi m thực t hai m u v t li u m u nhôm m u thép: 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 [2] Partheepan, G., “Design and usage of a simple miniature specimen test setup for the evaluation of mechanical properties”, International Journal of Microstructure and Materials Properties, 1, 2005, 38-50 64 [3] Panayotou N F., “Design and use of Nonstandard Tensile Specimens for Irradiated Materials Testing”, SPT- 888, 2001, 201-219 64 [4] Rosinski S T., “Application of Sub-size specimens in Nuclear Plant Life Extension”, ASTM STP 1204, 2010, 405-416 64 [5] Yuanchao X., “Application of the miniature specimen technique to material irradiation tests and surveillance for reactor components”, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 77, 2000, 715- 721 65 [6] Yutaka K., “Specimen size effects on the tensile properties of JPωA and JFMS”, Journal of Nuclear Materials, 283-287, 2000, 1014-1017 65 [7] Jung P., “Recommendation of miniaturized techniques for mechanical testing of fusion materials in an intense neutron source”, Journal of Nuclear Materials, 232, 1996, 186-205 65 [8] Klueh, R L., “Miniature Tensile Test Specimens for Fusion Reactor Irradiation Studies”, Nuclear Engineering and Design Fusion, 2, 1985, 407-416 65 v  k : độ b n kéo DANH M C CÁC CH VIẾT T T  n : độ b n nén  u : độ b n u n HB: Độ c ng ψrinell HRA, HRB, HRC: Độ c ng Rocoel HV: Độ c ng Vicke δ: Độ giãn dƠi tư ng đ i : Độ thắt ti t di n tư ng đ i kỦ hi u lƠ ak vƠ đ n v đo lƠ J/mm2 kJ/m2  : ng suất ( KN/ cm ) E : Mô đun đƠn hồi ( KN/ cm2)  : ψi n d ng tư ng đ i Rp: độ giãn dẻo Rt: độ giãn dƠi tổng Rr: Giới h n b n quy ước A: độ giãn dƠi tư ng đ i sau đ t [đư c xác đ nh từ tín hi u c a máy đo độ giãn trực ti p từ m u thử Ag: độ giãn dẻo tư ng đ i lực lớn Agt: độ giãn dƠi tư ng đ i tổng At: độ giãn dƠi tư ng đ i tổng lực lớn v t phá h y lớn e: độ giãn dƠi tư ng đ i mE: độ d c c a phần đƠn hồi c a đư ng cung ng suất - độ giãn dƠi tư ng đ i R: ng suất vi DANH M C CÁC BẢNG S hi u b ng Tên b ng Trang 3.1 ThƠnh phần hóa h c c a v t li u 50 3.2 ωác lo i m u thử theo lo i s n phẩm 51 4.1 ωác thông s c tính c a v t li u 61 4.2 K t qu thí nghi m đư c máy tính xuất phần Excel 61 4.3 K t qu thí nghi m đư c máy tính xuất phần Excel 63 vii DANH M C CÁC HÌNH S hi u hình Tên hình Trang M i quan h c a ng suất ậ bi n d ng H vi c n tử 1.1 Đồ th quan h lực vƠ bi n d ng 1.2 Tr ng thái trư t 1.3 Sô l ch m ng 1.4 ψi u đồ tr ng thái ng suất 11 1.5 M u thử vƠ s đồ nguyên lỦ máy thử kéo - nén 17 1.6 ψi u đồ quan h lực kéo vƠ bi n d ng kéo 17 1.7 S đồ nguyên lỦ đo độ c ng Hψ 18 1.8 S đồ nguyên lý đo độ c ng Rôcel HR 19 1.9 S đồ nguyên lỦ vƠ cấu t o mũi đơm 20 1.10 S đồ xác đ nh