Chương 5 GIẢM CHẤN MRF TỰ ĐÁP ỨNG
c) Khả năng tự đáp ứng lực giảm chấn
5.2 Giảm chấn MRF tự kích hoạt bằng hành trình
5.2.3 Mơ hình hóa giảm chấn MRF tự kích hoạt bằng hành trình
Hình 5.15 mơ tả các kích thước hình học cơ bản của giảm chấn MRF tự kích hoạt bằng hành trình. Xem xét khả năng lắp đặt trong máy giặt, lực giảm chấn cần thiết và
Hình 5.15: Kích thước hình học cơ bản của giảm chấn MRF tự kích hoạt bằng
Chương 5: Giảm chấn MRF tự đáp ứng
lực không tải, số nam châm được xác định là 3. Trong thiết kế này, trục, vỏ và cực từ được làm từ thép C45 thương mại. Các nam châm dạng đĩa trịn có vật liệu là NdFeB loại N35. MRF trong khe hở được bịt kín bằng các O–ring cao su NBR 70 durometer. Tương tự như giảm chấn MRF truyền thống ở Chương 4, lực giảm chấn kích hoạt
Fd và lực không tải F0 của giảm chấn MRF tự kích hoạt bằng hành trình được tính
tốn bởi các phương trình (4.1 – 4.4). Trong thiết kế này, chiều dài của MRF kích
hoạt Lon 6lp và khơng kích hoạt Loff 3lm, với lp và lm lần lượt là chiều dài của mỗi cực từ và nam châm. Ba loại MRF thương mại (sản xuất bởi Lord Corporation) được xem xét để tính tốn là 122–2ED, 132–DG và 140–CG. Đặc tính lưu biến (ứng suất chảy và độ nhớt) của ba loại này tăng dần theo thứ tự sắp xếp và được cho trong Bảng
2.1 (Chương 2).
Q trình tối ưu hóa thiết kế của giảm chấn MRF tự kích hoạt bằng hành trình được thực hiện tương tự như giảm chấn MRF ở các chương trước. Bài toán tối ưu được phát biểu:
Tìm các giá trị kích thước hình học cơ bản của giảm chấn để tối thiểu hóa lực khơng tải F0, với các ràng buộc lực giảm chấn cực đại lớn hơn 80 N, chiều dài khe
Chương 5: Giảm chấn MRF tự đáp ứng
Mơ hình FE được thể hiện trong Hình 5.16. Kết quả tối ưu của giảm chấn sử dụng ba loại MRF được tổng hợp trong Bảng 5.5. Có thể thấy rõ hiệu quả hoạt động của giảm chấn MRF 140–CG tốt hơn hai loại kia với tất cả các thơng số. Vì vậy MRF 140–CG được lựa chọn cho nghiên cứu này. Từ bảng kết quả, cũng cần chú ý rằng bán kính ngồi, một trong những tiêu chí thương mại quan trọng, của giảm chấn MRF 140–CG (15,1 mm) được giảm đáng kể so với giảm chấn MRF truyền thống (18 mm) và giảm chấn MRF tự cấp năng lượng (20 mm).
Q trình tối ưu hóa thiết kế cho trường hợp giảm chấn MRF 140–CG được mô tả chi tiết như sau. Trước tiên, từ các giá trị biến ban đầu bất kỳ (thường dựa trên kinh nghiệm), phương pháp tối ưu hóa sub–problem tích hợp trong cơng cụ tối ưu hóa ANSYS được sử dụng để xác định sơ bộ các thông số thiết kế tối ưu của giảm chấn.
Bảng 5.5: Kết quả tối ưu của giảm chấn MRF tự kích hoạt bằng hành trình.
Các thơng số (mm) 122–2ED 132–DG 140–CG Nam châm Chiều dài lm
Bán kính rm Cực từ lp 2,4 13,5 9,1 2,4 10,2 9,1 2 9 9,1 Trục Thành mỏng tw Bán kính rs 0,8 14,3 0,8 11 0,8 9,8 Khe hở MRF Chiều dài L
Bề dày tg 34,6 0,8 34,5 0,8 33,3 0,8 Vỏ Bề dày to Bán kính ngồi R 5 20 4,2 16 4,5 15,1 Hiệu năng Lực giảm chấn cực đại Fd (N)
Lực không tải F0 (N) 80,1 31,7 80,1 24,4 80,1 22
Chương 5: Giảm chấn MRF tự đáp ứng
Mục tiêu của bước này là xác định phạm vi tối ưu tồn cục. Hình 5.17 mơ tả sự tối ưu hóa giảm chấn bằng phương pháp sub–problem. Từ hình vẽ, có thể thấy lời giải hội tụ sau 50 vòng lặp với giá trị nhỏ nhất của hàm mục tiêu F0 là 22,3 N. Các biến thiết kế có giá trị: lm = 1,2 mm, rm = 9,1 mm, lp = 10,4 mm, to = 4,1 mm và các biến trạng thái có giá trị: Fd = 80,3 N, L = 34,9 mm, R = 14,8 mm. Các giá trị biến thiết kế này được gán cho dữ liệu đầu vào của bước tối ưu chính xác kế tiếp, trong đó phương pháp first–order kết hợp với thuật toán golden–section của ANSYS được sử dụng (Mục 2.2.4 và 2.2.5, Chương 2). Lời giải tối ưu của giảm chấn được minh họa trong Hình 5.18. Kết quả hội tụ sau 26 vòng lặp với hàm mục tiêu tối thiểu F0 là 21,9 N. Lưu ý là chiều dài và bán kính của nam châm vĩnh cửu cần được làm tròn đến giá trị tiêu chuẩn gần nhất để thuận tiện cho việc sản xuất. Vì vậy, bằng cách cố định hai
Chương 5: Giảm chấn MRF tự đáp ứng
thông số này theo tiêu chuẩn, bước tối ưu cuối cùng được thực hiện để tính tốn lại các thơng số khác. Lời giải tối ưu cuối cùng được trình bày trong Bảng 5.5 và Hình
5.19. Dựa trên các kết quả tối ưu, giảm chấn MRF tự kích hoạt bằng hành trình sử
dụng MRF 140–CG được thiết kế chi tiết như Hình 5.20.