BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
------------------------------------
TRẦN UY NGHI
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ LY HỢP
DÙNG BỘ TRUYỀN ĐỘNG
LƯU CHẤT TỪ BIẾN (MR FLUID)
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử
Mã số ngành: 60520114
TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 3 năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
------------------------------------
TRẦN UY NGHI
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ LY HỢP
DÙNG BỘ TRUYỀN ĐỘNG
LƯU CHẤT TỪ BIẾN (MR FLUID)
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử
Mã số ngành: 60520114
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN QUỐC HƯNG
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Quốc Hưng
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Công nghệ TP. HCM
ngày 10 tháng 05 năm 2014
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
1. ……………………………………………………………
2. ……………………………………………………………
3. ……………………………………………………………
4. ……………………………………………………………
5. ……………………………………………………………
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
CÔNG NGHỆ TP. HCM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 2014
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN UY NGHI Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 16/03/1989 Nơi sinh: TP.HCM
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử MSHV: 1241840008
I- Tên đề tài:
Nghiên cứu, thiết kế bộ ly hợp dùng bộ truyền động lưu chất từ biến (MR Fluid)
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Nghiên cứu các đặc tính của lưu chất từ biến
- Nghiên cứu thiết kế bộ ly hợp dùng bộ truyền động lưu chất từ biến
- Nghiên cứu điều khiển bộ ly hợp dùng bộ truyền động lưu chất từ biến
- Thực nghiệm và đánh giá kết quả
III- Ngày giao nhiệm vụ: ...........................................................................................
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ...............................................................................
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Quốc Hưng
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
TS. Nguyễn Quốc Hưng
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
Trần Uy Nghi
ii
LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Quản Lý Khoa Học Và Đào Tạo
Sau Đại Học, Khoa Cơ Khí – Điện – Điện Tử, trường Đại Học Công Nghệ TPHCM
đã cho tôi có điều kiện được học tập, tiếp cận với khoa học kỹ thuật và được làm việc
với thầy TS.Nguyễn Quốc Hưng khi thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp này.
Tôi chân thành cám ơn thầy TS.Nguyễn Quốc Hưng đã tận tình hướng dẫn,
chỉ bảo cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Tôi chân thành cám ơn các quý thầy đã tận tình giảng dạy, trang bị cho tôi
những kiến thức quý báu trong khóa học vừa qua.
Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho
phép nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi kính mong nhận được
sự thông cảm và tận tình chỉ bảo thêm của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp.
iii
TÓM TẮT
Trong nghiên cứu này, một bộ ly hợp sử dụng bộ truyền động lưu chất từ biến
được đưa ra xem xét và thực hiện. Đầu tiên, kết cấu của bộ ly hợp dùng lưu chất từ
biến được đưa ra xem xét. Bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến được xem xét và phân tích
dựa trên tính chất lưu biến đàn dẻo Bingham của lưu chất từ biến. Sau đó, việc thiết
kế tối ưu bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến được nghiên cứu để tìm ra kích thước hình
học tối ưu của bộ ly hợp để có thể truyền tải được momen xoắn theo yêu cầu với trọng
lượng của kết cấu là nhỏ nhất. Tiếp đó, bộ ly hợp mẫu dùng lưu chất từ biến được chế
tạo và các đặc tính đặc trưng của nó được mang ra thí nghiệm khảo sát. Từ đó một hệ
thống điều khiển tốc độ trục tải dùng bộ ly hợp lưu chất từ biến được thiết kế và chế
tạo. Tiếp theo, bộ điều khiển được thiết kế để điều khiển tốc độ đầu ra của hệ thống.
Để đánh giá hiệu suất của hệ thống, kết quả thí nghiệm của hệ thống được ghi nhận
và trình bày với các cuộc thảo luận.
iv
ABSTRACT
In this research, a new method to control speed of driven shaft using
magnetorheological (MR) clutch is proposed and realized. Firstly, the configuration
of a driven shaft speed control using MR clutch is proposed. The MR clutch
configuration is then proposed and analyzed based on Bingham-plastic rheological
model of MR fluid. An optimal designed of the MR clutch is then studied to find out
the optimal geometric dimensions of the clutch that can transform a required torque
with minimum mass. A prototype of the optimized MR clutch is then manufactured
and its performance characteristics are experimental investigated. A driven shaft
speed control system featuring the optimized MR clutch is design and manufactured
and a controller is then designed to control the output speed of the system. In order
to evaluate the effectiveness of the proposed driven shaft speed control system,
experimental results of the system are obtained and presented with discussions.
v
MỤC LỤC
Lời cam đoan ............................................................................................................... i
Lời cảm ơn ................................................................................................................. ii
Tóm tắt ...................................................................................................................... iv
Mục lục ....................................................................................................................... v
Danh mục các từ viết tắt ........................................................................................... vii
Danh mục các bảng ................................................................................................. viii
Danh mục các biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh ......................................................... ix
Chương 1: Giới thiệu ............................................................................................... 01
1.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 01
1.2. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. 02
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ....................................................................... 03
1.4. Nội dung nghiên cứu của đề tài ....................................................................... 03
1.5. Phương pháp nghiên cứu của đề tài ................................................................ 03
1.5.1. Phương pháp luận ....................................................................................... 03
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 04
1.6. Kết cấu luận văn .............................................................................................. 04
Chương 2: Tổng quan về bộ ly hợp ......................................................................... 05
2.1. Khái quát về ly hợp ......................................................................................... 05
2.2. Cơ sở tính toán của MRF ................................................................................ 08
2.3. Các kiểu hoạt động của lưu chất từ biến (MRF) ............................................. 14
2.4. Các vấn đề cần giải quyết................................................................................ 17
Chương 3: Thiết kế bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến ............................................... 19
3.1. Nguyên lý hoạt động ....................................................................................... 19
3.2. Tính toán ly hợp .............................................................................................. 20
3.2.1. Tính toán momen truyền động ................................................................... 20
3.2.2. Thiết kế tối ưu bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến ......................................... 21
Chương 4: Điều khiển ly hợp MR............................................................................ 24
vi
4.1. Cơ sở tính toán bài toán điều khiển ................................................................. 24
4.2. Thí nghiệm xác định momen truyền động ...................................................... 25
Chương 5: Kết quả thực nghiệm .............................................................................. 28
5.1. Kết quả sử dụng mô hình để khảo sát ............................................................. 28
5.1.1. Khảo sát ban đầu ........................................................................................ 28
5.1.2. Khảo sát tại phòng thí nghiệm SSSLap ..................................................... 28
5.2. Nhận xét đánh giá kết quả thực nghiệm .......................................................... 29
Chương 6: Kết luận .................................................................................................. 32
6.1. Kết luận ........................................................................................................... 32
6.2. Hướng phát triển ............................................................................................. 32
Tài liệu tham khảo .................................................................................................... 33
Phụ lục 1: Các bản vẽ thiết kế bộ ly hợp
Phụ lục 2: Chương trình tính toán tối ưu bộ ly hợp dùng phần mềm ANSYS
vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MRF .... Magnetorheological fluids ....... Lưu chất từ biến
MRB .... Magnetorheological Brake ...... Phanh lưu chất từ biến
FEA ..... Finite Element Analysis .......... Phân tích phần tử hữu hạn
FEM ..... Finite Element Method ............ Phương pháp phần tử hữu hạn
ABS ..... Anti-lock Braking System ....... Hệ thống chống bó cứng phanh
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Kích thước hình học tối ưu hóa của bộ ly hợp MR ................................. 23
ix
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của lưu chất từ biến ................................................. 6
Hình 2.2: Phanh ứng dụng lưu chất từ biến ............................................................... 6
Hình 2.3:.Cấu tạo cơ bản của giảm chấn sử dụng lưu chất từ biến ............................ 7
Hình 2.4: Cấu tạo cơ cấu gá động cơ. ........................................................................ 7
Hình 2.5: Găng tay MR .............................................................................................. 7
Hình 2.6: Cấu tạo van MR ......................................................................................... 8
Hình 2.7: Sơ đồ biến dạng profin của một chuỗi những hạt hình cầu ....................... 8
Hình 2.8: Sự phân loại chất lỏng Newton độc lập với thời gian .............................. 12
Hình 2.9: Nhớt dẻo thường dùng để mô tả lưu chất từ biến .................................... 13
Hình 2.10: Chế độ van trong ứng dụng MR............................................................. 15
Hình 2.11: Chế độ cắt của MRF............................................................................... 16
Hình 2.12: Chế độ nén của MRF ............................................................................. 17
Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến ............................ 19
Hình 3.2: Lời giải tối ưu của ly hợp MR thông thường ........................................... 23
Hình 4.1: Thiết lập thử nghiệm để kiểm tra momen truyền động của ly hợp .......... 25
Hình 4.2: Momen truyền động của ly hợp ............................................................... 25
Hình 4.3: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tốc độ đầu ra bộ ly hợp ................... 27
Hình 5.1: Mô hình dùng ở phòng thí nghiệm SSSLap ............................................. 29
Hình 5.2: Đáp ứng điều khiển ổn định tốc độ của hệ thống ly hợp thông qua bộ điều khiển PID.................................................................................................................. 30
Hình 5.3a: Đáp ứng điều khiển tốc độ của hệ thống ly hợp thông qua bộ điều khiển PID ở tần số 1 Hz ..................................................................................................... 30
Hình 5.3b: Đáp ứng điều khiển tốc độ của hệ thống ly hợp thông qua bộ điều khiển PID ở tần số 3 Hz ..................................................................................................... 31
1
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề:
Ngày nay với điều kiện cơ sở vật chất ngày một được nâng cao, trình độ
khoa học kỹ thuật ngày càng tiến bộ, các nhà nghiên cứu luôn tìm tòi và sáng tạo ra
những vật chất có tính hữu dụng với công nghệ cao để đáp ứng nhu cầu sản xuất nói
riêng và nhu cầu cuộc sống nói chung. Đặc biệt là với lĩnh vực máy móc công
nghiệp, chúng ngày được cải tiến để hoàn thiện hơn và giải quyết được các bài toán
nhược điểm của hệ thống.