độ dai va đ p 21 1.11 S đồ m u vƠ nguyên lỦ đo độ dai va đ p 21 1.12 Sự ph thuộc độ b n vƠ th i gian 22 1.13 Sự ph thuộc c a s chu kỳ vƠ độ b n 23 1.14 Máy kéo nén d ng nh 24 2.1` S đồ tổng quan máy kéo nén d ng nh 27 2.2 đư ng cong momen t c độ động c bước 31 2.3 Động c bước ậ hộp gi m t c 31 3.4 Vít me ậ đai c bi 32 2.5 Bàn máy 32 2.6 a ω m bi n lực ( Loadcell) ậ b c m bi n chuy n v 34 2.7 Arduino Uno R3 (ψo m ch u n) 35 2.8 L p trình u n động c bước 36 2.9 Giao di n phần m m u n máy thí nghi m kéo nén d ng nh 36 2.10 Máy thí nghi m kéo nén d ng nh 37 2.11 K t qu thu đư c từ m u thử 41 2.12 ωác đ nh nghĩa độ giãn 42 2.13 giới h n ch y vƠ cho ki u đư ng cong khác 43 2.14 Giới h n dẻo, độ giãn dẻo, Rp 43 viii 2.15 Giới h n dẻo, độ giãn dƠi tổng, Rt 44 2.16 Giới h n b n quy ước, Rr 44 2.17 Giới h n dẻo, độ giãn dẻo, Rp phư ng pháp lựa ch n 45 2.18 Đánh giá khác v độ giãn c a m ch y tư ng đ i 46 2.19 2.20 3.3 ωác ki u đư ng cong ng suất - bi n d ng khác đ xác đ nh giới h n b n kéo, Rm ωác t c độ bi n d ng đư c sử d ng thử kéo, n u ReH, ReL, Rp, Rt, Rm, Ag, Agt, A, At vƠ Z đư c xác đ nh Sự không liên t c không cho phép đư ng cong ng suất - bi n d ng 47 48 53 3.4 ωác m u thử đư c gia cơng c có mặt cắt ngang hình chữ nh t 53 3.5 M u thử có phần khơng đư c gia cơng c c a s n phẩm 54 3.6 M u thử đư c gia cơng c có mặt cắt ngang trịn 55 3.7 M u thử có đo n ng 55 3.8 Qui trình ch t o chi ti t m u thí nghi m 57 3.9 M u thí nghi m thực t 57 3.10 Máy kính hi n vi n tử quét SEM 58 4.1 ωấu trúc t vi c a v t li u hƠn nghiên c u 59 4.2 Máy thí nghi m kéo nén d ng nh 59 4.3 Đư ng cong bi n d ng - ng suất 60 4.4 M u thí nghi m v t li u nhôm 61 4.5 Đồ th quan h lực vƠ độ bi n d ng 62 4.6 M u thí nghi m v t li u nhôm 62 4.7 Đồ th quan h lực vƠ độ bi n d ng 63 19 T i tr ng tiêu chuẩn: P = K.D2 K: Hằng s ph thuộc vƠ b n chất v t li u, chi u dƠy m u đo Kim lo i đen: K = 30; Đồng vƠ h p kim đồng: K = 10; Nhôm vƠ h p kim babit: K = 2.5 D: Đư ng kính mũi đơm d ng viên bi ph thuộc vƠo chi u dƠy m u cần đo Mũi đơm: viên bi thép đư c tơi c ng, đư ng kính tiêu chuẩn c a viên bi D = 10; 5; 2.5mm (tùy thuộc vƠ chi u dƠy m u) d: Đư ng kính v t lõm HB  P P  ( KG / mm2 )  D F (D  D  d ) (1.8) F: di n tích v t lõm viên bi gơy b mặt v t li u thử Ph m vi ng d ng: Đo v t li u m m có độ c ng 450KG/mm2 (thép sau , h p kim đồng, nhôm) b Độ c ng Rocoel (ảR) S đồ nguyên lỦ: a) b) Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý đo độ c ng Rocoel a Mũi đâm kim cương hợp kim c ng b Mũi đâm bi thỨp Có thang A, B, C HRA, HRB, HRC Với thang A vƠ ω: Mũi đơm hình nón kim cư ng có góc đ nh 1200 Với thang ψ: Mũi đơm lƠ viên bi có đư ng kính d = 1/16 inch = 1.585mm HR  k  