Đồ án thiết kế và chế tạo máy kiểm tra lực nén lò xo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KIỂM TRA LỰC NÉN LÒ XÒ

GVHD: TS. DƯƠNG THẾ PHONG
SVTH: LÊ DUY ÁNH
TRẦN HOÀNG BẢO PHƯƠNG
HOÀNG VĂN THẮNG

SKL011 525

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
____________________

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KIỂM TRA
LỰC NÉN LÒ XÒ”

Giảng viên hướng dẫn:

ThS. Dương Thế Phong

Giảng viên phản biện:

TS. Phan Cơng Bình

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Lê Duy Ánh

19146153

19146CL5B 2019-2023

Trần Hoàng Bảo Phương

19146244

19146CL5A 2019-2023

Hoàng Văn Thắng

19110292

19146CL5B 2019-2023

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 07/2023

Khố:


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Lê Duy Ánh

MSSV: 19146153

Hội đồng: 18

Họ và tên sinh viên: Trần Hoàng Bảo Phương

MSSV: 19146244

Hội đồng: 18

Họ và tên sinh viên: Hoàng Văn Thắng

MSSV: 19110292

Hội đồng: 18

Tên đề tài: Thiết kế vào chế tạo máy kiểm tra lực nén lị xo...........................................................
Ngành đào tạo: Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử. .............................................................................
Họ và tên GV hướng dẫn: Th.S Dương Thế Phong. .......................................................................
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:
..........................................................................................................................................


..........................................................................................................................................

..........................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
3. Đánh giá:

1.

2.

Điểm tối
đa

Mục đánh giá

TT

Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm đạt
được

30

Đúng format với đầy 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

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật,
khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy
trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần 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:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng

năm 2023

Giảng viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Lê Duy Ánh

MSSV: 19146153

Hội đồng: 18

Họ và tên sinh viên: Trần Hoàng Bảo Phương

MSSV: 19146244

Hội đồng: 18

Họ và tên sinh viên: Hoàng Văn Thắng

MSSV: 19110292

Hội đồng: 18

Tên đề tài: Thiết kế vào chế tạo máy kiểm tra lực nén lị xo...........................................................
Ngành đào tạo: Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử. .............................................................................

Họ và tên GV phản biện: TS. Phan Cơng Bình. ..............................................................................
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:
..................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................

6. Đánh giá:

1.

2.

Điểm tối
đa

Mục đánh giá

TT

Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm đạt
được

30

Đúng format với đầy 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

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy
trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10
100

Tổng điểm
7. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng

năm 2023

Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Cơ điện tử

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Học kỳ II / Năm học 2022 - 2023
Nhóm sinh viên thực hiện:

MSSV:

Điện thoại:

Lê Duy Ánh

19146153

0855177346

Trần Hồng Bảo Phương

19146244

0898823983

Hồng Văn Thắng

19110292

0359580820

Ngành đào tạo: Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử.
Giảng viên hướng dẫn: Dương Thế Phong

Học vị: Thạc sĩ

1. Mục tiêu đề tài:
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra lực nén lò xo.
Các mục tiêu nghiên cứu của đề tài này bao gồm:
•

Sản phẩm đầu ra: Máy kiểm tra lực nén của một lò xo cụ thể lực nén tối đa 500N
và màn hình HMI điều khiển.

•

Mục đích sản xuất: Áp dụng kiểm tra sản phẩm lỗi trong cơng nghiệp.

•

Loại lò xo sử dụng: Lò xo thép lực chịu tối đa 50kg.

•

Dự kiến thời gian và mức độ kiểm tra về lực tùy theo người dùng điều khiển trên

HMI có tích hợp các chế độ điều khiển, thể hiện qua biểu đồ lực nén theo thời gian.

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
•

Vật liệu đầu vào: lị xo thép tải trọng chịu tối đa 500 (N).

•

Đầu ra: Kiểm tra được độ bền nén của lị xo có đạt tiêu chuẩn 500 (N).

•

Trục vitme hành trình dài: 500 (mm).

•

Bàn trượt hành hình dài: 380 (mm).

3. Nội dung chính của đồ án:
•

Tìm hiểu, lựa chọn các phương án điều khiển động cơ Veichi AC Servo bằng Board
PLC FX3U - 24MT.

•

Tìm hiểu về điều khiển đọc tính hiệu đầu ra, đầu vào của loadcell.

