Bài tập lớn Thiết kế kĩ thuật Máy nhặt banh tennis

LỜI NÓI ĐẦU Trong tình hình khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển như hiện nay, vấn đề phát triển các sản phẩm công nghiệp ngày càng đóng vai trò quan trọng, nó có ý nghĩa thiết thực tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA_ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍBộ Môn Cơ Sở Thiết Kế Máy



GVHD: HUỲNH CƠNG LỚN Nhĩm Thực Hiện: Nhĩm 05

MỤC LỤC

Trang

I Phân Tích Nhiệm Vụ Thiết Kế 4

II Lập Kế Họch Cho Công Việc Thiết Kế 6

V Đánh Giá Ý Tưởng Chọn Phương Án Thiết Kế 13

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tình hình khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển như hiện nay, vấn đề phát triển các sản phẩm công nghiệp ngày càng đóng vai trò quan trọng, nó có ý nghĩa thiết thực trong sản xuất và trong phục vụ đời sống con người, trực tiếp là các sản phẩm đáp ứng nhu cầu thiết yếu của cuộc sống như ăn, mặc và giải trí Càng ngày càng có nhiều doanh nghiệp sản xuất cùng một mặt hàng, sự cạnh tranh ngày càng quyết liệt Vì lẽ đó việc tìm tòi phát triển và đưa ra thị trường những sản phẩm mới có vai trò rất quan trọng trong việc tồn tại của các doanh nghiệp trong đó một trong những mấu chốt là phải có thiết kế phù hợp Thiết kế phải đảm bảo vừa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của khách hàng, vừa phải đảm bảo tính công nghệ và tính kinh tế, giảm giá thành sản xuất.

Như vậy ta có thể nhận thấy rằng việc tìm ra các thiết kế tốt đóng vai trò cực kì quan trọng, mặc dù nó chỉ chiếm tỉ trọng trong giá trị sản phẩm là 15%.

Để bắt đầu làm quen với cách thức thiết kế một sản phẩm có chất lượng, chúng em chọn đề tài là thiết kế xe nhặt banh tennis Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế, do kiến thức còn hạn chế, thời gian lại ít nên không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em kính mong GVHD và hội đồng kiểm tra thông cảm và bỏ qua những thiếu sót không đáng có này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Công Lớn đã giúp đỡ chúng em tận tình trong suốt thời gian hoàn thành bài tập lớn này

I PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1 Thành lập nhóm thiết kế:

Nhóm thiết kế đóng vai trò vô cùng quan trọng, quyết định đến sự thành công của sản phẩm thiết kế Sau khi thảo luận nhóm chúng tôi được thành lập gồm có 8 thành viên Mỗi thành viên có những sở thích, tính cách khác nhau, đảm nhiệm các vai trò khác nhau trong nhóm thiết kế

1 Đặng Quốc Doanh

 Sở thích : ca nhạc, xem phim, thể thao, thích khám phá khoa học.

 Tính cách : Là người chín chắn, tự tin,đáng tin cậy có khả năng làm rõ các mục

tiêu và triển khai các ý tưởng

 Vai trò : người điều phối (trưởng nhóm)

2 Lê Minh Hiếu

 Sở thích : nghe nhạc, bóng đá, du lịch, vi tính, khám phá

những điều mới lạ

 Tính cách : là người biến ý tưởng thành công việc thực tế.

Rất quả quyết, có kỷ luật và hiệu quả, thường lo lắng đến

tiến độ của công việc

 Vai trò : người lập kế hoạch.

3 Trần Minh Tú

 Sở thích : thể thao, du lịch, đam mê xe môtô.

 Tính cách : người giàu trí tưởng tượng, năng động, thẳng

thắng, quyết đoán, tư tưởng độc lập

 Vai trò : người sáng tạo.

4 Phùng Hưng

 Sở thích : game, âm nhạc, bóng đá, du lịch, công nghệ thông

tin

 Tính cách : sống nội tâm, biết lắng nghe, suy nghĩ rồi mới

phát biểu Cách suy nghĩ thực tế dựa vào hoàn cảnh cụ thể

có tính khách quan, quyết đoán, đưa ra các quyết định chính

xác

 Vai trò : người giám sát và đánh giá.