h 0.002 (1.9) h: chi u sơu mũi đơm tác d ng t i tr ng tác d ng (mm) 20 0.002: Giá tr v ch chia đồng hồ so hay mũi đơm ấn sơu thêm 0.002mm kim d ch v ch Khi dùng mũi đơm lƠ bi k= 130; dùng mũi đơm nón kim cư ng k=100 Ph m vi áp d ng: đo v t li u có độ c ng từ thấp đ n cao c Độ c ng Vicke(ảV) S đồ nguyên lỦ đo đ i với phư ng pháp Rocoel cấu t o mũi đơm khác: Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý cấu t o mũi đâm + T i tr ng tiêu chuẩn P = 200G  120KG + Mũi đơm có d ng hình tháp có góc h p b i mặt đ i di n lƠ 1360 + Ph m vi áp d ng: Đo v t li u có độ c ng cao c a lớp hóa b n m ng vƠ v t li u m ng d ng tấm, HV  P F  P sin 680 d2 (kG/mm2) (1.10) F: di n tích v t lõm (mm2) P: T i tr ng tác d ng(KG) d: đư ng chéo v t lõm(mm) 7.3 Chỉ tiêu tính dư i tác d ng t i tr ng động Độ b n kéo Độ b n nén Độ b n u n Độ b n c a VL Độ b n xoắn Độ b n Mõi Độ b n lâu Độ b n ăn mòn, a, Đặc trưng cho tính dẻo c a v t li u : • Độ gi n dƠi tư ng đ i - lo) / lo] 100 % 21 • Độ co thắt tư ng đ i - F1) / Fo] 100 % Trong : lo, l1 - độ dƠi c a m u thử trước vƠ sau kéo (mm) Fo, F1 - Di n tích ti t di n c a m u trước vƠ sau kéo (mm2) b, Độ dai va đ p LƠ công tiêu phí đ phá huỷ đ n v di n tích ti t di n ngang có lực tác d ng đột ngột với gia t c lớn ak = A / F ; KG.m/cm2 hay KJ/m2 F - Di n tích ti t di n ngang t i v trí cắt rãnh; A - ωơng sinh đ phá huỷ mẩu thử; ( KG.m) Hình 4.7.3a S đồ xác đ nh độ dai va đ p A1 = m ho A2 = m h1 Ak = A1 - A2 = m (ho - h1) ho = lo - l1 m - Kh i lư ng lắc kg L1 Lo ho h1 Hình 1.10 Sơ đ xác định độ dai va đ p Hình 1.11 Sơ đồ mẫu nguyên lý đo độ dai va đập 22 T i tr ng động lƠ t i tr ng tác động lên v t li u d ng xung lực hay va đ p ωh tiêu đặc trưng: độ dai va đ p ak (KG.m/cm2; kJ/m2) Thử u n va đ p cách dùng m u có ti t di n hình vng 10x10x55mm, có v t khía r = 1mm đư c đặt tự g i đỡ Xác đ nh công cần thi t đ phá h y động m u (Ak) Độ dai va đ p lƠ cơng tiêu phí đ phá h y m u có v t khía chia cho di n tích c a ti t di n ngang m u chỗ có v t khía ak  Ak (KJ/m2) F (1.11) 7.4 Độ bền v t li u dư i tác d ng t i tr ng chu kỳ Phá h y m i lƠ d ng phá h y x y kim lo i ch u t i tác d ng c a t i tr ng thay đổi theo chu kỳ theo quy lu t nƠo Hi n tư ng m i c a v t li u mƠ h u qu c a lƠ phá h y m i đư c h t s c Ủ thi t k chi ti t máy Phá h y m i có đặc m sau: + Kh phá h y m i không ph thuộc vƠo th i gian mƠ thông qua s lư ng chu kỳ đặt t i tr ng + N u ng suất thực t bé h n giá tr xác đ nh phá h y m i không bao gi x y dù s lư ng chu kỳ lƠ lớn Giá tr ng suất nƠy g i lƠ giới h n m i - 1(kG/mm ) + Phá h y m i thư ng "nh y c m" với y u t gơy t p trung ng suất + Giới h n m i ph thuộc vƠo b n chất c a v t li u vƠ h s bất đ i x ng t i tr