CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1.1. Giới thiệu đề tài. - Tên đề tài : Ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng động học, động lực học kết cấu máy bào ngang ( máy bào vạn năng ). - Máy bào là một trong những máy công cụ quan trọng trong công nghiệp chế tạo máy. Máy thường được dùng trong gia công các mặt phẳng nằm ngang, thẳng đứng hoặc mặt phẳng nghiêng. Một số mặt đònh hình có profile là những cung tròn hoặc những đường cong phức tạp hơn cũng có thể gia công được trên máy bào. - Trong phạm vi đề tài được giao, ở đây chúng em chủ yếu đi sâu vào vấn đề thiết kế máy công cụ ( cụ thể là máy bào ngang vạn năng ) với sự hỗ trợ của các phần mềm máy tính chuyên dùng như Auto CAD, Mechanical Destop, Dynamic Designer, ANSYS,… - Việc thiết kế và tối ưu hoá một kết cấu máy có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp (tính toán và thiết kế theo phương pháp truyền thống, tính toán thiết kế bằng phương pháp chế thử, tính toán thiết kế với sự hỗ trợ của các công cụ máy tính…) và ở đây chúng em tập trung nghiên cứu và trình bày phương pháp thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính . Đây là phương pháp hiện đại được dùng phổ biến hiện nay, nó tiết kiệm được thời gian, chi phí và đặc biệt là có thể cho được kết quả tối ưu mà vẫn đảm bảo yêu cầu thiết kế. - Vấn đề trọng tâm của đề tài là từ những thông số đầu vào( công suất cắt, hành trình bào, kiểu máy…) người thiết kế tiến hành tính toán và mô phỏng kết cấu máy từ đó tập trung phân tích một số chi tiết máy quan trọng để có được hình dạng tối ưu mà vẫn đảm bảo hoạt động của máy như lúc thiết kế. - Một số vấn đề về bôi trơn, điều khiển máy… cũng là những vấn đề rất quan trọng nhưng trong phạm vi và thời gian hoàn thành có hạn nên chúng em chưa thể trình bày đầy đủ để hoàn thiện đề tài. - Như vậy điểm mới của đề tài là so với phương pháp thiết kế máy truyền thống phương pháp được trình bày trong đề tài thể hiện tính ưu việt của quá trình tư động hoá thiết kế trong việc thu thập thông tin, đánh giá, so sánh các phương án và xác đònh giải pháp tối ưu. Nó tạo ra cho người thiết kế một cái nhìn trực quan hơn trong quá trình thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả lao động của người thiết kế cũng như đảm bảo năng suất, chất lượng và tính kinh tế của máy mới. 1.2. Phương pháp nghiên cứu đề tài. Ngoài việc tính toán thiết kế theo phương pháp truyền thống ( tính toán sơ bộ về động học, động lực học và thiết kế hệ thống truyền động máy ), ở đây trong phạm vi đề tài chúng em trình bày việc thiết kế, mô hình hoá, mô phỏng động học và tối ưu hoá kết cấu bằng sự trợ giúp của các phần mềm máy tính như Mechanical Destop, Dynamic Designer, Ansys. 1.2.1. Mô hình hoá bằng Mechanical Destop. Mechanical Destop là một trong những bộ phần mềm chuyên dùng của hãng Autodesk phát triển trên môi trường AutoCAD. Đây là phần mềm mô hình hoá hình học bằng tham số sử dụng chủ yếu trong lónh vực cơ khí và kỹ thuật. Mechanical Destop được trang bò những công cụ mạnh và thông minh nhằm quản lý các đối tượng, trợ giúp quá trình thiết kế làm tăng năng suất cũng như chất lượng thiết kế. Mechanical Destop bao gồm 3 môi trường chính: - Part Modeling: là môi trường để tạo các chi tiết đơn 3D bằng các công cụ mà phần mềm đã cung cấp. Có một thuận lợi là do Mechanical Destop chạy trên môi trường AutoCAD nên tất cả các lệnh của AutoCAD đều có thể sử dụng trong việc mô hình hoá chi tiết. Các mô hình 3D trong Mechanical Destop có thể sử dụng để tạo bản vẽ 2D để lập tài liệu thiết kế. - Surface Modeling: là môi trường cho phép ta mô hình hoá các mặt cong. Mô hình hoá các mặt cong không phải là quá trình độc lập, ta có thể kết hợp mô hình solid và các mặt cong để tạo nên các chi tiết phức tạp. - Assembly Modeling: là môi trường để lắp ráp các chi tiết đơn đã tạo trong phần Part Modeling thành các cụm lắp ráp hoặc