Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu động lực học cụm cơ cấu khâu máy mài nghiền CNC MB 250

Luận văn thạc sĩ phân tích động lực học cụm cơ cấu khâu máy mài nghiền CNC MB 250. Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết và kết quả mô phỏng chi tiết.

• Tác giả: Vũ Xuân Trường
• Người hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Văn Khang
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên cứu động lực học cụm cơ cấu khâu trên cta máy mài nghiền chi tiết quang CNC MB-250
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về Động lực học Cơ cấu Máy mài nghiền CNC MB 250

Động lực học cơ cấu máy mài nghiền CNC MB 250 là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong công nghệ chế tạo máy hiện đại. Luận văn thạc sĩ này tập trung vào phân tích chi tiết cụm cơ cấu khâu trên máy mài nghiền CNC MB-250, một thiết bị tiên tiến được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo. Nghiên cứu này kết hợp các phương pháp tính toán lý thuyết với thực nghiệm thực tế để hiểu rõ các lực tác động và chuyển động của các khâu cơ cấu. Mục tiêu chính là nâng cao hiệu suất hoạt động của máy, giảm rung động, và kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Việc nghiên cứu động lực học giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành máy mài nghiền CNC hiệu quả.

1.1. Khái niệm cơ bản về động lực học cơ cấu

Động lực học cơ cấu nghiên cứu mối quan hệ giữa lực tác động và chuyển động của các khâu trong hệ thống cơ học. Đối với máy mài nghiền CNC MB-250, việc phân tích các lực và mô men tác động lên cơ cấu bốn khâu là cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn định. Phương pháp phân tích bao gồm xác định vị trí, vận tốc, gia tốc của từng khâu, từ đó tính toán lực quán tính và mô men cân bằng.

1.2. Ý nghĩa của nghiên cứu cho ngành công nghiệp

Nghiên cứu động lực học máy mài nghiền CNC có ý nghĩa thực tiễn lớn. Hiểu rõ các khâu cơ cấu và lực tác động giúp kỹ sư thiết kế máy chính xác hơn, giảm rung động gây hại, nâng cao độ chính xác gia công. Ngoài ra, việc tối ưu hóa động lực học còn góp phần tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí bảo dưỡng.

II. Phương pháp nghiên cứu và Mô hình động học

Luận văn sử dụng phương pháp phân tích động học kết hợp thực nghiệm để nghiên cứu máy mài nghiền CNC MB-250. Mô hình động học được thiết lập dựa trên cơ cấu bốn khâu bản lề, là thành phần chính của máy. Phần mềm Autodesk Inventor 2012 được sử dụng để mô phỏng và tính toán các thông số động học. Các thông số như vận tốc góc, gia tốc góc, mô men được xác định thông qua các phương trình liên kết toán học. Ngoài ra, thực nghiệm trực tiếp trên máy CNC thực tế được tiến hành để xác minh tính chính xác của kết quả lý thuyết. Kết hợp hai phương pháp này tạo nên một nghiên cứu toàn diện và đáng tin cậy.

2.1. Thiết lập mô hình toán học

Mô hình động học của cơ cấu khâu được xây dựng dựa trên hệ tọa độ vật và hệ tọa độ cơ sở. Các phương trình liên kết được thiết lập để mô tả mối quan hệ giữa chuyển động của các khâu. Ma trận Jacobi được sử dụng để tính toán vận tốc suy rộng và gia tốc suy rộng. Điều này cho phép xác định chính xác các thông số động học tại bất kỳ vị trí nào của cơ cấu.

2.2. Công cụ tính toán và mô phỏng

Phần mềm Autodesk Inventor 2012 cho phép mô phỏng chuyển động của cơ cấu bốn khâu một cách chính xác. Các đồ thị vận tốc góc, gia tốc góc, và mô men được vẽ để trực quan hóa quá trình chuyển động. Thực nghiệm trên máy thực tế với các thiết bị đo lường chuyên dụng giúp xác minh và điều chỉnh mô hình toán học.