ng đặc trưng cho chu kỳ  max min th i gian T Hình 1.12 Sự phụ thuộc độ bền thời gian 23 r   max r = -1 chu kỳ đ i x ng + Xác đ nh giới h n m i cách xơy dựng đư ng cong m i  -1 107 S chu kỳ Hình 1.13 Sự phụ thuộc c a số chu kỳ độ bền ωông vi c ti n hƠnh lo t 6÷10 m u gi ng ch u t i tr ng máy thử m i, tìm đư c giá tr ng suất mƠ s chu kỳ t i tr ng đ t đư c lƠ 107 chu kì mƠ m u không b phá h y Th nghi m cho nh ng chi ti t có kích thư c nh 8.1 Xu hư ng Với phát tri n c a kỹ thu t công ngh ch t o với s n phẩm ngƠy cƠng đư c thu nh v kích thước vƠ kh i lư ng v n đ m b o hi u qu vƠ suất sử d ng, ví d : h vi c n tử (MicroElectroMechanicalSystems ậ MEMS), công ngh nano (NanoElectroMechanicalSystems - NEMS), …, th vi c xác đ nh xác c tính c a v t li u nƠy khó khăn Đ i với chi ti t nh nƠy, vi c sử d ng phư ng pháp thử nghi m truy n th ng với máy cổ n trình bƠy phần có h n ch sau: - Độ xác c a phư ng pháp đo khơng cao - Phù h p cho chi ti t thử nghi m có kích thước lớn vƠ dƠy - Sử d ng d ng c đo bi n d ng (extensometer) ti p xúc Thi t b nƠy đư c gắn trực ti p ti p xúc lên b mặt c a chi ti t cần đo nên s gơy hư h i cho chi ti t vƠ phát sinh ng suất ti p xúc d n đ n k t qu đo khơng xác - Thi t b đo ti p xúc d b hư h ng đặc bi t thí nghi m tới chi ti t đ t hẳn - Nặng n vƠ giá thƠnh đắt 24 Vì v y từ h n ch trên, đ ki m tra xác đ nh c tính c a v t li u dùng đ ch t o chi ti t nh d ng micro vƠ nano cần ph i sử d ng chi ti t thử nghi m với kích thước nh tư ng ng đ cho k t qu đáng tin c y vƠ sát với thực t Đ thử nghi m đư c chi ti t nh vƠ m ng th địi h i ph i thử nghi m máy có kích thước nh phù h p vƠ có độ xác cao đồng th i sử d ng phư ng pháp đo không ti p xúc (non-contact method) đ lo i b sai s ti p xúc 8.2 Máy th nghi m d ng nh Kỹ thu t thử nghi m kéo d ng nh đ xác đ nh thông s c tính c a v t li u lƠ m i quan tơm lớn c a nhƠ nghiên c u [1] Partheepan đ xuất chi ti t thí nghi m d ng nh vƠ ph n kẹp giữ chi ti t đ giúp chi ti t c đ nh thí nghi m xác đ nh thơng s c tính c a v t li t [2-8] H sử d ng phư ng pháp phần tử hữu h n đ tính tốn ki m nghi m chi ti t nêu Hình 1.14 máy kéo nén d ng nh Một máy thử nghi m d ng micro đư c u n b i động c servo gắn li n với hộp gi m t c truy n chuy n động với tr c vít me bi thơng qua khớp n i đư c ch t o đ thí nghi m cho v t li u hƠn thí nghi m kéo đư c thi t k b i ωhao vƠ Liu Máy nƠy đư c thi t k với lực kéo t i đa 100kgf vƠ độ chuy n v t i đa 100mm, độ phơn gi i chuy n v đư c trì kho ng micro sử d ng c m bi n chuy n v n tử NgoƠi ra, La Van phát tri n h th ng thí nghi m đ thử nghi m chi ti t có kích thước 3.1 mm dƠi vƠ di n tích cắt ngang 0.2 mm2 Trang b máy nói phịng thí nghi m vƠ vi c chuẩn b m u thí nghi m d