Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (4)

Trước những tình hình thực tế đó, đề tài “ Nghiên cứu, tính toán, thiết kề máy quấn dây diều sáo “ đặt ra nhằm giải quyết những bất tiện, hỗ trợ người sử dụng có trải nghiệm thả diều tốt

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồng Nai, 2022

Mục lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Đặt vấn đề: 5

1.2 Mục tiêu nghiên cứu: 6

1.3 Lý do chọn đề tài: 7

1.4 Ý nghĩa khoa học của đề tài: 8

1.5 Các loại quấn diều trên thị trường: 8

1.5.1 Quấn dây truyền thống: 8

1.5.2 Quấn dây bằng guồng quấn: 9

1.5.3 Tay cầm quấn dây diều: 10

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

2.1 Nội dung nghiên cứu: 12

2.2 Phương pháp nghiên cứu: 12

2.2.1 Nghiên cứu tổng quan: 12

2.2.2 Nghiên cứu lý thuyết: 12

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 13

3.1 Yêu cầu kỹ thuật: 13

3.2 Nguyên lý họat động của máy: 14

3.3 Tính toán cơ cấu: 15

3.3.1 Phần điện: 15

3.3.2 Phần cơ khí: 17

3.4 Thiết kế cơ cấu: 20

3.4.1 Toàn bộ chi tiết máy: 20

3.4.2 Các chi tiết của máy: 22

3.4.3 Các chi tiết khác: 29

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP 33

4.1.Tính mới và tính sáng tạo: 33

4.2 Khả năng áp dụng: 33

4.3 Hiệu quả kỹ thuật: 33

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

Danh mục hình ảnh

Hình 1: Hình ảnh thả diều sáo 6

Hình 2: Sản xuất diều sáo 7

Hình 3: Cuộc thi thả diều sáo ở Hà Tĩnh 8

Hình 4: Tai nạn khi thả diều 9

Hình 5: Cuộn quấn dây truyền thống 10

Hình 6: Guồng quấn dây 11

Hình 7: Guồng quấn khá to và bất tiên 11

Hình 8: Tay cầm quấn dây diều 12

Hình 9: Máy quấn dây đã được cải tiến và hoàn thiện 13

Hình 10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động 16

Hình 11: Động cơ 12V 17

Hình 12: Pin 18

Hình 13: Hai bộ đĩa và dây xích 20

Hình 14: Bộ phận căng xích 20

Hình 15: Thiết kế Solidwork 22

Hình 16: Chi tiết máy quấn dây diều sáo 23

Hình 17: Bản vẽ Solidwork động cơ 12V 25

Hình 18: Đĩa xích nhỏ 31

Hình 19: Đĩa xích lớn 31

Hình 20: Bộ truyền xích 32

Hình 21: Diều sáo sải cánh 2m5 33

Hình 22: Dây amiang (kevlar) 34

Bảng 1: Tên gọi chi tiết các bộ phận 23

Bảng 2: So sánh thả diều bằng tay và bằng máy 36

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đã làm thay đổi cách thức con người làm việc và kết nối với nhau, tác động mạnh mẽ vào lĩnh vực cơ điện tử Dây chuyền tự động hóa, xe tự lái, robot… chính là các hướng phát triển của Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử Đất nước ta đang trong quá trình đổi mới với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế đặc biệt kể từ khi chúng ta là thành viên của tổ chức thương mại quốc tế WTO

Để đáp ứng nhu cầu công nghiệp hóa-hiện đại hóa, chúng ta vẫn luôn nghiên cứu, chế tạo và cải tiến những máy móc, công cụ để hỗ trợ tốt hơn cho cuộc sống Máy móc, công cụ luôn là người bạn hỗ trợ chúng ta để giúp hoàn thành công việc một cách nhanh chóng, tiện lợi, an toàn

Khi mùa hè đến cũng là lúc thú vui thả diều cùng đến theo Không chỉ là một trò chơi đơn thuần, thả diều còn là nét đặc trưng văn hóa lâu đời của dân tộc Việt Nam Thả diều là bộ môn giải trí hấp dẫn với mọi lứa tuổi, phong trào thả diều ngày càng thịnh hành hơn, đặc biệt là diều sáo Khi quan sát mọi người thả diều sáo, con diều sáo khi được thả ra sẽ khá nặng và lúc thu dây vô cùng mất thời gian, sức lực Trước những tình hình thực tế đó, đề tài “ Nghiên cứu, tính toán, thiết kề máy quấn dây diều sáo “ đặt ra nhằm giải quyết những bất tiện, hỗ trợ người sử dụng có trải nghiệm thả diều tốthơn

