THIẾT kế và mô PHÒNG máy đo MA sát POINT ON DISK DÙNG cảm BIẾN LOADCELL

Đồ Án Tốt Nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên

: Đỗ Hữu Tình

MSSV : 20110695

Lớp

: kĩ thuật cơ điện tử 3

Bộ môn : Công nghệ chế tạo máy.

Viện

: Cơ khí

Nghành : Cơ điện tử.

Giảng viên hƣớng dẫn: Ts. Nguyễn Kiên Trung.

1. Tên đề tài:
THIẾT KẾ VÀ MÔ PHÒNG MÁY ĐO MA SÁT POINT ON DISK
DÙNG CẢM BIẾN LOADCELL
2. Nội dung bản thuyết minh và tính toán:
Chƣơng 1. Tổng quan về ma sát và các đại lƣợng liên quan.
Chƣơng 2. Tính toán thiết kế cơ khí máy đo ma sát pin-on-disk.
Chƣơng 3. Cảm biến loadcell và ứng dụng Matlab xây dựng giao diện tính toán ma
sát.
Chƣơng 4. Lựa chọn động cơ và phƣơng pháp điều khiển động cơ.
Chƣơng 5. Ứng dụng phần mềm ANSYS vào mô phỏng ứng suất khi máy hoạt
động.
Chƣơng 6. Kết luận, hạn chế của đề tài và hƣớng phát triển.
3. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
TRƢỞNG BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Ngày…tháng… năm 2016
Ngày… tháng .. năm 2016
Hà Nội, ngày…tháng… năm 2016
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Page 1


Đồ Án Tốt Nghiệp

BỘ GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
--------------------------------------------------------BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

Ngƣời nhận xét: Ts. NGUYỄN TRUNG KIÊN
Đơn vị công tác: BM. Công nghệ chế tạo máy, Viện Cơ Khí.
Địa chỉ: C5 - 112, ĐHBKHN, Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trƣng, Hà Nội.
Email:

---------------------------------------------------NỘI DUNG NHẬN XÉT
1. Nhận xét chung:
……………………………………………………………………………………….
…….…………………………………………………………………………………
………….……………………………………………………………………………
………….……………………………………………………………………………
………….……………………………………………………………………………
………….……………………………………………………………………………
………….……………………………………………………………………………
………….……………………………………………………………………………
………….……………………………………………………………………………
2. Về mặt ý thức:
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 2

Đồ Án Tốt Nghiệp
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
3. Về mặt chuyên môn:
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
4. Kết luận:
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
Điêm đánh giá cho sinh viên:
Đỗ Hữu Tình:

…/10
Hà Nội, ngày… tháng… năm 2016
Ngƣời nhận xét
(ký và ghi rõ họ tên)

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 3


Đồ Án Tốt Nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
----------------------------------------------------------BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên: Đỗ Hữu Tình
Nghành: KT – Cơ điện tử

Khóa: K56

Với đề tài tốt nghiệp:
THIẾT KẾ VÀ MÔ PHÒNG MÁY ĐO MA SÁT POINT ON DISK
DÙNG CẢM BIẾN LOADCELL
Giảng viên hƣớng dẫn: Ts. NGUYỄN KIÊN TRUNG
Đơn vị công tác: Bm. Công nghệ chế tạo máy viện Cơ Khí.
Địa chỉ: C5 - 112, ĐHBKHN, Số 1 Đại Cồ Việt, Hai Bà Trƣng, Hà Nội.
Email:
Ngƣời nhận xét: Ts. TRƢƠNG ĐỨC PHỨC
Đơn vị công tác: Bm. Công nghệ chế tạo máy viện Cơ Khí.
-----------------------------------------------------NỘI DUNG NHẬN XÉT
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………

…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 4


Đồ Án Tốt Nghiệp
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
2. Nhận xét của ngƣời bản biện:
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
…….…………………………………………………………………………………
Hà nội, ngày… tháng… năm 2016
Ngƣời nhận xét
(ký và ghi rõ họ tên)

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 5


Đồ Án Tốt Nghiệp
Mục Lục
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 9
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LỰC MA SÁT VÀ CÁC ĐẠI LƢỢNG LIÊN QUAN.
........................................................................................................................................... 10
1.1

Giới thiệu chung:.................................................................................................. 10