ng nh lƠ thách th c cho ngơn sách c a nhƠ nghiên c u ψên c nh đó, đ v n hƠnh máy nƠy cần ph i có kỷ đặc bi t cho máy ki m tra 25 theo h th ng th y lực Do đó, cách ti p c n cho h th ng thử nghi m kéo d sử d ng, rẻ ti n lƠ cần thi t cho sinh viên đ i h c, h c viên cao h c vƠ nghiên c u khoa h c đ h tự thí nghi m cách d dƠng 8.3 K t lu n Trong phần nƠy, giới thi u tổng quan v tính chất chung c a kim lo i vƠ h p kim Từ đó, tác gi sơu vƠo tính chất c tính c a kim lo i vƠ h p kim phư ng pháp xác đ nh thơng s c tính NgoƠi ra, tác gi lƠm rõ thêm v xu hướng v thi t k , ch t o chi ti t, thi t b hi n Thực v y, xu hướng c a thi t b hi n cƠng nh v kích thước vƠ kh i lư ng v n đ m b o suất vƠ hi u qu sử d ng Vì th , đ xác đ nh xác thơng s c tính c a v t li u ch t o chi ti t cần ph i sử d ng máy thí nghi m vƠ chi ti t thí nghi m có kích thước nh phù h p 26 Chương 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY THệ NGHIỆM KÉO NÉN DẠNG NHỎ 2.1 Nghiên cứu, ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh 2.1.1 Đặc tính máy thí nghi m kéo nén d ng nh M c đích thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh lƠ nhằm đ thực hi n thí nghi m đ xác đ nh c tính v t li u c a chi ti t có kích thước nh vƠ m i liên k t hƠn S đồ tổng quan c a máy ch t o đư c th hi n Hình 2.1 Máy thí nghi m kéo nén d ng nh nƠy đư c thi t k , ch t o đ thử nghi m chi ti t nh với ch độ thử nghi m khác nhau, đặc tính c a máy ch t o sau: - Kích thước tổng th c a máy: dƠi 700mm X rộng 180mm cao X 300mm - Tổng tr ng lư ng máy ~ 10kg - ωông suất máy 20W - Lực kéo nén t i đa: 2kN; - T c độ kéo nén có th thay đổi đư c (nh 0.0625 mm/s); - Hành trình t i đa: 25mm; - Thử nghi m lặp lặp l i 2.1.2 Nguyên lý làm vi c máy thí nghi m kéo nén d ng nh M u thí nghi m đư c thực hi n chi ti t thí nghi m đư c kéo đầu, đầu l i đư c gắn với c m bi n đo lực (load cell) đ đo lực kéo Đ kéo chi ti t với độ xác cao vít me với bước nh đư c dùng đ chuy n đổi chuy n động quay c a động c bước thƠnh chuy n động t nh ti n c a bƠn máy Động c bước có s bước lƠ 200 vƠ đư c u n b i driver với độ xác lên đ n 1/16 bước đ t o đư c độ d ch chuy n nh c a bƠn máy NgoƠi ra, thi t b c m bi n đo chuy n v với độ phơn gi i cao đư c sử d ng đ đo chuy n v c a thí nghi m ω m bi n chuy n v nƠy không ti p xúc trực ti p với chi ti t thí nghi m nên lo i b đư c sai s ψộ ph n kẹp giữ hai đầu chi ti t thí nghi m đư c ch t o thép không r Inox nhằm đ m b o cho chi ti t thí nghi m đư c gá đặt vƠo v trí đồng th i khơng b trư t có lực tác d ng 27 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan máy kỨo nỨn d ng nhỏ 2.1.3 Các ph n t đư c s d ng máy ch t o a Động bước – hộp giảm tốc: Động c bước có vai trị quan