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian nghiên cứu tài liệu, giáo trình kết hợp với quan sát tình hình thực tế khuvực thả diều xung quanh Với sự nỗ lực, tìm tòi học hỏi của thành viên nhóm, sự

hướng dẫn tận tình của thầy: TH.S Nguyễn Thiện Tài và những lời góp ý của Hội

đồng khoa Cơ điện-điện tử trường Đại học Lạc Hồng trong hai lần báo cáo tiến độ, đồ

án tốt nghiệp của nhóm đã hoàn thành các nội dung được giao theo đúng thời gian quyđịnh

Trân trọng, Biên Hòa, ngày 1 tháng 6 năm 2022

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề:

Trong xã hội ngày nay, khi mà hiện đại hóa, công nghiệp hóa đang là mục tiêu

hàng đầu của mỗi quốc gia, sự vượt trội về công nghệ là điều mỗi nước đều theo đuổi nhằm đạt được sự ưu việt nhất trong quá trình sản xuất, không chỉ có ý nghĩa về mặt lợi nhuận mà còn có ý nghĩa khẳng định sự thành công trong thương trường khi áp dụng được những công nghệ tiên tiến nhất Tại Việt Nam khi mà việc áp dụng khoa học công nghệ còn chưa cao và chưa được thực hiện trên quy mô lớn thì việc hiện đại hóa các quy trình sản xuất càng bức thiết hơn bao giờ hết Thực tế tại các doanh nghiệp ở nước ta hiện nay đang sử dụng hàng trăm lao động cho một khâu sản xuất,

việc quản lý lao động trở nên phức tạp và sản phẩm làm ra còn tùy thuộc vào lao độngnhư tình trạng sức khỏe, kinh nghiệm, tay nghề Trong khi đó, những nước phát triển

đã sản xuất ra số lượng sản phẩm đúng với số lượng ta đã làm được chỉ với những thiết bị máy móc và chỉ sử dụng một nhân công duy nhất để trông coi trong trường hợp máy móc bị sự cố kỹ thuật Việc tự động hóa trong sản xuất sẽ đưa ra những sản phẩm với chất lượng đúng như mong muốn và tiết kiệm chi phí sản xuất Chính sự khác biệt trong công nghệ đã mang những nước phát triển đến với một tầm cao vượt

xa chúng ta Điều đó không có nghĩa là chúng ta sẽ không đuổi kịp các nước tiên tiến

mà đó là động lực thúc đẩy, là mục tiêu cho sự phấn đấu tìm hiểu và phát triển khoa

học kỹ thuật để sánh vai cùng các nước tiên tiến hiện nay trên thế giới

Hình 1: Hình ảnh thả diều sáo.

Với mỗi chúng ta, ai cũng đã từng có một tuổi thơ ngắm nhìn nhũng cánh diều bay trên trời cao Không chỉ là một trò chơi đơn thuần, thả diều còn là nét đặc trưng văn hóa lâu đời của dân tộc Việt Nam Thả diều thể hiện khát vọng tự do, cánh diều bay bổng chở bao nhiêu ước mơ tốt đẹp của những đứa trẻ Ngoài ra, việc thả diều còngiúp rèn luyện tính kiên nhẫn và sự dẻo dai, giúp trẻ có thêm nhiều trải nghiệm thú vị vào dịp nghỉ hè Và giờ đây, phong trào thả diều ngày càng thịnh hành hơn, đặc biệt làdiều sáo.

Hình 2: Sản xuất diều sáo (nguồn: Facebook: Đoàn Trung – một sinh viên trường

Đại học Lạc Hồng đang kinh doanh sản xuất diều sáo)

1.2 Mục tiêu nghiên cứu:

 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy quấn cuộn dây thả diều nhằm nâng cao tốc

độ, không rối dây, tiện lợi khi thả diều sáo có sải cánh 2,5-5m Tính toán, thiết

kế, sử dụng cơ khí và điều khiển

Hình 3: Cuộc thi thả diều sáo ở Hà Tĩnh.