1.1.1

Khái niệm ma sát: .......................................................................................... 10

1.1.2

Phân loại lực ma sát: ..................................................................................... 10

1.1.3

Định luật cơ bản về ma sát, lực ma sát, các yếu tố đặc trƣng của lực: ......... 10

1.1.4

Hệ số ma sát: ................................................................................................. 11

1.2

Thông số, đặc điểm hình học của bề mặt tiếp xúc: .............................................. 12

1.3

Các biện pháp giảm nhằm giảm ma sát và mài mòn: .......................................... 13

1.4

Các dạng đo ma sát xuất hiện trên thực tế trong các máy: .................................. 14

1.5

Cơ sở đề tài và mục đích lựa chọn đề tài ............................................................. 15

CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY ĐO MA SÁT DẠNG XOAY. .. 16
2.1

Tính toán thiết kế cơ khí máy đo ma sát dạng xoay và tịnh tiến: ........................ 16

2.1.1

Nguyên lí làm việc và đối tƣợng của máy: ................................................... 16

2.1.2

Yêu cầu của thiết kế: ..................................................................................... 16

2.1.3

Phân tích phƣơng án thiết kế: ........................................................................ 16

2.1.4

Phƣơng án thiết kê và mô hình máy trên phần mềm vẽ 3D: ......................... 17

2.2

Tính toán thiết kế máy đo: ................................................................................... 22

2.2.1

Tính toán động học hệ dẫn động: .................................................................. 22

2.2.2

Tính toán lựa chọn động cơ: ......................................................................... 24

2.2.3

Tính toán thiết kế bộ truyền đai dẹt: ............................................................. 26

2.2.4

Tính toán trục: ............................................................................................... 30

2.2.5

Chọn then cho trục: ....................................................................................... 34

2.2.6

Kiếm nghiệm độ bền mỏi của trục: ............................................................... 35

2.2.7

Tính toán chọn ổ lăn:..................................................................................... 37

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 6


Đồ Án Tốt Nghiệp
CHƢƠNG 3. CẢM BIẾN ĐO LỰC LOADCELL VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
MATLAB VÀO XÂY DỰNG GIAO DIỆN ĐO LỰC VÀ HỆ SỐ MA SÁT. ................ 39
3.1

Loadcell ................................................................................................................ 39

3.1.1

Hiện tƣợng điện trở lực căng (tenzo) ............................................................ 39

3.1.2

Loadcell ......................................................................................................... 43

3.2

Giới thiệu về matlab ............................................................................................. 46

3.3

Tổng quan về cấu trúc dữ liệu của matlab, các ứng dụng.................................... 47

3.3.1

Dữ liệu. .......................................................................................................... 47

3.3.2

Ứng dụng ....................................................................................................... 48

3.3.3

Toolbox là một công cụ quan trọng trong Matlab ........................................ 48

3.4

Hệ thống matlab … .............................................................................................. 48

3.5

Ảnh giao diện và code trong phần mềm matlab .................................................. 49

CHƢƠNG 4. LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ.
........................................................................................................................................... 53

4.1

Các loại động cơ và ƣu, nhƣợc của các loại động cơ........................................... 53

4.1.1

Động cơ một chiều ........................................................................................ 53

4.1.2

Động cơ xoay chiều....................................................................................... 53

4.1.3

Động cơ bƣớc ................................................................................................ 54

4.1.4

Động cơ servo ............................................................................................... 54

4.2

Các phƣơng pháp điều khiển động cơ.................................................................. 54

4.2.1

Động cơ một chiều ........................................................................................ 54

4.2.2

Động cơ xoay chiều....................................................................................... 55

4.2.3

Động cơ bƣớc ................................................................................................ 55

4.2.4

Động cơ servo ............................................................................................... 56

4.3

Lựa chọn động cơ................................................................................................. 56

4.4

Điều khiển động cơ bằng biến tần ....................................................................... 56

4.4.1

Định nghĩa về biến tần .................................................................................. 56

4.4.2

Các phƣơng pháp điều khiển biến tần ........................................................... 57

4.4.3

Ƣu điểm của biến tần .................................................................................... 59

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 7


Đồ Án Tốt Nghiệp
4.4.4

Các loại biến tần hay sử dụng trên thị trƣờng ............................................... 59

4.4.5

Lựa chọn phần mềm điều khiển .................................................................... 61