tr ng u n chuy n động kỹ thu t s , tự động hóa,… lƠ c cấu ch p hƠnh trung thƠnh với l nh đưa d ng s , chấp hƠnh xác Ta có th u n quay góc bất kỳ, xác, dừng l i v trí nƠo ta mu n Vì v y đư c ng d ng nhi u tự động hóa vƠ u n s Rất nhi u ng d ng địi h i c cấu chuy n động có độ xác cao, chuy n động êm cho thấy vai trò c a động c bước quan tr ng Cấu t o c a động bước: Động c bước lƠ lo i động c n có nguyên lỦ vƠ ng d ng khác bi t với đa s động c n thông thư ng ωhúng thực chất lƠ động c không đồng dùng đ bi n đổi tín hi u u n d ng xung n r i r c k ti p thƠnh chuy n động góc quay chuy n động c a rơto có kh c đ nh rơto vƠo v trí cần thi t V cấu t o, động c bước có th đư c coi lƠ tổng h p c a hai lo i động c : Động c chi u không ti p xúc vƠ động c đồng gi m t c cơng suất nh Động c bước có th đư c mô t lƠ động c n không dùng chuy n m ch 28 ω th , mấu động c lƠ rôto vƠ stato lƠ năm chơm vĩnh cửu hoăc trư ng h p c a động c bi n từ tr lƠ kh i lƠm v t li u nhẹ có từ tính, cho phép chúng quay nhanh vƠ với u n thích h p cho phép chúng kh i động vƠ dừng l i v trí nƠo ta mu n cách d dƠng Động c bước có th đư c dùng h th ng vòng h đ n gi n h th ng nƠy đ m b o cho h th ng u n gia t c với t i tr ng tĩnh, t i tr ng thay đổi u n gia t c lớn, ngư i ta v n dùng h u n vịng kín với động c bước chi u không ti p xúc vƠ động c đồng gi m t c công suất nh ảo t động Động c bước không quay theo c ch thông thư ng, chúng quay theo bước nên có độ xác cao v mặt u n h c ωhúng lƠm vi c nh chuy n m ch n tử đưa tín hi u u n vƠo stato theo th tự vƠ tần s đ nh Tổng s góc quay c a rơto tư ng ng với s lần chuy n m ch, chi u quay vƠ t c độ quay c a rôto ph thuộc vƠo th tự chuy n đổi vƠ tần s chuy n đổi ng dụng Trong u n chuy n động kỹ thu t s , động c bước lƠ c cấu chấp hƠnh đặc bi t hữu hi u b i có th thực hi n trung thƠnh l nh đưa d ng s Động c bước đư c ng d ng nhi u ngƠnh Tự động hóa chúng đư c ng d ng thi t b cần u n xác Ví d : Đi u n robot, u n tiêu cự h quang h c, u n đ nh v h quan trắc, u n bắt, bám m c tiêu khí tƠi quan sát, u n l p trình thi t b gia công cắt g t, u n c cấu lái phư ng vƠ chi u máy bay, truy n quay cho máy kéo nén d ng nh địi h i có t c độ ch m Các đặc tính b n c a động bước ψrushlesss (không chổi than): STEP lƠ lo i động c không chổi than Load Independent (độc l p với t i): động c bước quay với t c độ ổn đ nh tầm moment c a động c Open loop positioning (đi u n v trí vịng h ): thơng thư ng có th đ m xung kích động c đ xác đ nh v trí mƠ khơng cần ph i có c m bi n hồi ti p v 29 trí, đơi ng d ng địi h i tính xác cao STEP thư ng đư c sử d ng k t h p với c m bi n v trí như: encoder, bi n tr … Holding Torque (moment giữ ): STEP có th giữ đư c tr c quay