Đề tài nghiên cứu khoa học: Chế tạo khung máy thử mỏi cho nhựa/ composite với dạng tải kéo - chuyển vị

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Chế tạo khung máy thử mỏi cho nhựa/ composite với dạng tải kéo - chuyển vị" nhằm nghiên cứu đề xuất kết cấu, thiết kế chi tiết và chế tạo thử nghiệm khung máy thử mỏi trên vật liệu nhựa, kiểm tra hiệu suất của máy và đưa ra kết luận về thiết kế và đánh giá tính khả thi của máy trong sản xuất thực tế.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Chế tạo khung máy thử mỏi cho nhựa/ composite với dạng tải kéo - chuyển vị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN CHẾ TẠO KHUNG MÁY THỬ MỎI CHO NHỰA/ COMPOSITE VỚI DẠNG TẢI "KÉO - CHUYỂN VỊ" S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: SV2020-69 S KC 0 0 7 3 5 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN CHẾ TẠO KHUNG MÁY THỬ MỎI CHO NHỰA/ COMPOSITE VỚI DẠNG TẢI " KÉO - CHUYỂN VỊ " SV2020 - 69 Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN QUANG KHANG MSSV: 16144071 TP Hồ Chí Minh, 10/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN CHẾ TẠO KHUNG MÁY THỬ MỎI CHO NHỰA/ COMPOSITE VỚI DẠNG TẢI " KÉO - CHUYỂN VỊ " SV2020 – 69 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Nguyễn Quang Khang Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 16144CL5, ĐT CLC Năm thứ: 4 /Số năm đào tạo: 4 Ngành học: Công nghệ kỹ thuật cơ khí Người hướng dẫn: ThS. Đoàn Tất Linh TP Hồ Chí Minh, 10/2020
MỤC LỤC MỤC LỤC……………………………………………………………………………...i DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................ vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................vi THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI .........................................vii MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề ……………………………………………………………………..1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1 1.3. Mục tiêu đề tài nghiên cứu .................................................................................2 1.4. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................2 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 3 1.1. Khái niệm về hiện tượng mỏi .............................................................................3 1.2. Quá trình phá hủy do mỏi ..................................................................................3 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHUNG MÁY THỬ ĐỘ BỀN MỎI TRÊN VẬT LIỆU NHỰA ............................................................................................................................. 7 2.1. Phân tích thiết kế .................................................................................................7 2.2. Đánh giá thiết kế..................................................................................................9 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CHẾ TẠO ..................................................................... 14 3.1. Khung máy .........................................................................................................14 3.2. Tấm cữ................................................................................................................17 3.4. Cữ........................................................................................................................ 21 3.5. Tấm trượt Loadcell ........................................................................................... 23 3.6. Thanh chữ U ......................................................................................................27 3.7. Tấm trượt ...........................................................................................................28 3.8. Dẫn hướng..........................................................................................................31 3.9. Trục dẫn .............................................................................................................35 3.10. Giá chữ U .........................................................................................................37 i