III. Kết quả phân tích động lực học

Phân tích động lực học của máy mài nghiền CNC MB-250 tiết lộ các đặc trưng quan trọng về chuyển động và lực. Kết quả nghiên cứu cho thấy mô men tác động trên các khâu biến đổi theo vị trí của cơ cấu, đặc biệt là khâu cẩu 2 chịu tải trọng lớn nhất. Các đồ thị mô men được vẽ cho hai trường hợp: chuyển động trong mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng thẳng đứng, phản ánh ảnh hưởng của trọng lực. Gia tốc góc của các khâu cũng được tính toán chi tiết, cho thấy các điểm chuyển tiếp nơi gia tốc đạt cực đại. So sánh giữa kết quả lý thuyết và thực nghiệm cho thấy sự phù hợp cao, xác nhận tính chính xác của mô hình.

3.1. Phân tích mô men và gia tốc

Mô men tác động lên các khâu được tính toán dựa trên gia tốc góc và mômen quán tính khối của từng khâu. Kết quả cho thấy mô men có biến thiên chu kỳ, phụ thuộc vào vị trí cơ cấu. Gia tốc góc của khâu 2 và khâu 3 có mối quan hệ chặt chẽ với mô men cần thiết để duy trì chuyển động.

3.2. Ảnh hưởng của hướng chuyển động

Việc so sánh mô men trong mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng thẳng đứng cho thấy trọng lực có ảnh hưởng đáng kể. Khi cơ cấu hoạt động trong mặt phẳng thẳng đứng, mô men lớn hơn do lực trọng lực thêm vào. Điều này có ý nghĩa trong thiết kế cơ cấu truyền động.

IV. Ứng dụng và kết luận

Kết quả nghiên cứu động lực học cơ cấu máy mài nghiền CNC MB-250 cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và cải tiến máy. Việc hiểu rõ các lực và chuyển động của cơ cấu khâu giúp kỹ sư tối ưu hóa thiết kế cơ cấu, lựa chọn vật liệu phù hợp, và đảm bảo độ bền của máy. Ngoài ra, kết quả này có thể áp dụng cho các máy mài nghiền tương tự khác. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu các yếu tố khác như ma sát, độ lún của vật liệu để có đánh giá toàn diện. Luận văn đã đóng góp kiến thức quý báu cho lĩnh vực công nghệ chế tạo máy và hỗ trợ phát triển máy mài nghiền hiệu suất cao.

4.1. Ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp

Mô hình động lực học có thể được sử dụng để dự đoán mô men cần thiết cho động cơ của máy. Điều này giúp lựa chọn động cơ có công suất phù hợp, tránh quá tải hoặc dư thừa. Các nhà sản xuất máy mài nghiền có thể sử dụng kết quả này để cải tiến thiết kế, giảm rung động, nâng cao độ chính xác gia công.

4.2. Hướng phát triển nghiên cứu tiếp theo

Những nghiên cứu tiếp theo nên bao gồm phân tích ma sát giữa các khâu, tính linh hoạt của cơ cấu, và ảnh hưởng của độ lún của vật liệu. Ngoài ra, mô phỏng động lực bằng phần mềm chuyên dụng như MATLAB, ANSYS sẽ cung cấp thông tin chi tiết hơn về ứng suất và biến dạng trong các khâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU CHƯƠNGT. CƠ SỐ PHÂN TÍCH ĐÔNG HỌC CƠ CÂU THANH PHANG 1. Cơ cầu thanh phẳng một bậc tự do 1. Động học cơ cầu lay quay cơm trượt 1.

Động học cơ cầu bốn khâu bản lẻ phẳng. Cơ hệ một bậc tự do gồm nhiều chuối động kin 1. Tổng quát về phản tích động học cơ hệ một bậc tư đo 1. Cơ cầu thanh phẳng nhiều bậc tự do 1.

Phản tích động học trong chuỗi động kin 1. Phân tích động học bằng phương pháp số 1. Phân tích động học tổng quát cho cơ cầu nhiều bậc tự do 1.4 Kết luận về phân tích động học cơ câu nhiều bac ti đo CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU BONG HOC CUM CO CAU KHAU TREN CUA 30 MAY MAI NGHIEN CNC MB-250.