Trong công nghiệp, việc điều khiển tốc độ là một vấn đề quan trọng bậc nhất,
có ảnh hưởng quan trọng và quyết định đến tất cả các cơ cấu khác. Chính vì vậy mà
việc cải tiến các cơ cấu truyền động luôn được các nhà nghiên cứu quan tâm. Có rất
nhiều loại truyền động, ví dụ như: truyền động bằng xích, truyền động bằng đai,
truyền động bằng bánh răng, truyền động bằng các khớp đặc biệt…. Mỗi loại truyền
động đều có ưu và nhược điểm riêng, tùy vào từng ứng dụng cụ thể mà chọn cơ cấu
truyền động cho phù hợp.
Được phát hiện từ cuối những năm 1940 bởi Jacob Rabinow, Lưu chất từ
biến (MRF) một loại lưu chất thông minh đã thu hút được nhiều sự quan tâm của
các nhà nghiên cứu. Tuy nhiên cho đến đầu những năm 1990, MRF mới được chính
thức đưa vào nghiên cứu và phát triển. Mặc dù cách thức hoạt động tương tự các
lưu chất thông minh khác tuy nhiên nhờ vào khả năng chịu ứng suất chảy cao hơn
nên các cơ cấu dựa trên MRF đã được nghiên cứu như giảm chấn, phanh, khớp nối
ly hợp, van…
Hiện nay, đã có rất nhiều nghiên cứu nhằm tối ưu hóa các thiết bị sử dụng
lưu chất từ biến, từ đó hiệu suất của các thiết bị được tăng lên đáng kể. Điều này
cho thấy tiềm năng cũng như tính ứng dụng của lưu chất từ biến là rất lớn và cần
được phát triển nhiều hơn nữa.
2
1.2. Tính cấp thiết của đề tài:
Nhìn chung, các cơ cấu trên thực tế đều có một điểm chung quan trọng đó
chính là điều khiển tốc độ cũng như momen đầu ra của trục tải. Điều đó cho thấy,
việc điều khiển tốc độ cũng như momen đầu ra của trục tải luôn là một vấn đề được
quan tâm hàng đầu trong nền công nghiệp hiện nay.
Với vai trò quan trọng đó, hàng loạt các cơ cấu truyền động đã ra đời như cơ
cấu hộp số (truyền động bằng bánh răng), cơ cấu xích, cơ cấu đai,… với các tỷ số
truyền cố định, điều này đồng nghĩa với việc điều khiển vô cấp tốc độ trục tải gặp
nhiều khó khăn. Hơn nữa, trong truyền động gặp phải vấn đề về ma sát, gây ra độ
mài mòn cao, cộng với việc các cơ cấu trên có cấu tạo từ những chi tiết tương đối
lớn nên việc lắp đặt vào các hệ thống nhỏ gặp nhiều hạn chế.
Vấn đề điều khiển tốc độ đầu ra của tải giờ đây được đặt ra là vấn đề giải
quyết bài toán ma sát, bài toán tỷ lệ truyền nhằm điều khiển được vô cấp tốc độ, độ
ổn định, độ chính xác và hiệu suất hoạt động cao nhất. Với đặc tính của lưu chất từ
biến, khi không có từ trường tác động, nó gần như là một chất lỏng, ảnh hưởng của
nó tới việc truyền động của nó là khá nhỏ; nhưng khi có từ trường tác động vào, nó
gần như hóa rắn, mức độ hóa rắn phụ thuộc vào cường độ từ trường tác dụng với
tốc độ rất nhanh (chỉ khoảng 10ms), thì việc khống chế hay nói khác hơn là điều
khiển tốc độ trục tải hoạt động với tốc độ đặt có độ ổn định cùng với hiệu suất cao
là một hy vọng mới cho việc điều khiển tỷ lệ truyền của bộ ly hợp như mong muốn.
Vậy với các đặc tính ưu việt đó của lưu chất từ biến, liệu nó có thật sự đáp ứng
được bài toán điều khiển tốc độ đầu ra của bộ ly hợp hay không?
Để giải quyết câu hỏi này, đòi hỏi cần phải dựa trên các nghiên cứu trước
đây về các ứng dụng của lưu chất từ biến, từ đó có những nghiên cứu tính toán, thiết
kế, chế tạo và thực nghiệm để đưa ra những đánh giá thiết thực về cơ cấu truyền
động dùng lưu chất từ biến, chỉ số ma sát, độ mài mòn, kiểm soát tỷ lệ truyền động,
nâng cao momen tải là những vấn đề quan trọng cần được lưu tâm, nghiên cứu và
phát triển sâu rộng.
3
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Nắm bắt được đặc tính cũng như nguyên lý hoạt động của lưu chất từ
biến.
Thiết kế, tối ưu và chế tạo bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến.
Điều khiển vô cấp tốc độ đầu ra của bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến.
Ổn định hệ thống.
1.4. Nội dung nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu về các đặc tính và nguyên lý của lưu chất từ biến.
Nghiên cứu, thiết kế tối ưu bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến.
Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PID cho bộ ly hợp.
Thực nghiệm, nhận xét và đánh giá bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến.
1.5. Phương pháp nghiên cứu của đề tài:
1.5.1. Phương pháp luận:
Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa
học nhằm đạt tới chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học.
Điều này có nghĩa rằng, các nghiên cứu khoa học cần phải có những nguyên tắc và
phương pháp cụ thể, mà dựa theo đó các vấn đề sẽ được giải quyết.
Nghiên cứu chế tạo bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến nhằm tạo ra một loại ly
hợp mới có độ chính xác và ồn định cao, hệ số ma sát gây mài mòn hệ thống được
giảm đến mức thấp nhất dựa vào mối quan hệ giữa độ biến thiên của từ trường và
độ rắn lòng của lưu chất từ biến, từ đó tạo ra một tỷ lệ truyền phù hợp. Để thực hiện
nghiên cứu này cần thực hiện:
Tổng hợp các nghiên cứu có sẵn trong nước và ngoài nước.
Phân tích và tính toán hệ thống.
Thiết kế và tối ưu hóa hệ thống.
Thực nghiệm, hiệu chỉnh và đánh giá kết quả.
4
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu:
Các phương pháp sẽ thực hiện để đạt được những mục tiêu trên:
Nội dung 1: Khảo sát và đánh giá nhu cầu của việc ứng dụng lưu chất từ
biến vào các cơ cấu máy móc trong công nghiệp.
Phương pháp thu thập thông tin đã có làm nền tảng cho nghiên cứu.
Tìm hiểu các bài báo trong và ngoài nước nghiên cứu về lĩnh vực ứng
dụng lưu chất thông minh - lưu chất từ biến.
Nội dung 2: Nghiên cứu thiết kế bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến
Phương pháp tổng hợp các nghiên cứu trước về lưu chất từ biến.
Phân tích tính toán lý thuyết về hệ thống.
Thiết kế dựa trên tính toán.
Nội dung3: Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống.
Phương pháp tổng hợp các nghiên cứu trước điều khiển tự động và điều
khiển hiện đại.
Phân tích tính toán lý thuyết điều khiển hệ thống.
Thiết kế bộ điều khiển dựa trên tính toán lý thuyết.
Kiểm nghiệm bằng thực nghiệm.
Nội dung 4: Thực nghiệm và đánh giá kết quả.
Phương pháp phân tích hệ thống.
Phương pháp đánh giá kết quả đạt được.
1.6. Kết cấu luận văn:
Kết cấu luận văn gồm 6 chương.
Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Tổng quan về bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến.
Chương 3: Thiết kế bộ ly hợp lưu chất từ biến.
Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển ly hợp MR.
Chương 5: Kết quả thực nghiệm.
Chương 6: Kết luận.