3.11. Tay biên ............................................................................................................38 3.12. Gối đỡ trục lệch tâm ....................................................................................... 39 3.13. Mặt bích ...........................................................................................................41 3.14. Tấm đỡ Loadcell .............................................................................................. 42 3.15. Gối đỡ ...............................................................................................................46 3.16. Trục lệch tâm ...................................................................................................48 3.17. Căn mẫu ...........................................................................................................50 3.18. Xi lanh ..............................................................................................................51 3.19. Piston ................................................................................................................53 3.20. Lò xo .................................................................................................................56 3.21. Bát Piston .........................................................................................................58 3.22. Tấm đế Xi lanh ................................................................................................ 60 3.23. Tính chọn trục đỡ loadcell và kiểm nghiệm bền mối hàn ........................... 61 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH LẮP GHÉP ................................................................... 64 4.1. Lắp Cữ lên khung máy ..................................................................................... 64 4.2. Lắp cụm Bên phải mẫu ..................................................................................... 65 4.3. Lắp cụm Bên trái mẫu ...................................................................................... 71 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .......................................................................................... 77 1. Kết luận ..............................................................................................................77 2. Kiến nghị ............................................................................................................77 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 78 ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2. 1 Sơ đồ máy ......................................................................................................7 Hình 2. 2 Phương án kéo mẫu ...................................................................................... 8 Hình 2. 3 Mô hình 3D của máy ................................................................................... 10 Hình 2. 4 Bản vẽ tổng thể của máy.............................................................................10 Hình 2. 5 Kích thước mẫu kéo ISO 527-2:1993 ........................................................ 11 Hình 3. 1 Bản vẽ Khung máy ...................................................................................... 14 Hình 3. 2 Khung sau khi chế tạo ................................................................................16 Hình 3. 3 Khung sau khi sơn ...................................................................................... 17 Hình 3. 4 Bản vẽ Tấm cữ............................................................................................. 17 Hình 3. 5 Tấm cữ sau khi chế tạo ...............................................................................19 Hình 3. 6 Bản vẽ Tấm trượt sau .................................................................................19 Hình 3. 7 Tấm trượt sau thành phẩm ........................................................................21 Hình 3. 8 Bản vẽ Cữ.....................................................................................................21 Hình 3. 