Khảo sát động học cơ cấu trên phần mềm inventor

T¹p chÝ Khoa häc vµ Ph¸t triÓn 2008: TËp VI, Sè 1: 76-86 §¹i häc N«ng nghiÖp I 
kh¶o s¸t ®éng häc c¬ cÊu trªn phÇn mÒm inventor 
Investigation of mechanism kinetics through inventor software 
Đỗ Hữu Quyết* 
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. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Để khảo sát động học cơ cấu có thể sử 
dụng nhiều phương pháp khác nhau. Các 
phương pháp truyền thống, cổ điển là vẽ và 
giải tích. Theo đánh giá của nhiều nhà nghiên 
cứu, phương pháp vẽ có ưu điểm là đơn giản, 
trực quan, nhưng độ chính xác thấp; phương 
pháp giải tích có độ chính xác cao, có nhiều 
tiện lợi hơn, nhưng tính trực quan thấp và 
khối lượng tính toán lớn (Юдин В. А., Л. В. 
Петрокас, 1967; Đặng Thế Huy, Nguyễn 
Khắc Thường, 1982). Với sự trợ giúp của 
máy vi tính, có thể khảo sát động học cơ cấu 
bằng cách lập trình trên ngôn ngữ Pascal 
hoặc sử dụng phần mềm MATLAB, v.v. Các 
phương pháp khảo sát bằng lập trình đã đem 
lại nhiều thuận lợi cho người khảo sát so với 
các phương pháp truyền thống, đặc biệt là tốc 
độ tính toán nhanh và tính linh hoạt trong 
quá trình khảo sát (Đinh Gia Tường, Tạ 
Khánh Lâm, 2000). Tuy nhiên, để khảo sát 
các cơ cấu bằng phương pháp này, ngoài yêu 
cầu phải hiểu rõ bản chất bài toán, người 
khảo sát còn cần phải có kỹ năng lập trình 
nhất định. 
Những năm gần đây, với sự phát triển rất 
mạnh mẽ của công nghệ thông tin, nhiều phần 
mềm thiết kế dựa trên công nghệ 3D đã ra đời, 
tạo nên một cuộc cách mạng trong việc tính 
toán thiết kế cơ khí cũng như trong các ngành 
kỹ thuật khác. 
Inventor là một phần mềm thiết kế 3D 
thông minh, cho phép thực hiện hầu hết các 
công việc về tính toán thiết kế chi tiết máy, 
trong đó có khảo sát động học cơ cấu (Phan 
Đình Huấn, Tôn Thất Tài, 2002; 
Ишмяков А. П., 2007; О. Н. Казначеева, 
2007). Với chức năng này, việc khảo sát động 
học các cơ cấu phẳng cũng như cơ cấu không 
gian được thực hiện rất trực quan, linh hoạt, 
chính xác và nhanh chóng, ưu việt hơn hẳn so 
với các phương pháp đã biết. Trong khuôn 
khổ bài báo này, chúng tôi xin giới thiệu một 
số kết quả khảo sát động học cơ cấu thanh 
phẳng bằng phần mềm Inventor. 
 * Khoa Cơ Điện, Trường Đại học Nông nghiệp I. 
 76
Kh¶o s¸t ®éng häc c¬ cÊu trªn phÇn mÒm Inventor 
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN 
CỨU 
2.1. Vật liệu nghiên cứu 
Máy vi tính với phần mềm inventor, mô 
đun Dynamic Designer Motion Professional. 
2.2. Phương pháp nghiên cứu 
Khai thác sử dụng phần mềm Inventor để 
khảo sát động học cơ cấu. Cơ cấu được chọn 
làm ví dụ khảo sát là cơ cấu 4 khâu bản lề. 
2.3. Đặt bài toán 
Xét cơ cấu 4 khâu bản lề OABC (hình 1). 
Biết kích thước của các khâu: OC= 70 mm, 
OA= 20 mm, AB= 75 mm, BC= 35 mm. 
Thanh AH thẳng, các đoạn EK= FL= GM= 
IN= 50 mm và cùng vuông góc với thanh DH. 
Các kích thước DA= 50, AK= KL = LB = BM 
= MN= NH= 25 mm, 
Cần vẽ quỹ đạo, xác định chuyển vị, vận 
tốc và gia tốc của các điểm D, E, F, B, G, H, I 
thuộc khâu DH khi tay quay OA quay đều 
theo chiều kim đồng hồ với vận tốc 60 
vòng/phút. 
 O 
A 
B
C
D 
E 
F
I 
N 
G
K
L
M
H 
Hình 1. Sơ đồ cơ cấu 4 khâu bản lề 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Vẽ các khâu, lắp ráp cơ cấu và khai báo 
các thông số 
Trong Inventor việc tạo nên các vật thể 
3D được thực hiện bằng cách xử lý các hình 
phẳng nhờ các phép đùn, đột, quay, chuốt, cắt, 
v.v. Nhờ tính năng chỉnh sửa linh hoạt, cho 
phép khai báo kích thước dưới dạng công 
thức, khả năng cập nhật cao và một số tính 
năng thông minh nên việc tạo hình các chi tiết 
có thể thực hiện rất dễ dàng và nhanh chóng. 
Trên hình 2 là hình khối 3D các khâu của cơ 
cấu được xây dựng bằng 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 3036’ 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
Kh¶o s¸t ®éng häc c¬ cÊu trªn phÇn mÒm Inventor 
Quỹ đạo chuyển động của các điểm 
Sau khi khai báo các thông số về quy luật 
chuyển động của khâu đầu, ta có thể cho cơ 
cấu chạy thử và yêu cầu chương trình vẽ quỹ 
đạo, đồ thị chuyển vị của các điểm cần khảo 
sát. Với cơ cấu 4 khâu đang được khảo sát, 
khâu đầu là tay quay OA. Quỹ đạo do các 
điểm D, E, F, B, G, H, I vẽ nên khi cơ cấu 
chuyển động được thể hiện trên hình 4. 
Hình 4. Quỹ đạo của các điểm trên thanh truyền 
Khi tay quay OA quay quanh tâm O, 
thanh DH có chuyển động song phẳng, còn 
thanh BC chuyển động lắc quanh tâm C. Để 
khảo sát chuyển vị dài của một điểm, ta khảo 
sát véc tơ nối từ điểm đó đến một điểm cố 
định trên giá. Chẳng hạn để xét chuyển vị 
của điểm D, ta xét véc tơ DO nối từ điểm D 
đến tâm quay O của tay quay (hình 4). Theo 
mặc nhận của chương trình, véc tơ DO có 
gốc tại D, ngọn tại O và khi cơ cấu chuyển 
động, véc tơ DO quay gốc D quanh điểm 
ngọn cố định O. Kết quả khảo sát véc tơ DO 
cho ta biết chuyển vị của điểm D. Trên hình 
5 chỉ ra các đồ thị thay đổi của hình chiếu 
véc tơ DO trên các trục tọa độ và chuyển vị 
toàn phần của điểm D so với tâm quay O 
theo thời 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
Kh¶o s¸t ®éng häc c¬ cÊu trªn phÇn mÒm Inventor 
Hình 6. Đồ thị chuyển vị góc của cần lắc BC theo thời gian 
3.3. Xác định vận tốc của các điểm thuộc 
thanh truyền 
Để xác định vận tốc của một điểm, cần 
khai báo các thông số cần thiết và chỉ định 
trực tiếp điểm cần khảo sát trên mô hình cơ 
cấu. Toàn cảnh trường véc tơ vận tốc toàn 
phần của các điểm cần khảo sát tại một vị trí 
của tay quay được thể hiện trên hình 7. 
Hình 7. Trường véc tơ vận tốc của các điểm tại thời điểm t= 0,65 s 
Đồ thị biến đổi véc tơ vận tốc toàn phần 
của các điểm cần khảo sát và hình chiếu véc 
tơ vận tốc trên các trục tọa độ được tự động 
hiện trên màn hình sau khi khai báo các thông 
số cần thiết. Có thể thay đổi các thành phần 
trong đồ thị tương tự như thao tác trong môi 
 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
Kh¶o s¸t ®éng häc c¬ cÊu trªn phÇn mÒm Inventor 
c) Vận tốc toàn phần của điểm D. 
3.3.1. Xác định gia tốc của điểm trên khâu 
Gia tốc của một điểm bất kỳ trên cơ cấu 
được thể hiện bằng véc tơ trên mô hình cơ 
cấu, bằng đồ thị hoặc dưới dạng bảng số liệu 
tùy theo yêu cầu của người khảo sát. 
Trên hình 9 thể hiện trường véc tơ gia tốc 
của các điểm cần khảo sát theo thời gian. 
Hình 9. Gia tốc của các điểm trên thanh DH tại thời điểm t= 0,2 s 
Trên hình 10 chỉ ra các đồ thị phụ thuộc của gia tốc điểm D trên thanh truyền theo thời gian 
với 2 đồ thị hình chiếu gia tốc trên 2 trục và đồ thị gia tốc toàn phần. 
 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
Kh¶o s¸t ®éng häc c¬ cÊu trªn phÇn mÒm Inventor 
Hình 11. Quỹ đạo chuyển động của các điểm khi cơ cấu chuyển động, trường vận tốc và gia tốc 
của các điểm trên thanh truyền tại thời điểm t=0,25 giây 
Để biết vị trí, vận tốc và gia tốc của các 
điểm cần khảo sát tại từng thời điểm, chỉ cần 
nhắp chuột vào vị trí tương ứng trên bất kỳ 
đồ thị nào trong các đồ thị chuyển vị, vận tốc 
hay gia tốc. Trên đồ thị sẽ hiện lên vạch đỏ 
cho biết trị số của đại lượng cần tìm và trên 
màn hình sẽ nhận được vị trí của cơ cấu ứng 
với đúng thời điểm đó cùng với các véc tơ 
tương ứng. 
Inventor cho phép xuất kết quả dưới dạng 
các véc tơ trên mô hình, dưới dạng đồ thị hiện 
ngay trên màn hình, dạng file văn bản với 
đuôi “.txt”, file số liệu với đuôi “.csv” để sử 
dụng trong Excel hoặc file “.avi “để chạy 
trong chương trình video. 
4. KẾT LUẬN 
Phần mềm Inventor là một phần mềm 
ứng dụng có nhiều ưu việt, cho phép khảo sát 
các cơ cấu phẳng, không gian với các loại liên 
kết khác nhau một cách nhanh chóng, trực 
quan và chính xác. Với cơ cấu được lấy làm ví 
dụ, để đạt được các kết quả như trình bày 
trong bài báo này phải mất rất nhiều thời gian, 
nhất là khi sử dụng phương pháp vẽ và giải 
tích. Trong khi đó, nếu khảo sát bằng phần 
mềm Inventor thì chỉ mất rất ít thời gian với 
độ chính xác và tính trực quan cao hơn nhiều. 
Ngoài ra, việc thay đổi hình dáng, kích thước 
của các khâu cũng được thực hiện rất nhanh 
chóng và thuận tiện. Vì vậy, việc ứng dụng 
phần mềm Inventor trong khảo sát động học 
 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