đồ án kỹ thuật điện điện tử Nghiên cứu và sử dụng thiết bị đo ma sát trên mặt phẳng nghiêng (TM225) Và thiết bị cơ cấu cam dẫn (GL 110) trong giảng dạy và học tập môn cơ học kỹ thuật

Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Mở đầu

Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước . Phát
triển đất nước theo con đường công nghiệp . muốn thực hiện điều đó được tốt
thì phải phát triển giáo dục . Phát triển tri thức con người . Muốn thực hiện tốt
điều đó ta phải gắn liền việc học đi đôi với hành như tinh thần của nghị quyết
Đại hội XI của Đảng có nêu: “ đĐổi mới giáo dục, đào tạo phải nhằm mục tiêu
xây dựng nền giáo dục có tính dân tộc, hiện đại, quán triệt nguyên lý học đi đôi
với hành, lý luận gắn liền với thực tiễn, kết hợp chặt chẽ giữa nhà trường với
gia đình và xã hội; đáp ứng nhu cầu nhân lực phát triển đất nước, nhất là nhân
lực chất lượng cao, góp phần xây dựng xã hội học tập, tạo cơ hội bình đẳng để
mọi người dân đều có thể đi học và học tập suốt đời “.
Ngoài ra nghị quyết còn nêu ra: “ đĐổi mới nội dung, phương pháp dạy và
học theo định hướng "coi trọng việc bồi dưỡng năng lực tự học của học sinh”
ở tất cả các cấp. Đối với bậc đại học là tự nghiên cứu, tạo điều kiện cho người
học phát huy tư duy sáng tạo, rèn kỹ năng thực hành, tham gia nghiên cứu,
thực nghiệm, ứng dụng. Trong quá trình giáo dục phải kiên trì nguyên tắc lấy
học sinh làm trung tâm. Việc thay đổi phương pháp dạy và học là một công
việc to lớn, khó khăn, phức tạp, tác động đến tất cả các khâu từ nội dung,
chương trình, sách giáo khoa, trình độ đào tạo, thi cử, đến đánh giá, kiểm định
chất lượng. Đây là công việc liên quan tới tất cả các bộ phận cấu thành của
giáo dục nên cần có sự đổi mới đồng bộ từ nội dung đến phương pháp để đạt
được mục đích đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục, đào tạo.”
Hiện nay trong số các Ttrường đại học ở nước ta có rất ít Ttrường có đủ
điều kiện để có đủ các thiết bị , giáo cụ trực quan giúp sinh viên học tập và
nghiên cứu và phát huy năng lực của bản thân ở những lĩnh vực khoa học mới .
Trong thời gian học tập tại Khoa Cơ Điện , trường Đại Học Nông Nghiệp
Hà Nội , rất may mắn cho em đã được tiếp cận nhưng thiết bị khoa học tiên
1
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52

tiến nhất phục vụ tốt cho quá trình học tập và nghiên cứu của em cũng như sinh
viên tại trường . Bên cạnh đó thí nghiệm trên các giáo cụ trực quan giúp sinh
viên hiểu rõ hơn về bản chất sự việc làm cho sinh viên hiểu sâu vấn đề mình
nghiên cứu . Và qua đó giúp cho sinh viên thành thạo các thao tác , rèn luyện
kĩ năng làm việc với những thiết bị mới tiên tiến. Xuât phát từ những yêu cầu
đó em chọn đề tài : ”Nghiên cứu và sử dụng thiết bị đo ma sát trên mặt phẳng
nghiêng (TM225) Và thiết bị cơ cấu cam dẫn (GL 110) trong giảng dạy và học
tập môn cơ học kỹ thuật”Tuy đề tài này nói về những vấn đề không mới nhưng
nó là những vấn đề cơ bản khi sinh viên học môn cơ học kỹ thuật. Để có thể
thực hiện tốt vấn đề nghiên cứu và viết chuyên đề tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn
và chỉ bảo tận tình của thầy giáo , Thạc sỹsĩ Đặng Đình Trình .