9 Cữ sau khi chế tạo ....................................................................................... 22 Hình 3. 10 Bản vẽ Tấm trượt loadcell........................................................................23 Hình 3. 11 Tấm trượt loadcell sau khi chế tạo .......................................................... 24 Hình 3. 12 Bản vẽ Thanh chữ U .................................................................................27 Hình 3. 13 Thanh chữ U sau khi chế tạo ...................................................................28 Hình 3. 14 Bản vẽ Tấm trượt ...................................................................................... 28 Hình 3. 15 Tấm trượt sau khi gia công ......................................................................31 Hình 3. 16 Bản vẽ Dẫn hướng..................................................................................... 31 Hình 3. 17 Dẫn hướng sau chi chế tạo .......................................................................34 Hình 3. 18 Bản vẽ Trục dẫn ........................................................................................ 35 Hình 3. 19 Trục dẫn hướng sau chi chế tạo .............................................................. 36 Hình 3. 20 Bản vẽ giá chữ U ....................................................................................... 37 Hình 3. 21 Giá chữ U sau khi chế tạo ........................................................................37 Hình 3. 22 Bản vẽ Tay biên ......................................................................................... 38 Hình 3. 23 Tay biên sau khi gia công .........................................................................39 Hình 3. 24 Bản vẽ Gối đỡ trục lệch tâm ....................................................................39 Hình 3. 25 Gối đỡ trục lệch tâm sau chi chế tạo ....................................................... 41 iii
Hình 3. 26 Bản vẽ Mặt bích ........................................................................................ 41 Hình 3. 27 Tấm đỡ Loadcell được lắp trên máy ....................................................... 46 Hình 3. 28 Bản vẽ Gối đỡ ............................................................................................ 46 Hình 3. 29 Gối đỡ sau khi chế tạo ..............................................................................47 Hình 3. 30 Bản vẽ trục lệch tâm .................................................................................48 Hình 3. 31 Trục lệch tâm sau khi chế tạo ..................................................................49 Hình 3. 32 Bản vẽ Căn mẫu ........................................................................................ 50 Hình 3. 33 Căn mẫu sau khi chế tạo ..........................................................................51 Hình 3. 34 Bản vẽ Xi lanh ........................................................................................... 51 Hình 3. 35 Xi lanh sau khi chế tạo .............................................................................53 Hình 3. 36 Bản vẽ Piston ............................................................................................. 53 Hình 3. 37 Piston sau khi chế tạo ...............................................................................55 Hình 3. 38 Bản vẽ Lò xo .............................................................................................. 56 Hình 3. 39 Lò xo sau khi chế tạo ................................................................................58 Hình 3. 40 Bản vẽ Bát piston ...................................................................................... 58 Hình 3. 41 Bát piston sau khi chế tạo.........................................................................59 Hình 3. 42 Bản vẽ Tấm đế Xilanh ..............................................................................60 Hình 3. 43 Tấm đế Xilanh ........................................................................................... 61 Hình 3. 