Đồ án Tối ưu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trượt linh hoạt (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Tối ưu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trượt linh hoạt (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM TAY QUAY CON TRƯỢT LINH HOẠT GVHD: TS. LÊ MINH TÀI SVTH: NGUYỄN NGỌC NHẬT MSSV: 11104072 SVTH: CHÂU VĂN HẬU MSSV: 11104050 S K L 0 0 4 2 1 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM TAY QUAY CON TRƯỢT LINH HOẠT Giảng viên hƣớng dẫn: TS. LÊ MINH TÀI Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC NHẬT MSSV:11104072 CHÂU VĂN HẬU MSSV:11104050 Lớp: 111040C Khoá: 2011 - 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Kỹ thuật Công nghiệp NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: TS. LÊ MINH TÀI Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC NHẬT MSSV: 11104072 CHÂU VĂN HẬU MSSV: 11104050 1. Tên đề tài: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: [1] E. Tanık, “Transmission angle in compliant slider-crank mechanism,”Mechanism and Machine Theory, vol. 46, pp. 1623–1632, 2011. [2] L.L. Howell, Compliant Mechanisms. John Wiley and Sons Inc, New York, 2001, ch. 5. [3] F. Dirksen and R. Lammering, “On mechanical properties of planar flexure hinges of compliant mechanisms,” Mech. Sci., vol. 2, pp. 109–117,2011. [4] J. Goodman. Mechanics applied to engineering. London, Longman, Green and Co., 1899. [5] C. Soderberg. Factor of safety and working stress.Transactions of ASME, vol. 52, pp. 13–28, 1939. [6] Phần mềm Solid Work, Matlab, ANSYS 3. Nội dung chính của đồ án: - Khảo sát, lựa chọn và xây dựng model bằng phần mềm Solid work - Xây dựng mô hình toán và mô phỏng bằng ANSYS cho cơ cấu tay quay con trƣợt - Lựa chọn phƣơng pháp tối ƣu hóa để thực hiện việc tối ƣu hóa thiết kế nâng cao tính chất cơ khí của sản phẩm này - Gia công chế tạo sản phẩm tay quay con trƣợt linh hoạt - Thực nghiệm kiểm tra tính chất cơ khí và so sánh với kết quả mô phỏng 4. Các sản phẩm dự kiến - 1 cuốn luận văn chứa đựng toàn bộ phần thiết kế tính toán và mô phỏng và tối ƣu hóa cũng nhƣ quá trình thực nghiệm để kiểm tra sản phẩm đã chế tạo - 1 đĩa CD chứa nội dung luận văn - 1 cơ cấu tay quay con trƣợt đƣợc chế tạo sau khi đã thiết kế và tối ƣu hóa 5. Ngày giao đồ án: 21/09/2015
4. 6. Ngày nộp đồ án: 05/01/2016 TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) TS. LÊ MINH TÀI  Đƣợc phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên)
5. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt - GVHD: TS. Lê Minh Tài - Họ tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Nhật MSSV: 11104072 Châu Văn Hậu MSSV: 11104050 - Lớp: 111040C - Địa chỉ sinh viên: 219 Hoàng Diệu 2- P. Linh Trung- Q. Thủ Đức- TP.HCM - Số điện thoại liên lạc: 0984268680 - Email: nhatnnspkt@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 05/01/2016 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc.Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày . tháng . năm 20 Ký tên
