Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử thiết kế thanh giảm tốc thu hồi năng lượng

- 1 -

Chương 1
Tổng quan

1. 1 Đặt vấn đề
Hiện nay với nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng cao, trong khi đó
nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt dần. Chính vì điều đó đã đòi hỏi con
người cần phải nỗ lực nghiên cứu các nguồn năng lượng khác để thay thế cho nguồn
năng lượng hóa thạch. Từ đó, có rất nhiều nguồn năng lượng mới ra đời đem lại hiệu
quả rất lớn. Không dừng lại ở đó, con người tiếp tục nghiên cứu và đặt ra những yêu
cầu về nguồn năng lượng mới cao hơn, thân thiện với môi trường hơn.
Đã có rất nhiều nguồn năng lượng sạch ra đời như: năng lượng gió, năng lượng
mặt trời Tất cả đều dựa trên nguyên tắc chung là thu hồi các nguồn năng lượng vô
ích trở thành có ích phục vụ cho con người.
Nhận thấy Việt Nam là một nước có mật độ lưu thông cao, xe chạy trên đường
đã sinh ra một công vô ích, xuất phát từ ý tưởng trên thì giải pháp “ Thiết kế thanh
giảm tốc thu hồi năng lượng trên đường giao thông ” đã ra đời và sẽ góp phần tạo nên
một nguồn năng lượng mới để phục vụ cho con người. Hiện nay thì Việt Nam vẫn
chưa thiết kế và chế tạo thành công một hệ thống thu hồi năng lượng trên đường giao
thông, mục đích của đề tài là thiết kế chế tạo thành công thanh giảm tốc được lắp đặt
trên đường có khả năng thu hồi được nguồn năng lượng sinh ra từ các phương tiện
giao thông thành điện năng phục vụ cho thắp sáng đèn đường, các tín hiệu giao thông,
thắp sáng biển báo
1.2 Lịch sử phát triển của đề tài
1.2.1 Ngoài nước
Hiện nay, ở Anh đã thiết kế và chế tạo thành công một loại thanh giảm tốc có
khả năng tạo ra dòng điện mỗi khi có xe chạy ngang qua tác động lên bề mặt kim loại
[8]. Hệ thống này hoạt động theo nguyên tắc chuyển động lên xuống của tấm kim loại
sẽ làm vận hành bộ phận phát điện nằm bên dưới và tùy theo trọng lượng của chiếc xe
- 2 -

chạy ngang qua, từ 5 - 50KW điện năng sẽ được sản sinh ra mỗi lần. Chi phí cho cuộc
nghiên cứu này trên 1,7 triệu USD. Hơn 200 chính quyền địa phương ở Anh rất thích
thú với phát minh trên và dự định sẽ đặt hàng loại thanh giảm tốc này với mục đích
cung cấp nguồn năng lượng cho hệ thống đèn giao thông và đèn đường.

Hình 1.1: Thanh giảm tốc cho xe ôtô
Tại Trung Quốc, có hai sinh viên đã nghiên cứu thành công hệ thống thu hồi
năng lượng thông qua lực bước chân khi di chuyển [6]

Hình 1.2: Hình ảnh hệ thống
Nguyên lý họat động khá giống nhau, chỉ khác ở hệ thống này sử dụng lực bước
chân để sinh ra điện.
Tuy nhiên ở cả hai hệ thống đều có giá thành rất cao, hầu như không phù hợp với
điều kiện tại Việt Nam.
- 3 -

1.2.2 Trong nước
Ở nước ta có rất nhiều diễn đàn, trang web trao đổi và thảo luận về vấn đề này rất
nhiều. Tuy nhiên vẫn chưa có cá nhân hay tổ chức nào bắt tay vào thực hiện. Chính vì
thế hệ thống này vẫn còn khá mới ở Việt Nam.
Thanh giảm tốc thu hồi năng lượng nói riêng và lĩnh vực nghiên cứu năng lượng
mới nói chung còn rất mới ở Việt Nam. Vì vậy việc nghiên cứu và chế tạo thanh giảm
tốc thu hồi năng lượng là một bước đi khá mới mẻ, thể hiện được tính sáng tạo, ham
học hỏi của sinh viên Lạc Hồng.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế, chế tạo thanh giảm tốc thu hồi năng lượng trên đường giao thông, hoạt
động ổn định,với các tiêu chí sau:
- Đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông
- Không làm ảnh hưởng và cản trở tới phương tiện giao thông