CHƢƠNG 5. SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS VÀO MÔ PHỎNG ỨNG SUẤT KHI
MÁY HOẠT ĐỘNG. ........................................................................................................ 62
5.1

Giới thiệu về phần mềm ANSYS ......................................................................... 62

5.2 Ứng dụng phần mềm ANSYS vào giải bài toán mô phỏng ứng suất đĩa quay khi
đo ma sát......................................................................................................................... 63
5.2.1

Các bƣớc giải bài toán trong ANSYS Workbench ....................................... 63

CHƢƠNG 6. KẾT QUẢ, PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. ................ 78
6.1

Kết luận ................................................................................................................ 78

6.2

Phƣơng hƣớng phát triển đề tài ............................................................................ 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 79

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 8


Đồ Án Tốt Nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập tại trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội ngoài sự nỗ lực
của bản thân, em còn nhận đƣợc sự giúp đỡ, tạo điều kiện từ các thầy cô giáo đã
giúp em học tập tốt hoàn thành khóa học. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin bày
tỏ lòng chân thành cảm ơn tới toàn thể quý Thầy cô, cán bộ công nhân viên đã và
đang công tác tại trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô Viện Cơ khí và
Bộ môn Cơ học vật liệu & kết cấu đã hƣớng dẫn tận tình, tâm huyết giúp em trong
suốt thời gian học tập tại trƣờng.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Trung Kiên đã trực tiếp
hƣớng dẫn tận tình em về lý thuyết động lực học dòng chảy để em có thể hoàn
thành tốt nội dung đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày………tháng……..năm 2016

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 9


Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LỰC MA SÁT VÀ CÁC ĐẠI LƢỢNG LIÊN
QUAN.
1.1 Giới thiệu chung:
1.1.1 Khái niệm ma sát:
Ma sát là hiện tƣợng sinh ra khi có sự tiếp súc giữa hai bề mặt khi chúng
chuyển động tƣơng đối với nhau. Ví dụ nhƣ tiếp xúc giữa bề mặt thép với thép,
thép với gỗ, thép với nhôm.
Ma sát gắn liền với những vấn đề cấp thiết của thời đại và đóng vai trò vô
cùng quan trọng trong kĩ thuật, đó là hao mòn máy móc, các thiết bị và ảnh hƣởng
trực tiếp đến tuổi thọ của chúng. Nhận thấy vấn đề đó nhiều tổ chức của các ngành
khác nhau đã quan tâm và nghiên cứu vấn đề này nhằm đƣa ra các biện pháp chống
mài mòn và bôi trơn để nâng cao tuổi thọ của các chi tiết máy.
1.1.2 Phân loại lực ma sát:
a) Theo môi trƣờng tiếp xúc ma sát khô, ma sát ƣớt, ma sát nửa khô nửa
ƣớt.
b) Theo tính chất chuyển động ma sát trƣợt và ma sát lăn.
c) Theo trạng thái chuyển động tƣơng đối ma sát tĩnh và ma sát động.
1.1.3 Định luật cơ bản về ma sát, lực ma sát, các yếu tố đặc trƣng của lực:
Lực ma sát là lực cản trở chuyển động, nó ngƣợc chiều của chuyển động và
xuất hiện trên bề mặt ma sát tại các vết tiếp xúc thực.
Theo Vật lý: lực ma sát là lực hút phân tử giữa các phân tử vật chất - ma sát
phụ thuộc vào vật liệu tiếp xúc, thời gian tiếp xúc.
Theo Cơ học: lực ma sát là do những gờ lồi lõm của hai bề mặt gài vào nhau
– ma sát phụ thuộc độ nhám bề mặt.

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 10


Đồ Án Tốt Nghiệp

Hình 1.1. Minh họa lực ma sát.
Các yếu tố đặc trƣng của lực ma sát:
- Phƣơng: song song bề mặt tiếp xúc
- Chiều: ngƣợc chiều tác dụng của ngoại lực (chiều chuyển động)
- Độ lớn: Fms = f.N
Trong đó
+) F: là hệ số ma sát.
+) N: là lực pháp tuyến (N).
- Điểm đặt: trên mặt tiếp xúc giữa 2 vật ma sát

1.1.4 Hệ số ma sát:
Từ công thức xác định độ lớn của Fms ta có hệ số ma sát f là 1 đại lƣợng thứ
nguyên và đƣợc xác định bằng công thức:
f 