c a nó, so với động c Dω có hộp s moment giữ c a STEP lớn h n nhi u Tính chọn động bước cho máy thí nghiệm kỨo nỨn: ωác thơng s c a máy thí nghi m kéo nén sau: - Kh i lư ng t i m = 45 ( kg) - T c độ bƠn máy : V= 15 ± mm/s - H s ma sát c a b mặt d n hướng μ = 0.05 - Hi u suất truy n tr c vít me η = 0.9 - Đư ng kính tr c vít me Db = 20 ( mm ) - Kh i lư ng Tr c vít me Mb = 0.5 (Kg) - ψước vít Pb = (mm) - Kh i lư ng khớp n i Mk = 0.2( Kg) - Đư ng kính ngoƠi khớp n i Dk = 20 ( mm) - Độ xác bƠn máy Δl = 0.03 ( mm/ bước) - Kho ng d ch chuy n bƠn máy l = 120 ( mm) + S vịng quay c a tr c cơng tác + S vòng quay tr c động c + Tỷ s truy n c a hộp gi m t c: T c độ c a động c bước 1450V/p ~ 1550V/p i T s truy n lƠ : i = 7.1 + Momen xoắn tổng cộng tác động lên tr c động c ωác lực tác động lên tr c vít: F= = + 45.9.81 = 441 N Lực vịng tác d ng lên tr c vít: 30 Momen xoắn c a t i Trong đó: F lƠ lực tác động lên tr c vít N lƠ bước vít m lực v ng tác dụng lên trục vít N μ hệ số ma sát mặt dẫn hướng η hiệu suất truyền trục vít me Hệ số an tồn = = ta có: = 0.426 = 0.852 N + Momen quán tính tổng cộng tác động lên tr c động c : Momen quán tính c a tr c vít: m Momen quán tính c a bƠn máy vƠ c a t i: m Momen quán tính c a khớp n i: m Momen tổng cộng tác d ng lên tr c động c lƠ: J= + + = + 2,286 + 1,25 = 2,536 Momen quán tính c a hộp gi m t c: = 0.31 = 25 Momen quán tính tổng cộng tác động lên tr c động c : Ta có: >J T c độ không t i: Momen xoắn tổng cộng tác động lên tr c động c : 31 Với i hi u suất truy n hộp gi m t c + Công suất làm vi c c a động c : P = M = 60.V/i Tải FULL (89 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ = 60.16.2/9.5 = 21.6 vòng/ phút P =P = M = 0.094.21.6.2π/60 =20W K t lu n: Dựa vƠo k t qu tính tốn ta ch n động c lƠm vi c có s vòng quay lƠ 1800 rpm momen đ nh m c T = 0.852 Nm, công suất động c P = 20W V y ta ch n động c bước có hộp gi m t c theo hình 2.3 Hình 2.2 đư ng cong momen t c độ động c bước Hình 2.3 động c bước ậ hộp gi m t c 32 b Vít me - đai ốc bi: Đ chuy n đổi chuy n động quay c a động c sang chuy n động t nh ti n c a bƠn máy, tr c vít me ậ đai c bi đư c sử d ng ωấu t o c a vít me ậ đai c bi đư c th hi n hình 2.3 Vít me bi lƠ h th ng chuy n động, đư c gia cơng xác đ bi n đổi chuy n động quay thƠnh chuy n động t nh ti n theo c ch vít - bu lơng (Đai c bi) MƠ ti p xúc tr c vít vƠ đai vít lƠ lớp bi thép đ gi m t i đa lực ma sát Giúp chuy n động cách tr n tru vƠ xác , ho t động liên t c b n b th i gian dƠi Đai c bi Tr c vít ng hồi bi Đai c tr c vít Hình 2.4 Vít me - đai ốc bi b Sơ đồ lắp bàn máy Tải FULL (89 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Bàn máy Khớp n i Động c bước Đ bàn máy 530 Hình 2.5 