- Chi phí rẻ
- Hệ thống phải hoạt động có hiệu quả
- Lắp đặt đơn giản và có tính áp dụng cao
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Chế tạo thanh giảm tốc thu hồi năng lượng trên đường giao thông hoạt động
hoàn toàn bằng các cơ cấu cơ khí cho nên hệ thống hoạt động hoàn toàn dựa vào tác
động của xe và không tốn nguyên liệu để hoạt động.
Ngoài ra đề tài còn nghiên cứu các loại hình dạng, tiêu chuẩn của các loại thanh
giảm tốc khác nhau, các loại đường và phương tiện tham gia giao thông nhằm đưa ra
phương án hợp lý nhất khi thiết kế chế tạo.
Thời gian nghiên cứu từ tháng 08 đến tháng 12 năm 2012
Địa điểm nghiên cứu tại trường Đại học Lạc Hồng, thanh giảm tốc được thiết kế
để lắp đặt tại cổng trường, ngay vị trí quét thẻ xe máy.


- 4 -

1.5 Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Dựa trên cơ sở lý thuyết và tính toán, thiết kế, chế tạo theo từng giai đọan, sau đó
tìm ra phương án hợp lý, đơn giản và tiết kiệm nhất.
Khảo sát thực tế, tìm hiểu hình dạng, chức năng các lọai thanh giảm tốc, kế thừa
những ưu điểm của các đề tài trên thế giới, tìm cách khắc phục những khuyết điểm để
áp dụng vào thiết kế đề tài
Sau khi tìm hiểu thực tế sẽ tiến hành nghiên cứu thiết kế hình dáng thanh giảm
tốc trên lý thuyết, thiết kế các cơ cấu truyền động, cơ cấu tăng tốc cho máy phát điện
Giai đọan tiếp theo là tiến hành chế tạo
Giai đoạn cuối là đưa vào kiểm nghiệm hệ thống, tìm ra những phương án chưa
hợp lý từ đó sửa chữa và thay đổi phương án thiết kế kịp thời.
1.6 Cấu trúc của đề tài
Trong đề tài này gồm những nội dung sau:

Cơ sở lý thuyết của đề tài.
Thiết kế và thi công
Kết quả thực nghiệm
Kết luận








- 5 -

Chương 2
Cơ sở lý thuyết

2.1 Giới thiệu về các loại thanh giảm tốc
Thanh giảm tốc ( gờ giảm tốc) được lắp đặt trên các đoạn đường có tác dụng hạn
chế tốc độ của phương tiện giao thông.

Hình 2.1: Gờ giảm tốc
Hiện nay thì vẫn chưa có quy định cụ thể về sơn vạch và làm gờ giảm tốc.Có 2
loại là vạch giảm tốc và gờ giảm tốc. Trong đó vạch giảm tốc có chiều cao từ 2-6
cm,vạch cách nhau 2cm có 2 dãy, mỗi dãy có 5 vạch, còn gờ giảm tốc thì từ 5-10cm
và thường gờ giảm tốc chỉ có 1 vạch [4]

Hình 2.2: Vạch giảm tốc

- 6 -

2.2 Giới thiệu máy phát điện ( Dynamo)
2.2.1 Khái niệm
Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng, thông thường sử
dụng nguyên lý cảm ứng điện từ.
Dynamo là máy phát điện đầu tiên có khả năng cung cấp điện năng cho công
nghiệp. Dynamo sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi năng lượng quay cơ
học thành dòng điện xoay chiều.