•

Tìm hiểu về phần mềm trên HMI Delta DOP-B series.

i


•

Tìm hiểu về V–Box và Webserver.

•

Tính tốn, thiết kế, gia cơng, lắp ráp tồn bộ phần cơ, điện và lập trình.

4. Các sản phẩm:
•

Mơ hình máy hồn chỉnh.

•

Tập bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp, bản thuyết trình đồ án.

•

Sản phẩm máy thực tế.

5. Ngày giao đồ án: 18/07/2023
6. Ngày nộp đồ án: 21/07/2023
7. Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo

☐ Tiếng Anh ☑ Tiếng Việt

Trình bày bảo vệ ☐ Tiếng Anh ☑ Tiếng Việt

TRƯỞNG KHOA
(Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

ii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CAM KẾT

LỜI CAM KẾT
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra lực nén lò xo.
Giảng viên hướng dẫn: Dương Thế Phong

Học vị: Thạc sĩ

Nhóm sinh viên thực hiện:

MSSV:

SĐT:

Lê Duy Ánh

19146153

0855177346

Trần Hồng Bảo Phương

19146244

0898823983

Hồng Văn Thắng

19110292

0359580820

Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 21/07/2023.
Lời cam kết: “Chúng tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do
chính chúng tơi nghiên cứu và thực hiện. Chúng 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,
chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 07 năm 2023.
Ký tên

iii


LỜI CẢM ƠN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Dương Thế Phong đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo về các kiến thức chuyên ngành cũng như đã truyền cảm hứng và động
lực cho chúng em hoàn thành đề tài này.
Chúng em xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử nói riêng và các thầy cơ
trong Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao nói chung, cũng như các thầy cô trong trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy chúng em bằng cả tâm huyết,
đã hỗ trợ chúng em nhiệt tình trên mọi mặt trong suốt q trình hồn thành đề tài tốt nghiệp.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và người thân đã ln động viên,
quan tâm, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và hoàn thành đồ án.
Cuối cùng, dù đã rất cố gắng để có thể hồn thiện thật tốt đồ án, nhưng với điều kiện
thời gian cũng như kinh nghiệm vẫn cịn hạn chế, nhóm chúng em vẫn khơng thể tránh
khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự góp ý và những lời nhận xét quý
báu từ các thầy cơ để nhóm có thể hồn thiện và nâng cao kiến thức. Nhóm chúng em xin
tiếp nhận bằng cả lòng biết ơn.

iv


TĨM TẮT ĐỒ ÁN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Lị xo là một vật thể đàn hồi được sử dụng phổ biến trong các thiết bị máy móc, đồ
nội thất,… Vì vậy, ngành cơng nghiệp sản xuất lị xo là một ngành quan trọng, ảnh hưởng
lớn đến nhiều lĩnh vực khác. Khi các nhà sản xuất thiết kế ra một loại lị xo, lị xo đó cần
được kiểm tra thử nghiệm để tìm ra được các thơng số kỹ thuật. Mục đích để đánh giá chất
lượng, so sánh với mục tiêu lò xo thiết kế ban đầu. Và để giải quyết vấn đề trên, nhóm đã
lựa chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra lực nén lò xo”.
Mục tiêu của đồ án này là tạo ra sản phẩm máy có khả năng kiểm tra thơng số của
lị xo thép xoắn trụ kéo nén mặt cắt tròn theo tiêu chuẩn Việt Nam, tải trọng nén tối đa là
500N. Cung cấp cho người sử dụng đồ thị biểu đồ lực đàn hồi của lị xo. Máy phải có khả
năng lưu trữ và xuất dữ liệu.
Đầu tiên nhóm thiết kế mơ hình 3D. Chất liệu khung chịu tải là thép SS400, với vật
liệu này khung được kiểm nghiệm để đảm bảo độ bền trong quá trình sử dụng. Sau khi đã
thiết kế được mơ hình, nhóm tiến hành lựa chọn các thiết bị. Trong kiểm tra lị xo, có bốn
yếu tố ảnh hưởng là: tốc độ nén, độ biến dạng, lực tác động, thời gian kiểm tra. Cả 4 yếu
tố này cần phải được kiểm sốt chặt chẽ, chính xác để có thể đảm bảo được kết quả đo. Vì
vậy nhóm đã sử dụng động cơ AC Servo và bộ truyền động vít me bi để có thể đáp ứng
các yếu tố trên. Để đo lực đàn hồi của lò xo, đồ án này lựa chọn cảm biến lực Loadcell.
Cuối cùng với thiết bị IoT V-Box được sử dụng truyền dữ liệu đo được lên Websever, hỗ
trợ lưu trữ và xuất dữ liệu về máy tính có kết nối mạng chung với V-Box.
Sau khi tiến hành chế tạo, kết quả sơ bộ cho thấy máy đáp ứng được các mục tiêu ban
đầu đề ra. Sản phẩm có độ tin cậy đáp ứng được các tiêu chuẩn kiểm tra lò xo.

