CTM (Constant-Torque Mechanism) cơ cấu đẳng moment là một khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực cơ học và kỹ thuật, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm công nghệ, y tế và sản phẩm tiêu dùng hàng ngày. CTM được định nghĩa là khả năng cung cấp moment xoắn đầu ra ổn định mà không cần bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi trong góc quay đầu vào.[4]
Preload region
Output Force (N)
Input Displacement (mm)
Constant-force region (force variation < 3%)
Fobj = 0.66N
Hình 2.1: Dao động đầu vào so với đầu ra của cơ cấu đẳng moment [3]
Cơ cấu đẳng moment (CTM) có thể tạo ra moment xoắn đầu ra không thay đổi trong phạm vi xoay đầu vào quy định. Sự ổn định này được duy trì bất kể hệ thống điều khiển cảm biến phức tạp. Sở hữu với bản chất nguyên khối của cơ chế tuân thủ, thiết bị sẽ hoạt động hiệu quả hơn nhỏ gọn, nhẹ và di động. Tuy nhiên, trước tiên đến phạm vi ổn định thì cơ cấu phải trải qua quá trình gia tải trước thường chiếm một phần ba toàn bộ hành trình hoạt động. Ngoài ra, sự biến dạng của các đoạn linh hoạt bị hạn chế do năng suất của vật liệu. Phạm vi làm việc hạn chế này cản trở tiềm năng khác ứng dụng của CTM. [5]
CTM tạo ra moment đầu ra không thay đổi bất kể của vòng quay đầu vào. Những cơ chế như vậy làm cho quá trình kiểm soát lực trở nên đơn giản hơn rất nhiều thay vì sử dụng hệ thống phản hồi phức tạp với bộ truyền động và cảm biến. Vì vậy, CTM có rất nhiều các ứng dụng tiềm năng trong thiết bị y tế như thiết bị hỗ trợ di chuyển hoặc phục hồi chức năng, động lực học và cân bằng tĩnh của máy móc cũng như các ứng dụng hàng không vũ trụ.[5]
7
Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu thực tế, các mô hình thiết kế theo CTM phải thể hiện moment xoắn lớn và nhất quán với độ phẳng phù hợp. Vật liệu nhựa thường xuyên được sử dụng để thiết kế các cấu trúc do tính đơn giản, tính chất nhẹ và hiệu quả về chi phí. Nhờ các tính chất cơ học tuyệt vời, khả năng chống mài mòn, kích thước độ ổn định và thiếu yêu cầu bôi trơn cũng như độ đàn hồi... Để giải quyết vấn đề này, nhóm đã thực hiện một nghiên cứu liên quan đến các mô hình khác nhau về kiểu dáng và kích thước, tất cả đều được thiết kế theo cơ chế CTM. Các nguyên mẫu được chế tạo sẽ được đánh giá thông qua thử nghiệm để so sánh tác động của các biến thể và kích thước mô hình đến độ bền xoắn.[5]
2.2 Vật liệu nhựa 2.2.1 Nhựa ABS
Nhựa ABS là viết tắt của "Acrylonitrile Butadiene Styrene". Đây là một loại nhựa tổng hợp kỹ thuật có sự kết hợp của ba monomer: Acrylonitrile, Butadiene và Styrene. Nhựa ABS được biết đến với tính chất cơ học và cơ tính tốt, rắn nhưng không giòn, cách điện, không thấm nước, bền với nhiệt độ và hóa chất vì vậy không làm biến dạng sản phẩm, đặc biệt là sự kết hợp giữa độ bền, độ cứng và khả năng chịu va đập.[13]
Nhựa ABS dễ gia công, tạo hình vì thế những sản phẩm được sản xuất từ loại nhựa này rất đa dạng và phong phú, đem đến cho người tiêu dùng nhiều sự lựa chọn.
ABS thường có màu trắng đục, tuy nhiên, nó có thể được màu sắc thông qua quá trình gia công. ABS cũng thường được kết hợp với các chất phụ gia để cải thiện đặc tính như khả năng chống cháy, khả năng chịu nhiệt và độ bền cơ học.
Hình 2.2: Hạt nhựa ABS [13]
8
2.2.2 Nhựa PA6
Nhựa PA6 là một loại nhựa kỹ thuật có tên gọi đầy đủ là Polyamide 6 và còn được gọi là nylon 6. Đây là một loại nhựa cơ bản có tính năng cơ học vượt trội và khả năng chịu nhiệt tốt.
Nhựa PA6 thường được sử dụng trong các ứng dụng cần độ bền và chịu được nhiệt độ cao, như làm các bộ phận máy móc, vật liệu cơ khí, các bộ phận trong ngành ô tô, và đôi khi trong sản xuất đồ chơi và sản phẩm tiêu dùng khác. [11]
Hình 2.3: Hạt nhựa PA6 [11]
2.2.3 Nhựa TPU
Thermoplastic polyurethane hay còn được biết đến là TPU là một vật liệu được dùng nhiều trong các quy trình sản xuất và nhiều sản phẩm. Loại hóa chất này vừa có đặc tính của nhựa, vừa có đặc tính của cao su cho nên tính co giãn rất cao đồng thời có khả năng chống lại các tác nhân gây hại như hóa chất, trầy xước hoặc các tác nhân bên ngoài. [10]
Hình 2.4: Hạt nhựa TPU [10]
9
2.3 Lí do chọn vật liệu nhựa ABS, TPU, PA6 để thí nghiệm
Vật liệu nhựa hợp chất TPU cộng với ABS là sự pha trộn của hai loại nhựa khác nhau:
polyurethane nhiệt dẻo (TPU) và acrylonitrile butadiene styrene (ABS). TPU là một vật liệu dẻo, giống như cao su, được biết đến với tính đàn hồi cao và khả năng chống mài mòn, trong khi ABS là một loại nhựa cứng, dai thường được sử dụng trong các bộ phận ô tô, đồ chơi và đồ điện tử do độ bền và độ bền của nó. Sự kết hợp giữa TPU và ABS tạo ra một vật liệu có cả hai đặc tính mong muốn này, khiến nó trở nên lý tưởng. [12]
PA6 có độ bền kéo cao, chống va đập tốt, chống mài mòn tuyệt vời, có khả năng kháng hóa chất và hệ số ma sát thấp, mục đích khi kết hợp nhựa PA6 với sợi thủy tinh nhằm cải thiện độ cứng, tăng độ ổn định kích thước và tăng điểm nóng chảy để chống chịu nhiệt độ thời thời tiết. [14]
Sự kết hợp của nhựa ABS với TPU, PA6 với sợi thủy tinh nhằm cải thiện chất lượng và hiệu suất của các vật liệu nhựa và mục tiêu của nhóm là khảo sát cơ cấu đẳng moment để phân tích và so sánh kết qua khi pha trộn các vật liệu này.
10