Hình 2.3: Dynamo trong xe ôtô tải Huyndai
2.2.2 Cấu tạo của máy phát điện ( Dynamo)
Cấu tạo của dynamo bao gồm một kết cấu tĩnh mà nó tạo ra từ trường mạnh và
một cuộn dây quay. Ở các máy phát dynamo nhỏ, từ trường được tạo ra bằng các nam
châm vĩnh cửu, đối với các máy lớn, từ trường được tạo ra bằng các nam châm điện.

Hình 2.4: Cấu tạo của dynamo xe đạp
- 7 -

2.3 Giới thiệu về Bánh đà
2.3.1 Khái niệm
Bánh đà là một thiết bị cơ khí quay được sử dụng để lưu trữ năng lượng quay.
Bánh đà có mô-men quán tính lớn, và do đó chống lại sự thay đổi tốc độ quay.
Lượng năng lượng được lưu trữ trong một bánh đà tỉ lệ với bình phương tốc độ
quay của nó. Năng lượng được chuyển giao cho một bánh đà bằng cách áp dụng mô-
men xoắn đối với nó, do đó gây ra tốc độ quay của nó, và do đó năng lượng lưu trữ
của nó, gia tăng.
Ngược lại, bánh đà giải phóng năng lượng được lưu trữ bằng cách áp mô-men
xoắn đến tải cơ khí, kết quả làm tốc độ quay giảm.
2.3.2 Tác dụng của bánh đà
Chúng cung cấp năng lượng liên tục khi các nguồn năng lượng không liên tục.Ví

dụ, bánh quay được sử dụng trong động cơ pit-tông bởi vì các nguồn năng lượng (mô-
men xoắn từ động cơ) là không liên tục.
Chúng cung cấp năng lượng ở mức vượt quá khả năng của một nguồn năng
lượng. Điều này đạt được bằng cách thu thập năng lượng trong bánh đà theo thời gian
và sau đó giải phóng năng lượng một cách nhanh chóng, với tốc độ vượt quá khả năng
của nguồn năng lượng.
Chúng kiểm soát định hướng của một hệ thống cơ khí. Trong các ứng dụng như
vậy, xung lượng góc của một bánh đà là cố ý chuyển tải một khi năng lượng được
chuyển đến hoặc từ bánh đà.
Công thức tính moment quán tính của bánh đà: 






(2.1)
2.3.3 Ứng dụng
Bánh đà thường được sử dụng để cung cấp năng lượng liên tục trong các hệ
thống nơi mà các nguồn năng lượng không liên tục.
Một bánh đà cũng có thể được sử dụng để cung cấp các xung unsustained năng
lượng tại các tốc độ truyền tải năng lượng vượt quá khả năng của nguồn năng lượng
- 8 -

của nó, hoặc khi xung như vậy sẽ làm gián đoạn việc cung cấp năng lượng (ví dụ như
mạng lưới điện công cộng).
Bánh đà có thể được sử dụng kiểm soát định hướng của một hệ thống cơ khí.
Trong những trường hợp như vậy, xung lượng góc của bánh đà được chuyển tải trong
quá trình chuyển năng lượng
Trong thực tế có rất nhiều loại bánh đà khác nhau,kích thước khác nhau như:

bánh đà xe máy, bánh đà trong xe hơi, bánh đà trong máy cưa gỗ….

Hình 2.5: Bánh đà cưa gỗ

Hình 2.6: Bánh đà trong xe ôtô
2.4 Tỷ số truyền
Tỷ số truyền dự kiến ban đầu của toàn bộ hệ thống là 12 lần. Tuy nhiên đề giải
bài toán phân phối tỷ số truyền, hợp lý hơn cả là xuất phát từ một số chỉ tiêu quan
trọng nhất để xây dựng các hàm mục tiêu và chọn phương pháp thích hợp để giải bài
- 9 -

toán tối ưu đa mục tiêu thỏa mãn đồng thời các chỉ tiêu quan trọng như khối lượng
nhỏ nhất, kích thước nhỏ gọn nhất.
Bảng 2.1 Bảng phân phối tỷ số truyền [1]
TST của
hộp u
h
6
HGT
khai
triển
u
1
u
2
u
1
u
2
HGT

phân
đôi
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
2,73
2,20
2,54
2,36
3,30
2,42
3,08
2,60
3,83
2,61
3,58
2,79
4,32
2,78
4,05
2,97
4,79
2,92
4,49
3,12
5,23
3,06
4,91
3,26
5,66
3,18
5,31