Fms
N

Ngoài cách xác định hệ số ma sát nhƣ trên ta còn nhiều công thức khác nhƣ:
Hệ số ma sát trƣợt: Là tỷ số giữa lực ma sát và tải pháp tuyến f = F/N.
Hệ số ma sát khi va đập là tỷ số của lƣợng thay đổi về mặt động lƣợng của
vật thể va đập theo hƣớng tiếp tuyến và pháp tuyến: f 

Theo Tabor và Bowden: f 
Đỗ Hữu Tình - 20110695


T

(m.v1 )
(m.vn )

.
Page 11


Đồ Án Tốt Nghiệp
Ở đây: ζ : ứng suất trƣợt và ρT : giới hạn chảy của vật liệu
Theo Tabor và R.kinh: f  f0  k.  

T

Với : f0 : là ma sát tĩnh còn k là hệ số thực nghiệm, k = 0...1
Theo G.Franke: f  f0.e c.v
Với: v: vận tốc ảnh hƣởng tới ma sát với hệ số c
1.2 Thông số, đặc điểm hình học của bề mặt tiếp xúc:
Tính không đồng đều của bề mặt chi tiết đƣợc phân thành sai số hình dạng,
sóng và nhấp nhô. Sai số hình dạng là độ không đồng đều của bề mặt, xuất phát từ
hình dáng thực của nó (lồi, lõm, méo lệch …). Sóng là các dạng, cSác khe, đỉnh
tuần hoàn có chu kì cách nhau một khoảng cách (bƣớc
cao

và thƣờng có

sóng

) và chiều

40.

Hình 1.2. Biểu đồ cấu trúc của lớp bề mặt hình học vật rắn.
1.

Độ sóng 2. Nhấp nhô bề mặt 3. Sai số hình dạng.

Nhấp nhô bề mặt là có vô số đỉnh trong một khoảng khá ngắn (2 đến 800 m)
và cao (từ 0,03 đến 400 m). Sai lệch hình dạng, sóng và nhấp nhô đƣợc chỉ ra biểu
diễn nhƣ biểu đồ 2.
Biên dạng bề mặt của một mô hình kim loại đƣợc khuếch đại:

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 12


Đồ Án Tốt Nghiệp

Hình 1.3. Biểu đồ biên dạng bề mặt kim loại.
a)

Vết theo chiều ngang. b) Vết theo chiều dọc.

1.3 Các biện pháp giảm nhằm giảm ma sát và mài mòn:

Lực ma sát xuất hiện trong thực tế có lúc có lợi và có hại. Trong các trƣờng
hợp lực ma sát gây hại, ngƣời ta tìm cách làm giảm nó để làm tăng hiệu suất máy
và giảm mài mòn, tăng tuổi thọ của chi tiết. Trên thực tế, để giảm ma sát trong các
trƣờng hợp gây hại, ta sử dụng các cách sau:
- Làm nhẵn bề giữa hai bề mặt tiếp xúc. Trên thực tế sự nhẵn bề mặt này
tối đa chỉ ở một mức độ nào đó và trên bề mặt chi tiết vẫn có sự nhấp
nhô.
- Giảm tải trọng của vật lên bề mặt tiếp xúc. Tải trọng càng lớn, phản lực
giữa vật và bề mặt tiếp xúc càng lớn, do đó lực ma sát càng lớn. Giảm
tải trọng tƣơng đƣơng với việc giảm lực ma sát tác dụng giữa hai bề
mặt.
- Trong các cơ cấu có thể chuyển đổi giữa ma sát trƣợt và ma sát lăn,
ngƣời ta thƣờng chuyển ma sát trƣợt thành ma sát lăn vì ma sát lăn nhỏ
hơn rất hiệu so với ma sát trƣợt.
Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 13


