Nghiên cứu về động lực học cơ cấu compliant với lực đầu ra không đổi

vi MC LC GIY GIAO Đ TÀI Lụ LCH KHOA HC i LI CAM ĐOAN ii CM T iii TịM TT iv ABSTRACT v MC LC vi DANH SÁCH CÁC BNG ix DANH SÁCH CÁC HỊNH x Chng 1 1 TNG QUAN V C CU COMPLIANT 1 1.1. Tng quan chung v lĩnh vc nghiên cu 1 1.1.1 C cu Compliant vƠ mô hình gi cng các khơu c cu 1 1.1.2. C cu có lc đu ra không đi 5 1.2 Các nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc. 6 1.2.1 Các nghiên cu ngoƠi nc 6 1.2.2 Các nghiên cu trong nc. 8 1.3. Hng nghiên cu 9 1.3.1. Phơn tích. 9 1.3.2. Nhn đnh vƠ đ xut hng nghiên cu 9 1.3.2.1. Nhn đnh 9 1.3.2.2. Đ xut hng nghiên cu 10 1.4. Mc đích, nhim v vƠ gii hn đ tƠi. 10 1.4.1. Mc đích ca đ tƠi 10 1.4.2. Nhim v đ tƠi vƠ gii hn đ tƠi 10 1.5. Phng pháp nghiên cu 11 CHNG 2 13 vii C S Lụ THUYT 13 2.1 Gii thiu chung 13 2.2. Phng trình Lagrange 13 2.3. Phng pháp gi cng c cu. 15 2.4. Phơn tích đng lc hc c cu 18 2.4.1. Phơn tích v trí ca c cu 18 2.4.2. Phơn tích vn tc c cu 20 2.4.3. Phơn tích gia tc ca c cu 21 2.4.4. Xơy dng phng trình th năng cho vt thể 22 2.4.5. Xơy dng phng trình đng năng cho vt thể 23 2.4.6 . Xơy dng phng trình Lagrange 24 Chng 3 26 XÂY DNG PHNG TRỊNH ĐNG LC HC C CÂU COMPLIANT VI LC ĐU RA KHỌNG ĐI 26 3.1 Cu trúc c cu compliant có lc đu ra không đi 26 3.2 Xơy dng phng trình đng lc hc c cu Compliant có lc đu ra không đi nhóm 1A-d. 27 3.2.1 Mô hình gi rn vt thể 28 3.2.2. Phơn tích đng lc hc mô hình gi cng c cu compliant có lc đu ra không đi. 30 3.3 Xơy dng phng trình đng lc hc c cu Compliant có lc đu ra không đi nhóm 1B-g. 33 Chng 4 36 MỌ PHNG S ĐNG LC HC C CU COMPLIANT Cị LC ĐU RA KHỌNG ĐI 36 4.1. Mô hình hóa c cu 36 4.2. Xác đnh mi quan h các thông s c cu nhóm 1A-d. 36 4.2.1. Mi quan h gia v trí x b (t) vƠ thi gian. 37 4.2.2.Mi quan h gia lc F(t) vƠ thi gian 39 viii 4.2.3. Mi quan h gia Fb(t) vƠ vn tóc góc (rad/s). 41 4.2.4. Xác đnh mi quan h gia v trí x b (t) vƠ lc F(N). 47 4.2.5. Kt lun 48 4.3. Xác đnh mi quan h các thông s đng lc hc c cu nhóm 1B - g. 48 4.3.1. Mi quan h gia v trí x b (t) vƠ thi gian. 49 4.3.2. Mi quan h gia lc F(t) vƠ thi gian 50 4.3.3.Mi quan h gia lc F(t) vƠ vn tc góc  52 4.4. So sánh lc c cu nhóm 1B-g vƠ nhóm 1A-d 57 4.5 Kt lun 60 Chng 5 61 KT LUN 61 5.1. Kt lun 61 5.2. Kin ngh 62 TÀI LIU THAM KHO 63 PH LC 66 ix DANH SÁCH CÁC BNG Bng Trang Bng 4.1: Thông s ca c cu nhóm 1A-d đc xác đnh theo [8] 37 Bng 4.2: H thng giá tr lc ng vi các vn tc góc khác nhau. 46 Bng 4.3: Thông s c cu nhóm 1B-g đc xác đnh [8] 48 x DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1.1: Đng c đt trong 1 Hình 1.2: Kim bm 2 Hình 1.3: C cu Compliant dùng để kẹp 2 Hình 1.4: Các dng khác c cu Compliant 3 Hình 1.5: C cu Compliant(a), C cu cng thông thng (b) 3 Hình 1.6: C cu Compliant có trong máy ct thy tinh 5 Hình 1.7: C cu Compliant 6 Hình 1.8: C cu Compliant có lc đu ra không đi khi tách ri 7 Hình 1.9: C cu 4 khơu bn l (rigid-body mechanisms) 8 Hình 1.10: C cu Compliant 9 Hình 2.1: Mô hình gi cng điển hình 16 Hình 2.2: Khơu đƠn hi (a), Mô hình gi cng (b) 17 Hình 2.3: C cu Compliant (a) , mô hình gi cng c cu (b) 17 Hình 2.4: C cu gi cng v dng c cu tay quay con trt . 