3,39
6,07
3,29
5,69
3,51
6,48
3,39
6,07
3,63
6,86
3,50
6,42
3,74
7,23
3,59
6,77
3,84
7,60
3,68
7,12
3,94
7,96
3,77
7,45
4,03

 Công thức tính tỷ số truyền:











 (2.2)
Trong đó:
u : Tỷ số truyền


: Số vòng quay của trục bị động


: Số vòng quay của trục chủ động


: Số răng của bánh răng chủ động


: Số răng của bánh răng bị động
Nếu trong hệ thống có nhiều tỷ số truyền thành phần thì tỷ số truyền chung của
hệ thống được tính bằng công thức:




(2.3)
Trong hệ thống của nhóm thiết kế thì bộ phận tăng tốc của được chia làm hai

phần sau:

- 10 -

2.4.1 Hộp tăng tốc
2.4.1.1 Khái niệm
Trong hệ dẫn động cơ khí thường sử dụng các bộ truyền bánh răng hoặc trục vít
dưới dạng một tổ hợp biệt lập gọi là hộp tăng tốc.
Hộp tăng tốc là cơ cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi
và được dùng để tăng vận tốc góc và giảm mômen xoắn. Một loại cơ cấu tương tự
nhưng được dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn được gọi là hộp giảm tốc.
Hộp tăng tốc được sử dụng rộng rãi trong các ngành cơ khí, luyện kim, hóa chất,
trong công nghiệp đóng tàu
2.4.1.2 Phân loại
Tùy theo tỉ số truyền chung của hộp tăng tốc, người ta phân ra: hộp tăng tốc một
cấp và hộp tăng tốc nhiều cấp.
Tùy theo loại truyền động trong hộp tăng tốc phân ra: hộp tăng tốc bánh răng trụ,
hộp tăng tốc bánh răng côn hoặc côn – trụ, hộp tăng tốc trục vít, trục vít – bánh răng
hoặc bánh răng – trục vít.
2.4.1.3 Cấu tạo
Ở đây nhómsử dụnghộp tăng tốc một cấp tốc độ, được cấu tạo từ hai bánh răng
thẳng có tỉ số truyền dự kiến là 4.

Hình 2.7: Bánh răng trong công nghiệp

- 11 -

2.4.2 Bộ truyền xích
Trong hệ thống tăng tốc thì nhóm sẽ sử dụng bộ truyền xích của xe đạp.
2.4.2.1 Cấu tạo

Cấu tạo chính của bộ truyền xích gồm: đĩa dẫn 1, đĩa bị dẫn 2 và xích 3. Ngoài ra
có thể thêm bộ phận căng xích , bộ phận bôi trơn và dùm che. Có khi dùng một xích
để truyền động từ một đĩa dẫn sang nhiều đĩa bị dẫn.

Hình 2.8: Cấu tạo bộ truyền xích
2.4.2.2 Nguyên lý làm việc
Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng bản lề. Xích truyền chuyển
động và tải trọng từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với các
răng trên đĩa xích ( ăn khớp gián tiếp).

Hình 2.9: Bộ truyền xích
2.4.2.3 Tác dụng
Bộ truyền xích có tác dụng tăng tỷ số truyền của hệ thống.
- 12 -

Trong cơ cấu bộ truyền xích xe đạp có cơ cấu gọi là Bánh cóc. Cơ cấu bánh cóc
dùng để tạo chuyển động quay gián đoạn một chiều, đồng thời giữ cho trục của bánh
cóc không quay theo chiều ngược lại. Cơ cấu bánh cóc thường được dùng trong các
thiết bị nâng, tời, xeđạp…Nhóm nghiên cứu đã ứng dụng cơ cấu bánh cóc vào trong
thiết kế máy.