1.3 Lý do chọn đề tài:

Khi quan sát ở các bãi diều, hội chơi diều sáo và những người bạn có thả diều sáothì lúc thả rất dễ dàng nhưng khi thu dây lại còn khá nhiều bất tiện Không nhữngrất nặng vì diều to mà còn vô số những bất tiện khác như: rối dây, vướng dây, tốn

thời gian, mỏi tay, Để giải quyết vấn đề đó, nhóm chọn đề tài " Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy quấn dây diều sáo" nhằm giúp người thả diều thu dây

một cách nhanh chóng, an toàn và hiệu quả

Hình 4: Tai nạn khi thả diều.

1.4 Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Tính toán, thiết kế chế tạo máy quấn cuộn dây tự động phù hợp cho người sử dụng,mang đến hiệu quả và sự tiện lợi

Thiết kế các chi tiết thiết bị, mô phỏng số bằng phần mềm Solidworks với cácthông số cần mô phỏng để đánh giá

1.5 Các loại quấn diều trên thị trường:

1.5.1 Quấn dây truyền thống:

Hình 5: Cuộn quấn dây truyền thống.

*Ưu điểm:

-Nhỏ gọn, dễ mang theo.

-Nhẹ

*Nhược điểm:

-Chứa được rất ít dây, với dây dày dành cho diều sáo thì sẽ ít hơn

-Phải quấn bằng tay gây mỏi tay, mất thời gian,…

1.5.2 Quấn dây bằng guồng quấn:

Hình 6: Guồng quấn dây.

-Khá bất tiện khi di chuyển.

Hình 7: Guồng quấn dây khá to và bất tiện

1.5.3 Tay cầm quấn dây diều:

Hình 8: Tay cầm quấn dây diều.

-Không phù hợp với diều sáo

-Rất dễ trượt tay khi sử dụng

Tổng quan:

- Các tính năng:

+ Được làm bằng những chất liệu chắc chắn, có độ bền cao

+ Nhanh chóng và dễ dàng khi thu dây lúc thả diều

+ Tay cầm dài là điều tuyệt vời để thoải mái khi sử dụng

+ Máy đáp ứng được tốc độ gió vào mùa gió đối với cả trời đang bão lên tới hơn 60km/h, phù hợp cho các loại diều sáo 2,5m-5m sử dụng dây amiang chất liệu cực tốt.

- Mô tả:

+ Chóng nóng, sốc

+ Thích hợp cho nhiều loại diều

+ Có thể tự do xử lý tình huống khi thả diều một cách dễ dàng

+ Được gia công từng chi tiết tỉ mỉ

Hình 9: Máy quấn dây đã được cải tiến và hoàn thiện.

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu những cuộn dây thả diều ngoài thị trường và trên internet

- Thiết kế và lựa chọn chi tiết, thiết bị để ra sản phẩm đúng mong muốn

2.2 Phương pháp nghiên cứu:

2.2.1 Nghiên cứu tổng quan:

-Qua sách báo, giáo trình, internet, … chọn lọc các thông tin kiến thức tổng quan

2.2.2 Nghiên cứu lý thuyết:

Nghiên cứu các kết quả về máy và đo lực của sản phẩm trong và ngoài nước thôngqua sách, giáo trình và các bài báo, một số thiết bị và các cụm máy đã được ứngdụng

Sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng phân tích lựa chọn ra các thiết bị và

cơ cấu phù hợp

Trên cơ sở đó tìm hiểu về công nghệ, thiết bị và những kinh nghiệm chuyên môn,tiếp thu có chọn lọc những ưu khuyết điểm làm cơ sở cho quá trình nghiên cứunhằm tiết kiệm thời gian, chi phí nghiên cứu và đem lại hiệu quả nhất

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 3.1 Yêu cầu kỹ thuật:

- Tốc độ thu dây 15m/p

- Lực kéo yêu cầu lớn hơn 200N/m

- Thời gian hoạt động liên tục lớn hơn 2 giờ

- Trọng lượng dưới 5 kg

- Dây không bị tụt ra khi không thu về

- Tháo lắp, thay thế cuộn thu dây mới dể dàng

- Đơn giản dể sử dụng

3.2 Nguyên lý họat động của máy:

Hình 10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động.