18 Hình 2.5: Vòng lặp vector v trí 19 Hình 2.6: Đng năng vt thể 23 Hình 3.1: C cu compliant có lc đu ra không đi 26 Hình 3.2: Tng hp c cu Compliant có lc đu ra không đi 27 Hình 3.3: C cu Compliant 28 Hình 3.4: C cu nhóm 1A-d 28 Hình 3.5: Mô hình gi cng c cu nhóm 1A-d 29 Hình 3.6: C cu Compliant nhóm 1B-g (a), mô hình gi cng (b) 34 Hình 4.1: Mô hình gi cng c cu nhóm 1A-d 37 Hình 4.2: Mi quan h gia v trí vƠ thi gian 38 Hình 4.3: Mi quan h gia v trí vƠ vn tc góc 39 xi Hình 4.4: Mi quan h gia lc vƠ thi gian 40 Hình 4.5: Mi quan h gia lc vƠ vn tc góc 41 Hình 4.6: Biểu đ lc vi  = 2.09( rad/s) 42 Hình 4.7: Biểu đ lc vi = 4.19(rad/s) 42 Hình 4.8: Biểu đ lc vi = 7.33(rad/s) 43 Hình 4.9: Biểu đ lc vi = 10.47(rad/s) 43 Hình 4.10: Biểu đ lc vi = 20.94 (rad/s) 44 Hình 4.11: Biểu đ lc vi = 31.42 (rad/s) 44 Hình 4.12: Biểu đ lc vi = 52.36 (rad/s) 45 Hình 4.13: Biểu đ lc vi =73.3 (rad/s) 45 Hình 4.14: Biểu đ lc vi = 94.25 (rad/s) 46 Hình 4.15: Biểu đ thể hin s không đi lc đu ra ca c cu. 47 Hình 4.16: Biểu đ thể hin mi quan h gia lc vƠ v trí chuyển v 47 Hình 4.17: Mô hình gi rn c cu Compliant nhóm 1B-g 48 Hình 4.18: Mi quan h gia v trí vƠ thi gian 49 Hình 4.19: Mi quan h gia v trí vƠ vn tc góc 50 Hình 4.20: Mi quan h gia lc vƠ thi gian 51 Hình 4.21: Mi quan h gia lc vƠ vn tc góc 52 Hình 4.22: Biểu đ lc vi  = 2.09( rad/s) 53 Hình 4.23: Biểu đ lc vi = 4.19(rad/s) 53 Hình 4.24: Biểu đ lc vi = 7.33(rad/s) 54 Hình 4.25: Biểu đ lc vi = 10.47(rad/s) 54 Hình 4.26: Biểu đ lc vi = 20.94 (rad/s) 55 Hình 4.27: Biểu đ lc vi = 31.42 (rad/s) 55 Hình 4.28: Biểu đ lc vi = 52.36 (rad/s) 56 Hình 4.29: Biểu đ lc vi = 73.3(rad/s) 56 Hình 4.30: Biểu đ lc vi = 94.25 (rad/s) 57 Hình 4.31: Biểu đ lc vi = 2.09 (rad/s) 58 Hình 4.32: Biểu đ lc vi = 4.19 (rad/s) 58 xii Hình 4.33: Biểu đ lc vi = 10.47 (rad/s) 59 Hình 4.34: Biểu đ lc vi = 52.36 (rad/s) 59 Hình 4.35: Biểu đ lc vi = 94.25 (rad/s) 60  Chng 1 TNG QUAN V C CU COMPLIANT 1.1. Tng quan chung v lĩnh vc nghiên cứu 1.1.1 C cu Compliant vƠ mô hình gi cứng các khơu c cu C cu ( mechanism) lƠ thit b c khí đc sử dng để truyn chuyển đng, lc hoặc năng lng. Các c cu truyn thng bao gm các khơu cng ni vi nhau bằng các khp đng ví d nh  hình 1.1 lƠ 1 phn ca đng c đt trong.  