v


ABSTRACT
Coil spring is an elastic object commonly used in various mechanical devices and
furniture. Therefore, it can be said that the coil spring manufacturing industry is an

important sector that significantly influences many other fields. When manufacturers
design a type of coil spring, it needs to be tested to determine its technical specifications.
The purpose is to assess its quality and compare it with the original design objectives of
the spring. To address this issue, the team has chosen the topic "Design and fabrication of
a compression force testing machine for coil springs."
The objective of this project is to create a machine capable of testing the parameters
of helical compression coil springs with circular cross-sections according to Vietnamese
standards, with a maximum compression load of 500N. It will provide users with graphs
depicting the force-deflection characteristics of the spring, and the machine must be
capable of storing and exporting data.
Firstly, the team designs a virtual 3D model. The load-bearing frame is made of
SS400 steel, and this material is tested to ensure durability during use. Once the model is
designed, the team proceeds to select the necessary equipment. In the coil spring testing
process, four influencing factors are considered: compression speed, deformation degree,
applied force, and testing time. All four factors must be tightly controlled and accurate to
ensure reliable measurement results. Therefore, the team uses an AC Servo motor and a
ball screw drive to meet these requirements. To measure the spring's reactive force, the
project selects a Loadcell force sensor. Finally, the IoT V-Box device is used to transmit
the collected data to a Webserver, enabling data storage and export to a computer with a
shared network connection to the V-Box.
After completing the fabrication process, preliminary results show that the machine
meets the initial set objectives. The product is reliable and complies with the standards for
coil spring testing.

vi


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP........................................................................ i
LỜI CAM KẾT ................................................................................................................. iii

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... iv
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ............................................................................................................. v
ABSTRACT ...................................................................................................................... vi
MỤC LỤC ........................................................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................... x
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ ..................................................................................... xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ................................................... 1
1.1 Giới thiệu ................................................................................................................... 1
1.2 Tình hình thế giới và trong nước ta ........................................................................ 2
1.2.1 Ngồi nước ......................................................................................................... 2
1.2.2 Trong nước ......................................................................................................... 4
1.3 Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 6
1.4 Tính thiết thực và ý nghĩa đề tài.............................................................................. 6
1.5 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................................ 7
1.6 Giới hạn đề tài ........................................................................................................... 7
1.7 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 7
1.8 Kết cấu của ĐATN .................................................................................................... 9
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................... 10
2.1 Giới thiệu lò xo ........................................................................................................ 10
2.2 Phân loại lị xo ......................................................................................................... 10
2.3 Thơng số chủ yếu của lò xo. ................................................................................... 11
2.4 Lò xo xoắn ốc hình trụ chịu nén ............................................................................ 11
2.4.1 Kết cấu của lị xo và các thơng số hình học.................................................... 11
2.4.2 Tải trọng và ứng suất của lò xo ....................................................................... 12
2.4.3 Chuyển vị và độ cứng của lò xo ...................................................................... 13
2.5 Lựa chọn các thơng số cần thiết cho lị xo để kiểm tra bền ................................ 14

vii

CHƯƠNG 3: LÊN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ............................................................. 16
3.1 Lựa chọn cơ cấu máy .............................................................................................. 16
3.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động ................................................................................ 17
3.3 Lựa chọn vật liệu làm khung máy ......................................................................... 19
3.4 Cơ cấu máy sau khi lựa chọn các phương án thiết kế ......................................... 19
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CƠ KHÍ VÀ ĐIỆN
.............................................................................................................................. 21
4.1 Giới thiệu ................................................................................................................. 21
4.2 Yêu cầu cơ cấu máy ................................................................................................ 21
4.3 Yêu cầu truyền động máy ...................................................................................... 21
4.4 Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................................ 21
4.5 Tính tốn và lựa chọn các linh kiện ...................................................................... 21
4.5.1

Vật liệu làm khung máy ................................................................................. 21

