Hình 2.19 thể hiện thiết kế cơ khí của platform của bộ mô phỏng bao gồm các thiết bị chính nhƣ: bàn gá đặt thiết bị (gọi tắt là bàn gá), khớp cầu sử dụng khí nén, mặt bích sử dụng cho việc cung cấp khí nén và giá đỡ.
2.2.5.1 Lựa chọn vật liệu
Để lựa chọn vật liệu chế tạo bàn gá cho bộ mô phỏng chúng ta cần chú ý đến hai yếu tố chính là hệ số giãn nở nhiệt và đặc tính cơ của vật liệu. Hai vật liệu đƣợc lựa chọn để nghiên cứu là hợp kim nhôm (là vật liệu không bị ảnh hƣởng của từ trƣờng và khối lƣợng riêng nhẹ) và vật liệu compozit.
Hình 2.19 Sơ đồ tổng thể của bộ bàn gá đặt trên khớp cầu
Vật liệu hợp kim nhôm thì dễ chế tạo, giá thành rẻ, các đặc tính cơ học khá tốt tuy
nhiên hệ số dãn nở nhiệt của hợp kim nhôm khá cao (25 x10-6 /K). Trong khi đó vật
liệu compozit, đặc biệt là sợi carbon-epoxy, có độ cứng cao và đặc tính cơ học ổn định,
đồng thời hệ số giãn nở nhiệt chỉ vào khoảng 0.028 x 10-6 /K. Do đó cho bộ mô phỏng
có thể chạy đƣợc ở nhiệt độ trong phòng thí nghiệm mà không cần đến một hệ thống ổn định nhiệt độ. Điều này không thể có đƣợc khi ta dùng vật liệu hợp kim nhôm, do hệ số dãn nở nhiệt cao sẽ dẫn đến sự mất ổn định về trọng tâm của toàn hệ so với tâm hình học khi nhiệt độ phòng thay đổi.
Hình 2.20 Tấm sợi carbon và keo epoxy, nguyên liệu chính để làm bàn gá
Nhƣ đã đề cập ở trên, bàn gá dạng tròn của bộ mô phỏng đƣợc thiết kế nhằm giảm thiểu sự biến dạng nhiệt và cơ học, giảm thiểu khối lƣợng nhằm cho phép gá tích hợp tối đa các thiết bị khác vào bộ mô phỏng. Bảng dƣới đây mô tả các đặc tính của vật liệu tổng hợp lên bàn gá, tổng khối lƣợng của bàn gá là 1,8kg và độ cứng là 25kg/cm2.
Bảng 2.3: Danh mục vật liệu của bàn gá compozit
Vùng Vật liệu Đặc tính
Trung tâm
Tấm PVC với bề mặt đƣợc phủ bởi các hạt thủy tinh và keo epoxy
Tấm PVC có độ dày 15.8mm và khối lƣợng riêng là 0.05g/cm3. Hạt thủy tinh che phủ bề mặt nhằm chống lại sự thẩm thấu của chất keo vào bên trong lòng của tấm PVC.
Mặt trên và dƣới
Mỗi mặt đƣợc tạo nên bởi 3 tấm sợi carbon bố trí lệch nhau ở góc lệch 0, và 60 cùng với keo epoxy. Do đó vật liệu sẽ có dạng gần đẳng hƣớng.
Tấm sợi đan carbon có mắt lƣới 2.4x2.4 mm và độ dầy 0.178mm.
Mặt trên và dƣới
Keo Epoxy Tỷ lệ giữa sợi và keo là 50%. Đƣợc phết
đều lên tấm sợi carbon và ép chặt trong vòng 8h.
2.2.5.2 Phương pháp chế tạo
Tấm vật liệu chế tạo bàn gá có kích thƣớc 80 x 80 cm (Hình 2.21) và có dạng sandwich với 2 tấm carbon ở 2 mặt trên và dƣới, tấm PVC ở giữa. Tấm này sẽ đƣợc cắt bỏ các phần thừa để tạo ra bàn gá có đƣờng kính 76cm.
Tấm vật liệu compozit sẵn sàng cho gia công
Bàn gá sau khi được chế tạo
Hình 2.21 Bàn gá trƣớc và sau khi gia công
Sau khi đƣợc chế tạo và phết keo lên 2 bề mặt tấm, tấm compozit đƣợc ép chặt giữa 2 tấm kính trong vòng 24h để đảm bảo cho keo đƣợc khô và bề mặt thật phẳng và sẵn sàng cho việc gia công thành bàn gá. Phần giữa tấm (đƣờng kính 15 cm) sẽ đƣợc tăng cƣờng độ cứng vững bằng cách tăng cƣờng thêm mật độ keo epoxy.
Cuối cùng là công đoạn gia công cắt tròn tấm vật liệu để làm thành bàn gá. Quá trình này bao gồm: cắt và gia công thô theo biên dạng tròn, khoan các lỗ gá đặt ở giữa, hàn kín vùng biên mới cắt, cắt lại vùng biên mới hàn, lắp các ống kim loại vào lỗ gá đặt khớp cầu, lắp khớp cầu khí.