6. LỜI CẢM ƠN Trong quá trình đất nƣớc ta đang trên con đƣờng công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nƣớc vào năm 2020 thì lĩnh vực công nghệ - kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí nói riêng là một trong những ngành tiên phong của nƣớc ta, tạo ra nhiều máy móc, sản phẩm đáp ứng cho nhu cầu xã hội ngày càng cao. Vì vậy đòi hỏi kỹ sƣ cơ khí và cán bộ cơ khí phải có kiến thức sâu rộng, đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đã học để giải quyết vấn đề cụ thể trong sản xuất, sửa chữa sau khi ra trƣờng. Với việc đã đƣợc trang bị đầy đủ kiến thức về lĩnh vực cơ khí - vật liệu ở nhà trƣờng cộng với tinh thần học hỏi, sự nổ lực và đầy nhiệt huyết của một sinh viên sắp ra trƣờng. Hứa hẹn trong tƣơng lai chúng em sẽ là những tân kỹ sƣ đƣợc làm việc trong môi trƣờng chuyên nghiệp vận dụng đƣợc những kiến thức bổ ích đã học để giải quyết những vấn đề cụ thể trong công việc nhằm đạt đƣợc các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và góp phần hoàn thiện, phát triển bản thân. Mục tiêu của đồ án này là tạo điều kiện cho ngƣời học hệ thống, củng cố và nắm vững toàn bộ kiến thức đã học để vận dụng vào việc thiết kế, xây dựng và quản lý các quy trình chế tạo sản phẩm cơ khí. Môn học còn truyền đạt những yêu cầu về chỉ tiêu tối ƣu hóa quá trình thiết kế các kết cấu cơ khí để góp phần nâng cao hiệu quả chế tạo chúng. Các số liệu, thông số do tra bảng, tính toán và mô phỏng đều dựa vào các tài liệu tham khảo và kinh nghiệm của thầy cô hƣớng dẫn Tuy nhiên, do đây là lần đầu thực hiện đồ án và do kiến thức còn hạn hẹp nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thiết kế, tính toán. Chúng em rất mong thầy cô góp ý, bổ sung để kiến thức của chúng em đƣợc vững vàng hơn. Cuối c ng chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong khoa cơ khí. Đ c biệt là thầy Lê Minh Tài đã tận tình giúp đ , hƣớng dẫn để chúng em hoàn thành đồ án này. Sinh viên thực hiện Nguyễn Ngọc Nhật, Châu Văn Hậu
7. TÓM TẮT ĐỒ ÁN TÊN ĐỀ TÀI TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM TAY QUAY CON TRƯỢT LINH HOẠT Nếu một cái gì đó đƣợc uốn cong để làm ra những cái gì khác những vẫn có ý nghĩa sử dụng thì đó là “compliance” hay “flexibility”. Nếu nhƣ sự linh hoạt của một cấu kiện có thể cho phép nó bị uốn cong cũng đồng thời giúp nó thực hiện một công việc hữu ích khác thì đó là một cơ cấu linh hoạt (compliant mechanism). Ý tƣởng của việc sử dụng cơ cấu linh hoạt trong thiết kế các sản phẩm đã đƣợc bắt g p, nhƣng các nhà thiết kế truyền thống đã sử dụng một cái máy để vận hành. Họ thƣờng d ng những bộ phận cứng ho c cứng tuyệt đối liên kết lại với nhau bằng các khớp quay hay bản lề ho c là những khớp trƣợt. Nhƣng khi quan sát trong tự nhiên, chúng ta thấy một ý tƣởng hoàn toàn khác với các bộ phận cứng tuyệt đối đƣợc kết nối. Hầu hết sự di chuyển của chúng là rất mềm dẻo thay vì cứng nhắc, và những chuyển động đó đến từ việc uốn cong của các bộ phận linh hoạt. Khóa luận tốt nghiệp này giải quyết một vấn đề kỹ thuật là thiết kế, tối ƣu hóa và chế tạo cơ cấu tay quay con trƣợt đàn hồi. Qua đó sinh viên đã sử dụng các phần mềm Solid Work và ANSYS để thiết kế và mô phỏng cơ cấu. Bên cạnh đó mô hình cơ cấu sau khi thiết kế đã đƣợc tối ƣu hóa bằng phƣơng pháp Taguchi dựa trên độ bền mỏi. Cuối c ng cơ cấu tay quay con trƣợt đàn hồi tối ƣu đã đƣợc chế tạo và thực nghiệm kiểm tra với kết quả sai số tối đa là 4 %, rất gần với kết quả mô phỏng. Do điều kiện trang thiết bị hỗ trợ và thời gian nghiên cứu không cho phép thực hiện ở kích thƣớc micrometer, đề tài chỉ tập trung vào việc thiết kế và chế tạo đƣợc mô hình tay quay con trƣợt đàn hồi ở kích thƣớc milimeter. Trong tƣơng lai đề tài này sẽ đƣợc phát triển làm cơ sở cho việc thiết kế các cơ cấu đàn hồi phức tạp hơn ở kích thƣớc micrometer.
8. ABSTRACT OPTIMAL DESIGN AND EXPERIMENTAL MANUFACTURE OF A SLIDER- CRANK COMPLIANT MECHANISM If something bends to do what it is meant to do, then it is compliant. If the flexibility that allows it to bend also helps it to accomplish something useful, then it is a compliant mechanism. The idea of using compliant mechanisms in products is catching on, but traditionally when designers need a machine that moves, they commonly use very stiff or rigid parts that are connected with hinges or sliding joints. But when we look at nature we see an entirely different idea from rigid parts connected at joints - most moving things in nature are very flexible instead of stiff, and the motion comes from bending the flexible parts. This thesis solves a technical problem is to design, optimize and manufacture a slider-crank compliant mechanism. Whereas, students used ANSYS and Solid Work softwares to design and simulate the structure. Besides a model of mechanism after the design has been optimized by Taguchi method based on the fatigue life. Finally the optimum slider-crank compliant mechanism was fabricated and experimentally tested with the maximum error is about 4% which is very close to the simulation results. Due to the condition of the equipment supporting and research time not allow micrometer in size, the thesis only focused on the design and manufacture the prototype of a compliant slider-crank mechanism in millimeter-size. In the future this topic will be developed as the basis for the design of the more complex compilant mechanisms in micrometer-size.
9. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Kỹ thuật công nghiệp PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Nhật MSSV: 11104072 Châu Văn Hậu MSSV: 11104050 Tên đề tài: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm cơ cấu tay quay con trƣợt linh hoạt Ngành đào tạo: Kỹ thuật công nghiệp (K11) Họ và tên GV hƣớng dẫn: TS. Lê Minh Tài Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: 2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN: 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển) 2.3.Kết quả đạt được:
10. 2.4. Những tồn tại (nếu có): 3. Đánh giá: Điểm Điểm đạt TT Mục đánh giá tối đa được 1. Hình thức và kết cấu ĐATN 30 Đ ng format với đ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 10 2. Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5 học xã hội Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành ph n, hoặc quy trình 15 đáp ứng yêu c u đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mềm chuyên ngành 5 3. Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10 4. Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10 Tổng điểm 100 4. Kết luận:  Đƣợc phép bảo vệ  Không đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20 Giảng viên hƣớng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên)
11. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Kỹ thuật công nghiệp PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Nhật MSSV:11104072 Châu Văn Hậu MSSV:11104050 Tên đề tài: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm cơ cấu tay quay con trƣợt linh hoạt Ngành đào tạo: Kỹ thuật công nghiệp (K11) Họ và tên GV phản biện: Th.S Trần Quốc H ng Ý KIẾN NHẬN XÉT 1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển) 3.Kết quả đạt được: 4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN: 5. Câu hỏi:
12. 6. Đánh giá: Điểm Điểm đạt TT Mục đánh giá tối đa được 1. Hình thức và kết cấu ĐATN 30 Đ ng format với đ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 10 2. Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5 học xã hội Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành ph n, hoặc quy trình 15 đáp ứng yêu c u đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mềm chuyên ngành 5 3. Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10 4. Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10 Tổng điểm 100 7. Kết luận:  Đƣợc phép bảo vệ  Không đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên)
13. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Kỹ thuật công nghiệp PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt Tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Nhật MSSV: 11104072 A. ĐÁNH GIÁ TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm chấm 1. Hình thức và kết cấu ĐATN 20 Đ ng format với đ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục 5 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 5 2. Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5 học xã hội Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành ph n, hoặc quy trình 15 đáp ứng yêu c u đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mềm chuyên ngành 5 3. Kỹ năng thuyết trình 30 Thuyết trình hiệu quả, tự tin, trình bày rõ ràng, mạch lạc, truyền cảm 10 hứng cho người nghe,có khả năng làm việc nhóm, Trả lời câu hỏi phản biện với kiến thức về các vấn đề liên quan, hiểu 15 được ảnh hưởng của các giải pháp của mình Hiểu được trách nhiệm nghề nghiệp và đạo đức nghề nghiệp 3 Trang phục ch nh tề và nghiêm t c 2 TỔNG ĐIỂM 100 B. CÁC Ý KIẾN NHẬN XÉT KHÁC(Nếu có) C. KẾT LUẬN (Ghi rõ c n phải bổ sung, ch nh sửa những mục gì trong ĐATN) Ngày tháng năm 20 Ngƣời nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)
14. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Kỹ thuật công nghiệp PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt Tên sinh viên: Châu Văn Hậu MSSV: 11104050 A. ĐÁNH GIÁ TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm chấm 4. Hình thức và kết cấu ĐATN 20 Đ ng format với đ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục 5 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 5 5. Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5 học xã hội Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành ph n, hoặc quy trình 15 đáp ứng yêu c u đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mềm chuyên ngành 5 6. Kỹ năng thuyết trình 30 Thuyết trình hiệu quả, tự tin, trình bày rõ ràng, mạch lạc, truyền cảm 10 hứng cho người nghe,có khả năng làm việc nhóm, Trả lời câu hỏi phản biện với kiến thức về các vấn đề liên quan, hiểu 15 được ảnh hưởng của các giải pháp của mình Hiểu được trách nhiệm nghề nghiệp và đạo đức nghề nghiệp 3 Trang phục ch nh tề và nghiêm t c 2 TỔNG ĐIỂM 100 B. CÁC Ý KIẾN NHẬN XÉT KHÁC(Nếu có) C. KẾT LUẬN (Ghi rõ c n phải bổ sung, ch nh sửa những mục gì trong ĐATN) Ngày tháng năm 20 Ngƣời nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)
15. ĐATN: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH VẼ 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU 5 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6 CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU 7 1.1 Giới thiệu 7 1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 9 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 9 1.4 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp 9 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 11 2.1 Giới thiệu cơ cấu đàn hồi 11 2.2 Khớp cong tròn 11 2.3 Thiết kế cơ cấu đàn hồi thông qua độ bền mỏi 17 2.4 Tối ƣu hóa cơ cấu đàn hồi sử dụng phƣơng pháp Taguchi 18 CHƢƠNG III: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 3.1 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn cho mô hình tay quay con trƣợt đàn hồi 20 3.2 Phƣơng pháp Taguchi 22 3.3 Đánh giá độ bền mỏi 25 3.3.1 Phƣơng pháp số 27 3.3.2 Giả định điều kiện tải 28 3.3.3 Tính toán giới hạn chịu đựng và độ bền mỏi 31 CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ TỐI ƢU HÓA 33 4.1 Thiết kế 33 4.1.1 Cơ cấu tay quay con trƣợt thông thƣờng 33 4.1.2 Khớp cong đàn hồi 34 4.1.3 Tính chất vật liệu 35 4.1.4 Phân tích và đánh giá cơ cấu tay quay con trƣợt đàn đồi 36 i. Trƣờng hợp “ppl” 38 ii. Trƣờng hợp “pps” 38 iii. Trƣờng hợp “pss” 39 GVHD: TS. Lê Minh Tài Trang 1
16. ĐATN: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt iv. Trƣờng hợp “sps” 40 v. Trƣờng hợp “spl” 41 vi. Trƣờng hợp “sss” 42 4.2 Tối ƣu hóa mô hình thiết kế 43 4.2.1 Hàm mục tiêu và các thông số đầu vào 43 4.2.2 Phân tích tỉ số S/N 46 CHƢƠNG V: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM 49 5.1 Thiết lập thí nghiệm 49 5.2 Đo độ chuyển vị x 51 5.3 So sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng 51 CHƢƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 54 6.1 Tổng quan và kết luận 54 6.2 Hƣớng phát triển 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 GVHD: TS. Lê Minh Tài Trang 2