4.5.2

Bộ dẫn hướng trục vít .................................................................................... 22

4.5.3

Tính tốn lựa chọn động cơ ........................................................................... 28

4.5.4

Driver AC Servo ............................................................................................. 32

4.5.5

Hộp giảm tốc ................................................................................................... 32

4.5.6

Cảm biến lực ................................................................................................... 33

4.5.7

Mạch khuyếch đại tín hiệu Loadcell Signal Amplifier ............................... 35

4.5.8

Cảm biến tiệm cận .......................................................................................... 35

4.5.9

Board PLC....................................................................................................... 36

4.5.10 Màn hình điều khiển HMI............................................................................. 37
4.5.11 Thiết bị IoT điều khiển và giám sát từ xa VBox ......................................... 38
4.5.12 Relay ................................................................................................................ 40
4.5.13 Aptomat CB .................................................................................................... 40
4.5.14 Điện áp và dòng điện của các linh kiện ........................................................ 41
4.6 Gia công các chi tiết................................................................................................. 43
4.7 Thi công phần tủ điện ............................................................................................. 43
4.8 Thi công phần bộ trượt dẫn hướng nén lị xo ....................................................... 44
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ HỆ THỐNG GIÁM
SÁT TRÊN CLOUD BẰNG V-BOX ............................................................................. 45

viii


5.1 Giới thiệu .................................................................................................................. 45
5.2 Sơ đồ kết nối giữa các thiết bị ................................................................................ 45
5.3 Thiết kế và lập trình hệ thống điều khiển ............................................................. 47
5.3.1 Lưu đồ giải thuật tổng quát ............................................................................ 47
5.3.2 Lưu đồ giải thuật kiểm tra lò xo chế độ chuyển vị ........................................ 48
5.3.3 Lưu đồ giải thuật kiểm tra lò xo chế độ lực nén............................................ 48
5.3.4 Lưu đồ giải thuật chế độ điều khiển bằng tay ............................................... 49
5.4 Sơ đồ thiết kế giao diện HMI ................................................................................. 49
5.5 Giao diện Webserver đưa dữ liệu lên Cloud thơng qua V-Box .......................... 51
5.5.1 Tìm hiểu sơ lược các tầng lớp của IoT ........................................................... 51
5.5.2 Sơ đồ khối kết nối và sử dụng V-Box ............................................................. 52
5.5.3 Các bước hướng dẫn sử dụng V-Box cơ bản ................................................. 53
5.5.4 Thiết kế Webserver điều khiển ....................................................................... 55
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM ........................................................... 69
6.1 Kiểm tra sai số lực đàn hồi ..................................................................................... 59
6.2 Kết quả ..................................................................................................................... 63
6.2.1 Cơ khí ................................................................................................................ 61
6.2.2 Hệ thống điện .................................................................................................... 62
6.2.3 Chức năng và kết quả thu được ...................................................................... 63
6.3 Thực nghiệm ............................................................................................................ 63
6.3.1 Vẽ biểu đồ từ dữ liệu thu được ....................................................................... 63
6.3.2 Tính độ cứng lò xo ........................................................................................... 64
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................................. 66
7.1 Kết quả đạt được ..................................................................................................... 66
7.2 Hạn chế của đề tài.................................................................................................... 66
7.3 Đề xuất và hướng phát triển ................................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 67

PHỤ LỤC I ....................................................................................................................... 68
PHỤ LỤC II ..................................................................................................................... 69

ix


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số hình học lị xo .................................................................................... 12
Bảng 2.2: Thơng số kỹ thuật của lò xo dây tròn – WL18 (Nguồn: Misumi Vietnam) ....... 12
Bảng 2.3: Thơng số kỹ thuật của lị xo dây tròn – WB27 (Nguồn: Misumi Vietnam) ....... 12
Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của thép SS400 .................................................................... 29
Bảng 4.2: Thông số đầu vào lựa chọn động cơ ................................................................. 29
Bảng 4.3: Thông số động cơ Veichi AC Servo .................................................................. 31
Bảng 4.4: Thông số Driver ................................................................................................ 32
Bảng 4.5: Liệt kê thông số để lựa chọn Loadcell .............................................................. 34
Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật Loadcell ............................................................................... 34
Bảng 4.7: Thông số kỹ thuật module khuếch đại Loadcell ............................................... 35
Bảng 4.8: Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận ............................................................... 36
Bảng 4.9: Thông số kỹ thuật board PLC FX3U-24MT ..................................................... 37
Bảng 4.10: Thông số kỹ thuật màn hình HMI Delta DOP-B ............................................ 37
Bảng 4.11: Thông số kỹ thuật V-Box S-00 Wecon ............................................................ 39
Bảng 4.12: Thông số kỹ thuật Relay .................................................................................. 40
Bảng 4.13: Thông số kỹ thuật Aptomat Schneider Electronic .......................................... 41
Bảng 4.14: Điện áp và dòng điện làm việc của các thiết bị .............................................. 41
Bảng 4.15: Thông số kỹ thuật nguồn cấp PS1025 ............................................................ 42
Bảng 5.1: Bảng danh sách các chân Input ........................................................................ 45
Bảng 5.2: Bảng danh sách các chân Output ..................................................................... 45
Bảng 6.1: Thông số các đối tượng thử nghiệm ................................................................. 59

