Tài liệu Luậ văn thạc sĩ thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm xoắn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------- NGUYỄN THU HƢỜNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM XOẮN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên – 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Nguyễn Thu Hƣờng - Học viên cao học lớp K15 chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, khóa 2012 - 2014 trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trƣờng, tôi lựa chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp “ Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm xoắn” Đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình của Thầy giáo PGS.TS. Ngô Nhƣ Khoa và sự nỗ lực của bản thân, đề tài đã đƣợc hoàn thành. Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình khác. Thái Nguyên, ngày 27 tháng 12 năm 2014. Học viên Nguyễn Thu Hƣờng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS. Ngô Nhƣ Khoa Thầy đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo,giúp đỡ Tôi rất nhiều trong quá trình Tôi nghiên cứuvàhoàn thành luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Chú Nguyễn Đức Dũng – Xƣởng cơ khí Dũng Trình, Chú đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ bảoTôi trong thời gian Tôi triển khai thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Phòng quản lý đào tạo sau đại học, Khoa Cơ khí và bộ môn Chế tạo máy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này. Cuối cùng Tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình Tôi, bạn bèđã ủng hộ và động viên Tôi trong suốt quá trình làm luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Nguyễn Thu Hƣờng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... ii LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ iii MỤC LỤC ......................................................................................................................iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .................................................................................. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii CHƢƠNG 1TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO MOMEN ............................................ 10 CHƢƠNG 2CƠ SỞ BÀI TOÁN THIẾT KẾ .................................................................. 6 2.1. Cơ sở xác định thông số kĩ thuật của thiết bị. ...................................................... 6 2.1.1. Momen xoắn trong vùng đàn hồi. .................................................................... 7 2.1.2. Momen xoắn trong vùng biến dạng dẻo. ......................................................... 8 2.2. Phân tích bài toán thiết kế. ................................................................................... 8 2.3. Chọn sơ bộ các thành phần chính cho thiết bị. .................................................. 13 CHƢƠNG 3THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................................... 27 3.1. Thiết kế hệ thống thiết bị thí nghiệm. ................................................................ 27 3.2. Kiểm nghiệm khả năng tải của bộ truyền. ......................................................... 29 3.2.1. Bộ truyền đai. ................................................................................................. 29 3.2.1.1. Kiểm nghiệm khả năng tải của bánh đai chủ động. .................................... 29 3.2.1.2. Kiểm nghiệm khả năng tải của bánh đai bị động. ....................................... 30 3.2.2. Bộ truyền xích. ................................................................................................ 34 3.3. Xác đinh khả năng quá tải cho thiết bị thí nghiệm. ........................................... 37 CHƢƠNG 4THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ TẠO MOMEN XOẮN ................ 39 4.1. Thiết kế khung đỡ. ............................................................................................. 39 4.2. Thiết kế đĩa kẹp. ................................................................................................. 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4.3. Thiết kế tay đòn .................................................................................................. 39 4.4. Thiết kế trục. ...................................................................................................... 40 CHƢƠNG 5 HIỆU CHỈNH THIẾT BỊ ........................................................................ 48 5.1. Thiết kế mô hình hiệu chỉnh ............................................................................. 48 5.2. Kết quả và đánh giá. ........................................................................................... 50 5.3. Kết luận và kiến nghị. ........................................................................................ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 56 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 57 1. Bảng kết quả thí nghiệm 5 lần đo lực trên mô hình thí nghiệm............................ 57 2. Bảng xử lí kết quả đo và tính toán quy đổi giá trị điện áp trên loadcell. .............. 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Kí hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 1 τ Ứng suất cắt 2 σ Ứng suất pháp 3 G Modun đàn hồi cắt 4 E Modun đàn hồi 5 θ Góc xoắn tỉ đối 6 υ Góc xoắn tuyệt đối 7 ρ,R Bán kính trục chịu xoắn 8 D, d Đƣờng kính trục chịu xoắn 9 γ Biến dạng cắt 10 Jp Momen quán tính 11 MZ, T Momen xoắn 12 MZY Momen xoắn trong miền đàn hồi 13 MZU Momen xoắn trong miền biến dạng dẻo 14 L, l Chiều dài 15 P Công suất xoắn trục mẫu thí nghiệm 16 PY Công suất xoắn trục mẫu thí nghiệm trong miền đàn hồi Công suất xoắn trục mẫu thí nghiệm trong miền biến 17 PU dạng dẻo 18 Pdc Công suất động cơ Công suất động cơ xoắn trục mẫu thí nghiệm trong miền 19 đàn hồi PYdc Công suất động cơ xoắn trục mẫu thí nghiệm trong miền 20 PUdc biến dạng dẻo 21 η Hiệu suất 22 n Tốc động vòng quay 23 i Tỉ số truyền các bộ truyền 24 Lđai Chiều dài dây đai Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 25 Loại dây đai K a 26 * , a1 Khoảng cách trục. Số chêm dây đai 30 [P0] Công suất cho phép 31 Kd Hệ số tải trọng động 32 Cα Hệ số kể đến ảnh hƣởng của góc ôm trên bánh đai nhỏ 33 Cl Hệ số kể đến ảnh hƣởng đến chiều dài đai 34 Cu Hệ số kể đến ảnh hƣởng của tỉ số truyền 35 v Vận tốc 36 qm10 Khối lƣợng 1m đai có 10 chêm 37 Mtd, Mx, My Momen ngoại lực 38 F0đai Lực căng đai ban đầu 39 Fr Lực hƣớng kính tác dụng lên trục 40 Fvđai Lực căng đai do lực li tâm sinh ra 41 Ft Lực vòng 42 Z1 , Z2 Số răng đĩa xích 43 Q Tải trọng phá hủy xích 44 D0 , Da , Df Đƣờng kính vòng chia, vòng đỉnh, vòng chân đĩa xích 45 Z Giá trị điện áp ứng với 