5
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ BỘ LY HỢP
2.1. Khái quát về ly hợp:
Ly hợp là bộ phận trung gian nằm giữa động cơ và hộp số, với nhiệm vụ tách
dứt khoát động cơ ra khỏi hệ thống và kết nối êm dịu động cơ với hộp số để thay
đổi tốc độ đầu ra của trục tải theo một tỷ số truyền xác định bởi hộp số. Có nhiều
loại ly hợp như: ly hợp ma sát, ly hợp thủy lực, ly hợp nam châm điện, ly hợp liên
hợp,… nhưng nhìn chung các bộ ly hợp trên đều phải kết nối với hộp số để thay đổi
tốc độ trục tải theo mong muốn. Điều này dẫn đến việc kết cấu của hệ thống sẽ phức
tạp nhiều thành phần, kích thước lớn, chịu tải trọng va đập và vấn đề điều khiển vô
cấp tốc độ trục tải gặp nhiều khó khăn. Trên cơ sở các vấn đề trên cùng với sự phát
triển của lưu chất thông minh – lưu chất từ biến, bộ ly hợp dùng bộ truyền động lưu
chất từ biến được nghiên cứu và phát triển, kết hợp đặc tính của ly hợp với hộp số
vô cấp nhằm tối ưu về kích thước cũng như khối lượng của hệ thống mà vẫn giữ
được momen xoắn đạt giá trị yêu cầu với sự thay đổi tốc độ trục tải là vô cấp.
Nói rõ hơn về thành phần chính của bộ ly hợp – lưu chất thông minh – lưu
chất từ biến. Lưu chất từ biến (MRF) là một chất lỏng thể keo có các hạt từ hóa
đường kính vào cỡ hàng chục micron (20-50 micron). Nói chung, lưu chất từ biến
bao gồm dầu, thường là dầu khoáng sản hoặc silicone cơ sở, có tỷ lệ các hạt từ hóa
khác nhau đã được phủ một chất liệu chống đông tụ. Ở trạng thái chưa hoạt động,
lưu chất từ biến thể hiện định luật chất lưu Newton. Khi tiếp xúc với từ trường, các
hạt từ hóa được phân tán trong chất lỏng tạo thành lưỡng cực từ. Những lưỡng cực
từ xếp thành hàng theo đường của từ thông và chúng có thể chuyển đổi trạng thái
nhanh chóng, mạnh mẽ, và đồng thời cũng hồi phục trạng thái ban đầu rất nhanh khi
không còn chịu tác động của từ trường.
6
(a) không có từ trường (B=0) (b) có từ trường (B≠0)
Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của lưu chất từ biến
Mặc dù hoạt động tương tự như lưu chất điện biến ERF (electrical-
rheological fluid) và lưu chất sắt, thiết bị MR có năng suất cao hơn nhiều khi được
kích hoạt. Với ưu điểm này, gần đây đã có nhiều nghiên cứu về thiết kế tối ưu của
các thiết bị sử dụng MRF như phanh MR, giảm chấn MR, cơ cấu gá động cơ dùng
MR, gang tay MR, van điều tiết MR,….
Vỏ
Cuộn dây Lưu chất từ biến
Từ trường
Đĩa
Hình 2.2: Phanh ứng dụng lưu chất từ biến
Trục piston
Lõi piston
Vỏ piston
Vỏ giảm chấn
Cuộn dây
Mạch từ
Dòng lưu chất MR
Lưu chất MR
Đường dẫn piston
Piston thả nổi
Buồng chứa gas
7
Hình 2.3: Cấu tạo cơ bản của giảm chấn sử dụng lưu chất từ biến
Hình 2.4: Cấu tạo cơ cấu gá động cơ
Hình 2.5: Găng tay MR
Lõi
Dòng MRF
Cổng ra
Cổng vào
Nắp đầu van
Cuộn dây
Võ van
8
Hình 2.6: Cấu tạo van MR
Kết quả từ các nghiên cứu cho thấy rằng hiệu suất của hệ thống dử dụng
MRF có thể được cải thiện đáng kể thông qua việc thiết kế tối ưu mạch từ của hệ
thống.
2.2. Cơ sở tính toán của MRF [5]:
- Từ tính của MRF [5]:
Các thuộc tính từ tính tĩnh của MRF rất quan trọng để thiết kế các thiết bị sử
dụng MRF và thường được đặc trưng bởi tính từ trễ BH và MH. Dưới ảnh hưởng
của từ trường, một mô hình chuẩn cho cấu trúc được sử dụng để dự đoán đặc tính
của các hạt trong MRF. Mô hình này dựa trên một mạng lưới hình khối với chuỗi vô
số các dãy hạt được sắp xếp theo một đường thẳng tương ứng với hướng của từ
Lực
Các hạt
Dòng từ trường
trường như biểu diễn trong hình 2.2.
Hình 2.7: Sơ đồ biến dạng profin của một chuỗi những hạt hình cầu
9
Các chuỗi này được xem như là sự biến đổi của khoảng cách giữa 2 hạt gần
nhau trong một chuỗi và tăng cùng một tỷ lệ khi MRF biến đổi. Trong thực tế, kết
cấu này khá đơn giản khi các chuỗi được hình thành tạo nên liên kết chặt chẽ nhiều
khối cầu với nhau và có cấu tạo dưới dạng hình trụ. Dưới ứng suất, các liên kết này
có thể biến đổi và cuối cùng bị phá vỡ. Mặc dù các hạt hình thành nên các kết cấu
phức tạp khác nhau trong các điều kiện khác nhau, kết cấu này vẫn có thể cho thấy
được ứng suất chảy diễn ra như thế nào. Các phương trình chuyển động của mỗi hạt
theo từ trường được xây dựng nhằm đánh giá các đặc tính của MRF. Tại một từ
trường rất thấp, lực từ Fij được tính bởi công thức (2.1) khi điểm lưỡng cực tương
tác từng cặp với nhau, momen lưỡng cực từ gây ra bởi các hạt khác và các vách
xung quanh tác động đến các khối cầu cách điện hoặc không từ tính dưới ảnh hưởng
của từ trường.
(2.1)
Trong đó Fij là lực từ tác dụng lên hạt i từ hạt j, μp là độ dẫn từ của hạt, μ0 là
độ dẫn từ của chân không, rij là vị trí từ j đến i và m là momen lưỡng cực từ được
gây ra bởi các hạt trong MRF
(2.2)
Trong đó H là sức mạnh từ trường, a là đường kính của các hạt và β được
tính bởi:
(2.3)
Trong đó μf là độ dẫn từ riêng của chất lỏng nền.
Ở từ trường cao, độ lớn của momen lực từ được xem là điểm lưỡng cực từ
độc lập khi từ tính của hạt đạt độ bão hòa. Trong trường hợp này, momen lực từ
được tính bởi:
(2.4)
10
Trong đó μsMs là từ hóa bão hòa của các hạt, đó là khoảng 1,7 x 106A/m cho
khối và 0.48x106A/m cho oxit sắt từ.
- Tính chất lưu biến:
Lưu biến học là một ngành của cơ học thực hiện việc nghiên cứu các biến
dạng của vật liệu. Lưu biến học là một lĩnh vực liên ngành và được sử dụng để mô
tả các đặc tính của nhiều loại vật liệu như dầu mỏ, thực phẩm, mực in, polymer, đất
sét, bê tông, nhựa đường, …. Các thông số và đại lượng của lưu biến có thể được
dùng để xác định ảnh hưởng của vật liệu phi Newton, vật liệu đàn hồi như là một
hàm của thời gian, độ ổn định của hàm khi dòng chất lỏng đứng yên hoặc trong suốt
quá trình lưu chuyển, và độ nhớt khi không trượt hoặc độ nhớt tối đa của dòng chất
lỏng để ngăn chặn sự kết tủa. Công thức độ nhớt dựa trên cơ sở lý thuyết thủy lực
động học cho sự phân tán loãng của những hạt hình cầu được tìm ra bởi Einstein
cách đây khoảng 100 năm. Được suy ra từ:
(2.5)
Trong đó: ηr là độ nhớt tương đối và ϕ là hệ số khối lượng chất hòa tan.
Việc thêm các hạt rắn vào dung dịch sẽ làm tăng số lượng của các hạt và do
đó làm tăng tỷ lệ khối lượng của các hạt. Khi khối lượng của các hạt tăng lên, độ
nhớt tăng lên. Sook cho rằng nồng độ tối đa của các hạt ϕmax nên được kết hợp trong
mối liên quan giữa độ nhớt và nồng độ.
(2.6)
Tuy nhiên những công thức này không xét đến hình dạng và độ cứng của hạt.
Do đó, Toda và Furuse mở rộng công thức để cho thấy kích thước của các hạt ảnh
hưởng đến độ nhớt như thế nào.
(2.7)
(2.8)
11
Trong đó K là hệ số hiệu chỉnh, có thể phụ thuộc vào kích thước và mật độ
của các hạt. Độ nhớt của chất lỏng có thể được tăng lên với việc bổ sung của các hạt
rắn. Tuy nhiên, cùng lúc đó, tính chất của chất lỏng sẽ thay đổi.
