Xây dựng các module tính toán động lực học để tối ưu thiết kế các cơ cấu phẳng và ứng dụng cho máy in lụa kiểu mới

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÕ THÀNH KIỆT XÂY DỰNG CÁC MODULE TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC ĐỂ TỐI ƯU THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU PHẲNG VÀ ỨNG DỤNG CHO MÁY IN LỤA KIỂU MỚI Chuyên ngành KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã chuyên ngành 8520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học TS Trần Trọng Nhân TS Đặng Hoàng Minh Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc.

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh

Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Trọng Nhân

TS Đặng Hoàng Minh Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại

học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 20 tháng 03 năm 2022

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

2 Đường Công Truyền - Phản biện 1

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

Nguyễn Đức Nam Nguyễn Đức Nam

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 03/01/1995 Nơi sinh: Tây Ninh

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã chuyên ngành: 8520103

I TÊN ĐỀ TÀI:

Xây dựng các module tính toán động lực học để tối ưu thiết kế các cơ cấu phẳng và ứng dụng cho máy in lụa kiểu mới

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Phân loại các module cơ cấu động học phẳng

2 Xây dựng các hệ thức liên quan

3 Xây dựng các code module giải quyết các cơ cấu động học phẳng

4 Xây dựng các code giải bài toán tối ưu các cơ cấu phẳng, sử dụng các module ở bước 3

5 Ứng dụng cho bài toán tối ưu thiết kế cơ cấu chuyển phôi của máy in lụa kiểu mới

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/03/2021

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/02/2022

IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Trọng Nhân

i

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin cảm ơn những người thầy hướng dẫn luận văn của tôi – TS.Đặng Hoàng Minh và TS.Trần Trọng Nhân - Giảng viên hướng dẫn trực tiếp của tôi Một lần nữa tôi xin cảm ơn các thầy vì những lúc tôi gặp khó khăn, rắc rối hoặc có câu hỏi về vấn đề nghiên cứu của mình, các thầy vẫn luôn hết mình hỗ trợ và giúp tôi tìm

ra được những hướng đi đúng đắn trên con đường hoàn thành luận văn của mình Thầy vẫn luôn cho phép tôi tự do bày tỏ quan điểm dồng thời đưa ra những nhận xét, góp ý, dẫn dắt tôi đi đúng hướng trong suốt thời gian nghiên cứu, thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ

Tôi cũng muốn bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Phùng Văn Bình với tư cách là người đọc thứ hai của luận án này, tôi rất cảm ơn thầy vì những câu hỏi và những đóng góp của thầy để giúp tôi có thể hoàn thiện được luận văn một cách hoàn thiện hơn

Ngoài ra, tôi cũng muốn cảm ơn ban Lãnh đạo Khoa, bộ môn Cơ sở Thiết kế và quý Thầy/Cô trong Khoa Cơ khí, như thầy PGS.TS Nguyễn Đức Nam, PGS.TS Lê Thanh Danh, ThS.GV Nguyễn Thị Thuý Nga, TS Nguyễn Khoa Triều, TS Ao Hùng Linh, v.v… cùng nhóm các bạn sinh viên khoá 12 – Lã Xuân Trường, Bùi Song Nin,

Lê Đình Toàn, v.v… đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thiện đề tài

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè vì đã luôn hỗ trợ tôi và khuyến khích liên tục trong suốt những năm học tập và qua quá trình nghiên cứu và viết luận văn này Thành tựu này sẽ không thể có được nếu không có họ

Xin chân thành cảm ơn!

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tên đề tài: “Xây dựng các module tính toán động lực học để tối ưu thiết kế các cơ cấu phẳng và ứng dụng cho máy in lụa kiểu mới.”

Thời gian thực hiện: 10/03/2021 đến 14/02/2022

Địa điểm nghiên cứu: Trường Đại Học Công Nghiệp Hồ Chí Minh

Luận văn trình bày về việc xây dựng các môđun tính toán động học (Chương 2) và động lực học (Chương 3) của các cơ cấu phẳng một bậc tự do tổng quát Việc xây dựng các môđun tính toán này dựa trên khái niệm cặp động học (kinematic pairs) thay vì dựa trên khái niệm Dyads như các công bố trước đây Bởi lẽ việc dự đoán và

xử lý các điểm dị biệt trong “các cặp” đơn giản hơn so với các Dyads Dựa trên nền tảng lý thuyết được xây dựng, học viên đã tạo ra một bộ mã nguồn dựa trên ngôn ngữ MATLAB và một cẩm nang trang cứu môđun để tiện sử dụng cho người dùng Tất

cả các môđun đều được kiểm chứng tính chính xác bằng việc giải một loạt các bài tập

cơ cấu phẳng phức tạp khi so sánh kết quả tính toán của chúng với phần mềm mô phỏng Recurdyn Với các môđun được xây dựng này, học viên đề xuất một quy trình xây dựng mô hình toán thiết kế tối ưu cho các cơ cấu và kiểm nghiệm lại với việc tối

ưu thiết kế cơ cấu tay quay con trượt Với 4 trường hợp xét hàm mục tiêu khác nhau

từ tiêu chuẩn động học đến động lực học, với các ràng buộc kỹ thuật Bài toán tối ưu được giải dựa trên hai mô hình toán: Mô hình thứ nhất được xây dựng dựa trên các công thức giải tích tường minh và mô hình thứ hai được xây dựng bằng cách sử dụng các lệnh gọi môđun đã có Sau cùng, học viên đã ứng dụng toàn bộ kết quả này vào việc tối ưu thiết kế cho máy in lụa bán tự động kiểu mới Kết quả đã tìm ra được phương án thiết kế vượt trội hơn sơ với phương án máy in lụa hiện tại ở tiêu chuẩn kích thước và khối lượng cơ cấu Kết quả nghiên cứu của luận văn hứa hẹn có thể được ứng dụng để giải quyết rất nhiều các dạng bài toán tối ưu thiết kế cho nhiều cơ cấu khác, cũng như mở đường cho việc giải các bài toán phi tuyến phức tạp khác trong lĩnh vực Kỹ thuật

iii

ABSTRACT

Project title: "Building dynamic calculation modules to optimize the design of flat

structures and applications for new-style screen printing machines."

Implementation period: March 10, 2021 to February 14, 2022

Research location: Industrial University of Ho Chi Minh City

The thesis presents the construction of the kinematics (Chapter 2) and dynamics

(Chapter 3) calculation modules of the general one-degree-of-freedom planar

structures The construction of these computational modules is based on the concept

of kinematic pairs instead of the Dyads concept as previously reported Because

predicting and dealing with outliers in “pairs” is simpler than in Dyads Based on the

theoretical foundation built, student have created a set of source code based on the

MATLAB language and a modular lookup manual for user convenience All modules

are verified for accuracy by solving a series of complex planar problems when

comparing their calculation results with Recurdyn simulation software With these

built-in modules, student propose a process for building the optimal design

mathematical model of the mechanisms and retesting with the optimization of the

slider crank mechanism design With 4 cases considering different objective function

from kinematics to dynamics criteria, with technical constraints The optimization

problem is solved based on two mathematical models: The first model is built based

on explicit analytic formulas and the second model is built using the existing modulus

calls Finally, the student applied all these results to optimize the design for the new

semi-automatic screen printing machine The results have found a design plan that is

superior to the current screen printing machine in terms of size and structure The

research results of the thesis promise that they can be applied to solve many types of

optimization problems designed for many other structures, as well as pave the way

for solving other complex nonlinear problems in the field of technical area

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Học viên

(Chữ ký)

Võ Thành Kiệt

v

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii

ABSTRACT iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 6

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 7

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 8

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 9

Tổng quan tình hình nghiên cứu 9

Mục tiêu của đề tài 26

XÂY DỰNG CÁC MODULE TỰ ĐỘNG TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA CÁC CƠ CẤU PHẲNG 27

Xây dựng các mô-đun tính toán động học 27

2.1.1 Module 0 và Module 00 27

2.1.2 Module 1 32

2.1.3 Module 2 35

2.1.4 Module 3 36

2.1.5 Module 4 44

2.1.6 Module 5 50

2.1.7 Module 6 56

2.1.8 Module 7 62

2.1.9 Module 8 72

2.1.10 Module 9 77

2.1.11 Module 10 78

2.1.12 Module 11 85

Quy trình sử dụng các mô-đun trong tính toán động học cơ cấu 91

2.2.1 Quy trình sử dụng module động học 91

XÂY DỰNG CÁC MODULE TỰ ĐỘNG TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC CƠ CẤU PHẲNG 99

vi

Phương pháp xây dựng mô-đun động lực học 99

3.1.1 Vật rắn 99

3.1.2 Chất điểm ở dạng con trượt 103

3.1.3 Chất điểm ở dạng các khớp bản lề di động 104

Quy trình sử dụng các mô-đun trong tính toán động lực học cơ cấu 105

3.2.1 Ví dụ 1 – Trường hợp không có ma sát 106

3.2.2 Ví dụ 2 – Trường hợp có ma sát 115

Kết luận 125

TỐI ƯU HOÁ THIẾT KẾ CƠ CẤU NHỜ CÁC MODULES TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 126

Quy trình xây dựng mô hình toán thiết kế cho cơ cấu 126

Ví dụ tối ưu thiết kế cơ cấu tay quay con trượt 127

4.2.1 Cơ sở lý thuyết động lực học cho bài toán cơ cấu tay quay con trượt 128

4.2.2 Xây dựng mô hình toán bằng công thức 132

4.2.3 Xây dựng mô hình toán bằng các module 134

4.2.4 Giải các mô hình toán tối ưu 135

Kết luận 145

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO VIỆC TỐI ƯU THIẾT KẾ CƠ CẤU CHUYỂN PHÔI CHO MÁY IN LỤA BÁN TỰ ĐỘNG KIỂU MỚI ………… 146

Giới thiệu máy in lụa kiểu mới 146

5.1.1 Ý tưởng thiết kế, nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật của máy in lụa tự động kiểu mới 146

5.1.2 Các cụm cơ cấu chính của máy in lụa kiểu mới 147

Tối ưu hóa thiết kế cơ cấu chuyển phôi nhờ các module động lực học 151

5.2.1 Mô hình toán của cơ cấu chuyển phôi 151

5.2.2 Giải mô hình toán tối ưu 152

Kết quả so sánh giữa cơ cấu hiện tại và cơ cấu tối ưu 156

Kết luận 158

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 159

1 Những kết quả đạt được 159

2 Hạn chế của đề tài 159

3 Hướng phát triển của đề tài 160

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN 162

TÀI LIỆU THAM KHẢO 163

PHỤ LỤC 167

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 173

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Công việc tại xưởng in lụa 5

Hình 1.2 Đồ gá hiện tại được sử dụng 5

Hình 2.1 Các trường hợp có thể xảy ra đối với 2 điểm trên 1 hệ trục toạ độ 27

Hình 2.2 Bài toán module 1 33

Hình 2.3 Bài toán module 2 35

Hình 2.4 Bài toán module 3 36

Hình 2.5 Bài toán module 4 44

Hình 2.6 Phân tích các góc 44

Hình 2.7 Bài toán module 5 51

Hình 2.8 Các trường hợp có thể xảy ra khi các điểm được xác định theo chiều ngược kim đồng hồ 52

Hình 2.9 Tình huống 1, toạ độ vị trí điểm B và C nằm ở vị trí có độ cao thấp hơn A 52

Hình 2.10 Các trường hợp có thể xảy ra khi các điểm được xác định theo chiều ngược kim đồng hồ 53

Hình 2.11 Tình huống 1, toạ độ vị trí điểm B và C nằm ở vị trí có độ cao thấp hơn A 53

Hình 2.12 Trường hợp tổng quát cho bài toán Module 5 54

Hình 2.13 Bài toán module 6 57

Hình 2.14 Xét trường hợp 𝒎 ≠ 𝟎 𝐯à 𝒏 ≠ 𝟎 58

Hình 2.15 Bài toán module 7, 8, 9 62

Hình 2.16 Phân tích các góc trong trường hợp 1 63

Hình 2.17 Phân tích các góc trong trường hợp 2 64

Hình 2.18 Bài toán Module 09 77

Hình 2.19 Bài toán Module 10 78

Hình 2.20 Phân tích bài toán Module 10 79

Hình 2.21 Bài toán Module 11 85

Hình 2.22 Quy trình sử dụng module động học trong việc xác định, tính toán các thông số động học 91

Hình 2.23 Cơ cấu tay quay con trượt-ngược (Slide-back crank mechanism) 92

Hình 2.24 Mô hình cơ cấu tay quay con trượt-ngược trên phần mềm Recurdyn 93

Hình 2.25 Đồ thị vận tốc góc của thanh BC 93

Hình 2.26 Đồ thị vận tốc của điểm B theo phương y 94

Hình 2.27 Đồ thị gia tốc của điểm B theo phương x 94

Hình 2.28 Mô hình cơ cấu và bảng thông số cho ví dụ 2 95

Hình 2.29 Mô hình cơ cấu tay quay con trượt-ngược trên phần mềm Recurdyn 96

viii

Hình 2.30 Đồ thị so sánh vận tốc điểm S2 theo trục x 96

Hình 2.31 Đồ thị so sánh gia tốc của điểm S2 theo phương y 97

Hình 2.32 Đồ thị so sánh vận tốc góc thanh BC 97

Hình 2.33 Đồ thị so sánh gia tốc góc của thanh BC 97

Hình 2.34 Độ thị so sánh vận tốc điểm C theo phương y 98

Hình 2.35 Đồ thị so sánh gia tốc điểm C theo phương x 98

Hình 3.1 Mô hình vật rắn i 100

Hình 3.2 Phân tích chất điểm ở dạng khớp bản lề di động 104

Hình 3.3 Quy trình xây dựng ma trận giải bài toán động lực học 105

Hình 3.4 Cơ cấu bài toán ví dụ 1 – Động lực học 106

Hình 3.5 Đồ thị so sánh lực momen tại điểm A 111

Hình 3.6 Đồ thị so sánh phản lực tại khớp bản lề A theo phương x 112

Hình 3.7 Đồ thị so sánh phản lực tại khớp bản lề B theo phương x 112

Hình 3.8 Đồ thị so sánh phản lực tại khớp bản lề C theo phương y 113

Hình 3.9 Đồ thị so sánh phản lực tại con trượt C theo phương y 113

Hình 3.10 Đồ thị so sánh phản lực tại con trượt E theo phương x 114

Hình 3.11 Đồ thị so sánh phản lực tại con trượt D theo phương y 114

Hình 3.12 Cơ cấu bài toán ví dụ 2 – Động lực học 116

Hình 3.13 Đồ thị so sánh lực momen tại điểm A 122

Hình 3.14 Đồ thị so sánh phản lực tại khớp bản lề B theo phương y 122

Hình 3.15 Đồ thị so sánh phản lực tại khớp bản lề C theo phương x 123

Hình 3.16 Đồ thị so sánh phản lực tại khớp bản lề H theo phương x 123

Hình 3.17 Đồ thị so sánh phản lực tại khớp bản lề H theo phương y 124

Hình 3.18 Đồ thị so sánh phản lực tại con trượt C theo phương y 124

Hình 3.19 Đồ thị so sánh phản lực tại con trượt H theo phương y 125

Hình 4.1 Lưu đồ thực hiện bài toán tối ưu 127

Hình 4.2 Cơ cấu tay quay con trượt 127

Hình 4.3 Sơ đồ vật thể tự do 131

Hình 4.4 Sơ đồ lực quán tính 131

Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý máy in lụa kiểu mới 146

Hình 5.2 Cụm dao in 147

Hình 5.3 Cụm khung in lụa 148

Hình 5.4 Cụm cơ cấu di chuyển phôi 148

Hình 5.5 Cụm cơ cấu nâng hạ khung in 149

Hình 5.6 Thùng cấp và thoát phôi 149

Hình 5.7 Tủ điều khiển máy in lụa 150

Hình 5.8 Máy in lụa kiểu mới hoàn thiện 150

Hình 5.9 Mô hình cơ cấu bốn khâu bản lề 151

ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Ma trận bài toán động lực học không có ma sát 110 Bảng 3.2 Ma trận bài toán động lực học có ma sát 120

x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

(Xếp theo thứ tự A, B, C của chữ cái đầu viết tắt)

ĐHTL Đại học Thủy lợi

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

LVThS Luận văn Thạc sĩ

TSĐH Thông số động học

Ngoài ra sau khi thiết kế xong, người kỹ sư cần phải tính toán tối ưu các tham số thiết

kế, để sản phẩm sau thiết kế phải là tối ưu nhất và có thể cạnh tranh với các sản phẩm khác trên thị trường, đối với thị trường hiện nay thì đây chính là một vấn đề khá là phức tạp

Với sự phát triển của xã hội ngày nay, thì nhu cầu in lụa để quảng bá về thương hiệu sản phẩm hay thương hiệu của công ty là rất lớn Ví dụ như để quảng bá về thương hiệu và danh tiếng, một công ty, tập đoàn, cơ sở kinh doanh hoặc một tổ chức nào đó

sẽ cần in hình ảnh logo, khẩu hiệu thương mại hoặc thông tin liên hệ của mình trên các vật phẩm như quần áo, bút viết, dây đeo thẻ, cốc nhựa hoặc thủy tinh, v.v… Qua khảo sát thực tế tại một số xưởng in lụa với quy mô vừa và nhỏ trên địa bàn Tp.HCM, học viên nhận thấy công tác in lụa hiện nay vẫn được thực hiện một cách thủ công là chủ yếu, quá trình in ấn phụ thuộc vào tay nghề của người thợ, các loại máy in lụa thường là những loại máy cơ đơn giản với năng suất thấp, cường độ công việc nặng nhọc Trên thị trường các loại máy in lụa tự động của nước ngoài thường có giá thành

Với những lý do cũng như nhu cầu đã được nêu ra ở trên, đề tài “Xây dựng các module tính toán động lực học để tối ưu thiết kế các cơ cấu phẳng và ứng dụng cho máy in lụa kiểu mới” đã được lựa chọn và thực hiện

 Tính cấp thiết của đề tài

Trong hầu hết các thiết bị liên quan đến cuộc sống hiện nay như kìm kẹp cộng lực, các loại máy xây dựng, hay các máy nâng chuyển v.v… thì sử dụng rất là nhiều các loại cơ cấu khâu khớp phẳng, từ đó chúng ta có thể thấy được là ứng dụng của các khâu khớp rất nhiều

Để có thể xác định cũng như tính toán lựa chọn các loại cơ cấu khâu khớp phẳng thì các kỹ sư thường sử dụng các phần mềm CAD để vẽ và tính tỉ lệ chính xác Ngoài ra,

họ còn có thể sử dụng các phương pháp giải tích dựa trên các phương trình véc tơ khép kín, đây là một phương pháp tổng quát và cho phép giải các bài toán bất kỳ, tuy nhiên với các cơ cấu đa dạng khác nhau, việc sử dụng chúng sẽ tốn nhiều thời gian

và phải có các công cụ tính toán hỗ trợ

Việc sử dụng các phần mềm phân tích động lực học nổi tiếng như ADAMS, COMSOL, Working Model, Dynamic Designer, v.v… tốn khá nhiều thời gian và đòi hỏi người dùng phải có kiến thức vững vàng về động lực học Bên cạnh đó, khó có phần mềm nào cho phép xử lý bài toán với nhiều tình huống dữ kiện đầu vào – đầu

ra khác nhau Ví dụ có 3 nhóm tham biến A, B, C Thì các phần mềm chỉ cho phép nhập dữ liệu A, B với tư cách đầu vào và phần mềm sẽ tìm ra giá trị của nhóm C với

tư cách đầu ra Những tình huống khác thì các phần mềm hầu như không thể giải

3

quyết được Thêm vào đó thì các phần mềm mô phỏng sẽ xây dựng mô hình các tham biến phụ thuộc theo thời gian Nếu chúng ta muốn khảo sát các đại lượng phụ thuộc vào các vị trí nhất định thì thường phải tìm cách tính được thời điểm t trước, rồi sau

đó mới theo giá trị thời gian t để tìm các đại lượng Đây là một điểm bất tiện thứ hai Điểm bất tiện thứ ba là trong quá trình dựng hình model, không nhiều phần mềm hỗ trợ tính năng xác định một số điểm khớp được tạo ra từ giao điểm của hai đường thẳng (dọc theo chiều dài của các thanh) Chính vì vậy người dùng buộc phải tự tính toán để nhập tọa độ các điểm khớp của cơ cấu, và điều đó thường tạo ra các sai số trong kết quả tính toán về sau

Trong hầu hết các tài liệu, các tác giả cũng dừng ở mức đưa ra những công thức kinh điển, ví dụ như gia tốc, vận tốc, v.v thông qua dạng véc tơ, tích có hướng của vecto, v.v Như vậy thì với mỗi 1 bài toán, chúng ta sẽ phải lập lại 1 hệ phương trình, và trong MATLAB, chúng ta sẽ phải dùng đến lệnh solve để giải hệ phương trình đó Cho nên những code của nó có đặc điểm: 1) người dùng phải biết về những công thức kinh điển nói trên 2) Người dùng phải biết lập trình và áp dụng cho những bài toán

cụ thể Bởi vậy, nếu như những bài toán động lực học của các cơ cấu phẳng có thể được nhận diện thành các cái module cơ bản, mỗi một module được xây dựng một quy trình tính toán chính xác thì việc áp dụng những module đó cho nhiều cơ cấu phẳng sẽ rất tiện lợi và nhanh chóng

Ngày nay, với nhu cầu sản phẩm ngày càng đa dạng và phức tạp, thì các doanh nghiệp càng phải đòi hỏi người kỹ sư phải biết tối ưu các thiết kế của mình để đảm bảo được giá thành của sản phẩm phải là tốt nhất, mức độ thẩm mỹ cao cũng như mức độ an toàn của sản phẩm trước khi đến tay người dùng Để giải quyết được bài toán tối ưu thì việc khó khăn nhất là xây dựng mô hình toán Mô hình toán là tổng hợp của rất nhiều lĩnh vực kỹ thuật như là tính toán động lực học, các bài toán về kết cấu, các hiện tượng vật lý như truyền nhiệt, dao động của máy, va chạm v.v… Mỗi một lĩnh vực, để áp dụng các lý thuyết tính toán tạo thành một phần của mô hình toán là không đơn giản Bởi vậy trên thực tế người ta thường không giải quyết bài toán này, mà chỉ dựa vào kinh nghiệm làm việc với những đối tượng cụ thể để lựa chọn phương án

4

thiết kế một cách chủ quan nhất

Riêng với những bài toán thiết kế cơ khí mà liên quán đến lĩnh vực động lực học, hiện nay có một cách tiếp cận, đó là sử dụng các phần mềm tự động tính toán dựa trên các phương pháp số, phương pháp phần tử hữu hạn như là Recurdyn, ANSYS, v.v… Tuy nhiên, điều này đòi hỏi người kỹ sư cần phải thành thạo các phần mềm và phải mất chi phí để mua bản quyền Ngoài ra, để thêm vào mô hình toán các tiêu chuẩn hoặc các ràng buộc không phải kỹ thuật như là tính kinh tế, tính thẩm mỹ v.v… thì rất khó đối với các phần mềm này (nhất là đối với các bài toán thiết kế đa mục tiêu) Vì vậy, về mặt lý thuyết cách tiếp cận đa năng nhất đó là kết nối các phần mềm của nhiều lĩnh vực nói trên trong một môi trường thuận lợi cho việc tối ưu hoá như là MATLAB Tuy nhiên, việc kết nối nhiều phần mềm với một môi trường chung này không phải là việc dễ dàng, vì quá trình trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm phải qua các file trung gian, việc đó sẽ có thể gây mất nhiều thời gian, gặp nhiều lỗi, dẫn đến bài toán tối ưu không được diễn ra trọn vẹn Bởi vậy với các bài toán cơ cấu phẳng (phần lớn chúng là những cơ cấu kinh điển như là tay quay con trượt, TQCL, culis, v.v…) thì việc kết nối các phần mềm trong việc tối ưu hoá có thể là không cần thiết Thay vào đó, ta có thể sử dụng các module tính toán động lực học được đề xuất Chúng sẽ giúp đỡ người kỹ sư xây dựng được mô hình toán về lĩnh vực động lực học một cách tiện lợi và nhanh chóng hơn Với các lĩnh vực khác trong mô hình toán, thì

sẽ có các module tương tự Và việc giải bài toán tối ưu khi này sẽ thuận lợi hơn rất là nhiều so với cách tiếp cận kết nối các phần mềm

Qua quá trình khảo sát một số cơ sở in lụa trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, tác giả đã thu nhận được các thông tin cho phép đánh giá sơ bộ về thực trạng nhu cầu in lụa hiện nay Điển hình như là việc một số xưởng in lụa đã có máy in lụa, nhưng các công việc chủ yếu tại xưởng đều được thực hiện bằng tay, mất rất nhiều thời gian, năng suất in thấp, hại da tay người công nhân khi tiếp xúc với hóa chất in

5

Hình 1.1 Công việc tại xưởng in lụa

Đồ gá đơn giản, không định vị chắc chắn chi tiết cần in, sai lệch các hoa văn in lên chi tiết

Hình 1.2 Đồ gá hiện tại được sử dụng Dựa vào quá trình khảo sát, chúng ta có thể kết luận rằng nhu cầu một máy in lụa kiểu mới quy mô hộ gia đình ứng dụng cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ là rất lớn Máy kiểu mới phải đáp ứng được các yêu cầu về năng suất, chi phí chế tạo, độ bền

6

cao, đồng thời tiết kiệm được không gian, diện tích Trong công trình [51] nhóm tác giả đã đề xuất một thiết kế cho máy in lụa, và máy in lụa kiểu mới này phù hợp với các yếu cầu đặt ra của các xưởng in lụa vừa và nhỏ ở Việt Nam Máy sử dụng cơ cấu hình bình hành trong quá trình chuyển phôi đến vị trí in, từ đó cải thiện được thời gian cũng như hạn chế việc phải tiếp xúc trực tiếp đến quá trình in của người công nhân Tuy nhiên, hiện nay cơ cấu chuyển phôi của máy vẫn còn gặp rất nhiều hạn chế, do đó cơ cấu cần được phải tối ưu thiết kế để có thể đáp ứng được năng suất cũng như khắc phục các những vấn đề liên quan đến rung động và lắc trong quá trình vận hành máy Các module tính toán động lực học và phương pháp thiết kế tối ưu sử dụng các module đó sẽ được áp dụng để tối ưu cơ cấu chuyển phôi trong máy in lụa kiểu mới

Từ những luận điểm cũng như nhu cầu đã được nêu ra ở trên, đề tài “Xây dựng các module tính toán động lực học để tối ưu thiết kế các cơ cấu phẳng và ứng dụng cho máy in lụa kiểu mới” là cấp thiết và được lựa chọn để thực hiện

2 Mục tiêu nghiên cứu

 Mục tiêu của đề tài

 Xây dựng các module tính toán động học

 Xây dựng các module tính toán động lực học

 Xây dựng quy trình trình tối ưu hóa thiết kế các cơ cấu phẳng liên quan đến các tiêu chí và yêu cầu về động lực học, sử dụng các modules tính toán ở 2 bước trên

 Ứng dụng cho máy in lụa kiểu mới