5 Trần Minh Thắng

 Sở thích : thể thao, đọc truyện tranh, xem phim, thích phát

minh sáng chế

 Tính cách : sống nội tâm có khả năng giải quyết những bài

toán khó, có cách suy nghĩ theo lý thuyết, làm việc theo kế

 Vai trò : người khám phá.

6 Trần Chí Diễn

 Sở thích : vi tính, nghe nhạc, bóng rổ, du lịch

 Tính cách : có kỷ luật, có tổ chức, điềm tỉnh, không nao

núng, thực tế, tâm trạng vững vàng Hoàn thành công việc

đúng tiến độ

 Vai trò : người thực thi.

7 Khâu Đình Qui

 Sở thích : đọc sách, thể thao, chơi game, du lịch

 Tính cách : tính tình ôn hòa, nhiệt tình, có khả năng thiết lập

tình cảm trong nhóm, hòa giải mâu thuẫn trong nhóm

 Vai trò : người chăm sóc nhóm.

8 Đặng Huy Nhựt

 Sở thích : du lịch, công nghệ thông tin, thích tìm hiểu máy

móc cơ khí

 Tính cách : sống nội tâm, tỉ mỉ, cần cù chịu khó, có trật tự

ngăn nắp Làm việc thực tế hơn là ý tưởng Hoàn thành

công việc đúng thời hạn hay lo lắng đến tiến độ của công

việc

 Vai trò : người hoàn chỉnh sau cùng.

1.2 Phát biểu bài toán thiết kế:

Đời sống ngày càng được nâng cao nhu cầu về giải

trí, chơi thể thao ngày càng tăng Ngày nay, tennis là môn

thể thao khá là phổ biến

Nếu như có dịp nào đó bạn đến sân bóng tennis để xem thì các bạn sẽ thấy: Đối với những người đã sành sỏi thì dường như không có vấn đề gì lớn lao cả Thế nhưng đối với dân mới tập tành chơi môn này thì lại có nhiều điều phiền toái Một người mới vừa học chơi tennismỗi lần tập phải sử dụng khá nhiều bóng, khi đánh qua một loạt thì bóng vung vải khắp cả sân lúc này người chơi đã thấm mệt mà còn phải cúi khom người nhặt từng quả bóng trên sân vừa tốn nhiều công vừa mất thời gian Chúng ta đang sống trong một thời đại khoa học kỹ thuật vô cùng phát triển nó đòi hỏi cần phải giảm bớt lao động bằng chân tay Cũng với mục tiêu đó mà nhóm chúng đã chọn đề tài thiết kế một cái máy có khả năng nhặt banh nhanh nhất, hiệu quả nhất, đơn giản, dễsử dụng, giá thành rẻ Vì đây là lần đầu tiên nhóm thiết kế một sản phẩm cơ khí nên

rất mong sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy và các bạn Nhóm chúng tôi sinh chân thành cảm ơn!

II LẬP KẾ HOẠCH CHO CÔNG VIỆC THIẾT KẾ

2.1 Phân tích nhiệm vụ thiết kế

 Mô tả nhóm thiết kế, dựa vào khả năng của từng người sẽ được giao các nhiệm vụ thích hợp trong quá trình thiết kế

 Thảo luận, quan sát, khảo sát thực tế chọn đề tài thiết kế

Thời gian: tuần 2, 3

Nhân lực: cả nhóm

2.2 Lập kế hoạch thực hiện

 Sắp xếp trình tự các công việc, thời gian hoàn thành sao cho hiệu quả kịp tiến độ

 Sử dụng biểu đồ thanh để thiết lập lịch trình công việc thiết kế

Thời gian: tuần 4

Nhân lực: Hiếu, Doanh

2.3 Xác định các yêu cầu kỹ thuật của bài toán thiết kế

 Xác định yêu cầu khách hàng về sản phẩm của nhóm chuẩn bị thiết kế, khả năngcạnh tranh trên thị trường