Tổng quát, ứng suất cắt τ tăng với tốc độ cắt dy/du có thể được đặc trưng bởi
mối quan hệ
(2.9)
Trong đó, n là hệ số mũ, τy là ứng suất chảy dẽo và η là độ nhớt động lực.
Trong đó, τy, η và n là hằng số, τy là ứng suất chảy dẽo và η là độ nhớt động. Chất
lỏng Newton xảy ra khi các dòng chất lỏng không có ứng suất chảy hoặc τy bằng 0
và n bằng 1. Độ nhớt của chất lỏng Newton không phụ thuộc vào thời gian và tốc độ
cắt. Hình 2.8 cho thấy việc phân loại chất lỏng dựa trên tính chất lưu biến. Như thể
hiện trong hình, tính chất của chất lỏng có thể được chia thành chất lỏng Newton và
chất lỏng phi Newton như chất lỏng dẻo Bingham, chất lỏng giãn dẻo và chất lỏng
giãn nở được. Chất lỏng được cho là dẻo khi ứng suất cắt phải đạt một giá trị tối
thiểu nào đó trước khi nó bắt đầu tuôn chảy tương ứng với tốc độ cắt. Nếu vật liệu
là chất lỏng dẻo Bingham thì n = 1. Chất lỏng giả dẻo hoặc chất lỏng trượt dính
mỏng có độ nhớt động lực giảm khi tốc độ cắt cao. Chất lỏng trượt đọng dày hoặc
chất lỏng giãn nở thì ngược lại, độ nhớt động học tăng khi tốc độ cắt tăng. Chất lỏng
trượt đọng dày n>1, chất lỏng trượt dính mỏng n<1.
Ứng suất cắt
Đường chảy dẻo của chất lỏng giả dẻo
Chất lỏng dẻo Bingham
Chất lỏng Newton
Chất lỏng giả dẻo
Chất lỏng giãn nở được
Tốc độ cắt
12
Hình 2.8: Sự phân loại chất lỏng Newton độc lập với thời gian.
- Các mô hình toán học của MRF:
Mô hình toán học của MRF đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của
các thiết bị sử dụng MRF. MRF thể hiện tính chất phi tuyến khi bị từ trường tác
động. Đã có nhiều mô hình phi tuyến được sử dụng để mô tả ứng suất của MRF,
bao gồm các mô hình dẻo Bingham, mô hình biviscous, mô hình dẻo Herschel-
Bulkley, và mô hình dẻo Eyring. Trong các mô hình trên thì hai mô hình được sử
dụng rộng rãi nhất hiện nay đó là mô hình dẻo Bingham và mô hình dẻo Herschel-
Bulkley được trình bày một cách tóm tắt như sau:
Mô hình dẻo Bingham:
Mô hình toán học của chất lỏng dẻo Bingham có thể được biểu thị bằng công
(2.10)
thức sau:
Trong đó:
τ là ứng suất cắt trong chất lỏng.
τy là ứng suất chảy
13
η là độ nhớt của chất dẻo khi không có từ trường
sgn là hàm dấu.
Đó là một dạng chất lỏng khi tốc độ cắt thấp, ứng suất chảy đạt giá trị cực
đại, ảnh hưởng của độ nhớt đàn hồi chỉ tác động đến dòng lưu chất khi mà ứng suất
cắt lớn hơn giá trị tới hạn τy nào đó. Từ đó, chất lỏng dẻo Bingham hoạt động như
một chất lỏng Newton khi vượt qua giá trị tới hạn. Mô hình dẻo Bingham được thể
hiện trong hình 2.9 thể hiện những tính chất MRF phụ thuộc vào ứng suất cắt và tốc
Ứng suất cắt ()
Chất lỏng đàn- dẻo Bing ham
Chất lỏng dẻo Herschel-Bulkley
Chất lỏng Newton
Ứng suất chảy (y)
)
Tốc độ cắt (
độ cắt.
Hình 2.9: Nhớt dẻo thường dùng để mô tả lưu chất từ biến.
Sự đơn giản của mô hình hai tham số này đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi
trong việc điều khiển chất lưu, đặc biệt là ER và MRF.
Mô hình dẻo Herschel-Bulkley:
Trong trường hợp này, chất lỏng sẽ bị trượt dày hay trượt mỏng, đặc biệt là
khi MRF chịu tốc độ cắt cao, mô hình dẻo này sẽ cho kết quả tốt hơn. Trong trường
hợp này, chất lỏng dẻo Herschel-Bulkley được biểu thị bằng phương trình sau:
(2.11)
Trong đó: K là thông số đặc trưng, m là hệ số chất lỏng của MRF, m>1 là
chất lỏng trượt mỏng, m<1 là chất lỏng trượt dày. Chú ý rằng khi m=1, mô hình dẻo
Herschel-Bulkley giống như mô hình dẻo Bingham.
14
Các thông số này được thiết lập khi không có từ trường tác động. Trong thực
tế, các thông số này bị ảnh hưởng bởi từ trường. Zubieta đã đề xuất một mô hình
dẻo cho MRF dựa trên mô hình chất lỏng dẻo Bingham kết hợp với chất lỏng dẻo
Herschel-Bulkley. Các mô hình này sau đó được áp dụng trong một số nghiên cứu.
Trong các mô hình trên, các thông số τy, µ, K, m là các đại lượng phụ thuộc vào từ
trường tác dụng. Để xác định các đại lượng này theo từ trường tác dụng, Zubieta đã
(2.12)
đề xuất tính toán theo công thức sau:
Trong đó Y là viết tắt của một thông số lưu biến của MRF như ứng suất chảy,
độ nhớt, thông số độ đặc, hệ số chất lỏng. Giá trị của tham số Y có xu hướng từ zero
đến giá trị bão hòa, SY là hệ số momen bão hòa của Y, B là mật độ từ trường tác
dụng. Các giá trị của Y0 , Y được xác định từ kết quả thí nghiệm sử dụng phương
pháp xấp xỉ đường cong.
2.3. Các kiều hoạt động của lưu chất từ biến (MRF) [5]:
- Kiểu van:
Hình 2.10a cho thấy sơ đồ hiển thị kiểu van đã được sử dụng trong nhiều
thiết bị MR nơi dòng chảy của lưu chất từ biến giữa hai tấm hoặc trong một ống dẫn
được tạo ra bởi sự chênh lệch về áp suất giữa đầu vào và đầu ra. Từ trường áp dụng
vuông góc với dòng chảy, được dùng cho việc thay đổi các thuộc tính lưu biến của
lưu chất từ biến để kiểm soát dòng chảy. Vì vậy, sự gia tăng ứng suất chảy dẻo hoặc
độ nhớt làm thay đổi profile vận tốc của chất lỏng trong khoảng giữa hai tấm. Profin
vận tốc điển hình đối với chất lỏng Bingham được minh họa trong hình 2.10b.
