NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU
SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK
(Cơ cấu bốn khâu bản lề, Tay quay con trượt, Culit)
BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: Mở đầu;
CHƯƠNG 2: Các phương pháp nghiên cứu động lực học một số cơ cấu;
CHƯƠNG 3: Phân tích động lực học một số cơ cấu sử dụng phần mềm MATLAB-SIMULINK;
CHƯƠNG 4: Kết luận và kiến nghị
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU
1. Phương pháp vẽ: Gồm PP họa đồ véc tơ và đồ thị động học
Ưu điểm:
-
Trực quan, đơn giản
-
Dễ nhận biết và kiểm tra.
Nhược điểm:
-Độ chính xác phụ thuộc vào sai số dựng hình.
-Kết quả tính toán không liên tục.
2. Phương giải tích: Gồm PP giải tích véc tơ và giải tích ma trận
Ưu điểm: Thể hiện mối quan hệ giữa các đại lượng bằng biểu thức giải tích, là cơ sở cho việc khảo sát dùng máy tính. Kết quả
tính toán đạt độ chính xác cao.
Nhược điểm: Đối với một số cơ cấu, công thức giải tích rất phức tạp và khó kiểm tra.
I. Các phương pháp nghiên cứu động học cơ cấu
Phương pháp họa đồ véc tơ
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU
Họa đồ vận tốc
Họa đồ gia tốc
Phương pháp thực hiện:

a
C
n
a
C
t
a
CB
t
a
CB
n
1
2
3
y
x
A =0
B
C
D
Họa đồ vị trí
S
c
V
c
a
c
S
c

5
6
7
8
9
10
11
12
C
C
1
12
2
11
3
10
4
8
6
7
5
9
H
Phương pháp giải tích
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU
Bước 1: Thiết lập phương trình vị trí;
Bước 2: Giải bài toán vị trí cơ cấu;
Bước 3: Đạo hàm cấp một theo thời gian các phương trình vị trí.
Giải bài toán vận tốc cơ cấu;

l
2
l
3
l
4
P
a
b
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU
Phương trình véc tơ:
Chiếu lên hệ trục:
Viết hệ phương trình vị trí dưới dạng ma trận:
Hệ phương trình vận tốc:
Hệ phương trình gia tốc:
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU
1. Phương pháp họa đồ véc tơ
-
Tách nhóm atxua, tách từ khâu xa về khâu gần
-
Phân tích lực tại các khớp động và xây dựng phương trình cân bằng lực
-Lập họa đồ véc tớ và tính các lực tại khớp động của các nhóm tĩnh định
- Phân tích lực trên khâu dẫn và tính mô men cân bằng trên khâu dẫn
2. Phương pháp phân lực trực tiếp
- Đây là một phương pháp khác để tính áp lực khớp động, hoặc dùng để trực tiếp nghiệm lại kết quả tính áp lực khớp động theo
điều kiện tĩnh định.
- Cơ sở của phương pháp phân lực trực tiếp là nguyên lý cộng tác dụng độc lập của các ngoại lực, hay còn gọi là nguyên lý cộng tác
dụng của hệ lực
II. Các phương pháp phân tích lực cơ cấu

t
R
12
t
R
12
n
R
03
t
R
03
n
R
03
R
12
R
32
1
R
21
M
cb
R
01
R
12
n
P

CB
P
30
3
P
32
3
N
12 =
-N
21
3
N
03
3
P
3
= 2000N , l
AB
= 0.03m, AB ở vị trí nằm ngang, BC
nghiêng 30
0
so với phương thẳng
Phân tích lực P
3:
Để khâu 2 cân bằng lực phải có
Để khâu 3 cân bằng lực phải có
Mô men cân bằng khâu dẫn
3 3
3 32 30

trên phần mềm Matlab
-
Phân tích, xây dựng các phương trình tính toán các thông số động học (vị trí, vận tốc, gia tốc);
-
Thiết lập các lệnh tương ứng trong Matlab
-
Chạy chương trình và hiển thị kết quả tính toán trên Matlab
PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB- SIMULINK
PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB- SIMULINK
Các bước giải bài toán động học bằng SIMULINK
-
Viết phương trình véc tơ và chiếu lên hệ trục tọa độ
-
Đạo hàm hai lần hệ phương trình vị trí thu được hệ phương trình gia tốc và viết hệ phương trình dưới dạng
ma trận
-
Thiết lập sơ đồ khối trên Simulink giải hệ phương trình ma trận
-
Chạy mô phỏng và hiển thị kết quả
Sử dụng Simulink phân tích động học cơ cấu
CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ
AB =0,1 m và BC = 0,35 m. CD= 0.3m, xD = 0.3m, yD=0m. Thanh AB tạo
với trục x một góc
φ
=
φ
1
= 3π/4. n = 60 (v/ph).
- Xác định vị trí điểm B:
xB=AB*cos(phi);

