Trong thiết kế ta chọn mô hình thiết kế cân theo mẫu mô hình cân BE3 với các kích thước lựa chọn như hình mô hình tính toán.
A – Quạt điện
B – Thân chính ống khí động C – Vùng thử nghiệm
D – Tấm chắn lọc dòng E – Ống pito
F – Bảng điều khiển điện G – Áp kế đo sự chênh áp H – Anemometer
I – Cánh kiểm tra
L –Cân khí động điện tử 3 thành phần
M – Bảng điều khiển cân khí động N - Máy đo Mnogotrubochny
+ Mô hình cân cho tính lực nâng với các kích thƣớc chọn sơ bộ:
323
197
L
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
38
Hình 4.2 : Mô hình cân cho tính lực nâng với các kích thước chọn sơ bộ
+ Phương trình cân bằng mômen tại O ta có :
L.323 = l.197 l = 1,638.L Ở đây : 2 L 1 L C SV 2 (1)
Với S là diện tích mặt cánh. Cánh thí nghiệm có chiều dài 382 mm, dây cung c = 96 mm. Vậy S = 0,382.0,096=0,03667 m2
là khối lượng riêng của không khí 1,225kg / m3 V là vận tốc dòng không khí thổi vào. Vmax 38 m / s CL- hệ số lực nâng của cánh.
Với cánh sử dụng là NACA4412 ta có biếu đồ mối quan hệ CLtheo sau : (tài liệu Theory of Wing section)
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch 39
Hình 4.3 : Quan hệ hệ số lực nâng CLtheo
Biểu đồ trên là biểu đồ lực nâng với 3 giải reynold 3.10 , 6.10 , 9.106 6 6 Ta tính số VL Re Trong đó : Re : Hệ số reynold
: Khối lượng riêng của không khí 1,225 kg / m3 V : vận tốc dòng khí Vmax 38 m / s
L : chiều dài cánh L = 9,6 cm = 0,096 m
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
40
Bảng 1 : Bảng đặc tính không khí theo nhiệt độ
Qua bảng chọn được 15,11.10 m / s6 2 ứng với nhiệt độ 20o Vậy Re 1,225.38.0,0966 0,296.106
15,11.10
Với số Re này ta sẽ lấy kết quả giải Re = 3.106 trong biểu đồ lực nâng trên để tính toán
Vậy Ta có CL max 1,6. Do vậy từ công thức (1) ta có : 2 max 1 L .1, 225.1,6.0,03667.38 51,9 N 2 max 323 l .51,9 85 N 9Kg 197
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
41
+ Mô hình cân cho tính lực cản với các kích thƣớc lựa chọn sơ bộ:
Hình 4.4 : Mô hình cân cho tính lực cản với các kích thước lựa chọn sơ bộ
Tương tự ta tính 2 max Dmax 1 D C SV 2
Với Dmax- lực cản trên cánh
- Hệ số lực cản xác định theo đồ thị đặc tính lực cản theo góc đặt cánh
Từ đồ thị hình 34 suy ra CDmax 0.1 ứng với
6 Re 3.10 , Và ta có Dmax 1 CDmaxSV2 3.28 N 2 3 2 3 183 D d
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
42 dmax 323.Dmax
183
= 5.7 N,
Hình 4.5 : Quan hệ hệ số lực nâng CLtheoCd
+ Mô hình cân cho tính mômen với các kích thƣớc lựa chọn sơ bộ:
Hình 4.6: Mô hình cân cho tính mômen với các kích thước lựa chọn sơ bộ
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch 43 M M M M F .0, 266 F 0, 266 M0 = 1 v Sc(C2 M 1C )L 2 4 Với CM= -0.1 theo hình 36. M0 = 2 M L 1 1 v Sc(C C ) 2.17 Nm 2 4 FM 2,17 8,16 N 0, 266 Hình 4.7 : Quan hệ hệ số mômen Cmvà
Bảng tính toán một số giá trị lực tác dụng trên các đầu đo theo vận tốc và góc đặt cánh: l = 1,638.Y=1,638. 1 C SVL 2 0,0368.C .VL 2 2 2 2 D D 323 323 1 d .X . . C .S.V 0,0397.C .V 182,6 182,6 2
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch 44 M M F 0, 266 Phụ lục 4 4.2. Lựa chọn kết cấu
Như trên ta đã chọn loại cân BE3 của Italy chế tạo, dưới đây là sơ đồ kết cấu của hệ thống cân này.