MỞ ĐẦU
Đất nước ta đang trên con đường Công Nghiệp Hóa - Hiện Đại Hóa theo
định hướng XHCN trong đó ngành công nghiệp đóng một vai trò rất quan
trọng. Các hệ thống máy móc càng trở nên phổ biến và từng bước thay thế sức
lao động của con người. Để đáp ứng được các điều kiện làm việc khác nhau thì
máy móc phải được đảm bảo các điều kiện cơ bản đó là tính ổn định, tính bền
vững, tính cân bằng thì mới đạt được hiệu quả cao. Ngày nay, khi khoa học
công nghệ trong xã hội tiến bộ vượt bậc thì sự tiến bộ đó cũng được phản ánh
vào hệ thống cơ sở vật chất và thiết bị dạy học của nhà trường.
Hiện nay cơ sở vật chất và thiết bị dạy học được xem như một trong những
điều kiện quan trọng để thực hiện nhiệm vụ Giáo dục - Đào tạo. Sự phát triển
nhanh chóng của cơ sở vật chất và thiết bị dạy học đã và đang tạo ra tiềm năng
2
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
sư phạm to lớn cho quá trình học tập, giảng dạy và thí nghiệm. Tinh thần của
nghị quyết Đại hội XI của Đảng có nêu: “ đổi mới giáo dục, đào tạo phải nhằm
mục tiêu xây dựng nền giáo dục có tính dân tộc, hiện đại, quán triệt nguyên lý
học đi đôi với hành, lý luận gắn liền với thực tiễn, kết hợp chặt chẽ giữa nhà

trường với gia đình và xã hội; đáp ứng nhu cầu nhân lực phát triển đất nước,
nhất là nhân lực chất lượng cao, góp phần xây dựng xã hội học tập, tạo cơ hội
bình đẳng để mọi người dân đều có thể đi học và học tập suốt đời “.
Ngoài ra nghị quyết còn nêu ra: “ đổi mới nội dung, phương pháp dạy và
học theo định hướng "coi trọng việc bồi dưỡng năng lực tự học của học sinh”
ở tất cả các cấp. Đối với bậc đại học là tự nghiên cứu, tạo điều kiện cho người
học phát huy tư duy sáng tạo, rèn kỹ năng thực hành, tham gia nghiên cứu,
thực nghiệm, ứng dụng. Trong quá trình giáo dục phải kiên trì nguyên tắc lấy
học sinh làm trung tâm. Việc thay đổi phương pháp dạy và học là một công
việc to lớn, khó khăn, phức tạp, tác động đến tất cả các khâu từ nội dung,
chương trình, sách giáo khoa, trình độ đào tạo, thi cử, đến đánh giá, kiểm định
chất lượng. Đây là công việc liên quan tới tất cả các bộ phận cấu thành của
giáo dục nên cần có sự đổi mới đồng bộ từ nội dung đến phương pháp để đạt
được mục đích đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục, đào tạo.”
Bên cạnh đó, thí nghiệm góp phần vào việc hoàn thiện sinh viên. Thông qua
quá trình thí nghiệm sinh viên hiểu rõ hơn về bản chất của các hiện tượng, do
đó khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của sinh viên sẽ linh hoạt và hiệu
quả hơn. Trong dạy học môn cơ học kỹ thuật, thí nghiệm không những có vai
trò rất lớn trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của sinh viên, không
những chỉ ở góc độ cung cấp kiến thức, rèn luyện kỹ năng, thao tác, mà còn
giúp sinh viên củng cố và vận dụng kiến thức một cách vững chắc. Xuất phát từ
những lý do trên, em chọn đề tài :” Nghiên cứu và sử dụng thiết bị đo ma sát
trên mặt phẳng nghiêng (TM225)và thiết bị cơ cấu cam dẫn (GL110) trong
dạy học môn cơ học kỹ thuật’’ để nghiên cứu và viết chuyên đề tốt nghiệp dưới
sự hướng dẫn của thầy giáo Thạc sỹ Đặng Đình Trình.
3
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
4
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Chương 1I : Cơ sở lý thuyết

