BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
…………….***…………….
Nguyễn Sỹ Nam
PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG CỦA CƠ CẤU PHẲNG CÓ
KHÂU ĐÀN HỒI SỬ DỤNG TỌA ĐỘ SUY RỘNG DƯ
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số: 9 52 01 01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT
Hà Nội – 2018
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ-Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Người hướng dẫn khoa học 1: GS. TSKH Nguyễn Văn Khang
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS. TS Lê Ngọc Chấn
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp
Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ …’, ngày … tháng …
năm 201…
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của luận án
Để tiết kiệm vật liệu, giảm quán tính cho máy và tăng tốc độ làm
việc, các khâu của cơ cấu máy có thể thiết kế thanh mảnh hơn, cơ cấu nhỏ
gọn hơn. Tuy nhiên, rung động thường xuất hiện khi cơ cấu chuyển động,
đặc biệt ở tốc độ cao, khi tăng và giảm tốc do độ cứng vững của các khâu
thanh mảnh không đủ lớn. Những rung động này làm giảm độ chính xác
đối với các cơ cấu yêu cầu chính xác cao, làm chậm trễ các hoạt động nối
tiếp nhau của cơ cấu do rung động vẫn tồn tại trong một khoảng thời gian
nhất định, nó còn làm tăng đáng kể phản lực khớp động. Do đó, tính đàn
hồi của các khâu cần được quan tâm khi nghiên cứu động lực học cơ cấu
máy.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Luận án sẽ tập trung nghiên cứu các ứng xử động lực học của cơ cấu
phẳng có một hoặc vài khâu đàn hồi như tính toán sự biến dạng đàn hồi
của các khâu, đánh giá sự ảnh hưởng của biến dạng tác động ngược trở lại
đến chuyển động của cơ cấu trong quá trình làm việc. Qua đó sẽ tìm cách
điều khiển làm giảm thiểu tác động tiêu cực do dao động của các khâu đàn
hồi gây ra, đồng thời hạn chế các dao động đàn hồi này.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Luận án sẽ tập trung vào nghiên cứu các cơ cấu đàn hồi phẳng và
thực hiện tính toán mô phỏng số, khảo sát đáp ứng một số mô hình cơ cấu
phẳng cụ thể như cơ cấu bốn khâu bản lề, cơ cấu sáu khâu bản lề.
Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng các phương pháp giải tích để thiết lập các phương trình vi
phân chuyển động cho các cơ cấu, tuyến tính hóa các phương trình vi phân
chuyển động, kết hợp với tính toán mô phỏng số trên các phần mềm như
Matlab, Maple để tính toán mô phỏng các quá trình động lực học của cơ
hệ.
Nội dung nghiên cứu chính của luận án
+ Nghiên cứu việc thiết lập phương trình chuyển động của một số
cơ cấu có khâu đàn hồi.
2
+ Phân tích động lực học thuận cơ cấu có khâu đàn hồi khi không có
lực điều khiển và khi có lực điều khiển bổ sung.
+ Tuyến tính hóa phương trình động lực học và phân tích dao động
của cơ cấu có khâu đàn hồi ở chế độ làm việc bình ổn.
Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 4 chương nội dung.
+ Chương 1: Giới thiệu tổng quan về cơ cấu máy và robot có khâu
đàn hồi
+ Chương 2: Trình bày việc thiết lập phương trình vi phân chuyển
động cho một số cơ cấu có một hoặc vài khâu đàn hồi
+ Chương 3: Chương này nghiên cứu bài toán điều khiển cơ cấu có
khâu đàn hồi bằng cách bổ sung thêm lực điều khiển ở các khâu dẫn, nhằm
hạn chế ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi đến chuyển động của cơ cấu.
Tính toán mô phỏng số bài toán động lực học thuận cơ cấu có khâu đàn hồi
khi chưa có lực điều khiển bổ sung và khi có lực điều khiển bổ sung.
+ Chương 4: Đề xuất phương pháp tuyến tính hóa phương trình vi
phân chuyển động của hệ nhiều vật có cấu trúc mạch vòng, áp dụng cho
trường hợp các cơ cấu có khâu dẫn quay đều. Từ đó sử dụng phương pháp
Newmark để tính toán dao động bình ổn này.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Cơ cấu có khâu đàn hồi
Tùy thuộc vào kích thước, các đặc trưng chịu lực cũng như yêu cầu
kỹ thuật mà từng khâu của cơ cấu có thể được xem là khâu rắn tuyệt đối hay
khâu đàn hồi. Cũng theo đó mà cơ cấu khảo sát có thể được xem là không có
hoặc có một, hai hay nhiều khâu đàn hồi. Ví dụ như trong Trong Hình 1.2 là
sơ đồ cơ cấu 6 khâu, khâu dẫn 1, tấm 3 và khâu bị dẫn 5 có thể xem là vật
rắn, còn thanh truyền 2 và 4 thường dài và mảnh hơn nên có thể xem là vật
rắn đàn hồi. Như vậy cơ cấu này được xem xét có 2 khâu đàn hồi là phù hợp.
Trong Hình 1.3 là tay máy hai bậc tự do, trong tay máy thì độ chính xác vị trí
của điểm tác động cuối là quan trọng, các khâu coi như vật đàn hồi. Còn
trong Hình 1.5 là sơ đồ của robot song song 3 bậc tự do, trong đó các chân
của robot thường là thanh mảnh nhưng yêu cầu chính xác rất cao, vì vậy việc
xem xét các chân robot như là khâu đàn hồi cũng là cần thiết.
3
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Động lực học hệ nhiều vật đàn hồi là lĩnh vực khoa học thu hút sự
quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Để nghiên cứu
về vấn đề này, các nhà khoa học thường bắt đầu bằng việc xây dựng các
mô hình toán học, kết quả là thu được các phương trình vi phân chuyển
động của cơ cấu. Các mô hình toán học thu được sẽ phục vụ cho việc mô
phỏng số khảo sát các đáp ứng của hệ, thiết kế điều khiển và làm cơ sở cho
bài toán thiết kế tối ưu của cơ cấu.
Các nghiên cứu về xây dựng mô hình toán học. Các nghiên cứu chủ
yếu sử dụng 3 phương pháp để xây dựng mô hình toán học [86] là:
a) Phương pháp hệ quy chiếu động (the floating frame of reference
formulation): Trong phương pháp này, dịch chuyển lớn của hệ cũng như
biến dạng của các vật đàn hồi được xác định thông qua hai bộ tọa độ, bộ
thứ nhất là các tọa độ xác định vị trí và hướng của hệ tọa độ tương đối gắn
với mỗi vật đàn hồi, bộ thứ 2 là các tọa độ đàn hồi xác định biến dạng
Hình 1.3. Tay máy hai bậc tự do
Hình 1.5. Robot song song 3 bậc
tự do có các chân là khâu đàn hồi
O
1
A
B
y
0
O
2
C
D
O
3
Hình 1.2. Sơ đồ động học cơ cấu 6 khâu
1
2
3
4
5
0
0
0