y
Magnetic flux
P2 15 P1 d Post-yield Duct wall or fixed plate (b) velocity profile MRF
(a) concept of valve mode Hình 2.10: Chế độ van trong ứng dụng MR Profin tốc độ của MRF giữa hai tấm song song có thể được đại diện bởi các mối quan hệ sau đây: (2.13) Ở đây, n=1/m, u1 và u3 là profin vận tốc của dòng chất lỏng trong vùng tiếp giáp với vách ống, và u2 là profin vận tốc của vùng lõi của dòng chảy hoặc khoảng đầu ống, trong vùng này chất lỏng chưa chảy dẽo. là độ dày vùng chưa chảy dẻo và là một thông số quan trọng của dòng chảy. - Kiểu cắt: Kiểu hoạt động thứ hai cho các thiết bị điều khiển chất lỏng là hoạt động theo kiểu cắt đối với dòng lưu chất từ biến (MRF) nằm giữa hai mặt, qua đó một mặt trượt hoặc quay so với mặt khác, với từ trường tác dụng thẳng đứng đến hướng của chuyển động của những mặt cắt này. Hình 2.11 trình bày khái niệm hoạt động của lưu chất từ biến theo kiểu cắt. Tấm di động Đường từ thông Tấm cố định MRF 16 Hình 2.11: Chế độ cắt của MRF Hoạt động theo kiểu cắt đã được nghiên cứu kỹ lưỡng đặc biệt là trong công nghệ giảm chấn MR. Masri và cộng sự đã đề xuất một đường cong kỹ thuật phù hợp, đại diện cho các thành phần khôi phục phi tuyến của một thiết bị ER để mô tả các hoạt động của ER dưới tải tĩnh và tải động trên một phạm vi rộng các lĩnh vực điện. Spencer và cộng sự đã phát triển một mô hình dựa trên mô hình trễ Bouc-Wen cải tiến để đại diện cho giảm chấn MR. Hơn nữa, Wereley và các cộng sự đã đề xuất một cách tiếp cận không chiều để mô hình hóa các loại van điều tiết cắt (hoạt động theo kiểu cắt tuyến tính, trống quay, và van điều tiết đĩa quay). Trong nghiên cứu, mô hình dẻo Bingham, mô hình biviscous, và các mô hình Herschel-Bulkley đã được xem xét. Tính năng đặc biệt của hoạt động theo kiểu cắt là đơn giản, đáp ứng nhanh, giao diện năng lượng điện cơ học sử dụng từ trường đơn giản giữa đầu vào và đầu ra, và khả năng điều khiển những tính năng làm cho công nghệ MRF được ứng dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng như bộ giảm xóc, phanh, bộ ly hợp và các thiết bị đánh bóng. 17 - Kiểu nén: Kiểu làm việc thứ ba của lưu chất từ biến là hoạt động theo kiểu nén thể hiện trong hình 2.12. Kiểu hoạt động này chưa được nghiên cứu rộng rãi. Trong kiểu họat động này, lực tác dụng lên các tấm cùng hướng với từ trường để giảm hoặc mở rộng khoảng cách giữa các tấm song song gây ra sự kéo, nén. Trong kiểu nén, lưu chất từ biến phải chịu tác động của tải trọng động (luân phiên giữa sức căng và nén) hoặc tĩnh (riêng sức căng hoặc nén). Khi từ trường tác động lên các hạt, chuỗi hạt được hình thành giữa các vách trở nên cứng với những thay đổi nhanh chóng về độ Đường từ thông Tấm MRF Lực tác dụng nhớt. Các chuyển vị trong chế độ nén rất nhỏ (vài mm) nhưng yêu cầu lực lớn. Hình 2.12: Chế độ nén của MRF - Kết hợp các kiểu hoạt động: Trong một số ứng dụng, việc kết hợp hai hay nhiều kiểu hoạt động của MRF có thể tạo nên lực cản lớn hơn, tính năng tốt hơn và năng suất cao hơn. Ví dụ, bộ giảm chấn có thể được xây dựng bằng việc kết hợp các chế độ khác nhau. 2.4. Các vấn đề cần giải quyết: Như vậy, dựa trên các đặc tính của lưu chất từ biến, dựa trên các kiểu hoạt động và các cơ sở tính toán đã được đề cập bên trên thì luận văn này được xây dựng để giải quyết các vấn đề sau: 18 Thiết kế bộ ly hợp dùng bộ truyền động lưu chất từ biến hoạt động theo kiểu cắt của lưu chất MR dựa trên mô hình nhựa dẻo Bingham với đầu ra trục tải của bộ ly hợp có momen truyền động ≥10Nm. Thiết kế bộ điều khiển tốc độ đầu ra của trục tải. Thực nghiệm và đánh giá kết quả. 19 CHƯƠNG 3 L
wc do hc Từ trường 3.1. Nguyên lý hoạt động: R Rdo Đĩa ly hợp Trục dẫn Ra tải Rdi Truyền động
từ ĐC Trục bị dẫn Võ cố
định MRF Cuộn dây Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến Phần này giới thiệu bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến và phân tích momen tải dựa trên mô hình đàn-dẻo Bingham của lưu chất từ biến. Hình 3.1 cho thấy được kết cấu của hệ thống ly hợp dùng lưu chất từ biến. Như trong hình, ta thấy, đĩa ly hợp chế tạo từ thép từ tính được cố định với trục dẫn chế tạo từ thép cách từ. Trục dẫn được kết nối trực tiếp đến động cơ chính. Bộ phận đĩa ly hợp được lồng vào trong một cái vỏ chế tạo từ thép từ tính. Phần vỏ này lắp cố định với trục bị dẫn chế tạo từ thép cách từ. Cuộn dây được quấn trên một ống cách từ lắp trong vỏ của bộ ly hợp. Khoảng không gian giữa phần đĩa ly hợp và phần vỏ được lấp đầy bằng lưu chất từ 20 biến. Để ngăn sự rò rỉ của lưu chất từ biến khi nằm trong khoảng khe hở đó ta lắp vào một vòng cao su (o-ring). Khi cuộn dây được cấp điện, một vùng từ trường được sinh ra và lưu chất từ biến ở khe hở giữa phần vỏ và phần đĩa ly hợp sẽ tức thời hóa rắn. Khi đó, ta có thể điều khiển được momen cũng như tỷ số truyền mà bộ phận đĩa ly hợp (trục dẫn) tác động lên phần vỏ (trục bị dẫn) thông qua độ hóa rắn của lưu chất từ biến. 3.2. Tính toán ly hợp: 3.2.1. Tính toán momen truyền động: Trong thiết kế của bộ ly hợp MR, việc thiết lập mối quan hệ giữa momen truyền, các thông số hình học của cấu trúc ly hợp và ảnh hưởng của từ trường tác động là quan trọng. Bằng cách giả thiết rằng lưu chất từ biến hoạt động dựa theo mô hình lưu biến dẻo Bingham và vận tốc sinh ra trong các ống dẫn MRF của bộ ly hợp là tuyến tính, thì momen truyền động sinh ra và momen ở tráng thái ngắt mạch được xác định bởi công thức: (3.2) (3.1) Trong đó, Rdi và Rdo lần lượt là bán kính trong và bán kính ngoài của phần đĩa, d là độ rộng của khe chứa MRF nằm giữa phần đĩa và phần vỏ, d0 là độ rộng của khe chứa MRF tại mặt trụ ngoài của đĩa, td là độ dày của đĩa, ωi và ωo lần lượt là vận tốc gốc của trục dẫn và trục bị dẫn, τye là ứng suất trung bình của MRF trong hai mặt đầu của ống dẫn, τy0 là ứng suất khi không có từ trường tác động và μ là hệ số độ nhớt của MRF, Tor là momen ma sát giữa trục và vòng chóng rò (o-ring). Lưu ý rằng giá trị của τye phụ thuộc vào mật độ từ thông sinh ra trong ống dẫn MRF trong khi độ nhớt sau chảy dẻo được giả định là độc lập với từ trường. Momen ma sát gây ra bởi vòng chống rò Tor có thể được tính bằng công thức: (3.3) 21 Trong đó, Lc là chu vi trục, Lc=2Rs, ƒc là lực ma sát trên một đơn vị chiều dài của chu vi trục do việc nén vòng chống rò (o-ring) gây ra, phụ thuộc vào tỷ lệ nén của vòng và độ cứng vật liệu chế tạo vòng, ƒh là lực ma sát của vòng chống rò do áp lực của lưu chất tác động lên một đơn vị diện tích của trục bị dẫn và Ar là diện tích của vòng