1 Kg trên loadcell 46 M Khối lƣợng 47 Vin Điện áp kích thích 48 D Vout Điện áp đầu ra trên bộ hiển thị 3570 49 QĐ Vout Điện áp đầu ra quy đổi theo điện áp loadcell 50 TB Vout Điện áp đầu ra trung bình trên bộ hiển thị 3570 51 TT Vout Điện áp đầu ra tính toán trên loadcell 52 VKD Điện áp khoảng đo 53 ∆% Sai số 2 t 1 F Z Z d Zđai l 29 u Góc ôm lắp bánh đai C α K 28 C Đƣờng kính bánh đai C   27 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Số hiệu Nội dung Trang Hình 1.1 Thiết bị đo momen dạng tĩnh. 2 Hình 1.2 Thiết bị đo lực xiết hay vặn nắp chai 2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Thiết bị đo momen dạng động sử dụng bộ thu tín hiệu có vòng trƣợt – chổi quét. Thiết bị đo momen dạng động sử dụng bộ thu sử dụng máy biến áp quay sử dụng khớp nối. Thiết bị đo momen dạng động sử dụng bộ thu tín hiệu không dây ( sóng hồng ngoại hoặc radio ) 3 3 4 Hình 1.6 Cấu tạo thiết bị đo momen dạng động vòng trƣợt – chổi quét. 4 Hình 1.7 Thiết bị thí nghiệm xoắn gia lực bằng tay 5 Hình 1.8 Thiết bị thí nghiệm xoắn gia lực bằng động cơ. 5 Hình 2.1 Sơ đồ xác định đặc tính xoắn của vật liệu. 6 Hình 2.2 Nguyên lí hoạt động của thiết bị thí nghiệm. 12 Hình 3.1 Sơ đồ thiết kế thiết bị thí nghiệm xoắn. 25 Hình 3.2 Sơ đồ đoạn trục lắp bánh đai bị động và ổ. 29 Hình 3.3 Biểu đồ momen ngoại lực tác dụng lên trục lắp bánh đai và ổ. 30 Hình 3.4 Sơ đồ đoạn trục lắp xích và ổ. 32 Hình 3.5 Biểu đồ momen ngoại lực tác dụng lên trục lắp xích và ổ. 32 Hình 4.1 Hình vẽ 3D thiết kế, chế tạo khung đỡ. 37 Hình 4.2 Bản vẽ chế tạo đĩa kẹp 38 Hình 4.3 Hình vẽ 3D tay đòn lắp với loadcell, gối trục và bản vẽ chế tạo tay đòn. 39 Hình 4.4 Bản vẽ chế tạo trục. 40 Hình 4.5 Mô hình 3D thiết bị thí nghiệm hoàn chỉnh. 41 Hình 4.6 Thiết bị đo hoàn chỉnh 42 Hình 5.1 Mô hình thí nghiệm giá trị lực tác dụng – điện áp. 44 Hình 5.2 Đồ thị momen - điện áp đầu ra trên bộ hiển thị 3570. 48 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Nội dung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN Trang http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng tra modun và ứng suất cho một số vật liệu thông dụng. Bảng giá trị momen lớn nhất trong vùng đàn hồi và vùng biến dạng dẻo của một số vật liệu thông dụng. Bảng giá trị góc xoắn lớn nhất trong vùng đàn hồi của một số vật liệu thông dụng. 8 19 10 Bảng 2.4 Bảng giá trị công suất xoắn. 14 Bảng 2.5 Bảng tỉ số truyền i. 16 Bảng 2.6 Bảng hiệu suất các phƣơng án ghép nối các bộ truyền. 17 Bảng 2.7 Bảng tính sơ bộ công suất động cơ. 18 Bảng 3.1 Thông số của đĩa xích. 26 Bảng 3.2 Thông số của xích con lăn hai dãy. 26 Bảng 5.1 Bảng thông số loadcell. 43 Bảng 5.2 Bảng tính toán sai số phép đo. 46 Bảng 1 Bảng kết quả 5 lần thí nghiệm. 51 Bảng 2 Bảng kết xử lí kết quả thí nghiệm và quy đổi điện áp. 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO MOMEN Việc xác định giá trị momen xoắn có ý nghĩa rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực thực tiễn.Giá trị momen xoắn dùng để xây dựng đƣờng đặc tuyến làm việc của động cơ, máy phát, từ đó xác định đƣợc công suất cơ của động cơ, máy phát và xác định khả năng quá tải của động cơ, hoặc dùng để xác định momen quay của bánh đà, hộp giảm tốc. Giá trị momen xoắn cũngđƣợc dùng trong việc xác định lực vặn của bulong – đai ốc trong các mối ghép kẹp chặt chi tiết, đặc biệt là những mối ghép kẹp chặt các chi tiết chuyển động để tránh