17. ĐATN: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cơ cấu tay quay con trƣợt đàn hồi 7 cong tròn 11 ệ 12 Thông số hình học của k 13 13 ối xứ 13 K lõm 14 14 hỗn hợp 15 15 2.10 Chiều dài trục nhỏ thẳng 16 16 17 18 Hình 2.14 Mô hình trục nhỏ dài 18 khâu đàn hồi tuyệt đối 19 19 Hình 3.1 Kỹ thuật chia lƣới FEA 21 Hình 3.2 Quan hệ giữa độ bền mỏi và số chu kỳ 26 Hình 3.3 Đƣờng cong mỏi của hợp kim nhôm 27 Hình 3.4 Kiểm tra mỏi bằng dầm quay R.R 27 5 ớ 27 6 k 28 Hình 3.7 Đặt lực trong mô hình phần tử hữu hạn 29 Hình 3.8 Tải ngịch đảo hoàn toàn 29 Hình 3.9 Ứng suất do rung động 30 Hình 3.10 Đồ thị hiệu chỉnh Goodman 30 Hình 4.1 Sơ đồ thiết kế 33 Hình 4.2 Mô hình cơ cấu tay quay con trƣợt thông thƣờng 33 Hình 4.3 Mô hình khớp cong đàn hồi 35 Hình 4.4 Cấu trúc tế vi của hợp kim nhôm 6061-T651 36 Hình 4.5 Sáu hình dạng của cơ cấu không thay đổi lực. 37 38 Hình 4.6 Cơ cấu với một phân đoạn dài linh hoạt 38 Hình 4.7 Cơ cấu với một khớp cong đàn hồi 39 Hình 4.8 Cơ cấu với hai khớp cong đàn hồi liên tục 40 Hình 4.9 Cơ cấu với hai khớp cong đàn hồi 41 GVHD: TS. Lê Minh Tài Trang 3
18. ĐATN: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt Hình 4.10 Cơ cấu kết hợp khớp cong đàn hồi và khâu dài linh hoạt 42 Hình 4.11 Cơ cấu đàn hồi hoàn toàn 43 Hình 4.12 Đồ thị tỉ số signal to noise (S/N) trung bình 48 Hình 5.1 Mô hình chế tạo 49 Hình 5.2 Thiết bị thí nghiệm 50 Hình 5.3 Thí nghiệm đo độ chuyển vị x 51 Hình 5.4 Sự biến dạng và độ dịch chuyển của cơ cấu đàn hồi tối ƣu 52 Hình 5.5 Sơ đồ so sánh thực nghiệm và mô phỏng 53 GVHD: TS. Lê Minh Tài Trang 4
19. ĐATN: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông số lƣới 22 Bảng 3.2 Dãy các giá trị lệch 22 Bảng 4.1 Đặc tính của hợp kim nhôm. 35 Bảng 4.2 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm 6061-T651 36 Bảng 4.3 Các thông số xử lý và các mức độ tƣơng ứng 44 Bảng 4.4 Sắp xếp thí nghiệm dùng dãy trực giao L9 44 Bảng 4.5 Giá trị cụ thể của các thí nghiệm 45 Bảng 4.6 Kết quả 9 thí nghiệm và tỉ số S/N 46 Bảng 4.7 Bảng đáp ứng S/N theo độ bền mỏi 47 Bảng 5.1 Giá trị chuyển vị đầu ra 52 GVHD: TS. Lê Minh Tài Trang 5
20. ĐATN: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT S/N Signal to Noise MEMSs Micro Electro Mechanical Systems FEM Finite Element Method FEA Finite Element Analysis GVHD: TS. Lê Minh Tài Trang 6
21. ĐATN: Tối ƣu hóa thiết kế và chế tạo thực nghiệm tay quay con trƣợt linh hoạt CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu Cơ cấu đàn hồi là các thiết bị liên kết linh hoạt dùng để truyền lực và chuyển động phụ thuộc vào sự biến dạng của các thành phần của cơ cấu. Chúng thƣờng đƣợc làm từ vật liệu đàn hồi để thực hiện một chuyển động cần thiết. Cơ cấu đàn hồi có thể đƣợc xác định nhƣ là sự hoàn tất của các khâu đàn hồi thành phần. Sử dụng khớp linh hoạt trong cấu trúc cơ cấu có nhiều lợi thế nhƣ là: không gây tiếng ồn, không cần lắp ráp, không cần dầu bôi trơn. Các khớp này loại bỏ sự hiện diện của khe hở, khoảng trống và ma sát. Một trong những ƣu điểm chính của cơ cấu đàn hồi là làm cho cơ cấu có độ chính xác cao bởi vì chúng có thể đƣợc xây dựng ở dạng một khối cái mà làm giảm thời gian lắp ráp cũng nhƣ việc chế tạo sẽ dễ dàng hơn. Cơ cấu đàn hồi đƣợc nghiên cứu tập trung dựa trên các khớp linh hoạt đã trở nên ngày càng rộng rãi trong các ứng dụng, ví dụ nhƣ những thiết bị đo lƣờng cơ khí và kỹ thuật chính xác. Hơn thế nữa, cấu trúc nguyên khối là hoàn toàn thích hợp cho các hệ thống vi cơ điện tử (MEMSs) không có lắp ráp và đặc biệt là trong các thiết bị y sinh. Từ những quan điểm ở trên, một cơ cấu tay quay con trƣợt đàn hồi đã đƣợc phát triển trong nghiên cứu này. Một số chức năng của nó đƣợc trình bày nhƣ bên dƣới: Để tạo ra một lực không đổi trong phạm vi xử lý chính xác cái mà đƣợc sử dụng trong mài và hàn kích thƣớc siêu nhỏ, bộ kết nối điện và công tắc điện kích thƣớc micro. Các cơ cấu tay quay con trƣợt chuyển đổi một chuyển động quay thành một chuyển động tịnh tiến, nhƣ đƣợc thể hiện ở Hình 1.1. Hình 1.1 Cơ cấu tay quay con trƣợt thông thƣờng GVHD: TS. Lê Minh Tài Trang 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4