 Sử dụng “ngôi nhà chất lượng” (phương pháp QFD) xác

định các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

Thời gian: tuần 5

Nhân lực: Nhật, Diễn

2.4 Đưa ra ý tưởng cho bài toán

Tham khảo các tài liệu, các thiết kế liên quan, đánh giá ưu, thuyết điểm, đưa ra nhiều phương án thiết kế để thảo luận lựa chọn

Thời gian: tuần 6,7

Nhân lực: cả nhóm

2.5 Đánh giá ý tưởng chọn phương án thiết kế

Sử dụng ma trận đểå đánh giá các ưu điểm, khuyết điểm của từng phương án,chọnlựa một phương án thiết kế tối ưu nhất để tiến hành triển khai thiết kế

Thời gian: tuần 8,9

Nhân lực: Qui, Tú

2.6 Tính toán thiết kế sản phẩm

Tính toán thiết kế chi tiết các bộ phận, lựa chọn vật liệu thích hợp, tính toán sức bền, thiết kế hình dáng các chi tiết, xây dựng bản vẽ chung, bản vẽ lắp, bản kê chi tiết,bản vẽ chi tiết

Thời gian: tuần 10,11

Nhân lực: cả nhóm

2.7 Đánh giá sản phẩm

Dựa vào các chỉ tiêu để đánh giá như: khả năng làm việc, giá thành sản phẩm, khả năng chế tạo, khả năng lắp ráp độ tin cậy, khả năng thử nghiệm, bảo trì, khả năng bảo vệ môi trường

Thời gian: tuần 12

Nhân lực: Hưng

2.8 Viết bài thuyết trình: tổng hợp các kết quả thành một báo cáo hoàn chỉnh.

Thời gian: tuần 13

Nhân lực: Thắng

2.9 Báo cáo:

Thời gian: tuần 14

Nhân lực: cả nhóm

III XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT

1 Xác định yêu cầu khách hàng

1.1 xác định khách hàng là ai?

 Qua quan sát thực tế tại các sân Tennis, trong khi tập luyện điều làm người tập mất thời gian nhất chính là dành thời gian để nhặt bóng sau một đợt tập

 Mỗi đợt tập có đến khoảng 50-70 quả bóng, để nhặt hết số lượng bóng trên mấtkhoảng 10 -20 phút để đưa số bóng trên về vị trí tập

 Vấn đề thứ hai ở đây chúng ta cần phải nhắc đến là tiền thuê sân chơi Tennis không phải là rẻ, do đó làm sao để tận dụng được thời gian tập luyện càng nhiều thì càng kinh tế

=> Đó là hai điểm chủ chốt để phát triển sản phẩm

F Từ những điều nêu trên cho thấy khách hàng của sản phẩm Máy Nhặt Banh của nhóm chúng em là những người mới tập chơi Tennis nói chung

1.2 Yêu cầu của khách hàng:

Yêu cầu mà khách hàng( những người chơi Tennis) đặt ra là:

 Máy phải gọn nhẹ

 Máy phải dể điều khiển

 Số lượng nhặt bóng cho một lần phải nhiều

 Phải có hệ thống lấy bóng ra sau khi nhặt đơn giản, càng ít thao tác càng tốt

 Máy phải chắc chắn

 Thời gian sử dụng lâu

 Dễ bảo trì

 Không làm trầy bóng

 Đặc biệt giá thành sản phẩm phải rẻ hợp túi tiền

Những yêu cầu của khách hàng như trên được biên dịch thành những thơng số kỹ thuật được thể hiện trong ngơi nhà chất lượng

2 Ngôi nhà chất lượng

IV Đưa ra ý tưởng:

1.Tài liệu tham khảo các sản phẩm hiện có trên thị trường:

Tham khảo 1 Tham khảo 2

2 Đưa ra ý tưởng:

ược điểm :khĩ chế tạo và lắp đặt , và cĩ thể

làm văng banh ra ngồi khi 2 thanh gạt di

ược điểm : chiếm diện tích lớn ,khĩ di

chuyển đi xa được vì vậy bất tiện khi di

chuyển từ sân banh này qua sân banh khác

2.3 Ý tưởng 3:

Ưu

điểm : gọn nhẹ , dễ lấy banh ,dễ di chuyển từ sân

này qua sân khác , dễ chế tạo

Nh

ược điểm : hốt được ít banh ( số lượng banh lấy được

cịn tùy thuộc vào chiều ngang của dụng cụ ) , và banh

cĩ thể bị rơi ra ngồi

ược điểm :chế tạo khĩ vì cần độ chính

xác cao khi tính tốn khoảng cách giữa các

ược điểm : khĩ chế tạo cĩ phần bất tiện khi

di chuyển ,chiếm diện tích lớn

2.6 Ý tưởng 6:

Ưu điểm: dễ chế tạo ,hốt được nhiều banh

Nhược điểm: thùng đựng banh nhỏ ,và cĩ thể

làm banh văng ra xa khi các thanh gạt di

chuyển

2.7 Ý tưởng 7:

Ưu điểm: Lấy được nhiều banh cùng lúc.

Nhược điểm: Cơ cấu điều khiển rất phức tạp,

khó chế tạo

2.8 Ý tưởng 8:

Ưu điểm: Lấy được nhiều banh

Nhược điểm: Khó chế tạo, cần độ chính xác

cao

2.9 Ý tưởng 9:

Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, hốt được

nhiều banh

Nhược điểm: Tốn nhiều sức.

V ĐÁNH GIÁ Ý TƯỞNG, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ:

Trước những ý tưởng đề ra, khó có thể quyết định được Do đó ta đưa chúng vào

ma trận quyết định để so sánh với yêu cầu của người sử dụng, để từ đó đưa ra một quyết định khách quan, lựa chọn phương án tối ưu nhất để phát triển đến kết quả cùng

Dựa vào ma trận quyết định, nhóm đã thống nhất chọn ý tưởng 2 làm ý tưởng để xây dựng sản phẩm

VI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM:

6.1 Các thông số của xe:

Kích thước của xe là: dài 1000 mm

rộng:550 mm

cao:1000-1200

Khối lượng xe là:10Kg

vận tốc người đẩy xe là:3Km/h

(Nhóm chọn giai tốc trọng trường g=10m/s2)

Thùng đựng bóng có kích thước là:

Chiều cao thùng 180

Chiều cao miệng thùng :150

Chiều rộng thùng chứa :360

Chiều dài thùng :600

6.2 Tính toán sức bền:

6.2.1 Tính toán trục:

Máy cĩ 4 bánh xe nhờ tính chất đối

xứng,nên tăng được tính ổn định của cơ

cấu ,cũng như cải thiện được điều kiện làm

việc của cơ cấu

Q: Là trọng lượng của xe khi đầy

bĩng trừ đi cơ cấu bánh xe

F: Là lực cũa người tác dụng lên bánh

xe

Xét mặt phẳng yoz

Vì tính chất đối xứng:

Biểu đồ momen

Xét mặt phẳng xoz

Tương tự ta có

Mặt cắt nguy hiểm từ mặt A-A đến mặt B-B

Với các thông số có như sau

a:khoảng cách từ bánh xe tới ngõng trục

c

F

Q F R R R R

R R Q F F

BX AX

Y

Y BY BY BY AY

BY AY y

y

* 2

4

0 )

4 2 2 ( 0

2

4 2

( ) 2 (F Cos a F Sin Q a M

0 

td

M

d 

Q=(6*8*2*(0,005;0.007)+10)*g=105N

Tiến hành thay số vào ta có kết quả sau

d>=3.68mm

Vật liêu chúng tôi chọn thép

Đường kính trục chọn theo tiêu chuẩn

d =10mm

hình dạng trụctính toán chọn ổ lăn

Phát biểu bài toán ổ lăn các dữ liệu

sau:

Lực hướng tâm

Vận tốc đẩy xe là:V=5Km/h

Đường kính trục :d=10

Dự đoán thời gian sử dụng là Lh=8000 h

Vậy ta có vận tốc vòng quay là:n=22 vòng/s

Tải trọng qiu ước là:Q=(X.V.Fr+y.Fa).Kd.Kt

Khả năng tải trọng động là

Cd=40,07N vậy chọn cỡ đặc biệt nhẹ 109

6.2.2 Tính toán bánh xe:

n L

L Q

C

h

d

6 6

3

10 056 , 1 10

.