Bàn máy Hình 2.5 bi u th s đồ lắp bƠn máy, động c bước truy n chuy n động cho tr c ví thơng qua khớp n i vƠ tr c vít bi n chuy n động quay thƠnh chuy n động t nh ti n c a bƠn máy 33 C Cảm biến đo lực kéo (Loadcell): Loadcell lƠ thi t b c m bi n dùng đ chuy n đổi lực tr ng lư ng thƠnh tín hi u n.Khái ni m“strain gage”: cấu trúc có th bi n d ng đƠn hồi ch u tác động c a lực t o tín hi u n tỷ l với bi n d ng nƠy Loadcell thư ng đư c sử d ng đ c m ng lực lớn, tĩnh hay lực bi n thiên ch m Một s trư ng h p loadcell đư c thi t k đ đo lực tác động m nh ph thuộc vƠo thi t k c a Loadcell Loadcell đư c cấu t o b i hai thƠnh phần, thƠnh phần th lƠ "Strain gage" vƠ thƠnh phần l i lƠ "Load" Strain gage lƠ n tr đặc bi t ch nh móng tay, có n tr thay đổi b nén hay kéo dãn vƠ đư c nuôi nguồn n ổn đ nh, đư c dán ch t lên “Load” - kim lo i ch u t i có tính đƠn hồi Ho t động dựa nguyên lỦ cầu n tr Wheatstone Giá tr lực tác d ng t l với thay đổi n tr c m ng cầu n tr , vƠ đótr v tín hi u n áp t l Thơng s kĩ thu t c b n: - Độ xác: cho bi t phần trăm xác phép đo Độ xác ph thuộc tính chất phi n tính, độ tr , độ lặp - ωơng suất đ nh m c: giá tr kh i lư ng lớn mƠ Loadcell có th đo đư c - D i bù nhi t độ: lƠ kho ng nhi t độ mƠ đầu Loadcell đư c bù vƠo, n u nằm ngoƠi kho ng nƠy, đầu không đư c đ m b o thực hi n theo chi ti t kĩ thu t đư c đưa - ωấp b o v : đư c đánh giá theo thang đo IP, (ví d : IP65: ch ng đư c độ ẩm vƠ b i) - Đi n áp: giá tr n áp lƠm vi c c a Loadcell (thông thư ng đưa giá tr lớn vƠ giá tr nh - 15 V) - Độ tr :hi n tư ng tr hi n th k t qu d n tới sai s k t qu Thư ng đư c đưa d ng % c a t i tr ng - Tr kháng đầu vƠo: tr kháng đư c xác đ nh thông qua S- S+ Loadcell chưa k t n i vƠo h th ng ch độ không t i - Đi n tr cách n: thông thư ng đo t i dòng Dω 50V Giá tr cách n lớp v kim lo i c aLoadcell vƠ thi t b k t n i dòng n - Phá h y c h c: giá tr t i tr ng mƠ Loadcell có th b phá vỡ bi n d ng - Giá tr ra: k t qu đo đư c (đ n v : mV) 440ab700 ... ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đ NG XUÂN THỦY THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM KÉO NÉN DẠNG NHỎ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG S C TệNH CỦA V T LIỆU Chuyên ngành: K thu t Cơ khí Mã số : 8.52.01.03 LU N VĔN THẠC SĨ... Tôi cam đoan cơng trình nghiên c u c a riêng Các số liệu để thiết kế, chế t o máy thí nghiệm kỨo nỨn d ng nhỏ kết qu thực nghiệm kỨo mẫu thử máy nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình... NÉN DẠNG NHỎ 2.1 Nghiên cứu, ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh 2.1.1 Đặc tính máy thí nghi m kéo nén d ng nh M c đích thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh lƠ nhằm đ thực hi n thí