Bảng 6.2: Bảng tính tốn sai số lần 1 ............................................................................... 59
Bảng 6.3: Bảng tính tốn sai số lần 2 ............................................................................... 60
Bảng 6.4: Bảng tính tốn sai số trung bình ...................................................................... 60
Bảng 6.5: Bảng tính tốn sai số trung bình ...................................................................... 62

x


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Hình 1.1: Một số hình ảnh lị xo trong đời sống ................................................................. 1
Hình 1.2: Máy kiểm tra độ bền lị xo (ZwickRoell–Đức). ................................................... 5
Hình 1.3: Máy thử lực kéo nén lị xo (ANDILOG–Mỹ). ...................................................... 5
Hình 1.4: Máy đo lực nén lị xo (Mark 10–Mỹ). ................................................................. 6
Hình 2.1: Phân loại một số dạng lị xo phổ biến ............................................................... 10
Hình 2.2: Lị xo dây trịn - WL18 (Nguồn Misumi Vietnam) ............................................. 14
Hình 2.3: Lị xo dây trịn - WB27 (Nguồn Misumi Vietnam) ............................................ 15
Hình 3.1: Đặt theo phương nằm ngang ............................................................................. 16
Hình 3.2: Đặt theo phương thẳng đứng (Nguồn: TMP Vietnam) ..................................... 16
Hình 3.3: Bộ bàn trượt vít me (Nguồn: CNC 3DS) ........................................................... 18
Hình 3.4: Piston thuỷ lực (Nguồn: Công Nghiệp Đặng Gia) ............................................ 18
Hình 3.5: Piston khí nén (Nguồn: DLC Vietnam) ............................................................. 18
Hình 3.6: Hình ảnh tổng quát của máy kiểm tra lực nén lị xo.........................................18
Hình 4.1: Sơ đồ khối tồn hệ thống ................................................................................... 21
Hình 4.2: Kiểm nghiệm bền với vật liệu. ........................................................................... 22
Hình 4.3: Vít me đai ốc bi ................................................................................................. 23
Hình 4.4: Lực tác dụng lên bộ dẫn hướng trục vít me – đai ốc bi .................................... 24
Hình 4.5: Động cơ AC Servo (Nguồn: Thiết bị kỹ thuật) .................................................. 31
Hình 4.6: Driver Veichi AC Servo (Nguồn: Veichi) ......................................................... 32

Hình 4.7: Hộp số model AB060-010-S2-P1 (Nguồn: Apex Dynamics) ............................ 33
Hình 4.8: Cầu điện trở Wheatstone của loadcell (Nguồn: realpars.com) ........................ 33
Hình 4.9: Loadcell Bongshin Hàn Quốc ........................................................................... 34
Hình 4.10: Module khuếch đại tín hiệu loadcell ............................................................... 35
Hình 4.11: Cảm biến tiệm cận (Nguồn: OMDHON) ........................................................ 36
Hình 4.12: Board PLC FX3U–24MT (Nguồn: Cơ Điện Hải Âu) ..................................... 36
Hình 4.13: Màn HMI DOP-B (Nguồn: SkyTech Group) .................................................. 38
Hình 4.14: Thiết bị V-Box S-00 Wecon (Nguồn: Wecon Việt Nam).................................. 39
Hình 4.15: Relay IDEC RJ1S-CL-D24 (Nguồn: IDEC).................................................... 40
Hình 4.16: Aptomat CB Schneider (Nguồn: Schneider Electric) ...................................... 41