đơy chuyển đng tnh tin ca đu vƠo đc bin đi thƠnh chuyển đng quay ca đu ra vƠ lc đu vƠo đc bin đi thƠnh mô men xon  đu ra. Hình 1.1: Đng c đt trong Mt ví d khác đó lƠ kim bm (hình 1.2) C cu nƠy dùng để truyn năng lng đu vƠo thƠnh năng lng đu ra. Vì năng lng đc bo toƠn (b qua mt mát năng lng do ma sát) nên lc đu ra có thể ln hn nhiu so vi lc đu vƠo  nhng chuyển v (chuyển đng, dch chuyển) đu ra lƠ nh hn nhiu so vi chuyển v đu vƠo. Hình 1.2: Kim bm C cu Compliant dùng để truyn chuyển đng, lc hoặc năng lng nh c cu cng (rigid-body mechanisms). Điểm khác bit lƠ c cu Compliant đt đc mt s chuyển đng ti thiểu lƠ nh đ võng ca các khơu đƠn hi hn lƠ từ các khp đng. Ví d c cu Compliant dùng để kẹp. Hình 1.3: C cu Compliant dùng để kẹp  Hình 1.4: Các dng khác c cu Compliant u điểm ca c cu Compliant:  Gim rt nhiu s lng chi tit máy trong c cu.  Gim thi gian ch to, thi gian lp ráp.  Gim giá thƠnh.  Gim dng hng mòn vƠ gim yêu cu bôi trn các chi tit máy.  Gim trng lng ca toƠn c cu. Từ hình 1.5 lƠ 2 phng án thit k, ch to 2 dng c cu cng vƠ c cu Compliant để minh ha cho các u diểm cùa c cu Compliant đư đc nêu ra. (a) (b) Hình 1.5: C cu Compliant(a), C cu cng thông thng (b) [...]... D NG PH ng 3 NG TRÌNH Đ NG L C H C C CÂU COMPLIANT V I L C Đ U RA KHỌNG Đ I 3.1 C u trúc c c u compliant có l c đ u ra không đ i Ch n c u trúc c c u: áp d ng ph ng pháp t i u hóa hình h c trong t ng h p c c u C c u compliant có l c đ u ra không đ i có thể mang l i m t l c không đ i đ u ra trên m t lo t các đ u vƠo c a chuyển v C c u compliant có l c đ u ra không đ i v c b n phù h p v i c c u phơn... Vi t Nam trong t ng lai 1.4.2 Nghiên c u k t c u c c u Compliant Nghiên c u m t s ph ng pháp tính ng d ng cho c c u Compliant có l c đ u ra không đ i.T p trung vƠo b ng t ng h p 15 d ng c u trúc c a Howell Phơn tích đ ng l c h c c c u Compliant có l c đ u ra không đ i b qua y u t bi n d ng vƠ ma sát Đ ng l c h c c c u Compliant t p trung nghiên c u v các v n đ : L c không đ i (constant force), Sử... thay đ i giá tr l c đ u ra d a trên thi t k v ph m vi c a chuyển đ ng Khơu đƠn h i Khơu đƠn h i Hình 3.1: C c u compliant có l c đ u ra không đ i Có t n t i 15 nhóm có thể có c a c c u compliant có l c đ u ra không đ i, xác đ nh b i kỹ thu t t ng h p Compliant (Howell, 2001) Trong s nƠy, c u class1a-d lƠ minh h a trong nghiên c u 26 Hình 3.2: T ng h p c c u Compliant có l c đ u ra không đ i 3.2 Xơy d ng... trình nghiên c u v lĩnh v c nƠy i nghiên c u cũng không đáng kể mƠ h u h t m i ch t p trung vƠo khai thác theo từng c c u Compliant có tính năng c thể Vi c hiểu vƠ đi sơu vƠo b n ch t c a c c u Compliant có l c đ u ra không đ i đặc bi t lƠ c s lý lu n vƠ toán h c c thể ít đ c quan tơm nghiên c u 1.3.2 Nh n đ nh vƠ đ xu t h ng nghiên cứu 1.3.2.1 Nh n đ nh Qua phơn tích nêu trên, cho th y vi c nghiên. .. 1996 Howell vƠ c ng s , 1996) Nghiên c u đư đ c p đ n mong mu n lƠm th nƠo để các c c u Compliant nh t đ nh phù h p v i chuyển đ ng 1.1.2 C c u có l c đ u ra không đ i M t c c u có l c đ u ra không đ i có k t qu khi mang l i l c đ u ra không đ i trong m t ph m vi t ng ng v i đ u vƠo chuyển v C c u có l c đ u ra không đ i s có ích trong các ng d ng đòi h i ph i có m t l c không đ i đ c áp d ng cho m... c ng Hình 1.7: C c u Compliant Xem xét các thanh tr tt ng thích c a c c u mô t trong hình 1.3 đ a ra m t chuyển v , m t hằng s tuơn th c c u có l c đ u ra không đ i s mang l i l c F, c ng hoặc trừ m t thay đ i nh Có t n t i 15 d ng c c u có thể c a c c u có l c đ u ra không đ i, xác đ nh b i Kỹ thu t t ng h p (Howell, 2001) 1.2 Các nghiên cứu trong vƠ ngoƠi n 1.2.1 Các nghiên cứu ngoƠi n c c A constant-force... bƠi toán đ ng l c h c c c u Compliant có l c đ u ra không đ i ch ng minh tính không đ i v l c khi thay đ i t n s khơu d n khác nhau S đóng góp chính c a nghiên c u nƠy lƠ thêm vƠo ki n th c liên quan đ n c c u compliant có l c đ u ra không đ i Các mô hình ho t đ ng d a trên mô hình gi c ng c a c c u phù h p có ngu n g c, lƠm sáng t hƠnh vi đ ng l c h c c a c c u có l c đ u ra không đ i S đ n gi n t ng... mechanisms) Hình 1.10: C c u Compliant 1.3 H ng nghiên cứu 1.3.1 Phơn tích Qua nghiên c u tìm hiểu các v n đ t ng quan v c c u Compliant cũng nh các công trình công b trong vƠ ngoƠi n c cho th y nh ng năm g n đơy th gi i v n ti p t c nghiên c u v c c u Compliant; mặc dù đư có công trình nghiên c u v lĩnh v c nƠy nhằm t i u, hoƠn thi n các tính năng v công ngh mƠ c c u Compliant v n ch a hoƠn toƠn đáp... hi n đ tƠi nƠy ng i nghiên c u sử d ng các ph ng pháp nghiên c u sau:  Nghiên c u, t ng h p các tƠi li u trong vƠ ngoƠi n n c, các bƠi báo trong c vƠ qu c t có liên quan đ n đ tƠi  Sử d ng m t s ph n m m h tr l p trình cho đ tƠi Matlab 2009  Ph ng pháp phơn tích đánh giá  Ph ng pháp xử lý thông tin Các b c nghiên c u đ ng l c h c c c u Compliant: (C c u Compliant có l c đ u ra không đ i) đ c đ xu... c u Compliant có l c đ u ra không đ i - Ch n c u trúc c c u trong t ng h p c c u Compliant có l c đ u ra không đ i - ng d ng mô hình gi c ng v t thể (Pseudo-rigid body model) - Phơn tích vƠ xơy d ng ph ng trình đ ng l c h c v i mô hình gi c ng vừa thi t l p; theo c s lý thuy t v ph ng trình Lagrange - Sử d ng ngôn ng l p trình cùng s h tr ph n m m Matlad để xác đ nh các thông s đ ng l c vƠ tìm ra các . Đng năng vt thể 23 Hình 3.1: C cu compliant có lc đu ra không đi 26 Hình 3.2: Tng hp c cu Compliant có lc đu ra không đi 27 Hình 3.3: C cu Compliant 28 Hình 3.4: C cu nhóm. các c cu Compliant nht đnh phù hp vi chuyển đng.  1.1.2. C cu có lc đu ra không đi Mt c cu có lc đu ra không đi có kt qu khi mang li lc đu ra không đi. c cu Compliant.  1.3.2.2. Đ xut hng nghiên cu - Nghiên cu kt cu c cu Compliant, tìm hiểu mt s phng pháp tính ng dng cho c cu Compliant có lc đu ra không đi.