Đồ Án Tốt Nghiệp
- Thay đổi vật liệu chế tạo chi tiết. Việc này thay đổi hệ số ma sát của chi
tiết. Dẫn tới việc giảm lực ma sát tác dụng giữa hai bề mặt.
- Sử dụng các kĩ thuật bôi trơn giữa hai bề mặt. Ma sát ƣớt nhỏ hơn rất
nhiều so với ma sát khô, do vậy ngƣời ta sử dụng các loại chất lỏng,
dung dịch có tác dụng làm giảm ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc.
1.4 Các dạng đo ma sát xuất hiện trên thực tế trong các máy:
Trong quá trình xem xét chuyển động của các máy và sự xuất hiện của ma
sát giữa các bề mặt tiếp xúc, các nhà cơ khí học đã đƣa ra các phƣơng án đo lực ma
sát và hệ số ma sát của vật liệu nhƣ sau:
 Cho vật liệu đo (viên bi) chịu tải trọng chuyển động tịnh tiến trên một bề

mặt khác.
 Cho vật liệu đo (viên bi) chịu tại trọng chuyển động quay trên một mặt
đĩa.
 Cho vật liệu đo (trụ tròn rỗng) chịu tải trọng đặt lên một đĩa quay.
 Cho vật liệu đo (trục tròn) chịu tải trọng quay bên trong một trụ tròn
rỗng.
 Cho vật liệu đo (trục tròn) đè lên một trục khác đang quay.
 Cho vật liệu đo (trục tròn rỗng) đang quay bị một bề mặt vật liệu khác
chịu tải trọng đè lên.

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 14


Đồ Án Tốt Nghiệp

Hình 1.4. Các dạng khảo sát ma sát trong thực tế.
1.5 Cơ sở đề tài và mục đích lựa chọn đề tài
Việc khảo sát, đo đạc, tính toán lực ma sát và hệ số ma sát của vật liệu là vô
cùng quan trọng trong cơ khí nói chung. Việc tính toán và khảo sát đƣợc hiện
tƣợng ma sát sẽ giúp đƣa ra đƣợc các phƣơng án giảm ma sát cụ thể trong từng
trƣờng hợp cụ thể, do đó sẽ làm tăng hiệu quả của vận hành máy nói riêng và sản
xuất nói chung. Mặt khác, các máy đo lực ma sát và hệ số ma sát ở Việt Nam chƣa
phổ biến. Do đó, việc lựa chọn đề tài có nhiều khả năng ứng dụng trong thực tế.

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 15

Đồ Án Tốt Nghiệp
CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY ĐO MA SÁT DẠNG
XOAY.
2.1 Tính toán thiết kế cơ khí máy đo ma sát dạng xoay và tịnh tiến:
2.1.1 Nguyên lí làm việc và đối tƣợng của máy:
 Đo ma sát theo nguyên lý tiếp xúc giữa mẫu thử và đĩa quay hoặc bàn
trƣợt tịnh tiến . Khi mẫu thử và đĩa quay (hoặc bàn trƣợt) tiếp xúc sẽ xuất
hiện lực ma sát trƣợt (Fms), lực ma sát này có xu hƣớng làm chuyển vị
mẫu thử đƣợc nhận biết bởi các cảm biến đo lực.

Hình 2.1. Nguyên lý làm việc của máy.
 Đối tƣợng làm việc của máy: Đối tƣợng làm việc của máy là các đầu thử
(bi tròn) của các vật liệu đƣợc chế tạo sẵn và đầu thử để kiếm tra, đo lực
ma sát và hệ số ma sát của vật liệu cần khảo sát.
2.1.2 Yêu cầu của thiết kế:
 Máy phải làm việc đƣợc ổn định, không rung lắc ảnh hƣởng tới quá trình
đo.
 Tay đo phải đảm bảo đƣợc sự cân bằng khi tiến hành chạy máy đo.
 Đảm bảo đƣợc việc điều khiển tốc độ động cơ trong quá trình đo.
2.1.3 Phân tích phƣơng án thiết kế:
 Ta có bảng thông số sơ bộ của các bộ phần của máy tham gia trực tiếp
vào quá trình đo nhƣ sau:
Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 16


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thông số
Bán kính đĩa quay
Đối trọng đặt trực tiếp lên tay quay
(để tạo áp lực gây ma sát lên đĩa)
Đối trọng đặt lên tay quay để tạo ra
cân bằng momen tay quay khi máy
hoạt động
Vị trí tiếp xúc giữa đầu đo và đĩa
quay
Tốc độ dài tại vị trí tiếp xúc giữa
đầu đo và đĩa quay
Đƣờng kính bi đo

Giá trị
100 mm
0 ÷ 10 N
1 ÷ 30 N

40 ÷ 80 mm
1 ÷ 5 m/s
17 – 19mm

2.1.4 Phƣơng án thiết kê và mô hình máy trên phần mềm vẽ 3D:
Quá trình làm việc của máy đo đƣợc minh họa thông qua sơ đồ khối sau

Hình 2.2 Sơ đồ khối quá trình làm việc của máy.