xi


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 4.17: Power Supply PS1025 (Nguồn: RB Industrial Automation) ........................... 42
Hình 4.18: Ảnh vẽ 3D tủ điện ............................................................................................ 43
Hình 4.19: Vị trí gá Loadcell và cố định lị xo 2 đầu ........................................................ 44
Hình 5.1: Sơ đồ kết nối nguồn điện. .................................................................................. 46
Hình 5.2: Bố trí tủ điện...................................................................................................... 46
Hình 5.3: Lưu đồ giải thuật. .............................................................................................. 47
Hình 5.4: Lưu đồ giải thuật kiểm tra lò xo chế độ chuyển vị. ........................................... 48
Hình 5.5: Lưu đồ giải thuật kiểm tra lị xo chế độ lực nén. .............................................. 48
Hình 5.6: Lưu đồ giải thuật chế độ điều khiển bằng tay. .................................................. 49
Hình 5.7: Sơ đồ thiết kế giao diện HMI. ........................................................................... 49
Hình 5.8: Màn hình chính của HMI .................................................................................. 50
Hình 5.9: Màn hình cài đặt kiểm tra lị xo chế độ chuyển vị. ........................................... 50
Hình 5.10: Màn hình cài đặt kiểm tra lị xo chế độ lực nén. ............................................. 50
Hình 5.11: Màn hình điều khiển vận hành tự động........................................................... 50

Hình 5.12: Mơ hình về 7 lớp cơng nghệ IT (Nguồn: Internet of Things World Forum). .. 51
Hình 5.13: Sơ đồ khối cách hoạt động V-Box. .................................................................. 52
Hình 5.14: Giao thức truyền thơng cổng COM của V-Box. .............................................. 53
Hình 5.15: Đăng nhập vào V-Net. ..................................................................................... 53
Hình 5.16: Thiết bị V-Box đang hoạt động. ...................................................................... 53
Hình 5.17: Truyền thơng Board PLC FX3U-24MT với V-Box. ........................................ 54
Hình 5.18: Truyền thơng Board PLC qua RS485. ............................................................ 54
Hình 5.19: Khai báo địa chỉ của Board PLC trên V-Net. ................................................. 54
Hình 5.20: Tạo Historical Data trong V-Net. ................................................................... 55
Hình 5.21: Cách 1 Login vào tài khoản qua đường link ..... 55
Hình 5.22: Cách 2 Vào Service chọn Cloud SCADA và sẽ tự chuyển đến trang web ...... 56
Hình 5.23: Tạo dự án mới tại Cloud Web Config ............................................................. 56
Hình 5.24: Trang web của nhóm khi vận hành (Main-Screen) ......................................... 57
Hình 5.25: Màn hình 2 chế độ chạy máy khi vận hành ..................................................... 57
Hình 5.26: Lưu file dưới dạng CSV. .................................................................................. 58
Hình 5.27: Đồ thị kiểm tra lực nén và chuyển vị của lò xo. .............................................. 58

xii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 6.1: Tổng quan máy. ................................................................................................. 61
Hình 6.2: Tổng quan hệ thống tủ điện. .............................................................................. 62
Hình 6.3: Cấu trúc của một tệp dữ liệu Excel.. ................................................................. 63
Hình 6.4: Biểu đồ lực đàn hồi theo thời gian.. .................................................................. 64
Hình 6.5: Biểu đồ lực đàn hồi theo độ biến dạng lò xo.. .................................................. 64

xiii

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
1.

AC

Alternating Current

2.

AFG

Advanced Force Gauge

3.

CB

Circuit Breaker

4.

DC

Direct Current

5.

ELS

Enhanced Load Sensor

6.

HMI

Human Machine Interface

7.

LED

Light Emitting Diode

8.

PLC

Programmable Logic Controller

9.

IoT

Internet of Things

10.

