Ứng dụng phần mềm Autodesk Inventor để phân tích động học cơ cấu gạt phôi

Nguy ễn Th ị Thanh Nga và Đtg Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 93(05): 97 - 101 ỨNG D ỤNG PH ẦN M ỀM AUTODESK INVENTOR ĐỂ PHÂN TÍCH ĐỘNG H ỌC C Ơ C ẤU G ẠT PHÔI Nguy ễn Th ị Thanh Nga *, Hoàng Ti ến Đạ t Tr ường Đạ i h ọc K ỹ thu ật Công nghi ệp - ĐH Thái Nguyên TÓM T ẮT Bài báo này trình bày ứng d ụng mô đun Dynamic Designer Motion Professional tích h ợp trong ph ần m ềm Autodesk Inventor để gi ải bài toán phân tích động h ọc h ọc c ơ c ấu ph ẳng - cơ c ấu g ạt phôi. B ằng vi ệc v ẽ các khâu c ủa c ơ c ấu b ởi mô hình kh ối r ắn và l ắp ráp các khâu b ởi các liên k ết (ràng bu ộc) gi ữa các khâu để t ạo thành c ơ c ấu hoàn ch ỉnh. Các k ết qu ả c ủa bài toán động h ọc đã được xác đị nh. Các k ết qu ả này bao g ồm qu ỹ đạ o các điểm c ủa c ơ c ấu, v ận t ốc và gia t ốc c ủa các điểm đó. Các k ết qu ả đã đạt được cho th ấy r ằng vi ệc gi ải bài toán phân tích động h ọc b ằng vi ệc s ử dụng ph ần m ềm Autodesk Inventor là r ất hi ệu qu ả và nhanh chóng. Từ khóa: Động h ọc c ơ c ấu, Autodesk Inventor, c ơ c ấu g ạt phôi. GI ỚI THI ỆU* quay và nh ờ s ự n ối độ ng c ủa các khâu để t ạo Cho đến nay đã có nhi ều ph ươ ng pháp phân thành thành chuy ển độ ng t ịnh ti ến kh ứ h ồi tích động h ọc h ọc c ơ c ấu nh ư: ph ươ ng pháp của khâu đầ u ra 7 (Hình 1). Nh ằm t ạo ra vẽ hay ph ươ ng pháp đồ th ị [1], ph ươ ng pháp chuy ển độ ng g ạt phôi kh ứ h ồi. C ơ c ấu này có gi ải tích [1,2,4,5,6] và phươ ng pháp s ố [3]. rất nhi ều ứng d ụng trong th ức t ế, điển hình là Ph ươ ng pháp đồ th ị r ất thu ận ti ện, gi ải bài dùng để g ạt phôi trong h ệ d ẫn độ ng b ăng t ải. toán m ột cách nhanh g ọn mà v ẫn đạ t được độ Vi ệc phân tích độ ng h ọc cho c ơ c ấu này là r ất chính xác c ần thi ết trong bài toán k ỹ thu ật. cần thi ết b ởi vì t ừ vi ệc phân tích này ng ười ta Hơn n ữa, trong m ột s ố tr ường h ợp, quan h ệ có th ể xác đị nh được quy lu ật chuy ển độ ng gi ữa các thông s ố c ủa m ột s ố bài toán cho của các khâu trong c ơ c ấu. Thêm vào đó, có dưới d ạng đồ th ị mà không ph ải d ưới d ạng th ể d ựa vào vi ệc phân tích này để tính công các bi ểu th ức gi ải tích. Khi đó c ần s ử d ụng su ất và động n ăng c ủa máy. Vi ệc phân tích ph ươ ng pháp v ẽ ho ặc ph ươ ng pháp tính b ằng này còn s ử d ụng để nghiên c ứu và c ải thi ện số. Ph ươ ng pháp gi ải tích có ưu điểm là cho chuy ển độ ng th ực c ủa máy d ưới tác d ụng c ủa các l ực vì để làm điều đó c ần bi ết v ận t ốc hay độ chính xác cao và m ối quan h ệ gi ữa các đạ i tỷ s ố v ận t ốc c ủa các khâu; mu ốn tính được lượng được bi ểu di ễn b ằng bi ểu th ức gi ải tích. lực quán tính trên các khâu để tính s ức b ền cho Vì v ậy, có th ể dễ dàng nghiên c ứu ảnh h ưởng các khâu hay ch ạy th ử dao độ ng trong máy ph ải của các thông s ố này đối v ới nhau. Tuy nhiên bi ết quy lu ật bi ến đổ i gia t ốc các khâu. để kh ảo sát c ơ c ấu b ằng ph ươ ng pháp gi ải tích yêu c ầu c ần ph ải hi ểu rõ bản ch ất v ề bài Từ các lý do trên, vi ệc gi ải bài toán động c ủa toán và c ần thi ết ph ải có k ỹ n ăng l ập trình cơ c ấu g ạt phôi là r ất c ần thi ết. Nghiên c ứu một ngôn ng ữ nh ất đị nh. này trình bày vi ệc gi ải bài toán phân tích động h ọc c ơ c ấu này b ằng vi ệc s ử d ụng ph ần Ngày nay, v ới s ự phát tri ển m ạnh m ẽ c ủa mềm thi ết k ế Autodesk Inventor. công ngh ệ thông tin, nhi ều ph ần m ềm thi ết k ế ra đời t ạo thu ận l ợi cho vi ệc tính toán thi ết k ế O2 O3 cho các ngành k ỹ thu ật nói chung và ngành c ơ khí nói riêng m ột cách d ễ dàng, nhanh chóng 0 O 1 3 7 D và hi ệu qu ả. C 5 1 Cơ c ấu g ạt phôi là c ơ c ấu có 8 khâu, trong đó 6 khâu d ẫn 1 là khâu phát động chuy ển độ ng A E 2 B 4 * Tel: 0985 909792 Hình 1: Lược đồ độ ng h ọc c ơ c ấu g ạt phôi 97 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguy ễn Th ị Thanh Nga và Đtg Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 93(05): 97 - 101 PH ƯƠ NG PHÁP NGHIÊN C ỨU Nghiên c ứu này đã s ử d ụng mô đun Dynamic Designer Motion Professional c ủa ph ần m ềm Autodesk Inventor để kh ảo sát bài toán động học c ủa c ơ c ấu g ạt phôi. Để làm được vi ệc đó, cơ c ấu g ạt phôi được xác đị nh v ới các kích th ước độ ng c ủa các khâu và m ột thông s ố đầ u vào là góc quay c ủa khâu d ẫn 1 ϕ1, v ới các kích th ước độ ng h ọc c ụ th ể: O 1A = 100 mm; ϕ 0 O1O2 = 222 mm; AB = 206 mm; AC = 306 Hình 2: Vị trí c ơ c ấu t ại 1 = 0 mm; O 2B = O 3E = 233 mm; O 2O3 = BE = CD = 415 mm. Ti ếp theo, để gi ải được bài toán động h ọc các tác gi ả d ựng được h ọa đồ v ị trí c ủa c ơ c ấu v ới các thông s ố đã cho. Ph ần m ềm Autodesk Inventor được dùng để v ẽ mô hình các khâu dưới d ạng kh ối r ắn. Sau đó lắp ráp các khâu với vi ệc s ử d ụng các liên k ết c ần thi ết s ẽ t ạo ra được c ơ c ấu l ắp ráp hoàn ch ỉnh. Hình 3: Qu ỹ đạ o c ủa các điểm trên c ơ c ấu Bài toán phân tích động h ọc bao g ồm các bài Khi khâu d ẫn O 1A chuy ển độ ng quay quanh tâm O , khâu 2 và khâu 6 chuy ển độ ng song toán v ị trí, bài toán v ận t ốc và bài toán gia 1 ph ẳng, còn khâu 3 và 5 chuy ển độ ng l ắc tốc. Bài toán chuy ển v ị trí xác định qu ỹ đạ o quanh tâm O 2 và O 3; hai khâu còn l ại là khâu của các điểm thu ộc các khâu trên c ơ c ấu. Bài 4 và khâu 7 chuy ển độ ng t ịnh ti ến. Để c ơ c ấu toán v ận t ốc để xác đị nh v ận t ốc c ủa các điểm th ực hi ện được nhi ệm v ụ g ạt phôi ta th ấy r ằng trên các khâu b ị d ẫn. Và bài toán gia t ốc để khâu đầu ra 7 chuy ển độ ng t ịnh ti ến v ới qu ỹ xác định gia t ốc c ủa các điểm trên các khâu b ị đạo nh ư hình 3 ( điểm C, D). dẫn. C ụ th ể, trong c ơ c ấu này xác định qu ỹ đạ o, Bài toán v ận t ốc vận t ốc và gia t ốc các điểm A, B, C, D, E. Bằng vi ệc khai báo các thông s ố c ần thi ết vi ệc KẾT QU Ả VÀ TH ẢO LU ẬN xác định các véc t ơ v ận tốc c ủa các điểm A, Với vi ệc s ử d ụng mô đun Dynamic Designer B, C, D, E được th ể hi ện trên hình 4. Các véc Motion Professional trong ph ần m ềm tơ v ận t ốc này được xác đị nh t ại m ọi th ời Autodesk Inventor đã đạt được k ết qu ả m ột điểm chuy ển độ ng c ủa c ơ c ấu. Trên hình 4 là cách nhanh chóng và hi ệu qu ả. véc t ơ v ận t ốc c ủa các điểm t ại t = 1,24 (s) . Ph ần m ềm Inventor không nh ững th ể hi ện Sự mô ph ỏng chuy ển độ ng c ủa c ơ c ấu được được các véc t ơ vận t ốc c ủa m ọi điểm thu ộc th ực hi ện m ột cách d ễ dàng. V ẽ các khâu, l ắp các khâu, mà còn xác định được giá tr ị v ận rắp cơ c ấu và khai báo các thông s ố. Trong tốc c ủa chúng t ại m ọi th ời điểm thông qua đồ Inventor vi ệc t ạo nên các khâu ở mô hình th ị. Trên hình 5 là đồ th ị bi ểu di ễn v ận t ốc c ủa kh ối r ắn 3D được th ực hi ện m ột cách d ễ dàng các điểm C, D hay chính là v ận t ốc c ủa khâu và nhanh chóng. Vi ệc l ắp r ắp các khâu c ũng CD. H ơn n ữa, giá tr ị c ực tr ị c ủa chúng c ũng được th ực hi ện r ất tr ực quan nh ờ các liên k ết hoàn toàn xác định được v max = 1919,06 (ràng bu ộc) th ường g ặp trong k ỹ thu ật. Hình 2 (mm/s) t ại t = 2,45 (s); v = 1,11432 (mm/s) ϕ 0 min là c ơ c ấu đã được l ắp ráp xong t ại v ị trí 1 = 0 . tại t = 3,79 (s). Bài toán v ị trí Bài toán gia t ốc Sau khi c ơ c ấu đã được l ắp ráp hoàn ch ỉnh và Bài toán gia t ốc c ũng t ươ ng t ự nh ư bài toán cho khâu d ẫn quay v ới m ột v ận t ốc góc không vận t ốc. Các véc t ơ gia t ốc c ủa các điểm trên đổi b ằng 10 (rad/s), qu ỹ đạ o c ủa các điểm trên các khâu c ũng được th ể hi ện trên Hình 6. Giá các khâu A, B, C, D, E được th ể hi ện trên tr ị gia t ốc c ủa điểm C, D th ể hi ện trên đồ th ị hình 3. hình 7. 98 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguy ễn Th ị Thanh Nga và Đtg Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 93(05): 97 - 101 Hình 4: Véc t ơ v ận t ốc c ủa các điểm A, B, C, D, E t ại th ời điểm t = 1,24s Hình 5: Đồ th ị bi ểu di ễn v ận t ốc c ủa điểm C, D theo th ời gian (a) V ận t ốc toàn ph ần; (b) Hình chi ếu v ận t ốc theo ph ươ ng x, v x;(c) Hình chi ếu v ận t ốc theo ph ươ ng y, v y Hình 6: Véc t ơ gia t ốc c ủa các điểm A, B, C, D, E t ại th ời điểm t = 1,9s 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguy ễn Th ị Thanh Nga và Đtg Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 93(05): 97 - 101 Hình 7: Đồ th ị bi ểu di ễn gia t ốc c ủa điểm C, D theo th ời gian (a) Gia t ốc toàn ph ần; (b) Hình chi ếu gia t ốc theo ph ươ ng tr ục x, a x ; (c) Hình chi ếu gia t ốc theo ph ươ ng tr ục y, a y Giá tr ị gia t ốc l ớn nh ất c ủa chúng c ũng được gi ải tích và ph ươ ng pháp s ố. Trong bài báo 2 xác định v ới a max = 29211,1 (mm/s ) t ại t = này trình bày ứng d ụng c ủa mô đun Dynamic 2 6,88 (s); a min = 4393,4 (mm/s ) t ại t = 5,17 (s). Designer Motion Professional tích h ợp trong KẾT LU ẬN ph ần m ềm thi ết k ế 3D Autodesk Inventor