Phương pháp sé Newton Raphson 30 May mai nghién CNC MB-250 34 3. Phân tích động học cụm cơ cầu khâu liên máy mài nghiên MB-250 38 2. Phương pháp ma trận Jacobi 39 2.2, Phương pháp ma trận truyền. Xác định quỹ đạo, vận tốc, gia tốc tương đôi của điểm bắt kỳ thuộc dia ga dối với đĩa mài DANH MỤC CÁC KỶ HIỆU, CAC CHT VIET TAT Kỹ hiệu, chữ vắt tắt Điển giải Poni SDOF — | Co hé mét bac nr do - MDOF | Cơ hệ nhiều bậc tự đo - IV Phân mềm Autedesk Inventor 2012 - J Ma trận Jacobi - x Nghich dio eda ma tran Jacobi - K Ma trận hệ số van tốc - 1.

Ma trận đạo hảm hệ số vận tốc - t Chiên đài khâu thứ ¡ m f Thương trình liên kết thứ7 - G Khỏi tâm khâu thử ï - H4 Mômen quản tỉnh khôi cúa khâu thứ ¡ ke.m? (arta) | Tọa độ khỏi tầm khau thi 7 trong hệ tọa độ vật m 4 “Vécto toa độ suy rộng, - 4 'Véclơ vận tốc suy rộng - q 'Véctơ gia tốc suy rộng. - Te, 'Véctơ dịnh vị khôi tam khâu thứ ¿ - o, 'Véctơ vận tốc góc tuyệt đổi của khâu thứ ¡ - % ‘Ma tran Jacobi tinh tiễn của khâu thư ¡ - Jy Ma trận Jacobi quay của khâu thứ i - 1L Ma tran quan tinh khéi lượng của khâu + - Mẹ) Ma trận khối lượng suy rộng: - T Déng năng của hệ kg m⁄? 1 Thể năng của hệ kg.m3/g` DANH MỤC CÁC HINE VE, BO THỊ Trang Tình 1. Cơ cau tay quay can le Hình 1. Mô bình động học của cơ cầu lay quay cần lắc be Hình 1.

Hệ tọa độ vật và hệ tọa độ cơ sớ đề tính toán động học của điềmP bat kj thude vật rắn quay quanh trục cô định. Co‘ cau tay quay con trượt diễn hình, 1lình 1. ác tơ định vị, Hệ tọa độ vật, Liệ tọa độ cơ sở để xác định chuyên động của điềm khảo sátP trên thanh truyền. Cơ cấu bắn khâu bản lễ diễn bình Tĩnh 1.

Mô Đình động học của cơ cầu bản khâu bản lẻ điễn bình Tình 1. V4z¿ỡ định vị và hệ tọa dé vat dé tinh todn động học điểm P trên thanh truyền. Mô ?nnh cơ cầu bồn khâu bản lễ trong máy đột đập Tình 1. Cơ cấu bến khâu bản lễ trượi Hih 2.1 May mai nghién CNC MB-250 Hinh 2.

So dé nguyén Ip cata may mai nghién MB-250 Tình 2. Mé hinh cor odin ban khdu dim ban lŠ xử dụng trong máy môi nghiền CÁC A4B-250. Mô bình cơ cầu bắn khâu đòn bản lễ sử dụng trong máy mới nghiền 4P-ĐB-0I. M46 hình động học cum cơ cầu khâu trên 1Rnh 2.

Mô hình cơ cầu bồn khâu bản lễ Hình 2. Đề ¿hị các phương trình liên kết Linh 2. 1 hiết lập các hệ tạa độ khâu và các góc định vị khâu Hình 2. Sơ đồ xác định vị tí tương đổi của điểmP thuộc đĩa 4 so với địa 5 Tình 2.

Sơ đồ xác định vị trí lương đối của điểm Q thuộc đa 5 so với đa 4 Tĩnh 3. Các thiết bị sử đựng khi thực nghiệm máy Tình 3. Một số hình ảnh thực nghiệm máy CNC AIB-250 Hình 3. Mô hình 32 và hệ tọa độ vật của khâu 7 Hình 3.446 hình dộng lực học cum cơ cầu khâu trên Hình 3.

Đồ thị vận tốc góc và gia tắc góc khẩu 2 Hình 3. D4 thi van tóc góc và gia lốc góc khâu 3 Hình 3. Đề (ñj mômen t, tường hợp cựn lrên chuyễn động trong mặt phẳng nằm ngang Tinh 3. Dé thi mémen t, trường bợp cụn trên chuyển động trong mặt phẳng thẳng đứng DANH MỤC CÁC BẰNG Bảng 2.

Kết quả thực nghiệm (phục vụ phân tích động học) Tiäng 2. So sánh kết quả phản tích động học bằng hai phương pháp Bang 3. Kết quã thực nghiệm (phục vụ phản tích động lực học) Bảng 3. Các kết quả tính toán lrên phan mềm Inwveutor 2012 Hình 3.

Mô hình 32 và hệ tọa độ vật của khâu 7 Hình 3.446 hình dộng lực học cum cơ cầu khâu trên Hình 3. Đồ thị vận tốc góc và gia tắc góc khẩu 2 Hình 3. D4 thi van tóc góc và gia lốc góc khâu 3 Hình 3. Đề (ñj mômen t, tường hợp cựn lrên chuyễn động trong mặt phẳng nằm ngang Tinh 3.

Dé thi mémen t, trường bợp cụn trên chuyển động trong mặt phẳng thẳng đứng CHƯƠNGTT. NGHIÊN CỨU BONG LUC HOC CUM CO CAU KHAU TREN CUA MAY MAL NGIULN CNC MB-250. Xác định khôi lượng, mômen quán tỉnh và tọa độ khi tâm các khâu. Thiết lập phương trình vì phân chuyển động của cụm khâu trên.

Thuật toán tự động thiết lập hệ phương trình vi phân chuyên động 3. Động lục học ngược cụm cơ cầu khâu trên.Trường hợp cụm cơ câu khâu trên chuyển động trong mp thing ding KẾT LUẬN VÀ KHUYÊN NGHỊ TÀI 1.TEU THAM KHẢO PHU LUC 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. DANH MỤC CÁC BẰNG Bảng 2. Kết quả thực nghiệm (phục vụ phân tích động học) Tiäng 2.

So sánh kết quả phản tích động học bằng hai phương pháp Bang 3. Kết quã thực nghiệm (phục vụ phản tích động lực học) Bảng 3. Các kết quả tính toán lrên phan mềm Inwveutor 2012 CHƯƠNGTT. NGHIÊN CỨU BONG LUC HOC CUM CO CAU KHAU TREN CUA MAY MAL NGIULN CNC MB-250.

Xác định khôi lượng, mômen quán tỉnh và tọa độ khi tâm các khâu. Thiết lập phương trình vì phân chuyển động của cụm khâu trên. Thuật toán tự động thiết lập hệ phương trình vi phân chuyên động 3. Động lục học ngược cụm cơ cầu khâu trên.Trường hợp cụm cơ câu khâu trên chuyển động trong mp thing ding KẾT LUẬN VÀ KHUYÊN NGHỊ TÀI 1.TEU THAM KHẢO PHU LUC 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Kỹ hiệu, Diễn giải Don vt chit vidi tal CQ@ [Ma hận ly lâm va Conolis - ' Xa trận đạo hàm riêng của pác phương ình liên kết theo , các tọa độ suy rộng. xy) 1na trận lực suy rộng của các lực có thế - fia) — [ma trận lục suy rộng của cáo lực không thể - iyo m, | Cáo nhân ur Lagring - DANH MỤC CÁC HINE VE, BO THỊ Trang Tình 1. Cơ cau tay quay can le Hình 1. Mô bình động học của cơ cầu lay quay cần lắc be Hình 1.

Hệ tọa độ vật và hệ tọa độ cơ sớ đề tính toán động học của điềmP bat kj thude vật rắn quay quanh trục cô định. Co‘ cau tay quay con trượt diễn hình, 1lình 1. ác tơ định vị, Hệ tọa độ vật, Liệ tọa độ cơ sở để xác định chuyên động của điềm khảo sátP trên thanh truyền. Cơ cấu bắn khâu bản lễ diễn bình Tĩnh 1.

Mô Đình động học của cơ cầu bản khâu bản lẻ điễn bình Tình 1. V4z¿ỡ định vị và hệ tọa dé vat dé tinh todn động học điểm P trên thanh truyền. Mô ?nnh cơ cầu bồn khâu bản lễ trong máy đột đập Tình 1. Cơ cấu bến khâu bản lễ trượi Hih 2.1 May mai nghién CNC MB-250 Hinh 2.

So dé nguyén Ip cata may mai nghién MB-250 Tình 2. Mé hinh cor odin ban khdu dim ban lŠ xử dụng trong máy môi nghiền CÁC A4B-250. Mô bình cơ cầu bắn khâu đòn bản lễ sử dụng trong máy mới nghiền 4P-ĐB-0I. M46 hình động học cum cơ cầu khâu trên 1Rnh 2.

Mô hình cơ cầu bồn khâu bản lễ Hình 2. Đề ¿hị các phương trình liên kết Linh 2. 1 hiết lập các hệ tạa độ khâu và các góc định vị khâu Hình 2. Sơ đồ xác định vị tí tương đổi của điểmP thuộc đĩa 4 so với địa 5 Tình 2.

Sơ đồ xác định vị trí lương đối của điểm Q thuộc đa 5 so với đa 4 Tĩnh 3. Các thiết bị sử đựng khi thực nghiệm máy Tình 3. Một số hình ảnh thực nghiệm máy CNC AIB-250 DANH MỤC CÁC KỶ HIỆU, CAC CHT VIET TAT Kỹ hiệu, chữ vắt tắt Điển giải Poni SDOF — | Co hé mét bac nr do - MDOF | Cơ hệ nhiều bậc tự đo - IV Phân mềm Autedesk Inventor 2012 - J Ma trận Jacobi - x Nghich dio eda ma tran Jacobi - K Ma trận hệ số van tốc - 1. Ma trận đạo hảm hệ số vận tốc - t Chiên đài khâu thứ ¡ m f Thương trình liên kết thứ7 - G Khỏi tâm khâu thử ï - H4 Mômen quản tỉnh khôi cúa khâu thứ ¡ ke.m? (arta) | Tọa độ khỏi tầm khau thi 7 trong hệ tọa độ vật m 4 “Vécto toa độ suy rộng, - 4 'Véclơ vận tốc suy rộng - q 'Véctơ gia tốc suy rộng.

- Te, 'Véctơ dịnh vị khôi tam khâu thứ ¿ - o, 'Véctơ vận tốc góc tuyệt đổi của khâu thứ ¡ - % ‘Ma tran Jacobi tinh tiễn của khâu thư ¡ - Jy Ma trận Jacobi quay của khâu thứ i - 1L Ma tran quan tinh khéi lượng của khâu + - Mẹ) Ma trận khối lượng suy rộng: - T Déng năng của hệ kg m⁄? 1 Thể năng của hệ kg. NGHIÊN CỨU BONG LUC HOC CUM CO CAU KHAU TREN CUA MAY MAL NGIULN CNC MB-250. Xác định khôi lượng, mômen quán tỉnh và tọa độ khi tâm các khâu. Thiết lập phương trình vì phân chuyển động của cụm khâu trên.

Thuật toán tự động thiết lập hệ phương trình vi phân chuyên động 3. Động lục học ngược cụm cơ cầu khâu trên.Trường hợp cụm cơ câu khâu trên chuyển động trong mp thing ding KẾT LUẬN VÀ KHUYÊN NGHỊ TÀI 1.TEU THAM KHẢO PHU LUC 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. NGHIÊN CỨU BONG LUC HOC CUM CO CAU KHAU TREN CUA MAY MAL NGIULN CNC MB-250. Xác định khôi lượng, mômen quán tỉnh và tọa độ khi tâm các khâu.

Thiết lập phương trình vì phân chuyển động của cụm khâu trên. Thuật toán tự động thiết lập hệ phương trình vi phân chuyên động 3. Động lục học ngược cụm cơ cầu khâu trên.Trường hợp cụm cơ câu khâu trên chuyển động trong mp thing ding KẾT LUẬN VÀ KHUYÊN NGHỊ TÀI 1.TEU THAM KHẢO PHU LUC 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.