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
45
Hình 4.8: Mô hình cân BE3 của Italy
4.3.Tính toán đƣờng kính cánh tay đòn.
Với các giá trị max của lực là: D = 3.28 N
L = 51.9 N M = 2.17 Nm
Nguyên lý truyền lực của cân khí động:
Hình 4.9: Nguyên lý truyền lực cân khí động mô hình BE3
Sơ đồ lực tác dụng : MOMEN LIFT DRAG MOMEN LIFT DRAG
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
46 Với cánh tay đòn đo lực cản:
Ta có: Fy 0 F1y L F2y 0 F1y F2y 51,9 y M 323.D Suy ra: 85F1x + 85F2x + d.185= 323.D F1x F2x 323.3, 28 5,7.185 24,87 N 85 Fx 0F1x d P F2x 0 F1x F2x d P F2x28,7 1x 2x F 1,9 N; F 26,78 N
(dấu “-“ ngược chiều nhau)
x M M F .85 F .851y 2y M 1y 2y M 2170 F F 25,5 (N) 85 85
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
47
Dựa vào phần mềm RDM 6 – Flexion thiết lập sức bền cho thanh tròn đường kính 15 mm, vật liệu là hợp kim nhôm ta có kết quả:
Độ chuyển vị thanh theo phƣơng x
Chuyển vị lớn nhất tại điểm 1 (vị trí đầu đo) = -1,133E-02 mm Chuyển vị nhỏ nhất tại điểm 5 = 0 mm
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
48
Biểu đồ lực cắt: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mô men uốn trục Y:
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
49
Ứng suất trên và dƣới thanh
Bảng thông số lực cắt, mômen uốn, ứng suất thanh tại 5 nút:
Nút Lực cắt (N) Mô men Y (Nmm) Ứng suất (Mpa) Mô men X (Nmm)
1 5.70 -0.00 -0.00 -0.00
2 5.70 -570.00 -1.72 -0.98
2 -2.15 -223.89 -0.68 -0.98
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch 50 3 20.85 1018.47 3.07 -2206.02 4 20.85 -753.61 -2.27 -0.98 4 -0.00 -0.00 -0.00 -0.98 5 0.00 0.00 0.00 -0.00
Bảng 2: Bảng thông số lực cắt, mômen uốn, ứng suất thanh tại 5 nút
Với vật liệu nhôm 2014-T6 Mô men uốn tổng:
Mu = 2 2 2 2
x y
M M 2206 1221 2521 Nmm Mô men tương đương:
Mtđ = Mu2 0,75T2 2,5212 0,75.20,852 18,232 Nm Đường kính cánh tay đòn đo lực cản:
dc = 3 Mtd
0,1.[ ]
ta chọn vật liệu làm cân là hợp kim nhôm, và chọn [ ] = 63. Suy ra: dc = 3 18232
14, 25
0,1.63 (mm) Chọn dc = 15 (mm)
Do cánh tay đòn đo lực nâng và cánh tay đòn đo lực cản là hoàn toàn tương tự nhau nên ta chọn đường kính của nó bằng : dl = dc = 15mm.
4.4. Lựa chọn kích thƣớc bao của cân:
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
52
Hình 4.10: Kích thước cánh tay đòn chính
Các kích thước khác xem them phụ lục hình vẽ các chi tiết Cân khí động
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
53
PHẦN 5
CHẾ TẠO, ĐO ĐẠC VÀ KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ CÂN KHÍ ĐỘNG
5.1. Quy trình công nghệ chế tạo
Qui trình công nghệ chế tạo cho chi tiết trục chao của cân.
Qui trình như sau:
Nguyên công 1: Chuẩn bị phôi
- Chọn phôi dạng thanh, kích thước như hình vẽ sau:
Ø5 Ø8 2.5 1 7 5 195 ± 0 .2 Ø 1 0 A A B B Ø30 Ø85
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
54 - Vật liệu của phôi là hợp kim nhôm.
Nguyên công 2: Khỏa mặt đầu và tiện ngoài đường kính lớn: Kẹp phôi trên mâm cặp 3 trấu trên máy tiện CNC. Chuẩn thô là mặt trụ
90
.
- Bước 1: Khỏa mặt đầu.
- Bước 2: Tiện 85 với chiều dài 195mm, và tiến hành cắt phôi.
90
260
90
260
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
55
Nguyên công 3: Tiện đoạn trục đường kính nhỏ.