Khi công tắc đóng, nguồn năng lượng được lấy từ pin cung cấp cho động cơ làmcho động cơ quay Khi động cơ quay sẽ làm nhông xích quay từ đó lực sẽ truyền đếndĩa xích thông qua dây xích, sau đó dĩa xích truyền lực lần lượt đến líp một chiều vàlàm cuộn dây thu lại

Trường hợp công tắt mở, động cơ không quay, khi đó diều tác động một lựchướng ngược lại thì lúc đó cụm cơ cấu líp một chiều và tay cầm có công dụng giữ chocuộn dây không thể chuyển động

3.3 Tính toán cơ cấu:

3.3.1 Phần điện:

- Công suất định mức động cơ: 50W

- Điện áp định mức: U = 12V

- Dòng điện định mức: I = 4.16A

 Thời gian hoạt động liên tục động cơ: t~2,4 giờ

Dùng để tải lực từ động cơ lên bánh răng truyền lực

Hình 11: Động cơ 12V.

Hình 12: Pin.

– Sử dụng liên tục 3~4 giờ.

– Lọai pin: li-ion

– Điện thế 36V

– Dung lượng Pin: 10000 mAh

Biến đổi điện năng thành cơ năng lên động cơ

*Ưu điểm: dung lượng pin nhiều xài được lâu, phù hợp với công suất hoạt động

của động cơ

*Nhược điểm: to, chiếm một phần khá lớn trên máy quấn dây.

3.3.2 Phần cơ khí:

Cơ cấu truyền xích:

Lí do: Nhỏ gọn, chi phí vừa phải, phổ biến, dễ mua.

*Ưu điểm: Chống trượt trong quá trình hoạt động, thời gian.

– Bộ truyền xích có khả năng tải cao hơn, kích thước nhỏ gọn hơn so với bộ truyền đai

– Bộ truyền xích có thể truyền chuyển động giữa hai trục xa nhau, mà kích thước của

– Bộ truyền xích có vận tốc và tỷ số truyền tức thời không ổn định

– Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn

– Yêu cầu chăm sóc, bôi trơn thường xuyên trong quá trình sử dụng

– Bản lề xích mau bị mòn, và có quá nhiều mối ghép, nên tuổi thọ không cao

– Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 7 Tỷ số truyền tối đa không nên quá 15.

– Hiệu suất trung bình trong khoảng 0,96 đến 0,98

Hình 13: Hai bộ đĩa và dây xích.

– Bánh răng truyền lực từ động cơ là 12 răng

– Bánh răng nhận lực từ bánh răng truyền lực thông qua dây xích là 41 răng

Mục tiêu: có được số răng của 2 đĩa có thể tính ra được tỉ số truyền của động cơ.

Công dụng bộ phân căng xích trong máy:

– Tránh bị trật xích

– Vận hành êm ái

– Tặng xích tự động, không cần điều chỉnh

Đường kính sử dụng của cuộn dây d = 78mm.

Tỉ số truyền tính từ bánh răng truyền động gắn với trục động cơ = 84/42 = 2

 Tốc độ quay của cuộn dây = 2x tốc độ quay động cơ

 Momen xoắn được tính bằng công thức T = (P x 9,55)/n = (50 x 9,55)/15 =31,8Nm

T: momen xoắn

P: công suất động cơ

n: tốc độ động cơ (vòng/phút)

 Tỉ số chuyền của hai bánh răng là TSC = TC/SC = 12/41 = 0,3

 Lực cản của gió được tính bằng công thức F=A x P x Cd

 Theo như tìm hiểu thì hệ số cản là 0,2

Mục tiêu: tính A(tiết diện diều), P(áp lực gió) và hệ số cản Cd để tính ra được lực cản

của gió

Suy ra lực cản của gió F = A x P x cd = 3,9 x 383,125 x 0,2 = 298N

Mục tiêu: có lực cản của gió để tính ra được lực của người cầm máy quấn dây để thả

diều cần dùng lực trung bình bao nhiêu là vừa sức

3.4 Thiết kế cơ cấu:

3.4.1 Toàn bộ chi tiết máy:

Solidwork.

Hình 16: Chi tiết máy quấn dây diều sáo.

Bảng 1: Tên gọi chi tiết các bộ phận.