chống rò. Cần lưu ý rằng, vận tốc góc của trục bị dẫn là rất nhỏ và áp lực do lưu chất tác động lên vòng chống rò là rất thấp, ƒh 0, ta có thể bỏ qua. Cũng cần lưu ý rằng áp lực sinh ra trong ống MRF của phần bị dẫn là rất nhỏ, do đó, không cần thiết nén kín vòng chống rò (o-ring) với lực lớn. Trong nghiên cứu này, vòng chống rò cao su có độ cứng 70-durometer được sử dụng và áp lực của vòng được thiết lập là 10%. Trong trường hợp này, hệ số ƒc vào khoảng 125N/m. 3.2.2. Thiết kế tối ưu bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến: Trong thiết kế bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến, bên cạnh momen truyền động, một vấn đề khác rất quan trọng cần được quan tâm đến đó chính là khối lượng của bộ ly hợp. Rõ ràng cho thấy khối lượng của bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến là càng nhỏ càng tốt, điều đó sẽ làm giảm kích thước cũng như chi phí chế tạo bộ ly hợp. Ngoài ra, việc bộ ly hợp có kích thước nhỏ hơn và khối lượng nhẹ hơn có thể dẫn đến việc giảm lực quán tính, từ đó tạo điều kiện cho việc kiểm soát tốc độ của trục điều khiển dễ dàng hơn. Nói chung, khối lượng bộ ly hợp có thể được tính xấp xỉ bởi công thức: (3.4) Trong đó, Vd, Vh, Vs, VMR, Vbob và Vc lần lượt là khối lượng của đĩa ly hợp, vỏ ly hợp, trục, lưu chất từ biến, ống chứa cuộn dây, và cuộn dây của bộ ly hợp. Các thông số này là các chức năng quan trọng của kích thước hình học của kết cấu bộ ly hợp, chúng thay đổi suốt quá trình tối ưu hóa. ρd, ρh, ρs, ρMR, ρbob, và ρc lần lượt là khối lượng riêng của đĩa ly hợp, vỏ ly hợp, trục, lưu chất từ biến, ống chứa cuộn dây, và cuộn dây của bộ ly hợp. Từ đó, việc giải quyết vấn đề thiết kế tối ưu hóa bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến trong nghiên cứu này có thể được tóm tắt như sau: Tìm giá trị kích thước tối ưu 22 trong cơ cấu ly hợp MR để momen truyền động tối đa của nó xác định bởi phương trình (3.1): lớn hơn một momen xoắn cần thiết, và mục tiêu tối ưu hóa là để giảm thiểu khối lượng của bộ ly hợp MR xác định bởi phương trình (3.4): Giả thiết rằng, thép silicon được dùng để chế tạo các thành phần của bộ ly hợp MR như vỏ và đĩa ly hợp. Cuộn dây có kích thước 21-gage (đường kính = 0.511mm). Trong quá trình tối ưu hóa, dòng điện tối đa 2.5A được cấp cho cuộn dây. Trong nghiên cứu này, chúng ta sử dụng lưu chất từ biến MRF132-DG được sản xuất bởi công ty Lord Corporation. Độ nhớt sau chảy dẻo của MRF132-DG là η=0.1 Pa-s, ứng suất chảy dẻo của lưu chất từ biến có thể tính xấp xỉ bằng công (3.5) thức: Trong phương trình (3.5), đơn vị của ứng suất chảy dẻo là kPa trong khi đó mật độ từ trường là kA/m. Áp dụng phương pháp xấp xỉ đường cong bậc hai, các hệ số trong phương trình đã được xác định tương ứng là 0.015, 0.30858, 2.83544E-4, - 5.34429E-6, và 9.20846E-9. Trong tối ưu hóa, chiều cao hc của cuộn dây, chiều rộng wc của cuộn dây, độ dày th của vỏ ly hợp, bán kính Rdo của đĩa ly hợp, bán kính ngoài R của bộ ly hợp, độ dày td của đĩa ly hợp, được xem là các biến thiết kế. Cần lưu ý rằng, các giá trị kích thước độ dày khe chứa lưu chất càng nhỏ thì lực hãm càng cao và khối lượng của bộ ly hợp thu được càng nhỏ. Vì thế, trong nghiên cứu này, độ dày của khe chứa MRF không được xem như biến thiết kế mà được thực nghiệm thiết lập là 0.8mm. Để có được lời giải tối ưu, ta sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn tích hợp với một công cụ tối ưu hóa. Trong nghiên cứu này, phương pháp tối ưu bậc nhất của công cụ tối ưu hóa ANSYS được sử dụng. 23 Trong hình 3.2 cho thấy lời giải tối ưu của ly hợp MR được đề xuất. Momen hãm ràng buộc phải lớn hơn 10Nm và tốc độ hội tụ được thiết lập là 0.1%. Chương trình tính toán bằng phần ANSYS được trình bày trong phần phụ lục 1. (a) biến thiết kế (b) khối lượng và momen tác động Hình 3.2: Lời giải tối ưu của ly hợp MR thông thường Cần lưu ý rằng bán kính trục trong trường hợp này được thiết lập là Rs = 6mm ứng với sức chịu đựng của trục. Như thể hiện trong hình, tối ưu hóa được hội tụ sau 21 lần lặp. Kết quả tối ưu tại lần lập thứ 21 là (mm): wc=5.7, hc=2.7, th=5.9, td=4, Rdo=50 và R=59.5. Tại thời điểm tối ưu, momen xoắn truyền động có thể đạt đến 10kN như đã đặt ra và khối lượng tối thiểu là 1.34kg. Từ giải pháp tối ưu, kích thước hình học tối ưu của bộ ly hợp MR có thể được tóm tắt trong bảng 3.1. Bảng 3.1: Kích thước hình học tối ưu hóa của bộ ly hợp MR Name
Bán kính trục dẫn
Bán kính đĩa quay
Độ dày đĩa quay
Kích thước khe MR Value
Rs=6mm
Rdo=50mm
td=4mm
d, do=0.8mm Name
Chiều cao cuộn dây
Chiều rộng cuộn dây
Độ dày vỏ
Bán kính ngoài Value
hc=2.7mm
wc=5.7mm
hh=5.9mm
R=59.5mm Với các kích thước đã được tính toán như trên, bản vẽ thiết kế chi tiết của bộ ly hợp đã được xây dựng và trình bày trong phần phụ lục 2. 24 CHƯƠNG 4 4.1. Cơ sở tính toán bài toán điều khiển: Trong phần này, phương trình chuyển động của trục bị dẫn được thiết lập. Trong hình 3.1, phương trình điều khiển cho các chuyển động của trục bị dẫn có thể (4.1) được viết như sau: Trong đó, J là momen quán tính khối quay của trục bị dẫn, bao gồm cả ly hợp MR và tải, Tƒ là momen ma sát tác động lên trục bị dẫn, T là momen xoắn truyền động của ly hợp MR, Ti là lực tải, và ω là vận tốc góc của trục. Kết hợp phương trình (3.2) và phương trình (3.3) ta được phương trình chuyển động sau: (4.2) Trong đó, hệ số độ nhớt C, momen ứng suất chảy dẻo (momen xoắn điều khiển được) Ty và momen ma sát ly hợp Tƒc tương ứng được xác định bằng công , thức: (4.3) (4.4) 25 4.2. Thí nghiệm xác định momen truyền động: Hình 4.1: Thiết lập thử nghiệm để kiểm tra momen truyền động của ly hợp Hình 4.2: Mô men truyền động của ly hợp Hình 4.1 mô tả các thiết lập thử nghiệm để kiểm tra hiệu suất của ly hợp MR. Trong hình, một động cơ được nối với bộ ly hợp điều khiển bằng máy tính được sử dụng để quay trục dẫn của ly hợp MR với một tốc độ góc không đổi là 30 vòng/phút. Vỏ của bộ ly hợp được giữ cố định vào bàn thí nghiệm. Trong trường hợp này, bộ ly hợp MR hoạt động như một phanh MR. Momen xoắn được tạo ra bởi ly hợp MR được đo bằng một cảm biến momen xoắn. Tín hiệu đầu ra từ bộ cảm biến momen xoắn sau đó được gửi đến máy tính thông qua bộ chuyển đổi A/D. Khi 26 quá trình thí nghiệm được thực hiện, một tín hiệu xung dòng điện từ máy tính được gửi đến các bộ khuếch đại dòng. Tín hiệu dòng điện ngõ ra của bộ khuếch đại, là một xung dòng 2.5A được cấp vào cuộn dây của bộ ly hợp MR và giá trị trung bình của momen xoắn đo ở trạng thái ổn định được