hiện tƣợng tự tháo lỏng, hay dùng để xác định lực vặn sử dụng quá trình đóng nắp chai tự động... Trong lĩnh vực cơ học vật liệu, giá trị momen xoắn đƣợc xác định nhằm khảo sát ứng xử cơ học của vật liệu ở trạng thái trƣợt thuần túy. Thông qua việc đo các giá trị momen xoắn,góc xoắn, biến dạngsẽ cho phép xây dựng biểu đồ momen xoắn – góc xoắn hay biểu đồmomen xoắn – biến dạng trong vùng đàn hồi và vùng biến dạng dẻo của vật liệu. Từ đó, dùng cho việcxác định modun đàn hồi trƣợt một cách trực tiếp hoặc dùng để xây dựng biểu đồ ứng suất – biến dạng cắtvà xác địnhgiá trị ứng suất cắt lớn nhất đối vớimỗi loại vật liệu. Bên cạnh đó, việc xây dựng mối tƣơng quan giữa momen xoắn – góc xoắn, ứng suất – biến dạng cắt của vật liệu đƣợc dùng làm cơ sở trong các bài toán tính toán thiết kế các trục truyền động trong kĩ thuật, cho phép xác định sơ bộ loại vật liệu và kích thƣớc trục sẽ đƣợc thiết kế, và dùng cho các bài toán tối ƣu hóa thiết kế kĩ thuật. Trong thực tế có các thiết bị đo giá trị momen xoắn : thiết bị đo momen xoắn dạng tĩnh và thiết bị đo momen xoắn dạng động. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn Thạc Sĩ Kĩ Thuật 2 Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ khí Hình 1.1. Thiết bị đo momen dạng tĩnh. Thiết bị kiểm tra, xác định giá trị momen dùng cho việc thiết kế, chế tạo dụng cụ đo momen dạng cầm tay để xác định lực kẹp hay vặn của bulong. Hình 1.2. Thiết bị đo lực xiết hay vặn nắp chai Thiết bị đo momen dùng để xác định lực vặn lắp chai, sử dụng cho quá trình đóng nắp chai tự động. Với yêu cầu xác định đƣợc giá trị momen xoắncủa các cơ cấu máy : momen động cơ, momen quay của bánh đà, momen của hộp bánh răng, hộp giảm tốc, momen quay của các trục truyền động... hiện nay có nhiều loại thiết bị đo momen động. Các thiết bị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn Thạc Sĩ Kĩ Thuật 3 Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ khí đo momen dạng động đo ở dạng tiếp xúc hoặc không tiếp xúc nên thích hợp với việc xác định giá trị momen ở tốc độ quay lớn. Hình 1.3. Thiết bị đo momen dạng động sử dụng bộ thu tín hiệu có vòng trƣợt – chổi quét. Hình 1.4. Thiết bị đo momen dạng động sử dụng bộ thu sử dụng máy biến áp quay sử dụng khớp nối. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn Thạc Sĩ Kĩ Thuật 4 Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ khí Hình 1.5. Thiết bị đo momen dạng động sử dụng bộ thu tín hiệu không dây ( sóng hồng ngoại hoặc radio ) Từ yêu cầu xác định đƣợc giá trị momen, cùng với sự phát triển của các thiết bị cảm biến có độ chính xác cao, hiện nay hầu hết các thiết bị đo giá trị momen xoắn dạng tĩnh và thiết bị đo momen dạng động đều hoạt động dựa trên nguyên lí đo biến dạng của trục mẫu chịu xoắn nhờ bộ cảm biến cầu biến dạng strain gauge. Trục chịu xoắn Strain gauge Hình 1.6. Cấu tạo thiết bị đo momen dạng động vòng trƣợt – chổi quét. Trong chế tạo thiết bị đo momen xoắn, một trong những công đoạn quan trọng là phải xây dựng đƣợc đƣờng đặc tuyến momen – biến dạng. Việc xây dựng đƣờng đặc tuyến momen – biến dạng của vật liệu đƣợc tiến hành trên các máy thí nghiệm xoắn vật liệu : Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn Thạc Sĩ Kĩ Thuật 5 Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ khí Hình 1.7. Thiết bị thí nghiệm xoắn gia lực bằng tay Hình 1.8. Thiết bị thí nghiệm xoắn gia lực bằng động cơ. Bên cạnh đó, trong lĩnh vực cơ học vật liệu, việc xây dựng đƣờng đặc tuyến momen – biến dạng hay momen – góc xoắn nhằm khảo sát ứng xử cơ học của vật liệu ở trạng thái trƣợt thuần túy và xác định hằng số modul đàn hồi một cách trực tiếp. Từ những phân tích trên, vấn đề cần đặt ra là phải có thiết bị xác định đặc tính chịu xoắn trên trục mẫu vật liệu đƣợc thí nghiệm. Vì vậy tác giả chọn đề tài: “ Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm xoắn ”. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn Thạc Sĩ Kĩ Thuật Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ khí 6 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ BÀI TOÁN THIẾT KẾ 2.1. Cơ sở xác định thông số kĩ thuật của thiết bị. Thiết bị đƣợc thiết kế, chế tạo là thiết bị thí nghiệm(thiết bị tạo momen xoắn), nguyên lí xác định giá trị momen do thiết bị tạo ra dựa vào định luật III Niuton: Định luật lực và phản lực. Các thông số kĩ thuật của thiết bị bao gồm: Phạm vi giá trị momen xoắn và phạm vi góc xoắn mà thiết bị đo đƣợc. Do đó, cơ sở để xác định các thông số kĩ thuật của thiết bị dựa trên ứng dụng lí thuyết sức bền vật liệu trong việc xác định đặc tính chịu xoắn của trục mẫu.Việc tính toán giá trị momen xoắn, góc xoắn cho trục chịu xoắn sẽ đƣợc dùng làm cơ sở để: + Xác định giá trị momen xoắn cần thiết mà thiết bị cần tạo ra khi tiến hành xoắn trục nhằm xác định đƣợc công suất của động cơ dùng trong thiết bị và phục vụ cho việc thiết kế, tính toán khả năng làm việc của các bộ truyền dùng trong việc chế tạo thiết bị. + Xác định phạm vi đo góc xoắn trong vùng biến dạng đàn hồi và vùng biến dạng dẻo của trục mẫu dùng trong việc thiết kế xích truyền động của thiết bị và nghiên cứu các phƣơng án đo góc xoắn trên trục mẫu. + Xác định phạm vi kích thƣớc trục mẫu( đƣờng kính trục, chiều dài trục) có thể tiến hành các thí nghiệm xoắn trục trên thiết bị phục vụ cho việc tính toán, thiết kế kích thƣớc của thiết bị. τ θ υ ρ R Mz τ L dA Hình 2.1. Sơ đồ xác định đặc tính xoắn của vật liệu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn Thạc Sĩ Kĩ Thuật Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ khí 7 Theo thuyết bền ứng suất tiếp cực đại :  max      max  2 ( MPa ) (2.1) Ứng suất cắt đƣợc xác định theo công thức :    G  G    max  GR    max ( MPa ) R M Z .R (MPa) Jp Trong đó : - Momen quán tính :  T rục đặc : Jp   R4 2   D4 32  0,1D 4 (mm 4 ) (2.2)  Trục rỗng : Jp   R14 2   R24 2   32 ( D14  D24 )  0,1D14 (1  k 4 ) (mm 4 ) với : k  D2 D1 - Biến dạng cắt :   tan   r (rad ) L - G óc xoắn tỉ đối :   180M z 180    (độ/mét)  GJ p  RG (2.3) - G óc xoắn tuyệt đối :   L. (độ ) (2.4) - M odun đàn hồi trƣợt : G  M z .L  (GPa)  J p . (2.5) 2.1.1. Momen xoắn trong vùng đàn hồi. a. Momen xoắn tại điểm lớn nhất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn Thạc Sĩ Kĩ Thuật Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ khí 8 - Trục đặc :  max  M z max .D / 2  D / 32 4  16 M z max D 3  M z max .R Jp (MPa) (2.6) - Trục rỗng :  max  16M z max .D1  ( D14  D24 )  16M z max .D1  D14 (1  k 4 )  M z max .R1 J p (1  k 4 ) (MPa) b. Góc xoắn. - G 180 M z 180  max óc xoắn tỉ đối :  max  (độ/mét)   GJ p  RG (2.7) - G óc xoắn tuyệt đối :  max  L. max (độ ) (2.8) 2.1.2. Momen xoắn trong vùng biến dạng dẻo. a. Momen xoắn tại điểm lớn nhất. - T rục đặc :  max  12M z max D 3  - Trục rỗng :  max  3M z max 2 R3 (MPa) 12M z max .D1  ( D14  D24 )  (2.9) 3M z max 2 R13 (1  k 4 ) (MPa) b. Góc xoắn. Trong vùng biến dạng dẻo, quan hệ giữa momen xoắn và góc xoắn không còn tuyến tính. Do đó, việc tính toán xác định góc xoắn không xác định đƣợc bằng công thức mà đƣợc xác định bằng các thí nghiệm trên thiết bị thí nghiệm. 