3.4.2 Các chi tiết của máy:

1. Cuộn dây:

Cuộn dây là bộ phận để giữ và nhận dây Nằm ở trung tâm máy và sẽ xoay khi thu hoặc thả diều.

Vỏ bọc có tác dụng làm cho máy quấn dây trông gọn gàng và chủ yếu là để bảo vệ bộ truyền động khỏi các lực tác động từ bên ngoài có thể gây hư hỏng.

Chất liệu được làm bằng nhựa cứng

4 Tay nắm chính (Right):

Là tay nắm bên phải của máy, có tác dụng cầm nắm khi thả diều Tay nắm chính cũng

là bộ phận liên kết với các bộ phận quan trọng khác như: Pin, động cơ,

5 Cụm tay nắm phụ:

Tay nắm phụ là tay nắm bên phải của máy Là bộ phận người sử dụng có thể cầm nắm khi thả diều

6 Cơ cấu đĩa cam 1 chiều:

Đĩa cam quay một chiều có tác dụng là khi thả nhờ có sức gió đẩy diều lên, để đảm bảo an toàn có găng tay đeo chống ma sát gây chấn thương lên tay, sau đó cầm dây diều thả ra từ từ để diều bay lên Còn khi đĩa cam quay một chiều là khi thu dây về, người dùng chỉ cần bấm công tắc, sau đó diều sẽ được kéo xuống

7 Cơ cấu tăng xích:

Cơ cấu tăng xích có tác dụng làm căng dây xích, chống trượt răng, giúp ổn định độ quay của máy

3.4.3 Các chi tiết khác:

1 Đĩa xích nhỏ:

Hình 18: Đĩa xích nhỏ.

Đĩa xích nhỏ là bộ phận gắn với trục động cơ

Công dụng: truyền chuyển động từ động cơ tới xích dẫn

Hình 20: Bộ truyền xích.

Công dụng: bộ truyền xích truyền chuyển động và momen xoắn giữa 2 trục khá xanhau, làm việc theo nguyên lý ăn khớp

*Ưu điểm: +Truyền chuyển động cho 2 trục xa nhau.

+Lực tác dụng lên trục bé do không cần căng xích

+Không có hiện tượng tương trượt+Có thể truyền chuyển động cho nhiều trục đồng thời+Kết cấu nhỏ gọn

*Nhược điểm: +Do có va đập nên gây ồn vì vậy bô truyền xích phù hợp với vận

tốc thấp

+Tỉ số truyền không ổn định

+Chế tạo, lắp ráp, bảo dưỡng phức tạp

+Dễ bị trùng xích( đã khắc phục bằng bộ tăng xích)

3.4.5 Thông tin về diều và dây thả của máy quấn dây:

Từ những tính toán và mục tiêu của máy, sử dụng diều sáo với sải cánh dài 2m5 và dây làm bằng chất liệu amiang đường kính 1li6

Hình 21: Các loại diều sáo tại một cuộc thi thả diều.

– Khung diều thường được làm bằng chất liệu tre, inox, cacbon để cố định chắc chắn phần khung diều

– Cánh diều thường được làm bằng chất liệu nilon, vải dù

– Bộ phận đuôi diều giúp diều được ổn định hơn khi thả, có thể tháo lắp ra dễ dàng

*Ưu điểm:

 Cánh diều làm bằng chất liệu nhẹ, căng gió giúp diều dễ dàng bay lên hơn

 Khung diều chắc chắn có thể chịu được lực gió lớn

 Với sải cánh lớn diều có thể dễ dàng bay lên với một lần thả khi có gió

*Nhược điểm:

 Diều sáo thường rất lớn, cơ cấu khá phức tạp

 Thời gian lắp khung và cánh diều lâu

 Vì chịu áp lực gió lớn nên khi sử dụng dây với chất liệu không tốt rất dễ bị đứt dây dẫn tới mất diều

 Giá thành cao

Hình 22: Dây amiang (kevlar)

– Bề ngang dây rộng 1li6 phù hợp với diều sáo 2m5

– Tổng chiều dài dây amiang dùng để thả diều dài 500m

– Dây kevlar được dệt từ sợi amiang chuyên dụng dành cho thả diều

– Dây amiang chịu được nhiệt độ cao (đốt không cháy) khi thả lên ma sát với dây khác nóng dây nên dây sẽ không bị đứt bị chảy như dây cước