44 Trục đỡ Loadcell ....................................................................................... 61 Hình 3. 45 Mối hàn tại Tấm gắn trục lò xo ............................................................... 62 Hình 4. 1 Mô hình 3D Cữ lắp trên khung máy ......................................................... 65 Hình 4. 2 Mô hình 3D cụm bên phải ..........................................................................65 Hình 4. 3 Cụm bên phải sau khi gia công ..................................................................66 Hình 4. 4 Thiết kế 3D của cụm trượt .........................................................................66 Hình 4. 5 Bản vẽ phân rã của cụm trượt ...................................................................67 Hình 4. 6 Vị trí lắp Tấm cữ và Tấm trượt sau .......................................................... 67 Hình 4. 7 Bản vẽ phân rã của cụm lò xo ....................................................................68 Hình 4. 8 Cụm Lò xo ...................................................................................................68 Hình 4. 9 Vị trí lắp đặt Piston với Tấm cữ ................................................................ 69 Hình 4. 10 Vị trí lắp đặt Xilanh với Tấm trượt sau .................................................69 Hình 4. 11 Cụm trượt sau khi lắp vào khung ........................................................... 70 Hình 4. 12 Vị trí của cụm dẫn hướng và dẫn động ..................................................70 iv
Hình 4. 13 Bản vẽ phân rã của Cụm dẫn động ......................................................... 71 Hình 4. 14 Mô hình 3D của Cụm bên trái .................................................................72 Hình 4. 15 Cụm bên trái sau khi lắp đặt ...................................................................72 Hình 4. 16 Vị trí lắp thanh trượt ................................................................................73 Hình 4. 17 Vị trí lắp Tấm trượt Loadcell và Trục ren M30 ....................................73 Hình 4. 18 Bản vẽ phân rã của Cụm đỡ Loadcell và Ngàm ....................................74 Hình 4. 19 Vị trí đặt Loadcell .................................................................................... 74 Hình 4. 20 Vị trí lắp Gối đỡ và Ti trượt ....................................................................75 Hình 4. 21 Vị trí lắp Cụm tấm đỡ ngàm ....................................................................75 Hình 4. 22 Cụm sau khi lắp vào Tấm trượt Loadcell ..............................................76 v
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3. 1 Các thành phần của khung:.......................................................................15 Bảng 3. 2 Các thành phần của chi tiết tấm cữ: ......................................................... 18 Bảng 3. 3 Các thành phần của chi tiết tấm trượt sau: .............................................20 Bảng 3. 4 Các thành phần của chi tiết tấm trượt loadcell: ......................................24 Bảng 3. 5 Các tiến trình gia công Tấm trượt ............................................................ 29 Bảng 3. 6 Các thành phần của chi tiết Dẫn hướng:..................................................32 Bảng 3. 7 Các tiến trình gia công Dẫn hướng: .......................................................... 33 Bảng 3. 8 Các thành phần của chi tiết Trục dẫn: ..................................................... 36 Bảng 3. 9 Các thành phần của chi tiết gối đỡ trục lệch tâm:...................................40 Bảng 3. 10 Các tiến trình gia công Tấm đỡ Loadcell: ..............................................43 Bảng 3. 11 Các thành phần của chi tiết Xi lanh: ...................................................... 52 Bảng 3. 12 Các thành phần của chi tiết Piston: ........................................................ 54 Bảng 3. 13 Các thành phần của chi tiết Bát piston: .................................................59 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam CNCTM2: Công nghệ chế tạo máy Tập 2 PA: Polyamide ISO: International Organization for Standardization CNC: Computer Numerical Control vi