2.2.Phân tích bài toán thiết kế. Khảo sát ứng xử cơ học của vật liệu ở trạng thái trƣợt thuần túy là việc xác định đặc tính chịu xoắn của vật liệu. Đặc tính chịu xoắn của vật liệu đƣợc xác định thông qua việc đo các giá trị momen xoắn, góc xoắn và biến dạng xoắn của vật liệu trên thiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn Thạc Sĩ Kĩ Thuật Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ khí 9 bị thí nghiệm. Từ đó, xây dựng biểu đồ momen xoắn – góc xoắn hay biểu đồ ứng suất tiếp – biến dạng cắt. Biến dạng của vật liệu xảy ra trong hai vùng : vùng biến dạng đàn hồi và vùng biến dạng dẻo. Việc tính toán momen xoắn, góc xoắn trong vùng đàn hồi và vùng biến dạng dẻo sẽ cho phép xác định đƣợc giá trị momen xoắn, góc xoắn và kích thƣớc trục mẫu thí nghiệm. Từ đó, làm cơ sở cho việc thiết kế, tính toán các thành phần chính cho thiết bị thí nghiệm. Từ công thức [2.1 – 2.9] tính toán giá trị momen xoắn và góc xoắn cho một số vật liệu thông dụng trong kĩ thuật : Ứng suất đàn Ứng suất giới Modun đàn Modun cắt hồi E(Gpa) G(Gpa) Nhôm 7075 – T6 72 27 480 550 Đồng 96 - 110 36 - 41 70 – 550 220 – 620 Thép đúc 83 - 170 32 - 69 120 – 290 69 – 480 Thép dụng cụ 190 - 210 75 – 80 520 900 Thép không gỉ 190 - 210 75 – 80 280 – 700 400 – 1000 ASTM – A514 190 - 210 75 – 80 700 830 Vật liệu hồi Mpa) hạn (Mpa) Bảng 2.1. Bảng tra modun và ứng suất cho một số vật liệu thông dụng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn Thạc Sĩ Kĩ Thuật Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ khí 10 Nhôm 7075 – T6 Đồng d d (mm) (N.m) (N.m) (mm) (N.m) (N.m) 10 48 72,0 10 55 81,1 15 162 242,9 15 185,6 273,8 20 384 575,7 20 440,0 648,9 25 750 1124,3 25 859,4 1267,4 Thép không gỉ Thép đúc d d (mm) (N.m) (N.m) (mm) (N.m) (N.m) 10 70 130,8 10 29 62,8 15 236,3 441,6 15 97,9 212,0 20 560,0 1046,7 20 232,0 502,4 25 1093,8 2044,3 25 453,1 981,3 Thép dụng cụ ASTM – A514 d d (mm) (N.m) (N.m) (mm) (N.m) (N.m) 10 52 117,8 10 70 108,6 15 175,5 397,4 15 236,3 366,5 20 416 942,0 20 560,0 868,7 25 812,5 1839,8 25 1093,8 1696,7 Bảng 2.2.Bảng giá trị momen lớn nhất trong vùng đàn hồi và vùng biến dạng dẻo của một số vật liệu thông dụng. Với : + MZY: Momen xoắn trục mẫu trong miền đàn hồi + MZU: Momen xoắn trục mẫu trong miền biến dạng dẻo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn Thạc Sĩ Kĩ Thuật Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ khí 11 Nhôm 7075 – T6 d θ υ ( độ ) (mm) ( độ/mét L = 100 mm L = 200 mm L = 300 mm 10 101,9 10,19 20,38 30,57 15 67,9 6,79 13,59 20,38 20 51,0 5,10 10,19 15,29 25 40,8 4,08 8,15 12,23 Thép không gỉ d θ υ ( độ ) (mm) ( độ/mét) L = 100 mm L = 200 mm L = 300 mm 10 53,5 5,35 10,70 16,05 15 35,7 3,57 7,13 10,70 20 26,8 2,68 5,35 8,03 25 21,4 2,14 4,28 6,42 Thép dụng cụ d θ υ ( độ ) (mm) ( độ/mét ) L = 100 mm L = 200 mm L = 300 mm 10 39,7 3,97 7,95 11,92 15 26,5 2,65 5,30 7,95 20 19,9 1,99 3,97 5,96 25 15,9 1,59 3,18 4,77 Bảng 2.3. Bảng giá trị góc xoắn lớn nhất trong vùng đàn hồi của một số vật liệu thông dụng. Với: + θ: Góc xoắn tỉ đối + υ: Góc xoắn tuyệt đối Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/