- Kẹp phôi bằng mâm cặp 3 trấu, tiện 30 với chiều dài 20mm và vát mép các đầu 1.5x450
.
Nguyên công 4: Khoan lỗ - Bước 1: Khoan lỗ 15 260 S2 Ø85 175 Ø 8 5 Ø 3 0 195 S2
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
56 - Bước 2: Quay mâm cặp góc 900
, khoan lỗ 10 và khoan lỗ M5.
Nguyên công 5: Làm sạch:
Dùng dầu hỏa, nước xà phòng để làm sạch bột nghiền trên chi tiết. Ø15 90 175 195 Ø30 Ø85 S4 135 90 Ø10 Ø15 175 195 Ø85 Ø30 Ø5 Ø8 2.5
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
57
5.2. Quy trình lắp ráp chi tiết
1. Lắp Chấn đế khối chữ nhật (1) phía dưới cân với 4 núm cao su (2) thông qua 4 ốc vít M10x20x20 (3)
2. Lắp ổ bi 4030 (6) vào đế tròn (4). Lắp đế tròn (4) vào đế khối chữ nhật (1) thông qua 4 ốc vít M6x20x20 (5)
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
58
3. Lắp bàn xoay (7) vào đế tròn (4) qua ổ bị 4030 (6)
4. Lắp 2 núm chao (8) với quả chao (10) qua các ốc vít M4x10 (9)
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
59 6. Lắp 2 chân gối đỡ (12) vào 2 ổ bi (11)
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
60
7. Lắp chân gối đỡ (12) với bàn xoay (7) qua 4 ốc vít M10x30x30 (13)
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
61
9. Lắp đồng hồ (17) vào đế đỡ (18) qua ốc vít M6x8 (19). Lắp đế (18) vào đế (14) qua ốc vít M4x35 (16)
10. Lắp trục quay đứng (20) vào quả chao (10) qua thanh ngang (21) và chân gối đỡ (12). Lắp đầu thanh đứng (23) vào thanh ngang (21) và lắp đầu thanh chứa lưỡi dao (24) vào thanh đứng (23) qua 2 ốc vít M10 (22)
11. Lắp thanh ngang nhỏ (25) xuyên qua 2 ổ bi 8210 (26) vào trục quay đứng (20). 2 ổ bi 8210 (26) lắp chặt vào quả chao (10).
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
62
12. Lắp đế lót đỡ lưỡi dao (27) vào các đồng hồ đo lực nâng và lực cản (17) qua các ốc vít
13. Lắp 2 đế dưới lưới dao (29) vào 2 đế lót dưới bằng (28) qua 4 ốc vít M3x10 (30)
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
63
14. Lắp 2 đế trên lưỡi (31) vào 2 đế dưới lưỡi (29) qua ốc vít M3x14 (32) đồng thời căn chỉnh độ ăn khớp lưới dao vào dãnh trên các đế
15. Lắp 2 núm chân đế (33) vào 2 chân đế (12) bằng 8 ốc vít M3x10 (34). Lắp 2 núm chao (35) vào quả chao (10) bằng 8 ốc vít M3x10 (34).
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
64
16.Lắp thân kẹp cánh (36) vào trục quay đứng bằng 4 bu lông M4x30 (37). Lắp kim chỉ góc (39) vào thân kẹp cánh bằng 2 bu lông M3x8 (38)
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
65
17. Lắp gối đỡ mô men (42) vào đồng hồ mô men (40). Và lắp đồng hồ mô men (40) vào chân nối (41). Lắp chân nối (41) vào bàn xoay
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
66
5.3. Lắp đặt cân khí động vào ống khí động
Cân khí động được đặt trên một bàn nằm ngang sao cho miệng đầu trên phần lắp cánh của cân gần khoảng 1 cm so với phần đáy dưới ống khí động. Điều chỉnh sao cho tâm của phần lắp cánh của cân trùng với tâm của lỗ nhỏ được khoan dưới ống khí động.
Điều chỉnh sự cân bằng của cân thông qua 2 nivo giọt nước để đảm bảo cân không có ảnh hưởng lực phụ nào lên đầu đo. Sự điều chỉnh này bằng cách đêm miếng lót phẳng vào chân bàn đặt cân hoặc tại 4 chân của cân. Trong quá trình điều chỉnh này sẽ ảnh hưởng tới sự đồng tâm của tâm đầu lắp cánh của cân và lỗ nhỏ để xuyên chuôi cánh thử phía dưới cân. Ta phải chỉnh sao cho cân cân bằng bởi nivo và sự đồng tâm của đầu lắp cánh của cân với lỗ xuyên chuôi.