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Chế tạo khung máy thử mỏi cho nhựa/ composite với dạng tải " kéo - chuyển vị " - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Quang Khang Mã số SV:16144071 - Lớp: 16144CL5 Khoa: Khoa đào tạo chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Nguyễn Đắc Hòa 16144050 16144CL5 ĐT CLC 2 Trần Quốc Huy 16144061 16144CL5 ĐT CLC - Người hướng dẫn: ThS. Đoàn Tất Linh 2. Mục tiêu đề tài: Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu đề xuất kết cấu, thiết kế chi tiết và chế tạo thử nghiệm khung máy thử mỏi trên vật liệu nhựa, kiểm tra hiệu suất của máy và đưa ra kết luận về thiết kế và đánh giá tính khả thi của máy trong sản xuất thực tế. 3. Tính mới và sáng tạo: Khung máy phù hợp với tiêu chuẩn mẫu ISO 527-2:1993 4. Kết quả nghiên cứu: Kết quả đạt được qua quá trình chạy thử nghiệm cho thấy khung máy hoạt động ổn định, thỏa được các yêu cầu về độ bền, tính đa năng, độ chính xác cao. vii
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Máy thử độ bền mỏi của sản phẩm nhựa cho phép các nhà sản xuất và nhà nghiên cứu có được sự hiểu biết quan trọng về cách thức một vật liệu hoặc thành phần sẽ hoạt động trong các trường hợp tải trong đời thực theo thời gian. Giúp ước tính tuổi thọ và độ bền của vật liệu nhựa. Đây là việc mà hầu hết các công ty sản xuất sản phẩm nhựa quan tâm. 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài : Ngày tháng 10 năm 2020 SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên) Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài: Ngày tháng 10 năm 2020 Người hướng dẫn (kí, họ và tên) viii
MỞ ĐẦU 1.1.Đặt vấn đề Trong cuộc sống hiện nay thì sản phẩm của nhựa được ứng dụng rộng rãi cả trong sinh hoạt lẫn trong công nghiệp đặc biệt là trong công nghiệp thì sản phẩm nhựa giữ một vai trò quan trọng vì nó được dùng để sản xuất các sản phẩm kỹ thuật, các chi tiết phụ tùng. Hiện nay chất dẻo kỹ thuật được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp ôtô, xe máy, điện tử, điện lạnh, các chi tiết phụ tùng thiết bị máy móc, các thiết bị quang học, trong lĩnh vực thể thao và phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp khác. Trong sinh hoạt thì sản phẩm nhựa được ứng dụng rộng rãi, xuất hiện hầu hết ở các thiết bị thiết yếu hàng ngày. Ưu điểm của việc gia công các sản phẩm kỹ thuật bằng chất dẻo là: có khả năng sản xuất với số lượng lớn và năng suất cao, có thể thay đổi nhanh nhiều kiểu dáng khác nhau, sản xuất được các sản phẩm từ trong suốt đến nhiều màu sắc, chịu được tác động của môi trường hoá chất, chịu mài mòn, chịu nhiệt độ, cách điện tốt, sản phẩm nhẹ, dễ gia công, dễ lắp ráp, giá thành hạ, có sức cạnh tranh mạnh so với các vật liệu truyền thống. Nhưng trong thực tế các sản phẩm nhựa thường chịu rất nhiều yếu tố ngoại lực gây hư hỏng và phá hủy, một trong những ảnh hưởng đó là sản phẩm sẽ chịu tác dụng của hiện tượng mỏi do tác động của lực tuần hoàn. Trong dự án này, chúng tôi sẽ tiến hành việc nghiên cứu, phân tích thiết kế khung máy thử độ bền mỏi của vật liệu nhựa. Cuối cùng, chúng tôi kiểm tra hiệu suất của máy và đưa ra kết luận về thiết kế của chúng tôi và đánh giá tính khả thi của máy trong sản xuất thực tế. 1.2. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay nhu cầu thử nghiệm mỏi đối với vật liệu nhựa là rất cần thiết, việc thử nghiệm độ mỏi cho phép các nhà sản xuất và nhà nghiên cứu có được sự hiểu biết quan trọng về cách thức một vật liệu hoặc thành phần sẽ hoạt động trong các trường hợp tải trong đời thực theo thời gian. Giúp ước tính tuổi thọ và độ bền của vật liệu nhựa. Tuy nhiên hiện nay tại trường Đại Học SPKT TPHCM chưa có thiết bị này, cho 1
nên việc nghiên cứu Thiết kế - Chế tạo máy thử độ bền mỏi là cần thiết. Trong đó khung máy đóng vai trò quan trọng và được chọn để nghiên cứu. Đồng thời, qua quá trình thực hiện nghiên cứu nhóm đã học hỏi và nâng cao cách phân tích dữ liệu, quy trình Thiết kế - Chế tạo tạo ra một sản phẩm thỏa được những yêu cầu đã đặt ra. 1.3. Mục tiêu đề tài nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu đề xuất kết cấu, thiết kế chi tiết và chế tạo thử nghiệm khung máy thử mỏi trên vật liệu nhựa, kiểm tra hiệu suất của máy và đưa ra kết luận về thiết kế và đánh giá tính khả thi của máy trong sản xuất thực tế. 1.4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Sưu tầm và nghiên cứu sách báo, tài liệu, công trình có liên quan đến đề tài. - Phương pháp thực nghiệm: Dựa vào các bài báo khoa học uy tín đã tiến hành các thực nghiệm để có những thông tin xác thực và mới nhất trên thế giới cũng như trong nước, góp phần làm cơ sở để phát triển đề tài. 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Khung máy thử độ bền mỏi. Phạm vi nghiên cứu: - Kéo chuyển vị mẫu với bước kéo là 0,1mm theo dạng tải chu kì[6]. - Tần số thực hiện nhỏ hơn hoặc bằng 5Hz[6]. - Mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO 527-2: 1993[1]. - Dừng kéo khi lực bắt đầu giảm 10% so với ban đầu[6]. 2
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Khái niệm về hiện tượng mỏi Độ bền mỏi hay sức bền mỏi là khả năng của chi tiết máy chống lại các phá hủy mỏi như tróc rỗ bánh răng, rạn nứt bề mặt chi tiết… 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 hoàn (có tính chu kỳ) mà tổng số chu kỳ trong suốt thời gian hoạt động của máy đạt tới con số nhiều triệu lần. 1.2. Quá trình phá hủy do mỏi Quá trình phá hủy mỏi xảy ra khi chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi. Quá trình phá hủy mỏi bắt đầu từ những vết nứt rất nhỏ (vết nứt tế vi) sinh ra từ vùng chi tiết máy chịu ứng suất tương đối lớn. Khi số chu trình làm việc của chi tiết tăng lên thì các vết nứt này cũng mở rộng dần, chi tiết máy ngày càng bị yếu và cuối cùng xảy ra gãy hỏng chi tiết máy. Hiện tượng phá hủy mỏi được phát hiện ra từ giữa thế kỷ 19 và giới hạn mỏi được coi là một trong những chỉ tiêu tính toán chủ yếu để xác định kích thước chi tiết máy. Thực tiễn sử dụng máy cho thấy khoảng 90% các tổn thất của chi tiết do các vết nứt mỏi gây ra. Khi chi tiết máy chịu ứng suất tĩnh bị phá hỏng, gọi là bị phá hỏng do ứng suất tĩnh. Hay nói cách khác, chi tiết máy không đủ sức bền tĩnh. Tính toán chi tiết máy để ngăn chặn dạng hỏng này được gọi là tính toán theo sức bền tĩnh. Khi chi tiết máy bị phá hỏng bởi ứng suất thay đổi, gọi là bị phá hỏng do mỏi, hay chi tiết máy không đủ sức bền mỏi. Tính toán chi tiết máy để ngăn chặn dạng hỏng này, gọi là tính toán theo sức bền mỏi. Khi ứng suất tĩnh vượt qua giá trị ứng suất giới hạn, chi tiết máy bị phá hỏng đột ngột. Quá trình hỏng do mỏi xảy ra từ từ, theo trình tự như sau: - Sau một số chu ky ứng suất nhất định, tại những chỗ có tập trung ứng suất trên chi tiết máy sẽ suất hiện các vết nứt nhỏ. 3
- Vết nứt này phát triển lớn dần lên, làm giảm dần diện tích tiết diện chịu tải của chi tiết máy, do đó làm tăng giá trị ứng suất. - Cho đến khi chi tiết máy không còn đủ sức bền tĩnh thì nó bị phá hỏng. Chi tiết máy sẽ bị phá hỏng do mỏi, khi mà ứng suất sinh ra trong chi tiết máy (σ, τ) lớn hơn ứng suất cho phép ([σ], [τ]). Giá trị ứng suất cho phép được chọn không những phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu chế tạo chi tiết máy, mà còn phụ thuộc vào số chu kỳ cần làm việc của chi tiết máy. Số chu kỳ cần làm việc càng ít thì giá trị của ứng suất cho phép có thể chọn càng cao. Người ta đã làm các thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa giá trị ứng suất và số chu kỳ làm việc cho đến khi hỏng của chi tiết máy, biểu diễn trên Hình 1-9. Đây chính là đường cong mỏi của chi tiết máy trong hệ tọa độ đề các ONσ Trong đó: NO: là số chu kỳ cơ sở. σ r: giới hạn mỏi của vật liệu. m: mũ của đường cong mỏi. σ N: giới hạn mỏi ngắn hạn: 4
σ =K σ N N r Kn: hệ sộ tăng giới hạn mỏi ngắn hạn : Đường cong mỏi Đường cong mỏi thể hiện mối quan hệ giữa ứng suất (ứng suất trung bình hoặc ứng suất lớn nhất) và số chu kỳ thay đổi ứng suất N của chi tiết máy tới khi hỏng hoàn toàn. Giới hạn bền mỏi Từ đồ thị ta thấy ứng suất càng cao thì tuổi thọ càng giảm. Khi ứng suất vượt qua giá trị σk số chu kỳ ứng suất giảm mạnh. Trị số σk gọi là giới hạn mỏi ngắn hạn của vật liệu. Ứng suất càng giảm thì số chu kỳ ứng suất càng tăng. Khi ứng suất giảm đến giá trị σo thì đường cong mỏi gần như nằm ngang tức là số chu kỳ ứng suất có thể tăng lên rất lớn mà chi tiết không bị gãy hỏng. Trị số σo gọi là độ bền dài hạn của chi tiết máy. Ứng với σo là số chu kỳ cơ sở No. Phương trình đường cong mỏi σmN = C Trong đó: C là hằng số. m là bậc của đường cong mỏi. N số chu kỳ thay đổi ứng suất ứng với σ. 1.3 Tiêu chuẩn kéo mẫu Thử nghiệm kéo plastic theo tiêu chuẩn ASTM D638 là tiêu chuẩn phổ biến để xác định đặc tính cơ lý của vật liệu. ASTM D638 được chuẩn bị bằng cách tác dụng lực kéo lên mẫu thử và đo các tính chất khác nhau của mẫu thử khi chịu ứng suất. Mặc dù ASTM D638 đo nhiều thuộc tính độ bền kéo khác nhau, nhưng phổ biến nhất vẫn là: • Độ bền kéo – mức lực có thể được áp dụng cho nhựa trước khi nó bị phá vỡ. 5
• Mô đun kéo – bao nhiêu vật liệu có thể biến dạng (kéo dài) để đáp ứng với căng thẳng trước khi nó mang lại. Mô đun là một phép đo độ cứng của vật liệu. • Độ giãn dài – sự tăng chiều dài của thước đo sau khi chia cho chiều dài của thước đo ban đầu. Độ giãn dài lớn hơn cho thấy độ dẻo cao hơn. • Tỷ lệ của Poisson – một phép đo mối quan hệ giữa cách thức và cách vật liệu được kéo dài và làm thế nào nó mỏng đi trong quá trình kéo dài. 6
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHUNG MÁY THỬ ĐỘ BỀN MỎI TRÊN VẬT LIỆU NHỰA 2.1. Phân tích thiết kế Hình 2. 1 Sơ đồ máy Từ Hình 2.1 ta có thể thấy kết cấu máy gồm có 3 phần chính: - Khung máy - Khối bên phải mẫu kẹp - Khối bên trái mẫu kẹp Dựa vào 3 phần chính trên chúng ta sẽ liệt kê và chia nhỏ thành các khối chi tiết hơn để rõ ràng và dễ dàng trong quá trình chế tạo: - Khung máy: chịu toàn bộ rung động và lực sinh ra trong quá trình làm việc. Nó kết nối tất cả các cụm chi tiết như trên Hình 2.1. Được chế tạo theo thiết kế của nhóm tại trường đại học. - Khối bên phải mẫu: • Phương án kéo mẫu thử với khoảng kéo là 0.1mm 7
Hình 2. 2 Phương án kéo mẫu ➢ Phương án 1: + Ưu điểm: cơ cấu đơn giản + Nhược điểm: do truyền chuyển động qua nhiều chi tiết, dung sai lắp ghép giữa các chi tiết đó nên khó đạt được khoảng kéo 0.1mm ➢ Phương án 2 + Ưu điểm: việc có thêm chi tiết cữ giúp khống chế được khoảng kéo 0.1mm, chi tiết lò xo cho cánh tay đòn sẽ lớn hơn 0.1 mm giúp dễ chế tạo. + Nhược điểm: cơ cấu phức tạp Để đạt được yêu cầu kéo mẫu giãn chính xác 0.1mm, từ hai phương án chọn phương án 2. • Sau khi đã có phương án thiết kế các chi tiết đã được xây dựng + Ngàm giữ mẫu bên phải mẫu: đòi hỏi sự chính xác để tránh mẫu bị trượt trong quá trình kéo, do đó nhóm đã đặt hàng chế tạo từ xưởng cơ khí CNC bên ngoài theo yêu cầu trên bản vẽ do nhóm thiết kế. + Cụm gắn ngàm kẹp với lò xo kết nối với hệ thống dẫn động: được chia nhỏ theo thiết kế và chế tạo tại trường đại học + Hệ thống dẫn hướng bằng ray trượt: do là những chi tiết tiêu chuẩn nó dễ dàng mua trên thị trường đáp ứng yêu cầu của thiết kế. 8
+ Hệ thống truyền động: cụm này bao gồm cụm động cơ và dẫn động của trục khuỷu lệch tâm. Đây là một trong những bộ phận quan trọng của máy do chuyển động hợp lý mà nó tạo ra, vì vậy cần phải tính toán hợp lý để máy có thể đạt đúng công suất và trơn tru. + Hệ thống điều khiển: khối này là điều khiển điện nên chúng tôi sẽ mua các thiết bị điện và lắp ráp nó cùng nhau dựa trên bản vẽ từ yêu cầu của nhóm hệ thống điều khiển. - Khối bên trái mẫu: + Hệ thống đo lực: được theo thông số và thiết lập theo tính toán và thiết kế của nhóm hệ thống điều khiển. + Mô tả hoạt động: nhờ sử dụng các cụm chi tiết trên, bên trái ngàm kẹp được kết nối với Loadcell ở khung, bên phải ngàm kẹp, lò xo được dịch chuyển nhờ chuyển động tịnh tiến có tính chu kỳ của cơ cấu dẫn động qua dẫn hướng. Do tác động của lực kéo của lò xo lên ngàm làm giãn mẫu. 2.2. Đánh giá thiết kế 2.2.1. Thiết kế tổng quan - Nhóm đã dựng mô hình 3D trên phần mềm hỗ trợ thiết kế Inventor theo những yêu cầu và phân tích ở phần 2.1, mô hình 3D đảm bảo tính trực quan giúp hiểu rõ các thành phần và chức năng của máy. - Bản vẽ máy phải đảm bảo những yêu cầu đã đặt ra và khả thi khi gia công. 9