các kết cấu máy hoàn chỉnh. Ta có thể tạo nên các đường lắp ráp chi tiết, tối ưu, hiệu chỉnh quá trình lắp. 1.2.2. Dynamic Designer. - Dynamic Designer là một phần mềm phụ trợ của Mechanical Destop, có thể nói nó là một module của Mechanical Destop. Khi cài đặt nó tạo nên môi trường thứ tư trong Mechanical Destop, môi trường Motion. Sau khi đã mô hình hoá và lắp ráp hoàn chỉnh các kết cấu máy ta chuyển sang môi trường Motion để mô phỏng động học hoạt động của kết cấu máy vừa mô phỏng. - Ưu điểm của Dynamic Designer là nó được thiết kế cho Mechanical Destop nên việc mô phỏng động học của máy tương đối dễ dàng( bằng việc xác lập các bộ phận chuyển động, đứng yên, gán vận tốc, quy luật chuyển động, bậc tự do…). - Đặc biệt, ngoài việc mô phỏng tương đối chính xác hoạt động của máy, môi trường Motion trong Dynamic Designer còn có thể xuất các kết quả khi mô phỏng động học( đồ thò vận tốc, gia tốc…) tạo thuận lợi cho người thiết kế trong việc so sánh, đánh giá các kết cấu máy đã thiết kế. 1.2.3. ANSYS. - Ansys là một phần mềm FEA ( Finite Element Analysis : Phân tích phần tử hữu hạn ) dùng để mô phỏng ứng xử của một hệ vật lý khi chòu tác động của các loại tải trọng khác nhau. Đây là một phần mềm đã và đang được sử dụng trên toàn thế giới trong hầu hết các lónh vực kỹ thuật như : Kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện/tónh điện, điện từ và trong tương tác giữa các môi trường, các hệ vật lý. - Đặc điểm của một hệ vật lý khi mô hình hoá và phân tích bằng phần tử hữu hạn là : + Mỗi phần tử có các phương trình chính xác mô tả ứng xử của nó với một tải xác đònh. + Tổng ứng xử của tất cả các phần tử trong mô hình sẽ cho ta ứng xử chung của hệ vật lý. + Các phần tử có số lượng hữu hạn do đó chúng là các phần tử hữu hạn. - Như đã trình bày ở trên, Ansys là một phần mềm FEA tương đối mạnh và được sử dụng trong nhiều lãnh vực. Trong phạm vi đề tài, việc ứng dụng “sức mạnh” của Ansys chủ yếu là phân tích và tối ưu hoá kết cấu. Khả năng phân tích kết cấu của Ansys được sử dụng để xác đònh trường chuyển vò, biến dạng, ứng suất và lực. Nó bao gồm: + Phân tích tónh : dùng trong trường hợp tải tónh, ứng xử phi tuyến ví dụ như độ võng lớn, biến dạng lớn, bài toán tiếp xúc, chảy dẻo,… + Phân tích động lực học: hiệu ứng khối, hiệu ứng giảm chấn, phân tích module để xác đònh tần số riêng và dao động riêng, phân tích điều hoà, phân tích động lực học tức thời. + Một số ứng dụng khác trong phân tích kết cấu như : phân tích phổ, dao động ngẫu nhiên, mất ổn đònh… - Như vậy Ansys đem lại cho quá trình thiết kế một lợi ích không nhỏ, ta có thể kiểm tra độ tin cậy của chi tiết máy sau khi thiết kế, lập ra các “kòch bản’ thiết kế “Nếu…thì…” để từ đó có thể tối ưu hoá kết cấu máy mà vẫn đảm bảo thông số thiết kế và tăng lợi ích kinh tế. => Trên đây là phần trình bày phương hướng nghiên cứu chính mà đề tài tập trung. Việc nghiên cứu thiết kế và tối ưu hoá kết cấu máy nói chung đã và đang được thực hiện với nhiều hình thức và công cụ khác nhau. Mỗi một công cụ thiết kế có những thế mạnh và hạn chế riêng song tuỳ vào quan điểm của người dùng mà chọn được công cụ thiết kế sao cho phù hợp nhất nhằm đạt được mục đích cuối cùng của quá trình thiết kết là cho ra một sản phẩm thiết kế đảm bảo độ tin cậy và tính kinh tế đặt ra. . CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1. 1. Giới thiệu đề tài. - Tên đề tài : Ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng động học, động lực học kết cấu máy bào ngang ( máy. Mechanical Destop, môi trường Motion. Sau khi đã mô hình hoá và lắp ráp hoàn chỉnh các kết cấu máy ta chuyển sang môi trường Motion để mô phỏng động học hoạt động của kết cấu máy vừa mô phỏng. - Ưu. việc tính toán thiết kế theo phương pháp truyền thống ( tính toán sơ bộ về động học, động lực học và thiết kế hệ thống truyền động máy ), ở đây trong phạm vi đề tài chúng em trình bày việc thiết