xác định. Hình 4.2 cho thấy momen do ứng suất chảy của bộ ly hợp MR đã được đo từ thí nghiệm trên. Cần lưu ý rằng trong trường hợp này momen lúc dòng tác động bằng không được loại bỏ trong kết quả. Kết quả cho thấy rằng momen ứng suất chảy của ly hợp MR bị bão hòa khi dòng điện cấp vào tăng trên 2A. Một đường cong xấp xỉ hàm mũ đã được sử dụng và momen do ứng suất chảy (momen có thể điều khiển được) của ly hợp MR được biểu diễn như một hàm của dòng điện cấp vào như sau: (4.5) Vấn đề điều khiển của nghiên cứu này là đạt được quỹ đạo tốc độ mong muốn. Hình 4.3 cho thấy các thiết bị thí nghiệm và thiết bị đo đạc dùng cho việc điều khiển và theo dõi tốc độ. Tốc độ quay được đo bằng các máy phát tốc (SANYO DENKI, 104-8011-1) và được hồi tiếp trở lại hệ thống thời gian thực LAPVIEW thông qua bộ chuyển đổi A/D. Tiếp đó, dòng điều khiển được xác định từ bộ điều khiển được cấp vào hệ thống ly hợp MR thông qua bộ chuyển đổi D/A và các bộ khuếch đại. Để điều khiển vận tóc góc của trục bị dẫn, bộ điều khiển PID rời rạc được áp dụng như sau: (4.6) Trong đó, kp, ki, kd lần lượt là hệ số khâu khuếch đại, khâu tích phân và khâu vi phân, Ts là thời gian lấy mẫu và e(k) sai số ở bước thứ k. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển được trình bày trong hình 4.4. Trong nghiên cứu này, để xác định các tham số của bộ điều khiển PID, ta sử dụng phương pháp thử-sai lần lượt các thông số kp, kd, ki để chọn ra thông số tốt nhất cho bộ điều khiển tốc độ bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến. Tốc độ mong muốn Tốc độ thực tế e 27 d Bộ ly hợp
MR Bộ điều khiển
PID o Máy đo
tốc độ Hình 4.3: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tốc độ đầu ra bộ ly hợp 28 CHƯƠNG 5 Mô hình thực nghiệm được trình bày trong phần này chỉ để kiểm chứng sự thay đổi tốc độ của trục bị dẫn khi không cấp điện và khi cấp một đơn vị dòng điện vào cuộn dây lắp trong phần vỏ ly hợp. Khảo sát sự ảnh hưởng của ma sát của ứng suất chảy tác động lên các cơ cấu trong bộ ly hợp. Từ đó có nhận xét và đánh giá về các tính chất đã nêu của bộ ly hợp dùng lưu chất từ biến. 5.1. Kết quả sử dụng mô hình để khảo sát: 5.1.1. Khảo sát ban đầu: Động cơ và hệ thống cấp điện cho cổ góp được giữ cố định. Hai vòng bạc đạn bi được lắp vào trục truyền động nhằm cách ly trục dẫn và vỏ ly hợp chuyển động độc lập với nhau. Khi cuộn dây chưa được cấp một giá trị xung dòng điện, do lực ma sát khi chuyển động quay giữa trục dẫn và trục bị dẫn và ma sát của hai vòng bạc đạn bi gây ra nên kết quả thu được là tỷ số truyền giữa trục dẫn và trục bị dẫn không bằng không. Khi cuộn dây được cấp một xung dòng điện với một cường độ dòng điện xác định, hệ thống cho thấy sự thay đổi tốc độ rõ rệt thể hiện đặc tính đặc trưng của lưu chất từ biến. Từ đó xét thấy hoàn toàn có thể điều khiển tốc độ trục tải dùng bộ ly hợp MR. 5.1.2. Khảo sát tại phòng thí nghiệm SSSLab: Trong quá trình thực nghiệm, do điều kiện vật chất còn thiếu nhiều nên không thể thực hiện lấy kết quả tại chỗ. Ly hợp MR được chế tạo tại chỗ sau đó được gửi qua phòng thí nghiệm SSSLab, Department of Mechanical Engineering, Inha University, Incheon 402-751, KOREA để lấy kết quả về momen truyền động của ly hợp MR. Mô hình thí nghiệm tại SSSLab được biểu diễn ở hình 5.1. D/A A/D Máy tính (Bộ điều khiển) Mạch khuếch đại Bộ ly hợp MR Máy đo tốc độ Động cơ 29 Hình 5.1: Mô hình dùng ở phòng thí nghiệm SSSLab 5.2. Nhận xét đánh giá kết quả thực nghiệm: Hình 5.2 trình bày đáp ứng điều khiển ổn định tốc độ của hệ thống ly hợp thông qua bộ điều khiển PID. Trong thí nghiệm này, vận tốc trục bị dẫn cần điều chỉnh ổn định là 1000RPM. Kết quả thí nghiệm cho thấy, hệ thống có thể giữ tốc độ đầu ra ổn định quanh giá trị trung bình là 1000RPM. Sai số lớn nhất trong trường hợp này là 5%. Hình 5.3a và 5.3b trình bày các đáp ứng của hệ thống thông qua bộ điều khiển PID cho các quỹ đạo hình sin như mong muốn lần lượt ở tần số 1Hz và 3Hz. Kết quả cho thấy rằng quỹ đạo tốc độ mong muốn đạt được một cách tương đối với sai số lên đến 7%, Sai số trên được xác định bằng sai lệch lớn nhất/giá trị trung bình (giá trị mong muốn) Err% = 100*(VmaxVtb)/Vtb (%) Sai số khá cao trong trường hợp này có thể là do kết quả từ sự bất ổn định của các thông số hệ thống như vận tốc góc của trục dẫn (vận tốc quay của động cơ), ma sát và momen tải. Nếu có điều kiện mở rộng nghiên cứu, chúng tôi sẽ xây dựng một thuật toán điều khiển mạnh mẽ hơn, các vấn đề bất ổn trong việc sử dụng và điều khiển tốc độ trục bị dẫn với tải trọng khác nhau sẽ được phân tích và xử lý. 30 Hình 5.2: Đáp ứng điều khiển ổn định tốc độ của hệ thống ly hợp thông qua bộ điều khiển PID Hình 5.3a: Ở tần số 1Hz 31 Hình 5.3b: Ở tần số 3Hz Hình 5.3: Đáp ứng điều khiển tốc độ của hệ thống ly hợp thông qua bộ điều khiển PID 32 CHƯƠNG 6 6.1. Kết luận: Dựa trên các kết quả tính toán, thiết kế và thực nghiệm, luận văn này đã giải quết được các vấn đề sau: Thiết kế được bộ ly hợp dùng bộ truyền động lưu chất từ biến để đầu ra trục tải đạt được trị số momen xoắn ≥ 10Nm với kích thước cũng như khối lượng của bộ ly hợp là nhỏ nhất. Điều khiển được hệ thống ly hợp dùng bộ truyền động lưu chất từ biến bằng bộ điều khiển PID. Kết quả thực nghiệm chứng minh được tính khả thi của giải pháp đề nghị. 6.2. Hướng phát triển: Từ kết quả khả quan của mô hình thực nghiệm, luận văn có một số hướng phát triển như sau: Mở rộng bài toán cho trường hợp tải tổng quát. Mở rộng bài toán điều khiển cho yêu cầu bền vững. 33 1. Q. H. Nguyen, S. B. Choi, “Optimal design of an automotive magnetorheological brake considering geometric dimensions and zero-field friction heat”, Smart Mater. Struct. 19(11), 2010. 2. Q. H. Nguyen, S. B. Choi, “Optimal design of a novel hybrid MR brake for motorcycles considering axial and radial magnetic flux”, Smart Mater. Struct.,2012, Provisionally . 3. Nguyen,, Q. H., Lang V. T. Nguyen, N. D., Choi S. B., “Geometric optimal design of MR brake considering different shapes of the brake envelope”, Smart Matter. Struct. 23(1), (2014). 4. Nguyen,, Q. H., Choi S. B., Lee, Y. S., Han, M., S., “Optimal design of high damping force engine mount featuring MR valve structure with both annular and radial flow paths ”, Smart Matter. Struct. 22(11), (2013). 5. Q. H. Nguyen, S. B. Choi, “Optimal design methodology of magnetorheological fluid base mechanisms”, Smart Mater. Struct.1(11) (2013) 6. Q. H. Nguyen, S. B. Choi, “Optimal design and selection of MRB types considering breaking torque and constrained volume”. Smart Mater. Struct (2010) 7. Nguyễn Quốc Hưng, Nguyễn Ngọc Điệp, Nguyễn Viễn Quốc, Lăng Văn Thắng, “Thiết kế tối ưu cơ cấu gá động cơ có lực nhớt dùng lưu chất từ biến”. 3(3), (2011). 8. Nguyễn Quốc Hưng, Nguyễn Ngọc Điệp, Nguyễn Viễn Quốc, Lăng Văn Thắng, “Thiết kế tối ưu phanh lưu chất từ biến không dùng ống cách từ”. 1(4), (2011). Chương trình tính toán tối ưu bộ ly hợp dùng phần mềm ANSYS: /COM, Magnetic-Nodal MPREAD,'MR132DG','SI_MPL',' ',LIB /COM, Magnetic-Edge !MPREAD,'MR140CG','SI_MPL',' ',LIB !* !MPREAD,'MR1222ED','SI_MPL','