• Chọn bánh xe có bán kính R = 250

• Có 8 nan được xếp hứơng tâm và đều nhau

• Bóng có bán kính r = 30

=> Với cấu tạo như vậy mỗi lần ta sẽ hót được 2 lớp banh

Bây giờ ta đi chứng minh với cấu tạo như vậy bóng sẽ có đủ thời gian để lăn vào thùng chứa

• Ta đi chứng minh cho những quả bóng nằm ở lớp thứ 2

• Khi nan ở vị trí như hình vẽ

• Lực ly tâm tác dụng vào quả bóng là

• ῳ1 là vận tốc góc của tâm bóng với

V m r R

2 ).

2 (

2 2

V f

cos (sin

V f g

r a

S t at S

2 )

cos (sin

2

2 1

2 1

V

R w

t

xe

a a

) cos (sin

2

V

R V

f g

a a







 Với bĩng đủ thời gian lăn vào thùng

6.2.3 Tính toán độ bền khung:

Khung xe cĩ 2 bên đối xứng nên ta chỉ cần tính bền của 1 bên rồi lấy ½ kết quảCác thanh ngang của xe chỉ cĩ tác dụng cố định khung xe nên ta khơng cần tính bền

Xét thanh AB(hình thanh AB)

2

0 sin 2

cos cos

cos sin

) 1 ( 0 sin

0

1

1 1

1 1

1 1

1 1

h l

l G F

h F

l G l F

M

F F F

F F F

F

G F

N

N G F

F

F F N G

F

B

ms qt

ms qt x

y

ms qt

a a

a a

a

a a a

0 cos

sin

0 cos 0

2 2 2 1

1 2

2

2 1 2

2

1

l G l N

M

F F F

F

N F

G

N

F N N G

F

F F N

N

F

C

ms qt x

y

qt ms

1

2 3

1

cos

0 sin

0

o F F F

F

G F

N N

F

F N

G

N

ms qt x

Thông số vật liệu như sau

Ta có kết quả như sau:

Hình vẽ sản phẩm:

Mpa

s m a

f h l

40 ] [

59

/ 3 1

4 0 1200 600

0 max

2 2

1

/ 75 40 60 13 40

cm KN

N N

N N

N F

N F

qt ms

Bánh xe Thùng đựng banh

Khung xe

Máng dẫn hướng

Sản phẩm hoàn chỉnh

1. ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM:

5.1 Đánh giá khả năng thực hiện chức năng của sản phẩm:

 Lấy được nhiều banh

 Tốc độ nhanh

 Dễ vận hành, chiều cao thay đổi phù hợp với từng người sử dụng

5.2 Giá thành

 Giá thành hợp lý, phù hợp lắp dặt ở các sân chơi tennis

 Chi phí vận hành thấp

 Chi phí bảo trì thấp

5.3 Khả năng chế tạo

 Dễ chế tạo, yêu cầu kỹ thuật phù hợp với các phương pháp gia công tiêu chuẩn

 Hình dáng thuận lợi cho các phương pháp gia công

 Dung sai chế tạo không quá khắc khe

5.4 Khả năng lắp ráp

 Lắp ráp dễ dàng, dễ thay thế

 Chi tiết tiêu chuẩn được sử dụng nhiều

5.5 Độ tin cậy

Độ tin cậy cao, vì hệ thống có các thông số kỹ thuật đảm bảo đủ bền, vận hành

an toàn

5.6 Khả năng thử nghiệm bảo trì

 Dễ vệ sinh vì cơ cấu đơn giản

 Bảo trì và sửa chữa dễ dàng vì dùng nhiều các chi tiết tiêu chuẩn

 Hình dáng phù hợp cho việc thay thế các chi tiết khi cần thiết

5.7 Khả năng bảo vệ môi trường

 Không gây ồn

 Sử dụng vật liệu dễ tái chế, sử dụng lại, không gây hại đến môi trường

Tài Liệu Tham Khảo

1 Phương pháp thiết kế kỹ thuật

Nguyễn Thành Nam – NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh