Báo cáo khoa học Khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm inventor Tạp chí Khoa học và Phát triển 2008: Tập VI, Số 1: 76-86 Đại học Nông nghiệp I khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm inventor Investigation of mechanism kinetics through inventor software Hu Quyt * SUMMARY Autodesk Inventor is an intelligent software that can help to computationally design parts of machines based on 3D models. One of the useful functions of this software is to investigate the mechanism kinetics. Inventor allows to quickly and conveniently investigate all types of mechanism used in the technical practice with high degree of accuracy and visualization. This article introduces the main functions of Inventor software for investigating kinetics mechanism and shows the results obtained from investigating kinetics of crank and rocker mechanism. Key words: Inventor, investigate, kinetics, mechanism. 1. T VN kho sỏt ng hc c cu cú th s dng nhiu phng phỏp khỏc nhau. Cỏc phng phỏp truyn thng, c in l v v gii tớch. Theo ỏnh giỏ ca nhiu nh nghiờn cu, phng phỏp v cú u im l n gin, trc quan, nhng chớnh xỏc thp; phng phỏp gii tớch cú chớnh xỏc cao, cú nhiu tin li hn, nhng tớnh trc quan thp v khi lng tớnh toỏn ln ( . ., . . , 1967; ng Th Huy, Nguyn Khc Thng, 1982). Vi s tr giỳp ca mỏy vi tớnh, cú th kho sỏt ng hc c cu bng cỏch lp trỡnh trờn ngụn ng Pascal hoc s dng phn mm MATLAB, v.v. Cỏc phng phỏp kho sỏt bng lp trỡnh ó em li nhiu thun li cho ngi kho sỏt so vi cỏc phng phỏp truyn thng, c bit l tc tớnh toỏn nhanh v tớnh linh hot trong quỏ trỡnh kho sỏt (inh Gia Tng, T Khỏnh Lõm, 2000). Tuy nhiờn, kho sỏt cỏc c cu bng phng phỏp ny, ngoi yờu cu phi hiu rừ bn cht bi toỏn, ngi kho sỏt cũn cn phi cú k nng lp trỡnh nht nh. Nhng nm gn õy, vi s phỏt trin rt mnh m ca cụng ngh thụng tin, nhiu phn mm thit k da trờn cụng ngh 3D ó ra i, to nờn mt cuc cỏch mng trong vic tớnh toỏn thit k c khớ cng nh trong cỏc ngnh k thut khỏc. Inventor l mt phn mm thit k 3D thụng minh, cho phộp thc hin hu ht cỏc cụng vic v tớnh toỏn thit k chi tit mỏy, trong ú cú kho sỏt ng hc c cu (Phan ỡnh Hun, Tụn Tht Ti, 2002; . ., 2007; . . , 2007). Vi chc nng ny, vic kho sỏt ng hc cỏc c cu phng cng nh c cu khụng gian c thc hin rt trc quan, linh hot, chớnh xỏc v nhanh chúng, u vit hn hn so vi cỏc phng phỏp ó bit. Trong khuụn kh bi bỏo ny, chỳng tụi xin gii thiu mt s kt qu kho sỏt ng hc c cu thanh phng bng phn mm Inventor. * Khoa C in, Trng i hc Nụng nghip I. 76 Khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm Inventor 2. VT LIU V PHNG PHP NGHIấN CU 2.1. Vt liu nghiờn cu Mỏy vi tớnh vi phn mm inventor, mụ un Dynamic Designer Motion Professional. 2.2. Phng phỏp nghiờn cu Khai thỏc s dng phn mm Inventor kho sỏt ng hc c cu. C cu c chn lm vớ d kho sỏt l c cu 4 khõu bn l. 2.3. t bi toỏn Xột c cu 4 khõu bn l OABC (hỡnh 1). Bit kớch thc ca cỏc khõu: OC= 70 mm, OA= 20 mm, AB= 75 mm, BC= 35 mm. Thanh AH thng, cỏc on EK= FL= GM= IN= 50 mm v cựng vuụng gúc vi thanh DH. Cỏc kớch thc DA= 50, AK= KL = LB = BM = MN= NH= 25 mm, Cn v qu o, xỏc nh chuyn v, vn tc v gia tc ca cỏc im D, E, F, B, G, H, I thuc khõu DH khi tay quay OA quay u theo chiu kim ng h vi vn tc 60 vũng/phỳt. O A B C D E F I N G K L M H Hỡnh 1. S c cu 4 khõu bn l 3. KT QU V THO LUN V cỏc khõu, lp rỏp c cu v khai bỏo cỏc thụng s Trong Inventor vic to nờn cỏc vt th 3D c thc hin bng cỏch x lý cỏc hỡnh phng nh cỏc phộp ựn, t, quay, chut, ct, v.v. Nh tớnh nng chnh sa linh hot, cho phộp khai bỏo kớch thc di dng cụng thc, kh nng cp nht cao v mt s tớnh nng thụng minh nờn vic to hỡnh cỏc chi tit cú th thc hin rt d dng v nhanh chúng. Trờn hỡnh 2 l hỡnh khi 3D cỏc khõu ca c cu c xõy dng bng Inventor. 77 Đỗ Hữu Quyết Hình 2. Các khâu của cơ cấu 1- Giá; 2- Tay quay; 3- Thanh truyền; 4- Cần lắc Việc “lắp ráp” các chi tiết thành cơ cấu cũng được thực hiện rất trực quan nhờ các liên kết thường gặp trong kỹ thuật đều đã được định nghĩa sẵn. Người sử dụng chỉ việc chọn liên kết cần thiết rồi “lắp” các chi tiết lại như người thợ lắp các chi tiết trên bàn nguội. Trên hình 3 là cơ cấu đã lắp ráp xong. Giả định rằng, tại thời điểm ban đầu, khi t=0, tay quay OA nằm ở vị trí thẳng đứng từ dưới lên như hình vẽ. Ta có thể khảo sát cơ cấu theo thời gian hoặc theo vị trí của tay quay. Với tốc độ quay 60 vòng/phút, thời gian 1 vòng quay sẽ là 1 giây và mỗi phần trăm giây (0,01 s) tương ứng với 3 0 36’ góc quay của tay quay OA. Mặt phẳng làm việc mặc nhận là xOy, trục z vuông góc với mặt phẳng màn hình. Vì ở đây ta chỉ khảo sát chuyển động tương đối của thanh truyền so với giá, nên vị trí của cơ cấu trong hệ quy chiếu mặc nhận không ảnh hưởng đến kết quả khảo sát. Hình 3. Cơ cấu 4 khâu bản lề 78 Khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm Inventor Qu o chuyn ng ca cỏc im Sau khi khai bỏo cỏc thụng s v quy lut chuyn ng ca khõu u, ta cú th cho c cu chy th v yờu cu chng trỡnh v qu o, th chuyn v ca cỏc im cn kho sỏt. Vi c cu 4 khõu ang c kho sỏt, khõu u l tay quay OA. Qu o do cỏc im D, E, F, B, G, H, I v nờn khi c cu chuyn ng c th hin trờn hỡnh 4. Hỡnh 4. Qu o ca cỏc im trờn thanh truyn Khi tay quay OA quay quanh tõm O, thanh DH cú chuyn ng song phng, cũn thanh BC chuyn ng lc quanh tõm C. kho sỏt chuyn v di ca mt im, ta kho sỏt vộc t ni t im ú n mt im c nh trờn giỏ. Chng hn xột chuyn v ca im D, ta xột vộc t DO ni t im D n tõm quay O ca tay quay (hỡnh 4). Theo mc nhn ca chng trỡnh, vộc t DO cú gc ti D, ngn ti O v khi c cu chuyn ng, vộc t DO quay gc D quanh im ngn c nh O. Kt qu kho sỏt vộc t DO cho ta bit chuyn v ca im D. Trờn hỡnh 5 ch ra cỏc th thay i ca hỡnh chiu vộc t DO trờn cỏc trc ta v chuyn v ton phn ca im D so vi tõm quay O theo thi gian. 79 Đỗ Hữu Quyết a) b) c) Hình 5. Đồ thị chuyển vị của điểm D so với tâm quay O theo thời gian a) Chuyển vị của điểm D theo trục x; b) Chuyển vị của điểm D theo trục y; c) Chuyển vị của điểm D. Chuyển vị góc của cần lắc CB có thể được xác định bởi góc giữa CB với một đoạn thẳng bất kỳ trên giá cố định trong mặt phẳng cơ cấu. Để thuận tiện, ở đây ta chọn góc giữa véc tơ CB và chiều âm của trục Ox, thể hiện bởi góc QCB trên hình 4. Vị trí của cần lắc CB hoàn toàn được xác định nếu biết góc định vị QCB. Đồ thị biến đổi của góc QCB theo thời gian được chỉ ra trên hình 6. 80 Khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm Inventor Hỡnh 6. th chuyn v gúc ca cn lc BC theo thi gian 3.3. Xỏc nh vn tc ca cỏc im thuc thanh truyn xỏc nh vn tc ca mt im, cn khai bỏo cỏc thụng s cn thit v ch nh trc tip im cn kho sỏt trờn mụ hỡnh c cu. Ton cnh trng vộc t vn tc ton phn ca cỏc im cn kho sỏt ti mt v trớ ca tay quay c th hin trờn hỡnh 7. Hỡnh 7. Trng vộc t vn tc ca cỏc im ti thi im t= 0,65 s th bin i vộc t vn tc ton phn ca cỏc im cn kho sỏt v hỡnh chiu vộc t vn tc trờn cỏc trc ta c t ng hin trờn mn hỡnh sau khi khai bỏo cỏc thụng s cn thit. Cú th thay i cỏc thnh phn trong th tng t nh thao tỏc trong mụi 81 Đỗ Hữu Quyết trường Excel. Trên hình 8 chỉ ra đồ thị biến đổi vận tốc của điểm D theo thời gian. a) b) c) Hình 8. Đồ thị biến đổi vận tốc của điểm D theo thời gian a) Hình chiếu vận tốc của điểm D trên trục x; b) Hình chiếu vận tốc của điểm D trên trục y; 82 Khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm Inventor c) Vn tc ton phn ca im D. 3.3.1. Xỏc nh gia tc ca im trờn khõu Gia tc ca mt im bt k trờn c cu c th hin bng vộc t trờn mụ hỡnh c cu, bng th hoc di dng bng s liu tựy theo yờu cu ca ngi kho sỏt. Trờn hỡnh 9 th hin trng vộc t gia tc ca cỏc im cn kho sỏt theo thi gian. Hỡnh 9. Gia tc ca cỏc im trờn thanh DH ti thi im t= 0,2 s Trờn hỡnh 10 ch ra cỏc th ph thuc ca gia tc im D trờn thanh truyn theo thi gian vi 2 th hỡnh chiu gia tc trờn 2 trc v th gia tc ton phn. 83 Đỗ Hữu Quyết a) b) c) Hình 10. Đồ thị biến đổi gia tốc của điểm D theo thời gian a) Hình chiếu gia tốc của điểm D trên trục x; b) Hình chiếu gia tốc của điểm D trên trục y; c) Gia tốc toàn phần của điểm D. Toàn cảnh các kết quả về quỹ đạo chuyển động, vận tốc và gia tốc của các điểm khảo sát được thể hiện trên hình 11. 84 [...].. .Khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm Inventor Hỡnh 11 Qu o chuyn ng ca cỏc im khi c cu chuyn ng, trng vn tc v gia tc ca cỏc im trờn thanh truyn ti thi im t=0,25 giõy bit v trớ, vn tc v gia tc ca cỏc im cn kho sỏt ti... Autodesk Inventor ti Vit Nam, ó cung cp v cho phộp tỏc gi c s dng, khai thỏc phn mm Inventor ny TI LIU THAM KHO Phan ỡnh Hun, Tụn Tht Ti, (2002) Xõy dng mụ hỡnh 3 chiu v bn v k thut bng Inventor Nh xut bn Khoa hc v k thut, H Ni 86 (2007) Autodesk 2008 ! http://www.cadmaster.ru/articles/pubpl ace_24610.html (2007) : , , Autodesk , http://www.cadmaster.ru/articles/pubplace_24 263.html ., (1967) . Báo cáo khoa học Khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm inventor Tạp chí Khoa học và Phát triển 2008: Tập VI, Số 1: 76-86 Đại học Nông nghiệp I khảo sát động học cơ cấu trên. giá, nên vị trí của cơ cấu trong hệ quy chiếu mặc nhận không ảnh hưởng đến kết quả khảo sát. Hình 3. Cơ cấu 4 khâu bản lề 78 Khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm Inventor Qu o chuyn. mm Inventor. * Khoa C in, Trng i hc Nụng nghip I. 76 Khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm Inventor 2. VT LIU V PHNG PHP NGHIấN CU 2.1. Vt liu nghiờn cu Mỏy vi tớnh vi phn mm inventor,