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

11

ĐATN

Đồ án tốt nghiệp

xiv


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu
Lò xo là một sản phẩm rất quan trọng và phổ biến trong tất cả ngành nghề: từ công
nghiệp chế tạo ô tô, xe máy, xây dựng, công nghiệp nặng, đồ gia dụng, sản phẩm nội
thất,…. Đến những vật dụng cần cho cuộc sống như bút bi, đồng hồ, kẹp quần áo, lực kế,
nồi cơm điện, máy bơm, xe đạp…. Lị xo có vị trí rất quan trọng trong tất cả các ngành
nghề từ công nghiệp, y học, khoa học, thể thao, đời sống,….
Tầm quan trọng của kiểm tra độ bền mỏi: đó là khi các chi tiết chịu tải trọng biến đổi
lặp lại lâu dài sẽ bị phá hỏng khi chịu tải tĩnh bởi các ứng suất nhỏ hơn giới hạn bền của
vật liệu. Điều này có ý nghĩa to lớn với các chi tiết máy móc làm việc trong các điều kiện
tải trọng tuần hồn (có tính chu kỳ) mà tổng số chu kỳ trong suốt thời gian hoạt động của
máy có thể đạt tới con số nhiều triệu lần. Cho nên độ bền/sức bền mỏi của các vật liệu,
máy móc là yếu tố then chốt đánh giá chất lượng một sản phẩm. [1]

Hình 1.1: Một số hình ảnh lị xo trong đời sống.

Vậy nên, nhóm chúng em đã nghiên cứu và nắm bắt cơ hội để thiết kế và chế tạo ra
một sản phẩm mang nhiều ứng dụng trong các nhà máy sản xuất là lị xo. Do đó, máy có
khả năng cải tiến và ứng dụng cao cho nhiều lĩnh vực và ngành hàng khác nhau, với lực

Trang| 1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

kiểm tra tối đa 500N. Máy có thể kiểm tra sản phẩm lị xo của nhà máy sản xuất trước khi
xuất ra thị trường để đảm bảo sản phẩm đồng đều, và đạt chất lượng tốt nhất.
1.2 Tình hình thế giới và trong nước ta
1.2.1

Ngồi nước

Ngành sản xuất và chế tạo lị xo đã có từ hàng trăm năm nay. Với những ứng dụng
tuyệt vời và đa dạng trong mọi lĩnh vực của đời sống, từ công nghiệp, nông nghiệp, y học,
khoa học, giáo dục, thể thao,…Vậy nên việc sản xuất lò xo của các nước ở thế giới đã xuất
hiện từ rất lâu đời, và gắn bó với đời sống con người một cách mật thiết.
Trên thế giới hiện nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ - kỹ thuật cao,
các nước như Mỹ, Canada, Châu Âu, Israel, Các Tiểu Vương Quốc Ả Rập, Châu Úc hoặc
Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc,… đã và đang áp dụng các máy móc cơng nghệ cao để
kiểm tra sản phẩm đầu ra, có đạt được chất lượng mong muốn hay khơng. Từ đó cải thiện
từ khâu sản xuất, chế tạo ban đầu, để tránh gây ra những tổn thất khơng đáng có.
Một số hãng chun sản xuất máy kiểm tra lực đa năng nổi tiếng như: Mecmesin
(Bistish), ZwickRoell (Germany), Harder Tester (Portal), IndiaSmart (India), Starrett
(USA), Shimadzu và Imada (Japan), Universal Testing Chachine (China),…. Với giá thành

giao động từ 10.000$ đến 100.000$/ 1 máy, tùy theo kích thước, yêu cầu kỹ thuật, chất
lượng độ bền, bảo trì, bảo dưỡng, và khả năng vận hành của máy.
Một số hình ảnh máy kiểm tra lực
Máy kiểm tra lực đa năng H001.
Được sử dụng trong nhiều ngành công
nghiệp để nghiên cứu, kiểm sốt chất
lượng và quy trình. Nó được thiết kế để
xác định lực kéo, lực nén, lực uốn, lực
cắt, lực liên kết, kiểm tra độ bong tróc,
xé rách, v.v. cho da, cao su, nhựa, dệt,
kim loại, sợi nylon, giấy và vật liệu
giày dép, bao bì, hàng khơng, hóa dầu,
xây dựng, điện, xe, v.v.

Trang| 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Thông số cơ bản
Tốc độ

0.001 – 500mm/min

Tải tối đa

100N, 200N, 500N, 5KN, 10KN,
20KN, v.v.