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 17

Đồ Án Tốt Nghiệp
a) Trƣờng hợp đo ma sát bằng đĩa quay (pin) :

Hình 2.4 Cấu tạo máy trên phần mềm vẽ 3D
1. Đế giữ máy.
7. Đầu đo và pin đo.
2. Bàn máy.
8. Tay đo.
3. Động cơ.
9. Rãnh mang cá – tay đo.
4. Trục máy.
10. Đai dẹt.
5. Đĩa quay (pin).
11. Ổ đỡ trục máy.
6. Các tải trọng đặt vào.
12. Cảm biến loadcell.
 Chi tiết và chức năng của từng chi tiết trong máy:
- Cụm chi tiết tay đo, đầu đo, cảm biến và pin đo:

Hình 2.5 Cụm chi tiết tay đo, đầu đo, cảm biến và pin đo.

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 18


Đồ Án Tốt Nghiệp
Đối trọng: Đặt vào một đầu tay đo, có tác dụng cân bằng

moment quay 2 đầu tay đo để đảm bảo độ chính xác của phép
đo.
Cảm biến: Đo lực ma sát trong quá trình máy hoạt động. Cảm
biến nhận tín hiệu lực và đƣa ra máy tính và đƣợc xử lý bằng
phần mềm.

Hình 2.6 Cảm biến loadcell
Đầu đo: Chứa bi đo (làm bằng vật liệu cần đo lực và hệ số ma
sát).

Hình 2.7 Đầu đo và bi đo
Tay đo: Gồm 2 phần, đƣợc bắt với nhau bằng bu lông – đai ốc,
có thể trƣợt trên rãnh mang cá để điều chỉnh khoảng cách đo.

Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 19


Đồ Án Tốt Nghiệp

Hình 2.8 Tay đo.
Rãnh trƣợt mang cá: Có tác dụng cho tay trƣợt trƣợt trên nó để
điều chỉnh khoảng cách đo.

Hình 2.9 Rãnh trượt mang cá.
- Cụm chi tiết trục máy và 2 ổ đỡ trục máy:
Trục công tác máy: Trục lắp bánh đai, đƣợc truyền chuyển động
qua đai cao su từ động cơ. Là trục công tác của máy. Bánh đai
đƣợc truyền chuyển động thông qua đai để làm quay trục máy.

Hình 2.10 Trục máy và bánh đai.
Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 20


Đồ Án Tốt Nghiệp
2 Cụm ổ bi đỡ: Có tác dụng đỡ trục máy và làm máy hoạt động
ổn định hơn.

Hình 2.11 Cụm ổ bi đỡ.
Đĩa pin: Đƣợc làm bằng loại vật liệu xác định trƣớc. Khi đĩa pin
quay sẽ tiếp xúc với đầu đo từ đó xuất hiện lực ma sát. Cảm biến
sẽ tiếp nhận tín hiệu lực, từ đó đƣa ra máy tính.

Hình 2.12 Đĩa pin.
- Cụm chi tiết động cơ và đai:
Động cơ: Tạo ra chuyển động để máy hoạt động, trên trục động
cơ lắp bánh đai nhỏ và truyền chuyển động cho trục công tác
thông qua đai.
Đai: Truyền chuyển động từ động cơ ra trục công tác.
- Bàn máy và đế giữ máy:
Bàn máy: Giá đỡ các bộ phận của máy – trên than bàn máy gắn
động cơ, cơ cấu tay đo, cụm ổ bi đỡ.
Đế giữ máy: Có tác dụng làm cân bằng, chống rung cho máy khi
hoạt động.
b) Trƣờng hợp đo ma sát với máng trƣợt tịnh tiến lặp lại:
Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 21


Đồ Án Tốt Nghiệp
Ta tiến hành thay đĩa quay bằng cơ cấu trƣợt tịnh tiến lặp lại.

Hình 2.5 Cơ cấu biến chuyển động quay thành tịnh tiến lặp lại.
a) Máng trƣợt tịnh tiến lặp lại
b) Cơ cấu biến chuyển động quay thành tịnh tiến lặp lại.