rA = [ 0, 0, 0 ] (m)
rD = [ 0.3, 0, 0 ] (m)
rB= [-0.0707107,0.0707107,0 ](m)
rC=[ 0.206082,0.28492,0](m)
phi2 = 37.7362 (do)
phi3 = 108.244 (do)
>>
Xác định vận tốc cơ cấu
PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB- SIMULINK
- Xác định vận tốc điểm B:
- Xác định vận tốc điểm C và khâu 2, 3:
- Vận tốc điểm B:
-
Vận tốc điểm C:
-
Vận tốc góc khâu 2, 3:
Nhập lệnh: Kết quả tính toán:
vB1 = vA+ cross(omega1,rB);
vB2 = vB1;
vB=vB1=vB2=
[-0.444288,-0.444288,0](m/s)
eqvC=
vB2+cross(omega2,rC-rB)
-(vD+cross(omega3,rC-rD));
omega2zs=eval(solvC.omega2z);
omega3zs=eval(solvC.omega3z);
vC=[-0.627936,-0.206986,0](m/s
omega2=[0,0,0.857329](rad/s)
omega3=[0,0,2.2039 ](rad/s)
eqvCx = eqvC(1);

Bài toán lực cơ cấu bốn khâu bản lề
PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB- SIMULINK
- Xác định trọng tâm các khâu
Nhập lệnh:
rC1 = (rA+rB)/2;
rC2 = (rB+rC)/2;
rC3 = (rC+rD)/2;
- Xác định gia tốc trọng tâm các khâu
aC1 = aB1/2;
aC2 = (aB1+aC)/2;
aC3 = aC/2;
m1 = 1;
IC1 = m1*(AB^2+h^2)/12;
G1 = [ 0 -m1*g 0 ];
Fqt1 = - m1*aC1;
Mqt1 = - IC1*epsilon1;
+ Xác định lực quán tính và mô men quán tính khâu 1
M
qt3
F
qt3
F
e
C3
F
03
x
F
03
y

F
12
x
F
12
M
qt1
M
m
G
1
F
qt1
A
B
F
21
y
F
21
x
F
21
F
01
y
F
01
F
01

F03x + F23x + 98.2154 = 0 (1)
F03y + F23y - 28.2868 = 0 (2)
0.28492*F03x + 0.0939177*F03y + 12.7214 = 0 (3)
F12x - 1.0*F23x - 6.96727 = 0 (4)
F12y - 1.0*F23y - 28.1161 = 0 (5)
0.214209*F12x - 0.276793*F12y + 2.91151 = 0 (6)
Tu 6 phuong trinh(1) (6)=> F03x, F03y, F23x, F23y, F12x,F12y
Ap luc khop dong: F23 = [ -32.0443, -37.0045, 0 ] (N)
Phan luc khop dong: F03 = [ -66.171, 65.2913, 0 ] (N)
Ap luc khop dong: F12 = [ -25.0771, -8.88834, 0 ] (N)
Khau 1:
0.0707107*F01x + 0.0707107*F01y + Mmz - 0.353553 = 0 (7)
F01x + 23.6813 = 0 (8)
F01y + 0.284117 = 0 (9)
Phuong trinh(7)(8)(9) => F01x, F01y, Mmz
Phan luc tu khau 0 len khau 1: F01=[-23.6813,-0.284117,0](N)
Mo men dan dong khau dan: Mm = [ 0, 0, 2.04816] (N.m)
Phương trình véc tơ:
Trong đó:
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC LỰC CƠ CẤU SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB- SIMULINK
Sử dụng Simulink phân tích động học cơ cấu
VD1. Cơ cấu bốn khâu bản lề
Đã cho:
ε
2
= 1 (rad/s
2
),
r
2

θ + θ = θ

2 2 2 3 3 3 4 4 4
2 2 2 3 3 3 4 4 4
sin sin sin
cos cos cos
r r r
r r r
−ω θ − ω θ = −ω θ


ω θ + ω θ = ω θ

3 3 4 4
3 1
3 3 4 4 4 2
sin sin
cos cos
r r
r r
− θ θ ε ∆
 
   
=
 
   
θ − θ ε ∆
   
 
2 2 2