A-Thiết bị đo ma sát
-Cơ sở lý thuyết:
1 Ma sát ngoài:
Ma sát luôn xuất hiện khi có sự dịch chuyển tương đối giữa các vật thể
tiếp xúc và có tương tác cơ học với nhau Đặc trưng cơ bản của ma sát là lực
ma sát , tức là lực cản trở chuyển động tương đối.
Ma sát xuất hiện khi có sự tiếp xúc cơ học và chuyển động tương đối của
các vật thể tiếp xúc tương đối với nhau. Ma sát là kết quả của nhiều dạng tương
tác phức tạp với nhau. Trong đó có quá trình tương tác cơ học , hóa học và
nhiều quá trình tương tác khác.
Trong chuyển động cơ học ma sát chủ yếu là có hại . Nó làm cản trở
chuyển động của các vật thể với nhau . Nhưng một số lại có tác dụng có ích là
giữ cho vật thể không bị trượt và đứng yên tại một vị trí.
2. Phân loại ma sát
Phân loại ma sát trong chuyển động cơ bản cú cỏc dấu hiệu sau:
a.Động học của chuyển động .
- Ma sát trượt
- Ma sát lăn
- Ma sát quay
5
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
b . Có sự tham gia của chát bôi trơn
- Ma sát ướt
- Ma sát giới hạn
- Ma sát nửa ướt
- Ma sát khô
c. Điều kiện động học của sự tiếp xúc
- Ma sát tĩnh
- Ma sát động
d. Điều kiện tiếp xúc của vật

- Ma sát trong cặp lắp ghép máy
- Ma sát khi các bộ phận của máy tiếp xúc với môi trường
e. Phạm vi chức năng sử dụng
- Ma sát của cặp lắp ghép chống ma sát
-Ma sát của cặp ma sát
f. Đặc tính chức năng của độ tin cậy
- Quá trình ma sát bình thường
- Quá trình ma sát không bình thường
6
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
B- Lý thuyết cơ cấu cam
Cơ sở lý thuyết:
Cơ cấu cam là cơ cấu có khớp loại cao, thực hiện chuyển động qua lại
của khâu bị dẫn nhờ vào dặc tính hình học của thành phần khớp cao trờn khõu
dẫn
Hình 1.1 mô tả cơ cấu cam
1. Phân loại cơ cấu cam
a. Cơ cấu cam phẳng:cỏc khõu chuyể động trong một mặt phẳng hay
trong các mặt phẳng song song nhau
+ Theo chuyển động cam:cam quay, cam tịnh tiến
+ theo chuyển động cần : lắc,tịnh tiến, chuyển động song phẳng
+theo dạng đáy của cần: Bằng, nhọn, con lăn , biên dạng bất kỳ
Hình 1.2 cơ cấu cam phẳng
7
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52

b . Phân tích động học cơ cấu cam
1 . cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọn
+ Đồ thị chuyển vị
Phương pháp chuyển động thực

Hình 1.3 đồ thị chuyển vị phương pháp chuyển động thực
Phương pháp đổi giá
Hình 1.4 Đồ thị chuyển vị phương pháp đổi giá
8
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
9
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Các giai đoạn chuyển động
Hình 1.5 Đồ thị chuyển vị các giai đoạn chuyển động
10
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Chương II 2: Mô tả thiết bị:
A. Cơ cấu ma sát trên mặt phẳng nghiêng TM225
1.
Giới thiệu thiết bị TM225
Thiết bị (dụng cụ) TM 225 Ma sát trên mặt nghiêng cho sự chứng minh
rõ ràng hiện tượng ma sát trên mặt nghiêng.
Với chủ đề này có thể được nghiên cứu theo các hướng như sau:
(1,) Xác định hệ số ma sát cho các loại vật liệu tổ hợp khác nhau.
(2,) Sự khác nhau giữa ma sát trượt và mà sát tĩnh.
(3,) Chứng minh góc ma sát nghỉ.
(4,) Lực cân bằng tĩnh trên mặt nghiêng.
Dụng cụ thí nghiệm được dùng cho tiết thực hành cỏc nhúm sinh viên
nhỏ từ ( 2 - 3 người). Nó cũng có thể sử dụng để minh họa trong tiết học
trên lớp.
1.1. Định hướng sử dụng
Bài này được dùng cho mục đích giảng dạy
11
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
2. Miêu tả thí nghiệm

Hình 2.1 : Cấu tạo của TM 225
1 Mặt phẳng nghiêng 5 Ròng rọc
2 Thanh khung giá 6 Vật trượt
3 Mặt khung đế 7 Quả nặng
4 Vít chia độ
Dụng cụ TM255 bao gồm phần chính như sau: 1- mặt phẳng nghiêng; 2- cột
chống; 3- mặt bằng (chân đế). Độ dốc của mặt phẳng nghiêng có thể được đặt bất
cứ giá trị nào từ -45 (độ )đến 45( độ) bằng cách vặn điều chỉnh trờn vớt chia độ
(4). Mặt phẳng nghiờng thỡ được phủ một lớp nhựa (phúc-mi-ca) điều này có thể
tốt cho việc tái sử dụng (thay thế).
Ròng rọc (5) được gắn vào đầu của mặt phẳng nghiêng. Dụng cụ này gồm có
2 vật trượt (6), được ép từ 2 loại vật liệu khác nhau (thép - đồng, poly propylene
và nhôm). Kích thước được lựa chọn sao cho chỳng cú cựng khối lượng và tương
đương với một lực là 10N. Vật treo (7) thì có thể thay đổi với nhiều giá trị tải
trọng khác nhau.
12
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
B. Thiết bị cơ câu cấu Cam cam – Dẫndẫn:
1. Thiết bị CAM – DẪNcam – dẫn GL 110
Miêu tả :
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo thiết bị cam – dẫn GL110
Hình 2.3 Các loại cam trong thiết bị
13
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Thiết bị cơ cấu CAM – DẪNcam-dẫn cho phép các sinh viên đo chuyển vị của
CAM với góc > 360
o
. . Giản đồ ( đồ thị) của các yếu tố như chuyển vị, vận tốc,
gia tốc có thể được đưa ra và so sánh. Độ chuyển vị có thể được đo bằng đồng
hồ kế (gauge). Gúc thỡ được đo bằng thước đo góc ( Protractor)

Có 4 loại Cam, một trục trụ tròn (roller), (tay lắc) được trình bày trên hình vẽ.
Cơ cấu Cam và tay dẫn được nối với bởi các đinh vít.
14
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
CAM VÀ CÁC CƠ CẤU DẪN
Cam lồi - tay dẫn hỡnh cụn Cam tiếp xúc - tay dẫn hình trụ tròn
Cam lõm - tay dẫn hình trụ trònn Cam không đối xứng - tay lắc
15
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Hình 2.4 Cam và cơ cấu dẫn
16
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Chương III 3: Trình tự tiến hành thí nghiệm:
A . Thiết bị đo ma sát trên mặt phẳng nghiêng
1. 1.Thí nghiệm :
Chú ý: để đạt được kết quả lặp lại, luôn giữ bề mặt sạch và không dính dầu
mỡ. Để làm sạch bề mặt phẳng nghiêng sử dụng nước xà phòng, không được
sử dụng các chất thuốc tẩy rửa mạnh.
1.1. Xác định hệ số ma sát.
1.1.1. Hệ cơ bản theo lý thuyết :
Hình 3.1 : Mô phỏng ma sát
Hệ số ma sát được xác định với hệ như hình vẽ. Khối lượng của vật nặng
treo thẳng đứng được tăng lên dần cho đến khi vật trượt trên bề mặt bắt đầu
chuyển động. pPhương trình cân bằng lực tính theo phương đứng và
phương ngang sẽ dần tới trường hợp tới hạn.
17
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Theo định luật về ma sát đưa ra mối quan hệ giữa lực ma sát R và lực pháp
tuyến N : R = à . N
Từ đó hệ số ma sát à được tính theo công thức : S = à.G hoặc µ µ= =

S/G.

1.1.2. Tiến hành thí nghiệm :
Thông thường, Đo lặp lại giá trị ma sát là không thực sự tốt. Để đo
cỏc giỏ trị tiếp theo cần được làm theo các bước sau:
Hình 3.32 : Mô hình thí nghiệm
1) Làm sạch lại mặt phẳng trượt với các dung dịch cồn .
2) Đặt vật trượt lờn trờn mặt phẳng trượt và múc chỳng với thùng treo
vật nặng thông qua dõy cỏp (lỳc đầu thùng treo vật nặng để rỗng) .
18
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
3) Cho thêm khối lượng lượng vào thùng treo cho đến khi vật trượt có
xu thế dịch chuyển.
4) Ghi lại các giá trị tên vật liệu tổng hợp, khối lượng và lực căng của
dây dẫn .
5) Lặp lại thí nghiệm với các loại vật liệu tổng hợp khác nhau.
Thực hiện thí nghiệm nhận được bảng kết quả như sau:
Vật liệu tổng hợp Lực căng dây dẫn S [N] Hệ số ma sát à
Propylene/phốc mi ca
3,0 0,3
Thộp/Phốc mi ca 1,5 0,15
Nhụm/Phốc mi ca 2,5 0,25
Đồng / Phốc mi ca 2,0 0,2
Bảng 3.1 : Đo hệ số ma sát với góc ma sát là 0
0
; Trọng lượng của vật trượt
G = 10 N ; µ= µ =
S/G.
1.2Tính toán lực trên mặt phẳng nghiêng :

1.2.1. Lý thuyết cơ bản :
19
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Hình 3.4 3: Mô hình mặt phẳng nghiêng lý thuyết
Trong thí nghiệm này lực trên mặt phẳng nghiêng sẽ được nghiên
cứu. Tại trạng thái cân bằng thì vật nặng sẽ được tăng thêm hoặc
giảm đi về khối lượng cho đến khi hệ bắt đầu dịch chuyển. Các điều
kiện biên, lực tiếp tuyến dọc theo mặt phẳng nghiêng sẽ cân bằng
với các thành phần lực theo phương pháp tuyến vuông góc.
20
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Khi chuyển động hướng lên trên:
Khi chuyển động hướng xuống dưới:
Định luật ma sát thể hiện mối quan hệ giữa lực ma sát R và lực pháp
tuyến N như sau:
Từ trên chúng ta có thể tính ra được lực căng của dây dẫn S như sau
(tính cho trường hợp chuyển động dịch lên trên):
Tính cho trường hợp chuyển động dịch xuống dưới:
21
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
1.2.1. Thực hiện thí nghiệm :
Hình 43.74 : Mô hình thí nghiệm
Thông thường, Đo lặp lại giá trị ma sát là không thực sự tốt. Để đo các
giá trị tiếp chính xác cần được làm theo các bước sau:
1) đặt lại mặt phẳng tại góc nghiêng là 30°.
2) Cho thêm khối lượng 4N vào thùng nặng.
3) Đặt vật trượt lên mặt nghiêng với mặt nhôm trượt trên mặt nghiờng,
múc vật trượt với thùng nặng thông qua dây dẫn .
4) Cho thêm khối lượng vào thùng nặng cho đến khi vật trượt bắt đầu
chuyển động .

5) Ghi lại loại vật liệu, sức căng dây dẫn, và giá trị khối lượng.
6) Giảm khối lượng vật nặng từ từ cho đến khi vật trượt có xu
hướng trượt xuống.
22
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
Kết quả thu được như bảng sau :
Hướng của dịch chuyển
Lực căng dây S [N]
đo thực nghiệm
Lực căng dây S [N]
tính lý thuyết
Hướng lên trên 3,0 2,83
Hướng xuống dưới
7,0
7,16
Bảng 3.2 : Lực căng của dây dẫn được tớnh trờn mặt phẳng nghiêng 30
0
;
hệ số ma sỏt à = 0,25 ; G = 10N.
Sự phù hợp giữa giá trị tính toán và giá trị đo là tốt. Thí nghiệm này có thể
được lặp lại với các loại vật liệu tổ hợp khác.
2. Thông số kĩ thuật :
Kích thước :
Dài : 1100mm ; Rộng : 350mm ; Chiều cao : 550mm ; Khối lượng : 20Kg ;
Độ dài mặt phẳng nghiêng : 1000mm ; Giải góc đo : ± 45
0
.
Vật trượt làm bằng các loại vật liệu như phoocPP, nhôm, đồng, thép, với
trọng lượng đạt 10N.
Các loại quả cân :10 N; 4 x 0,1N; 1 x 0,5N; 4 x 1 N; 1 x 5 N.

23
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52
B-Thiết bị cơ cấu cam :
1. Cam lồi
a. Bảng thông số CAM lồi và tay dẫn trụ tròn
Góc [°]
Hành trình
[mm]
80 0
75 0
70 0,05
65 0,17
60 0,44
55 0,9
50 1,54
45 2,4
40 3,43
35 4,65
30 6,15
25 7,9
20 9,9
15 12,07
10 13,85
5 14,9
0 15,18
5 14,75
10 13,5
15 11,85
24
Chuyên đề tốt nghiệp Nguyễn văn Quang-CKDL K52

20 9,7
25 7,65
30 5,95
35 4,35
40 3,15
45 2,25
50 1,4
55 0,8
60 0,4
65 0,11
70 0
75 0
80 0
25