Tài liệu Báo cáo "KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CƠ CẤU TRÊN PHẦN MỀM INVENTOR " pot

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 tng thi im, ch cn
nhp chut vo v trớ tng ng trờn bt k
th no trong cỏc th chuyn v, vn tc
hay gia tc. Trờn th s hin lờn vch
cho bit tr s ca i lng cn tỡm v trờn
mn hỡnh s nhn c v trớ ca c cu ng
vi ỳng thi im ú cựng vi cỏc vộc t
tng ng.

Inventor cho phộp xut kt qu di dng
cỏc vộc t trờn mụ hỡnh, di dng th hin
ngay trờn mn hỡnh, dng file vn bn vi
uụi .txt, file s liu vi uụi .csv s
dng trong Excel hoc file .avi chy
trong chng trỡnh video.
4. KT LUN
Phn mm Inventor l mt phn mm
ng dng cú nhiu u vit, cho phộp kho sỏt
cỏc c cu phng, khụng gian vi cỏc loi liờn
kt khỏc nhau mt cỏch nhanh chúng, trc
quan v chớnh xỏc. Vi c cu c ly lm vớ
d, t c cỏc kt qu nh trỡnh by
trong bi bỏo ny phi mt rt nhiu thi gian,
nht l khi s dng phng phỏp v v gii
tớch. Trong khi ú, nu kho sỏt bng phn
mm Inventor thỡ ch mt rt ớt thi gian vi
chớnh xỏc v tớnh trc quan cao hn nhiu.
Ngoi ra, vic thay i hỡnh dỏng, kớch thc
ca cỏc khõu cng c thc hin rt nhanh
chúng v thun tin. Vỡ vy, vic ng dng
phn mm Inventor trong kho sỏt ng hc

85
Đỗ Hữu Quyết
cơ cấu nói riêng và trong thiết kế máy nói
chung sẽ đem lại hiệu quả rất cao.
Lời cảm ơn
Tác giả bài báo xin gửi lời cảm ơn sâu sắc
tới ông Tôn Thất Tài và VietCAD Company

Ltd., nhà phân phối chính thức các sản phẩm
của hãng Autodesk Inventor tại Việt Nam, đã
cung cấp và cho phép tác giả được sử dụng,
khai thác phần mềm Inventor này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Phan Đình Huấn, Tôn Thất Tài, (2002). Xây
dựng mô hình 3 chiều và bản vẽ kỹ
thuật bằng Inventor. Nhà xuất bản
“Khoa học và kỹ thuật”, Hà Nội.

Đặng Thế Huy, Nguyễn Khắc Thường (1982).
Nguyên lý máy, NXB Nông nghiệp,
trang 44.
Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm (2000).
Nguyên lý máy, Nhà xuất bản Giáo dục,
Hà Nội, trang 43-103.
Ишмяков А. П. (2007). Autodesk 2008. С
днем рождения!
/>ace_24610.html
Казначеева О. Н. (2007). Autodesk в
России: успехи, тенденции,
перспективы,
/>263.html
Юдин В. А., Л. В. Петрокас (1967). Теория
механизмов и машин, Изд. “Высшая
школа”, Москва. Ctp. 89-119.

86