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
67
Hình 5.1: Sơ đồ lắp đặt cân khí động vào ống khí động
5.4. Lắp đặt cánh khí động vào cân khí động và ống khí động
Cánh khí động cần phải có chiều dài chuôi đủ dài để lắp cứng vào trong cân khí động thông qua đàu lắp cánh phía trên cân khí động. Chuôi cánh và chiều dài cánh để đạt chính xác cao nhất cần có độ dài sau cho cánh nằm đúng giữa của ống khí động để đảm bảo dòng khí thổi vào từ ống khí động vào cánh là ổn định nhất. Chuôi cánh có gờ để xoáy ốc vít vào đầu lắp cánh cân khí động được chắc chắn hơn.
Quy trình lắp cánh khí động vào cân khí động và ống khí động như sau:
Mở 4 vít cửa tròn nhỏ bên cạnh ống khí động, đưa cánh thí nghiệm vào trong ống khí động thông qua của này như hình
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
68
Hình 5.2: Cửa để đưa cánh thử thí nghiệm vào ống khí động
Lắp chuôi cánh vào đầu lắp cánh cân khí động qua một lỗ nhỏ dưới ống khí động đồng thời điều chỉnh hướng cánh song song với hướng khí động của ống khí động và trùng với hướng của kim chỉ góc điều chỉnh tại vị trí 0o trên cân khí động. Xoáy ốc vít chặt chuôi cánh và đầu lắp cánh cân khí động tại vị trí điều chỉnh trên.
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
69
Hình 5.4: Cánh sau khi được lắp đặt và điều chỉnh chuẩn bị cho đo đạc thí nghiệm
5.5. Hƣớng dẫn điều chỉnh các điểm đo đạc
Việc điều chỉnh các điểm đo đạc thực hiện với đồng hồ hiển thị số. Trước khi đo đạc ta kiểm tra sự hoạt động của đồng hồ và xác định hệ số khuếch đại của từng đống hồ đo. Công việc này có thể được thực hiện trước khi thực hiện đo đạc thu thập số liệu từ ống khí động. Việc kiểm tra này được thử nghiệm và đánh giá dựa trên các tải trọng bởi các vật nặng xác định sẵn và kết quả thu được từ hiển thị trên cân khí động. Kết quả hệ số khuếch đại này được ghi nhận làm hệ số khuếch đại chuẩn của cân và sử dụng cho tất cả các lần đo đạc thí nghiệm.
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
70
Trước khi thực hiện 1 ngày công việc đo đạc, đồng hồ đo được sét về 0 lần đầu tiên. Hình II-5 là 3 nút reset điều chỉnh về 0 của đồng hồ cho 3 lực cần xác định là lực nâng, lực cản, mô men. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 5.5: Các núm chỉnh Reset đồng hồ đo
Việc điều chỉnh thứ 2 cho quy trình điều chỉnh đo đạc là điều chỉnh góc đặt cánh. Việc điều chỉnh góc đặt cánh thông qua núm quay đầu lắp cánh. Nới nhẹ 4 con ốc xiết trên núm quay góc đặt cánh và xoay núm sao cho kim chỉ trên núm chỉ vào các góc tương ứng được khắc góc sẵn trên cân khí động.
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
71
Hình 5.6: Quy trình điều chỉnh góc đặt cánh
Việc điều chỉnh thứ 3 cho quy trình điều chỉnh đo đạc là khởi động ống khí động, điều chỉnh vận tốc gió thí nghiệm ống khí động.
Luận văn tốt nghiệp cao học
Học viên: Nguyễn Hải Dƣơng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Mịch
72
Hình 5.7: Quy trình điểu chỉnh vận tốc dòng khí cho ống khí động.
Để đảm bảo an toàn cho thiết bị ống khí động cũng như đạt hiệu quả đo đạc công việc tốt nhất, trước khi thí nghiệm cần kiểm tra trạng thái làm việc của ống khí động sau:
1. Kiểm tra nút nguồn (1) đã ở chế độ tắt hay chưa, Vị trí xoay 12h 2. Nút vặn (2) đã ở chế độ tắt (OFF) hay chưa.
3. Tiến hành điểu chỉnh đo đạc như sau:
4. Vặn nút nguồn điện vào ống khí động (1) tại vị trí 3h