',LIB /PREP7 !* !* !* ET,1,PLANE13 MPTEMP,,,,,,,, !* MPTEMP,1,0 KEYOPT,1,1,0 MPDATA,MURX,3,,1 KEYOPT,1,2,0 MPTEMP,,,,,,,, KEYOPT,1,3,1 MPTEMP,1,0 KEYOPT,1,4,0 MPDATA,MURX,4,,1 KEYOPT,1,5,0 pi=3.1416 !* dc=0.000511 !* res=0.01726e-6 MAT,1, Ac=pi*dc*dc/4 !MPREAD,'hiperco','SI_MPL',' ',LIB rrc=res/Ac MPREAD,'siliconsteel','SI_MPL',' ',LIB th=8e-3 !* to=8e-3 MAT,2, hc=4e-3! Coil hieght !MPREAD,'hiperco','SI_MPL',' ',LIB b=6e-3 ! disc thickness MPREAD,'siliconsteel','SI_MPL',' ',LIB bc=8e-3 ! Coil thickness !* d=0.0008 MAT,5, do=0.0008 K,12,Ri,b/2,, tbob=0.0005 !bobbin K,13,Rd,-(d+b/2),, Ri=6e-3 K,14,Rd,(d+b/2),, Ro=50e-3 K,15,Rb,-bc/2,, Rd=Ro+do K,16,Rb,bc/2,, Rb=Rd+tbob K,17,Rd,-(th+d+b/2),, Rw=Rb+hc K,18,Rd,(th+d+b/2),, R=Rw+to K,19,R,-bc/2,, L=(2*th+b+2*d) K,20,R,bc/2,, thc=(L-bc)/2 LSTR, 1, 17 nturn=hc*bc/Ac LSTR, 19, 20 Rc=rrc*nturn*3.1416*2*(Ro+d+0.5*hc) LSTR, 4, 18 I=2.5 LSTR, 4, 8 JJ=I/Ac LSTR, 8, 12 PP=I*I*Rc LSTR, 12, 9 !* LSTR, 9, 5 K,1,Ri,-(th+d+b/2),, LSTR, 5, 1 K,2,R,-(th+d+b/2),, LSTR, 5, 13 K,3,R,(th+d+b/2),, LSTR, 15, 6 K,4,Ri,(th+d+b/2),, LSTR, 13, 14 K,5,Ri,-(d+b/2),, LSTR, 16, 7 K,6,Rw,-bc/2,, LSTR, 7, 6 K,7,Rw,bc/2,, LSTR, 13, 10 K,8,Ri,(d+b/2),, LSTR, 10, 9 K,9,Ri,-b/2,, LSTR, 11, 12 K,10,Ro,-b/2,, LSTR, 11, 10 K,11,Ro,b/2,, LSTR, 11, 14 LSTR, 14, 8 AL,P51X LSTR, 7, 20 FLST,2,4,4 LSTR, 6, 19 FITEM,2,13 LSTR, 15, 16 FITEM,2,20 LSTR, 15, 13 FITEM,2,2 LSTR, 16, 14 FITEM,2,21 LSTR, 13, 17 AL,P51X LSTR, 14, 18 FLST,2,6,4 LSTR,18,3 FITEM,2,25 LSTR,17,2 FITEM,2,23 LSTR,2,19 FITEM,2,10 LSTR,20,3 FITEM,2,21 LPLOT FITEM,2,29 !*tao area FITEM,2,28 FLST,2,4,4 AL,P51X FITEM,2,4 FLST,2,4,4 FITEM,2,3 FITEM,2,8 FITEM,2,26 FITEM,2,9 FITEM,2,19 FITEM,2,25 AL,P51X FITEM,2,1 FLST,2,6,4 AL,P51X FITEM,2,26 FLST,2,4,4 FITEM,2,27 FITEM,2,6 FITEM,2,30 FITEM,2,16 FITEM,2,20 FITEM,2,17 FITEM,2,12 FITEM,2,15 FITEM,2,24 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,13 FITEM,2,7 FITEM,2,10 FITEM,2,15 AL,P51X FITEM,2,14 !------------- FITEM,2,9 FLST,5,5,5,ORDE,2 AL,P51X FITEM,5,1 FLST,2,4,4 FITEM,5,-5 FITEM,2,17 CM,_Y,AREA FITEM,2,18 ASEL, , , ,P51X FITEM,2,11 CM,_Y1,AREA FITEM,2,14 CMSEL,S,_Y AL,P51X !* FLST,2,4,4 CMSEL,S,_Y1 FITEM,2,5 AATT, 1, , 1, 0, FITEM,2,19 CMSEL,S,_Y FITEM,2,18 CMDELE,_Y FITEM,2,16 CMDELE,_Y1 AL,P51X !* FLST,2,4,4 CM,_Y,AREA FITEM,2,11 ASEL, , , , 6 FITEM,2,24 CM,_Y1,AREA FITEM,2,22 CMSEL,S,_Y FITEM,2,23 !* AL,P51X CMSEL,S,_Y1 FLST,2,4,4 AATT, 2, , 1, 0, FITEM,2,22 CMSEL,S,_Y FITEM,2,12 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CM,_Y,AREA !* ASEL, , , ,P51X CM,_Y,AREA CM,_Y1,AREA ASEL, , , , 11 CMSEL,S,_Y CM,_Y1,AREA !* CMSEL,S,_Y CMSEL,S,_Y1 !* AATT, 5, , 1, 0, CMSEL,S,_Y1 CMSEL,S,_Y AATT, 3, , 1, 0, CMDELE,_Y CMSEL,S,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y !* CMDELE,_Y1 *SET,n0,6 !* FLST,5,6,4,ORDE,6 CM,_Y,AREA FITEM,5,1 ASEL, , , , 10 FITEM,5,3 CM,_Y1,AREA FITEM,5,9 CMSEL,S,_Y FITEM,5,15 !* FITEM,5,-16 CMSEL,S,_Y1 FITEM,5,19 AATT, 4, , 1, 0, CM,_Y,LINE CMSEL,S,_Y LSEL, , , ,P51X CMDELE,_Y CM,_Y1,LINE CMDELE,_Y1 CMSEL,,_Y !* !* FLST,5,3,5,ORDE,2 LESIZE,_Y1, , ,3.5*n0, , , , ,1 FITEM,5,7 !* FITEM,5,-9 FLST,5,14,4,ORDE,11 FITEM,5,2 CM,_Y,LINE FITEM,5,4 LSEL, , , ,P51X FITEM,5,6 CM,_Y1,LINE FITEM,5,8 CMSEL,,_Y FITEM,5,11 !* FITEM,5,13 LESIZE,_Y1, , ,n0, , , , ,1 FITEM,5,17 FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,20 FITEM,5,29 FITEM,5,-22 FITEM,5,-30 FITEM,5,25 CM,_Y,LINE FITEM,5,-28 LSEL, , , ,P51X CM,_Y,LINE CM,_Y1,LINE LSEL, , , ,P51X CMSEL,,_Y CM,_Y1,LINE !* CMSEL,,_Y LESIZE,_Y1, , ,2*n0, , , , ,1 !* !* LESIZE,_Y1, , ,2*n0, , , , ,1 FLST,5,2,4,ORDE,2 !* FITEM,5,27 FITEM,5,-28 FLST,5,8,4,ORDE,8 FITEM,5,5 CM,_Y,LINE FITEM,5,7 LSEL, , , ,P51X FITEM,5,10 CM,_Y1,LINE FITEM,5,12 CMSEL,,_Y FITEM,5,14 !* FITEM,5,18 LESIZE,_Y1, , ,3*n0, , , , ,1 FITEM,5,23 !* FITEM,5,-24 FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,23 AMESH,all FITEM,5,-24 asum,default CM,_Y,LINE FINISH LSEL, , , ,P51X ! Giai bai toan CM,_Y1,LINE /SOLU CMSEL,,_Y FLST,2,1,5,ORDE,1 !* FITEM,2,11 LESIZE,_Y1, , ,4, , , , ,1 !* !* BFA,P51X,JS, , ,JJ,0 FLST,5,6,4,ORDE,6 FLST,2,12,4,ORDE,4 FITEM,5,2 FITEM,2,1 FITEM,5,6 FITEM,2,-8 FITEM,5,11 FITEM,2,27 FITEM,5,13 FITEM,2,-30 FITEM,5,17 DL,P51X, ,AZ, , FITEM,5,22 NCNV,0,0,0,0,0, CM,_Y,LINE SOLVE LSEL, , , ,P51X FINISH CM,_Y1,LINE ! Xuat ket qua va tinh toan CMSEL,,_Y /POST1 !* SET,LAST LESIZE,_Y1, , ,2*n0, , , , ,1 !* !* PATH,p1,2,30,20, !* PPATH,1,0,Ri,b/2+d/2,0,0, MSHAPE,0,2D PPATH,2,0,Ro,b/2+d/2,0,0, MSHKEY,0 !* !* PDEF,By,B,Y,AVG /PBC,PATH, ,0 Ta0=2*pi*Ro**2*La*(ty0+nu0*OM*R
o/do) !* ! O-ring friction torque PCALC,INTG,B1in,By,S,1, Rso=Ri !* Tor=0.1751*700*2*pi*Rso*Rso *GET,B1in,PATH, ,last,B1IN ! Zero field Torque B2av=abs(B1IN)/(Ro-Ri) Tb0=(Tm0+Tby0+Ta0+2*Tor) !DG fluid ! Transmision Torque ty2=40015-40000*(2*exp(-2.9*B2av)-
exp(-2*2.9*B2av)) Tb=(Tm+Tby+Ta0+2*Tor) ! Mass calculation nu2=3.9-3.8*(2*exp(-4.5*B2av)-exp(-
2*4.5*B2av)) *GET,A1,AREA,1,AREA nu0=0.1 *GET,A2,AREA,2,AREA ty0=15 dmass=pi*(Ro**2-Ri**2)*b*7800 !cG FLUID MRmass=2*pi*(Ro**2-Ri**2)*d*2950
! (DG:2950kg/m3; CG: 3600kg/m3) !ty2=52025-52000*(2*exp(-3*B2av)-
exp(-2*3*B2av)) coilmass=pi*((Rw)**2-
(Rb)**2)*(bc)*8900 !nu2=4.7-4.4*(2*exp(-5*B2av)-exp(-
2*5*B2av)) !nu0=0.3 hmass3=pi*((R)**2-
(Rw)**2)*(bc)*7800 !ty0=25 hmass1=A1*4*pi*(Ri+(Rd-Ri)/2)*7800 OM=10*pi hmass2=A2*4*pi*(Rd+(R-Rd)/2)*7800 La=b hmass3=2*tbob*bc*pi*(Rd+tbob/2)*78
00 Tm=4*pi*ty2*(Ro**3-Ri**3)/3 shaftmass=pi*Ri**2*L*8000 ! stainless
steel or brass Tby=(pi*nu2*Ro**4/d)*(1-
(Ri/Ro)**4)*OM Tm0=4*pi*ty0*(Ro**3-Ri**3)/3 mass=dmass+MRmass+coilmass+hmass
1+hmass2+hmass3+shaftmass Tby0=(pi*nu0*Ro**4/d)*(1-
(Ri/Ro)**4)*OMPost-yield
Pre-yield (plug)
THIẾT KẾ BỘ LY HỢP DÙNG LƯU CHẤT TỪ BIẾN
td
d
th
ĐIỀU KHIỂN LY HỢP MR
+
-
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC 1
PHỤ LỤC 2
Các bản vẽ thiết kế bộ ly hợp