Động cơ

Servo AC Motor

Kích thước (Dài x Rộng x Cao)

660 x 530 x 2130 (mm)

Khối lượng

163kg
Máy Đo Lực Kéo Nén Mecmesin.
Thích hợp dùng trong thử nghiệm
phịng thí nghiệm hay trong xưởng sản
xuất. Cấu hình đầy đủ cho một hệ thử
nghiệm hồn chỉnh kết hợp đồng hồ đo
lực kỹ thuật số AFG (Advanced Force
Gauge) hay với bộ cảm biến lực thông
minh ELS (Enhanced Load Sensor) và
các phụ tùng kẹp/ngàm giữ mẫu.
Bánh xe điều khiển đa năng cho phép
cài đặt chính xác tốc độ dịch chuyển và
vị trí mẫu đo, đèn LED nhiều màu sắc
thể hiện trạng thái hoạt động của máy
trong suốt quá trình hoạt động.
Thông số cơ bản

Tốc độ

0.1 – 1200 mm/min

Tải tối đa

2500 N / 250 kgf / 550 lbf

Động cơ

Servo AC Motor

Nguồn điện

AC 240V 50Hz

Kích thước (Dài x Rộng x Cao)

290 x 414 x 941 (mm)

Khối lượng

24kg

Trang| 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Máy Đo Lực Kéo Nén Starrett.

•

Máy dùng để tạo các thiết lập thử

nghiệm bằng cách sử dụng các tiêu
chuẩn thử nghiệm được quốc tế chấp
nhận từ ASTM, ISO, DIN, TAPPI,
v.v. hoặc tạo các phương pháp kiểm
tra tùy chỉnh.
•

Đo lường và tính tốn kết quả.

•

Lực đo Tối thiểu/Tối đa/Trung bình.

Thơng số cơ bản
Tốc độ

0.02 – 1200 mm/min

Tải tối đa

1000 N / 100 kgf / 225 lbf

Nguồn điện

AC 240V 50Hz

Kích thước (Dài x Rộng x Cao)

381 x 514 x 1270 (mm)

Khối lượng

77kg

1.2.2

Trong nước

Hiện nay nước ta đã và đang chú trọng vào phát triển nhà máy công nghiệp 4.0, ứng
dụng tối đa cơng nghệ máy móc vào dây chuyền sản xuất, kết hợp các công nghệ điều khiển
từ xa. Với tốc độ phát triển không ngừng nghỉ của công nghệ hiện tại, số lượng nhân lực
trẻ về số lượng cũng như chất lượng, việc học hỏi và áp dụng nhiều cơng nghệ mới đã và
đang nhanh nhất có thể. IoT và tự động hóa dây chuyển sản xuất ngày càng tối ưu hóa,
giúp các doanh nghiệp Việt Nam khơng những tiết kiệm tài chính mà cịn nâng cao năng
suất và chất lượng sản phẩm.
Việc sản xuất các mặt hàng này phải đi kèm với kiểm thử chất lượng đầu ra là một
nhu cầu tất yếu để sản phẩm Việt ngày càng đảm bảo chất lượng và yêu cầu thị trường
trong nước. Từ đó, có cơ sở để sản xuất, cạnh tranh và xuất khẩu sang các thị trường Đông
Nam Á và Châu Á.

Trang| 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Nhìn nhận rõ vấn đề cấp thiết đó, nhóm chúng em đã quyết định thiết kế và chế tạo
ra một sản phẩm “Máy kiểm tra lực nén lực lị xo”. Đây là đề tài mang tính thiết thực cao,
cũng như khả năng áp dụng vào thực tế. Với các tiêu chí như: Máy hoạt động ổn định, dễ
dàng tương tác khi sử dụng, số liệu hiển thị cụ thể, đơn giản hóa cách điều khiển, và giá
thành rẻ hơn so với những loại máy bán trên thị trường.
Hiện nay, Việt Nam vẫn chưa có nhiều cơng ty sản xuất mạnh về lĩnh vực máy móc
cơng nghiệp, máy móc kiểm thử chất lượng. Vậy nên, khơng có nhiều hãng Việt Nam chính
thức sản xuất máy kiểm tra về lực, cụ thể là lực nén của lò xo. Nước ta có rất nhiều đại lý
phân phối độc quyền từ Mỹ, Đức, Nhật, Trung Quốc,… về máy đo lực đa năng như: Mark10 VietNam, Doluongbaotri Vn Instrument Co., Ltd, MIT Technologies, TMP VietNam,…
với mặt hàng đa dạng, giá cả cạnh tranh, thơng tin máy móc cụ thể, dễ dàng mua bán trên
Website của từng công ty. Dưới đây là một số hình ảnh máy đo lực được phân phối và bán
chính hãng tại Việt Nam.

Hình 1.2: Máy kiểm tra độ bền lị xo (ZwickRoell–Đức).

Hình 1.3: Máy thử lực kéo nén lò xo (ANDILOG–Mỹ).

Trang| 5