2.2 Tính toán thiết kế máy đo:
2.2.1 Tính toán động học hệ dẫn động:
a) Lực ma sát:
Ta có: ds =

Đỗ Hữu Tình - 20110695

.dα =

.dα = x.dx.dα

Page 22


Đồ Án Tốt Nghiệp

Hình 2.4 Lực ma sát tác dụng lên 1 đơn vị diện tích ds
Phản lực tác dụng lên diện tích ds:
.ds=

.x.dx.dα

Với giả sử rằng áp suất phân bố đều trên diện tích tiếp xúc.
Do đó ta có lực ma sát tác dụng lên một đơn vị diện tích tiếp xúc sẽ là:
d

= μ.

.x.dx.dα

→ Momen của lực ma sát là:
dM = d

.√

Momen tại mọi vị trí trên đĩa có cùng chiều quay, do đó:
∫
Ta lại có:

= μ.

.∫ ∫
+

√

- 2.x.cosα ≤

+

+2.x. =

Do đó:
M ≤ μ.
Đỗ Hữu Tình - 20110695

.∫ ∫
Page 23


Đồ Án Tốt Nghiệp
M≤

.∫

→

=

M ≤

Trong đó:

.(

+ μ.N = μ.N.(

+ )

μ: hệ số ma sát giữa 2 loại vật liệu.

: sai số cho phép, ta chọn < 1cm = 0,01m

b) Lực nén tác dụng lên đĩa quay:
Ta có:
W(N) = N.w.
Với
N: là lực nhấn do tác dụng của các bộ phận trên tay đo tác dụng
lên đĩa quay. Do tay quay có nhiều bộ phận tuy nhiên tải trọng không
đáng kể nên ta chọn dải lực từ 1 ÷ 30N
: Sai số cho phép.
Và w: tốc độ quay của đĩa.
2.2.2 Tính toán lựa chọn động cơ:
a) Sơ đồ khối của máy:

Hình 2.5 Sơ đồ khối của động cơ và trục công tác.
b) Công suất động cơ:
Ta có công suất trên lí thuyết: P = W(N) + W(N)
Công suất trên thực tế:
= [W(N) + W(N)].k
Với k là hệ số an toàn, chọn k = 2.
= [μ.N.w(

Đỗ Hữu Tình - 20110695

+ ) + N.w. ].2

Page 24


Đồ Án Tốt Nghiệp

= [μ N (
=[1.30.

(

+ ) + N.

. ].2

+0,01) + 30.0,01.

].2

= 260 W
Với R: là bán kính của đĩa quay.
r: là khoảng cách từ điểm đặt đầu đo tới tâm đĩa. Lấy tối đa
bằng R để đảm bảo công suất tối đa của máy.
→ Chọn 260W.
c) Hiệu suất truyền động của động cơ:
4
  = ol . d =
.0,95 = 0,912
Với ol - hiệu suất 1 cặp ổ lăn : 0,99
 d - hiệu suất bộ truyền đai : 0,95

 Công suất cần thiết trên trục động cơ:
P
Pct = lv =
= 285 W


d) Xác định sơ bộ số vòng quay động cơ điện:
- Ta có vận tốc quay của đĩa: v = 1†5 m/s
- Đầu đo tiếp xúc với mặt đĩa quay trong khoảng 0,04÷0,08 m.
 Vận tốc góc:  = 25 ÷ 125 (rad/s)
Số vòng quay trên trục công tác : nlv = 120 ÷ 1193 v/ph
Chọn tốc độ nlv = 1193 v/ph để đảm bảo vận tốc của cho phép.
- Theo công thức 2.15[1], tỉ số truyền sơ bộ:
usb = usbd
Với usbd: tỉ số truyền sơ bộ đai.
- Chọn:
usbd = 2.
 Số vòng quay sơ bộ của động cơ:
nsb =nlv/usb = 1193/2 = 597 v/ph
 Số vòng quay đồng bộ của động cơ:
Chọn nđb = 600 v/ph
e) Chọn loại động cơ: Dựa vào số liệu tính toán và theo bảng tiêu chuẩn
P1.3[1], ta lựa chọn loại động cơ 4A80Y8B3.
Đỗ Hữu Tình - 20110695

Page 25