để gi ải bài toán động h ọc c ơ c ấu g ạt phôi. Các Vi ệc gi ải bài toán phân tích động h ọc c ủa c ơ kết qu ả đạt được c ụ th ể nh ư sau: cấu, máy là r ất quan tr ọng cho vi ệc thi ết k ế máy. Bài toán phân tích động h ọc c ơ c ấu bao - Bài toán v ị trí, v ận t ốc và gia t ốc được xác gồm: bài toán v ị trí, bài toán v ận t ốc và bài định nhanh chóng và chính xác; - Vận t ốc và gia t ốc c ủa điểm không nh ững toán gia t ốc. bi ểu di ễn được các véc t ơ, mà giá tr ị của Có nhi ều ph ươ ng pháp để gi ải được bài toán chúng còn được xác định theo h ệ tr ục t ọa độ này, bao g ồm: ph ươ ng pháp v ẽ, ph ươ ng pháp đề các v x, v y, a x, a y; 100 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguy ễn Th ị Thanh Nga và Đtg Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 93(05): 97 - 101 - Giá tr ị cực tr ị của v ận t ốc và gia t ốc đã được [3]. Numerical Method for Kinematics, xác định. merical%20method%20for%20kinematics&source Vi ệc áp d ụng ph ươ ng pháp phân tích động =web&cd=1&ved=0CCAQFjAA&url=http%3A% học nh ư trên có ý ngh ĩa l ớn trong vi ệc tính 2F%2Fwww- toán thi ết kế c ũng nh ư trong gi ảng d ạy t ại các inst.eecs.berkeley.edu%2F~cs184%2Ffa11%2Fres tr ường đạ i h ọc k ỹ thu ật. ources%2Fik_soln.pdf&ei=vfP5TpGCNZGeiAeH 3rXDAQ&usg=AFQjCNFI6uoO7nR6VqelmBxqJ tDYf5xalw&cad=rja (truy c ập ngày 12/12/2011) TÀI LI ỆU THAM KH ẢO [4]. V ũ Công Hàm, Nguyên lý máy , Nhà xu ất b ản [1]. Đinh Gia T ường, Nguy ễn Xuân L ạc, Tr ần quân đội nhân dân, Hà Nội 2011. Doãn Ti ến, Nguyên lý máy , Nhà xu ất b ản Đại h ọc [5]. Oleg Vinogradov, Fundamentals of và Trung h ọc chuyên nghi ệp, Hà N ội 1970. Kinematics and Dynamics of Mechanisms, CRC [2]. Robert L. Norton, Design of Machinery, The Press Boca Raton London New York center for library resources and education media Washington, D.C. Suranaree University of Technology, McGraw- [6]. Đinh Gia T ường, T ạ Khánh Lâm, Nguyên lý Hill, Inc. máy , Nhà xu ất b ản Giáo d ục, 2006. SUMMARY KINEMATIC ANALYSIS OF WALKING BEAM EIGHT BAR TRANSPORT MECHANISM USING AUTODESK INVENTOR SOFTWARE Nguyen Thi Thanh Nga *, Hoang Tien Dat College of Technology - TNU This paper presents the application of module's Dynamic Designer Motion Professional of Autodesk Inventor software to solve the kinematic analysis of walking beam eight bar transport mechanism. The links are drawn by Autodesk Inventor the same as solid model. And then they are joined by nodes (reduced degree of freedom) to create mechanism. The result determined positions, velocities and accelerations of points on the links. All results achieved show that using Autodesk Inventor to solve kinematic mechanism efficiently and quickly. Keywords: Kinematic mechanism, Autodesk Inventor, walking beam eight bar Ngày nh ận bài: 8/3/2012, ngày ph ản bi ện: 4/5/2012, ngày duy ệt đă ng: * Tel: 0985 909792 101 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên