đồ thiết k u chép hình ế cơ cấ “pantograph” ứng d ôn l i ki ụng cho đồ chơi trẻ em

Trong môi trường công nghi p hiệ ện đại ngày nay, cơ cấu chép hình “pantograph” là một cơ cấu được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí nói riêng và công nghiệp nói chung.. Được sự phân c

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án nh p môn kỹ thuật là m t trong nhậ ộ ững đồ án quan trọng nh t của sinh viên ấ ngành cơ khí chế tạo Đồ án th ể hiện những ki n th c, hi u bi t ế ứ ể ế cơ bản c a sinh viên ủ

về kỹ thuật, giúp sinh viên hiểu rõ hơn những vấn đề ề ỹ v k thuật cơ khí, tạo cảm hứng cũng như định hướng rõ ràng, cụ thể, sâu s c nhắ ững bước ti p theo c a con ế ủ đường đường học tập về chuyên ngành Đồ án cũng giúp sinh viên làm quen với cách th c hiự ện đồ án m t cách khoa h c và tộ ọ ạo cơ sở cho các đồ án tiếp theo

Trong môi trường công nghi p hiệ ện đại ngày nay, cơ cấu chép hình “pantograph” là một cơ cấu được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí nói riêng và công nghiệp nói chung

Được sự phân công và hướng d n c a thẫ ủ ầy giáo, nhóm chúng em thực hiện đồ án thiết kế cơ cấu chép hình “pantograph” ứng dụng cho đồ chơi trẻ em để ôn l i kiạ ến thức và để tổng hợp lý thuyết đã học vào một hệ thống cơ khí hoàn ch nh ỉ

Do y u t ế ố thời gian, ki n th c và các y u t khác nên ch c ch n có nhi u sai sót, rế ứ ế ố ắ ắ ề ất mong nhận được những nhận xét quý báu c a các thủ ầy

Xin cám ơn các thầy hứơng dẫn và các thầy trong bộ môn cơ sức bền đã giúp đỡ

chúng em hoàn thành đồ án này!

Nhóm sinh viên th c hi n ự ệ

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 L ch s nghiên cị ử ứu và ứ ng dụng cơ cấu pantograp

1.1.1 Khái ni ệm cơ cấu pantograph

Một pantograph là một liên kết cơ học kết dựa trên liên kết hình bình hành để biến chuyển

động của một cây bút, hình ảnh, tạo ra những chuyển động giống hệt nhau do cây bút thứ hai tạo ra (hình 1) Hình ảnh tạo ra được phóng to hay thu nhỏ tùy vào mục đích sử dụng Cơ cấu được ứng dụng trong các lĩnh vực như điêu khắc, đúc, khắc và phay

Hình 1.1 Mô hình sao chép chiếc bình bằng pantograph Bởi vì sao chép hình dạng của thiết bị ban đầu nên một pantograph cũng để ứng dụng như một loại cấu trúc có thể nén hoặc mở rộng như một accordion , tạo ra các chuyển động giống nhau Điều này có thể được thấy trong cánh tay mở rộng cho gương treo tường, cửa xếp, thang máy kéo , và các cơ chế kéo khác như tấm lót dùng trên các đầu máy xe điện và

xe điện…

Hình 1.2 Mô hình cửa kéo ứng dụng cơ cấu pantograph

1.1.2 L ch sị ử hình thành cơ cấ u

Bản vẽ pantograph đầu tiên được Christoph Scheiner xây dựng vào năm 1603 Ông là người

đã sử dụng thiết bị để sao chép và vẽ sơ đồ, ông đã viết về sáng chế này hơn 27 năm sau, trong "Pantographice" (Rome 1631).

Năm 1821, giáo sư William Wallace (1768-1843) đã phát minh ra eidograph để cải tiến các tiện ích thực tiễn của pantograph Eidograph di chuyển điểm cố định đến trung tâm của hình bình hành và sử dụng một hình bình hành thu hẹp để cung cấp những lợi thế cơ học cải tiến Từ đó đến nay cơ cấu pantograph được sử dụng ngày càng rộng rãi trong kỹ thuât

Hình 1.3 Sơ đồ minh h a các nguyên tắc được sử d ng bởi b ng thống kê c a William ọ ụ ả ủ

Wallace

1.1.3 M t vài ộ ứng dụ ng khác của cơ cấu pantograph

a Ứng dụng trong điêu khắ c

Hình 1.4 Mô hình điêu khắc ứng dụng cơ cấu pantograph

b Ứng dụ ng trong máy phay

Hình 1.5 Mô hình điêu khắc ứng dụng cơ cấu pantograph

c Ứng dụng trong gia công g ỗ

Hình 1.6 ứng dụng cơ cấu pantograph trong chế tạo máy gia công gỗ

d Ứng dụng trong đồ chơi

Hình 1.7 ứng dụng cơ cấu pantograph trong chế tạo máy gia công gỗ

1.2 L a ch n mô hình thiự ọ ết kế

Trên cơ sở lịch sử nghiên cứu và ứng dụng của cơ cấu phantograp và được sự tư vấn của thầy hướng dẫn chúng em quyết định chọn mô hình tính toán thiết kế, ch tế ạo cơ cấu pantograph đơn giản ứng dụng cho đồ chơi trẻ em như hình 1.8

Hình 1.8 Mô hình lựa chọn thiết kế cơ cấu Pantograp

Cơ cấu bao gồm bốn thanh có thể chuyển động tương đối với nhau nhờ liên kết bởi các

chột trụ (vị trí Pivot Points) Đầu bút chì (Pencil) sẽ tạo ra chuyển động và hình dạng

giống với hình mẫu ở vị trí Stylus Kích thước và vị trí các thanh được thiết kế để đảm bảo đặt được chuyển động đầu ra như mong muốn

Chương 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG

2.1 Tính toán kích thước các thanh và quỹ đạo, chuyển đ ng độ ầu ra

Hình 2.1 Lược đồ cơ cấu Pantograp Xét cơ cấu Pantograp OABCDE trong đó AB = CD, AD = BC, ba điểm O, A, E thẳng hàng

Sau một thời gian chuyển động, điểm các điểm A, E, B, C, D lần lượt di chuyển đến A’, E’, B’, C’, D’ và O, A’, E, thẳng hàng

OCE

ODA

 và OD'A'OC'E' nên

DE

DA

OE

OA

OC

OD

=

'

' '

' '

'

DE

DA OE

OA OC

OD

=

=

Lại có:

'

'

OC

OD

OC

OD

'

'

OE

OA OE

OA

= , OAA'OEE'

AA’//EE’ nên

OD

OC OA

OE AA

EE

=

= ' '

Do vậy: ' ' ( )

OD

OC AA

EE = tức là quỹ đạo hay chuyển động tạo ra của điểm E gấp OD/OC lần quỹ đạo hay chuyển động của điểm A

Hình 2.2 Mô hình chuyển động của điểm E so với điểm A

2.2 Lựa chọn vật liệu và kích thước các thanh

Trên cơ sở đảm bảo kích thước hình học các thanh, độ cứng vững của các thanh khi thực hiện chuyển động (chuyển động điều khiển bằng tay, chậm rãi), cùng với sự tư vấn của thầy hướng dẫn, nhóm quyết định chọn vật liệu là que kem bằng gỗ để gia công

Do khuôn khổ kích thước cần nhỏ gọn để đảm bảo các em nhỏ (từ đến tuổi) có thể 3 6 thực hiện được nên nhóm đưa ra bộ kích thước các khâu như sau:

Hình 2.3 Kích thước chế tạo cơ cấu Pantograp

2.3 Mô phỏng chuyển động cơ cấu pantograp

Trên cơ sở kích thước động các khâu và tư vấn của thầy hướng dẫn nhóm chúng em lựa chọn phần mềm Sam 6.1 để mô phỏng 2D và phần mềm solid work để mô phỏng 3D lại chuyển động của cơ cấu

Hình 2.3 Mô phỏng cơ cấu Pantograp bằng phần mềm Sam 6.1

Hình 2.3 Mô phỏng cơ cấu Pantograp bằng phần mềm Solid work 2018

Kết quả mô phỏng cho thấy đường tròn được tạo ra lớn gấp 3/5 lần đường trong nhỏ ban đầu, thể hiện kết quả tính toán và mô phỏng chính xác, tin cậy

Chương 3: GIA CÔNG SẢN PHẨM

3.1 D ng c và nguyên vụ ụ ật liệu.

Dụng c gia công c a nhóm gụ ủ ồm:

- 10 que kem

- Keo nến

- 1 chiếc thước k ẻ

- 2 chiếc ruột bút bi

- 1 Tô vít

- 1 chi c bút màu tr em ế ẻ

- 1 chiếc vỏ bút để đút được bút màu qua

- 1 chiếc kéo

3.2 Các bước th c hi n ch t o s n phự ệ ế ạ ả ẩm.

- Bước 1: Dùng thước k , kéo và keo nẻ ến để ạo ra các khâu có kích thước như yêu cầ t u

- Bước 2: Xếp các khâu vào v trí giị ống cơ cấu để ạch dấ v u các lỗ đút chốt

- Bước 3: Đánh dấu vị trí các lỗ

- Bước 4: Dùng tô vít khoan l ỗ và đút chốt là ruột bút bi vào các que kem

- Bước 5: Dùng kéo c t ruắ ột bút bi còn thừa đi

- Bước 6: Dùng kéo và keo n n g n 1 ph n v bút bi vào 2 phế ắ ầ ỏ ần đàu vào và đầu ra trên các que kem

- Bước 7: Gắn bút màu vào đầu ra

- Bước 8: Cố định cơ cấu xu ng giá và hoàn thi n mô hình ố ệ

3.3 Ch y thạ ử và điể u ch nh mô hình ỉ

Sau khi ch t o mô hình xong ta ti n hành ch y th ế ạ ế ạ ử và điều ch nh ỉ

- Mô hình chạy thử ầ l n 1 sau khi ch t o xong ế ạ

Kết quả cho thấy hình được tạo ra tương đối gi ng vố ới hình ban đầu, t lỷ ệ đảm bảo nhưng vẫn còn chưa sao chép hết hình dạng chuân

Nguyên nhân: Kích thước các khâu chưa chuẩn, bút đặt ở vị trí nghiêng, ba điểm gốc (giá), bút màu hồng và màu đỏ chưa thẳng hàng

Dựa trên kết quả thu được và nguyên nhân nhận ra, nhóm ti n hành ch nh s a mô hình ế ỉ ử

- Mô hình chạ thử ầ y l n 2

Kết quả chính xác và rõ nét hơn Mô hình ch t o ra tin c y và s dế ạ ậ ử ụng được