Hình 2.10: Cơ cấu bánh cóc (líp xe đạp)
2.5 Bạc đạn
2.5.1 Khái niệm
Bạc đạn là một dạng của ổ đỡ trục, đây là cơ cấu cơ khí giúp giảm thiểu lực ma
sát bằng cách chuyển ma sát trượt của 2 bộ phận tiếp xúc nhau khi chuyển động thành
ma sát lăn giữa các con lăn hoặc viên bi được đặt cố định trong một khung hình
khuyên.
Bạc đạn ở xe đạp và một số thiết bị khác còn được gọi là vòng bi.
2.5.2 Cấu tạo

Bạc đạn có nhiệm vụ tạo khớp quay cho trục. Gồm 4 bộ phận chính: vòng ngoài,
vòng trong, con lăn và vòng cách

Hình 2.11 Cấu tạo của bạc đạn
- 13 -

2.5.3 Bạc đạn tiết kiệm năng lượng ( SKF)
Giảm hao phí năng lượng trong động cơ điện với vòng bi cầu tiết kiệm năng
lượng của SKF. Với những thiết kế mới cải tiến tối ưu: vòng cách bằng vật liệu tổng
hợp đặc biệt, mỡ chất lượng cao loại ma sát thấp của SKF và kích thước bao hình theo
tiêu chuẩn ISO hoàn toàn có thể thay thế những loại thông thường (có cùng mã hiệu),
bạc đạn tiết kiệm năng lượng của SKF sẽ giúp cho hệ thống:

Hình 2.12 Bạc đạn SKF
Tăng hiệu suất động cơ điện.
Tăng gấp đôi tuổi thọ vòng bi
Giảm moment ma sát từ 30-50%
Tăng tốc độ quay.
Giảm nhiệt độ vận hành
Chính vì những ưu điểm này nên nhóm nghiên cứu đã sử dụng bạc đạn do hãng
SKF sản xuất, đường kính ngoài 40mm, đường kính trong 17mm.
Khi thiết kế toàn bộ hệ thống nhóm đã sử dụng sáu bạc đạn cho ba trục của hệ
thống.
2.6 Vi điều khiển ATMEGA8
2.6.1 Đặc điểm và tính năng
+ Hiệu suất cao, tiết kiệm điện
- 14 -

+ Hoàn thiện cấu trúc RISC
- 130 lệnh hiệu quả - thực thi tất cả các chu kì đồng hồ đơn

- 32*8 thanh ghi chung đa năng + các thanh ghi điều khiển ngoại vi
- Đầy đủ các quá trình điều khiển tĩnh
- Nâng lên 16 MIPS dữ liệu tại 16 MHz
- Chip 2 nhân
+ Độ bền, sức chịu đựng cao, không thay đổi phân vùng nhớ
- 8K Bytes bộ nhớ Flash có thể lập trình được trong hệ thống
- 512 Bytes EEPROM
- 1K Bytes bộ nhớ SRAM bên trong
- Chu kì ghi/ xóa: 10000 Flash/100000 EEPROM
- Độ bền dữ liệu 20 năm ở 85 độ/ 100 năm ở 25 độ
- Đoạn mã lựa chọn chế độ khởi động với các bít khóa độc lập trong chương
trình hệ thống bởi chương trình khởi động đọc thật trong khi quá trình ghi diễn ra
- Lập trình khóa cho phần mềm bảo mật
- Giao diện SPI cho lập trình trong hệ thống
+ Giao diện JTAG ( phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 1149.1)
- Khả năng quét biên theo tiêu chuẩn JTAG
- Hỗ trợ chế độ sửa tạm ( debug) trên chip
- Lập trình của Flash, EEPROM, bộ bảo vệ (FUSE) và Bit khóa (Lock Bits)
thông qua giao diện JTAG
+ Đặc điểm ngoại vi
- 2 bộ Timer/ counter 8 bit với bộ đếm gộp trước riêng biệt và chế độ so sánh
mẫu
- 15 -

- 2 bộ Timer/counter 16 bit mở rộng với bộ đếm gộp trước chế độ so sánh mẫu
và chế độ thu nhập ( bắt dữ liệu)
- Bộ counter thời gian thực với bộ dao động ( oscillator) riêng biệt
- 2 kênh PWM 8 bit
- 6 kênh PWM với khả năng lập trình chính xác từ 2 đến 16 bit
- Bộ điều chế so sánh tín hiệu ra

- 8 kênh, 10 bit ADC: 8 kênh đầu cuối đơn, 7 kênh khác nhau (vi phân), 2 kênh
khác nhau với bộ khuyếch đại lập trình được tại 1x, 10x, 200x.
- Bit định hướng với 2 dây giao diện nối tiếp
- Lập trình kép các USARTs nối tiếp
- Giao diện nối tiếp SPI chủ tớ
- Lập trình timer Watchdog với bộ dao động trên chip
- Bộ so sánh tương tự trên chip
+ Các tính năng đặc biệt của bộ vi xử lý
- Thiết lập bật lại nguồn và lập trình lại khi phát hiện nguồn yếu (brown-out)
- Hiệu chỉnh bộ dao động RC bên trong
- Ngắt nguồn trong và ngoài
- 6 chế độ chờ (sleep): Idle nghỉ, giảm ồn ADC, tiết kiệm điện (power-saver),
ngắt điện, chế độ chờ (standby), chế độ chờ mở rộng.
- Phần mềm lựa chọn tần số xung nhịp
+ Cổng vào ra và dạng đóng gói
- 23 ngõ vào ra lập trình được
- 28 chân TQFP và 32 khối QFN/MLF
+ Điện áp hoạt động
- 2,7 – 5,5V Atmega 8L
- 16 -

- 4,5 – 5,5V atmega 8
+ Mức tốc độ xung nhịp
- 0 -8 MHz Atmega 8L
- 0 -16 MHz Atmega 8
2.6.2 Cấu hình chân


Hình 2.13 Chân ra của Atmega 8
Atmega 8 là bộ vi xử lý CMOS điện áp thấp dựa trên nền kiến trúc AVR RISC

nâng cao. Bằng cách thi hành các lệnh một cách mạnh mẽ trong một chu kì đồng hồ
duy nhất, Atmega 8 có thể cho phép tốc độ đạt được là 1 MPIS trên 1 MHz từ đó nó
giúp người thiết kế hệ thống có khả năng tối ưu hóa điện năng sử dụng so với tốc độ
xử lý.
- 17 -

Chương 3
Thiết kế và thi công

3.1 Yêu cầu kĩ thuật
Hệ thống sau khi thiết kế hoàn chỉnh phải đạt những yêu cầu sau:
+ Chiều cao của hệ thống khi lắp đặt không vượt quá 100mm
+ Khi xe chạy ngang qua tác động lên hệ thống thì sau khi qua bộ truyền, máy
phát điện phải đạt tốc độ 3,5vòng/giây và phải duy trì được tốc độ ít nhất 5s.
+ Kích thước của hệ thống phải càng nhỏ gọn càng tốt, vì hệ thống được lắp đặt
ngầm dưới đất nên kích thước của hệ thống ảnh hưởng rất lớn đến việc lắp đặt và chi
phí vận chuyển.
+ Hệ thống được nghiên cứu có thể lắp đặt tại trạm thu phí, các con đường hẻm
cần gờ giảm tốc nên phải phù hợp với các loại xe đạp, đạp điện, xe gắn máy
3.2 Ý tưởng thiết kế
3.2.1 Ý tưởng thứ nhất
Nhóm sẽ thiết kế và chế tạo máy phát điện từ hai thành phần chính là dây đồng
và nam châm vĩnh cửu. Chuyển từ chuyển động thẳng thành chuyển động ngang bằng
cơ cấu bánh răng nghiêng, bộ phận tăng tốc truyền động được sử dụng hoàn toàn bằng
các bánh răng thẳng đứng.
Ưu điểm của ý tưởng:
- Hệ thống không sử dụng năng lượng, không gây ô nhiễm, thân thiện với môi
trường
- Hiệu suất của máy phát sẽ cao.
Nhược điểm:

- Chi phí để chế tạo ra máy phát điện cao, nguyên liệu khó kiếm và chế tạo phức
tạp
- Bộ truyền lớn dẫn đến kích thước của hệ thống rất lớn
- 18 -

- Tuối thọ của hệ thống không cao
3.2.2 Ý tưởng thứ hai
Máy phát điện được sử dụng ở đây gồm hai bộ phận mâm lửa và bánh đà trong
xe máy. Cũng sẽ sử dụng cơ cấu bánh răng nghiêng để chuyển lực từ phương thẳng
đứng sang chuyển động quay.
Bộ phận tăng tốc được thiết kế đơn giản kết hợp với sử dụng thêm một bánh đà
để tăng thêm quán tính và làm đều chuyển động của máy phát.
Thiết kế bộ truyền xích của xe đạp để tăng tốc độ và máy phát có thể quay theo
quán tính của hệ.
Ưu điểm của ý tưởng:
- Hệ thống không sử dụng năng lượng, không gây ô nhiễm, thân thiện với môi
trường
- Hoạt động tương đối ổn định
- Kích thước nhỏ gọn, thuận tiện việc di chuyển và lắp ráp
- Chi phí chế tạo máy phát rẻ, dễ kiếm.
- Giảm thời gian sạc
- Tuổi thọ cao
Nhược điểm:
- Hiệu suất sẽ không được cao
- Yêu cầu về độ chính xác khi gia công cơ khí cao
3.2.3 Chọn phương án tối ưu và hiệu quả nhất
Trong quá trình thiết kế ý tưởng trên lý thuyết nhóm nhận thấy ý tưởng thứ hai là
có tính khả thi cao nhất và hoạt động có hiệu quả nhất bởi có nhiều ưu điểm trong việc
tính toán trên lý thuyết.
3.3 Phương án thiết kế cơ khí

3.3.1 Thiết kế mô hình hệ thống
Xây dựng mô hình hệ thống :
- 19 -


Hình 3.1: Cấu tạo bên trong của hệ thống
Trong đó:
(1): Bề mặt thanh giảm tốc
(2): Bộ phận truyền lực của hệ thống
(3): Bộ phận tăng tốc.
(4): Bộ truyền líp xe đạp
(5): Bánh đà
(6): Máy phát điện
Nguyên lý hoạt động: Khi xe chạy ngang qua bề mặt thanh giảm tốc (1) sẽ có
lực tác động theo phương thẳng đứng làm bộ phận truyền lực (2) tác động làm hệ
thống họat động. Qua bộ phận tăng tốc (3) và líp xe (4) làm cho máy phát điện (6)
quay và sinh ra điện năng nạp vào ắc quy. Bánh đà (5) có tác dụng tăng sức quán tính
cho máy phát, giúp tăng số vòng quay cũng như giúp ổn định vận tốc quay của máy
phát.Sau khi hết lực tác động, lò xo trong bộ phận truyền (2) có tác dụng làm hệ thống
trở về vị trí ban đầu.
3.3.2 Thiết kế thanh giảm tốc
Bề mặt thanh giảm tốc được chế tạo từ thép tấm dày 5mm để không bị biến dạng
khi xe chạy ngang qua tác động.
- 20 -

Chiều cao tính từ mặt đất đến đầu thanh giảm tốc là 100mm đạt tiêu chuẩn về
chiều cao an toàn của thanh giảm tốc ở Việt Nam.
100300
550
350

Ở trên
mặt đất
Ở dưới
mặt đất

Hình 3.2: Hình dạng và kích thước của hệ thống
100
350
300
350

Hình 3.3: Hình dạng và kích thước của thanh giảm tốc
3.3.3 Lựa chọn máy phát điện
Máy phát điện sẽ được chế tạo với các yêu cầu sau:
+ Kích thước nhỏ gọn
+ Giá thành tương đối rẻ
- 21 -

+ Hiệu suất cao
+ Phổ biến, dễ làm
Các loại máy phát điện ( dynamo) mà nhóm nghiên cứu chọn:
 Dynamo xe ôtô
Kích thước phù hợp với yêu cầu hệ thống, tuy nhiên tốc độ của dynamo loại xe
ôtô quá lớn mà hệ thống không thể đáp ứng được, phải đạt từ 15vòng/ giây thì mới
sinh ra được điện áp đủ sạc cho acquy

Hình 3.4: Dynamo xe oto
 Máy phát điện tự chế

Hình 3.5: Máy phát điện tự chế 1 pha

- 22 -

Nguyên liệu chính để chế tạo máy phát điện là dây đồng và nam châm vĩnh cửu.
Để chế tạo một máy phát điện có thể tạo ra công suất cao thì chi phí mua nguyên liệu
khá cao và kích thước máy phát điện lớn, không phù hợp với yêu cầu hệ thống trên.
Tốc độ quay yêu cầu của máy phát là không lớn chỉ từ 5vòng/giây.
 Dynamo xe gắn máy
Sử dụng mâm lửa và vô lăng giúp cho kích thước của hệ thống nhỏ gọn, giúp cho
việc lắp đặt tương đối dễ dàng hơn.
Nguyên lý hoạt động là khi vô lăng quay, bên trong là mâm lửa với tốc độ từ
3,5vòng /giây sẽ sinh ra dòng điện từ 180 – 200 mA để sạc cho acquy.

Hình 3.6: Mâm lửa xe máy

Hình 3.7: Vô lăng xe máy
Từ những phân tích các loại máy phát điện ( dynamo ) trên thì nhóm nhận thấy
dynamo xe máy là lựa chọn phù hợp về yêu cầu của hệ thống nhất. Từ kích thước nhỏ
- 23 -

gọn, giá thành rẻ, yêu cầu tốc độ quay không cao nên nhóm đã chọn dynamo xe máy
để chế tạo máy phát điện cho hệ thống.
3.3.4 Tính toán thiết kế bộ phận truyền lực
Để truyền lực theo phương thẳng đứng có hiệu quả tốt,cũng như thời gian tác
động nhanh thì phương án ở đây sẽ sử dụng bánh răng nghiêng.[7]

Hình 3.8: Bánh răng nghiêng và thanh kim loại có răng nghiêng
Bánh răng được chế tạo từ thép tôi cải thiện ( tôi rồi ram ở nhiệt độ cao), thép
thường hóa hoặc thép đúc để chế tạo bánh răng. Độ rắn bề mặt răng HB<350, để tăng
khả năng chạy mòn của răng ta chọn độ rắn bề mặt răng theo [1, bảng 6.1, trang 92]
Bánh răng: Thép C50 thường hóa, 
















.

Hình 3.9: Hình dạng và kích thước bánh răng nghiêng
Thanh kim loại cũng được chế tạo từ thép tôi cải thiện. Chiều dài thanh thép là
230mm, rộng 20mm, dày 15mm, phần răng ăn khớp dài 40mm.
- 24 -

40
230

20

Hình 3.10: Hình dạng và kích thước thanh thép
Khi có lực tác động theo phương thẳng đứng từ trên xuống thì răng của bánh
răng và thanh sắt sẽ khớp với nhau làm quay bánh răng.
Khi hết lực tác động, lúc này răng của bánh răng và thanh sắt không khớp và có
độ nghiêng nên thanh sắt dễ dàng trở về vị trí ban đầu nhờ tác động của lực lò xo.

Hình 3.11: Bộ phận truyền lực
Ưu điểm:
+ Thời gian tác động và trở về nhanh
+ Không cần lực tác động lớn
Nhược điểm:
+ Ma sát giữa các bánh răng khi trở về vị trí ban đầu khá lớn gây hao mòn.
- 25 -

+ Do tác động theo phương thẳng nên qua 1 chu kì thì bánh răng quay ko nhìu,
chỉ được 1/3 vòng.
3.4 Tính toán tỷ số truyền của hệ thống [2]
x
x
xx
x
F
Cánh tay
đòn
Hộp số
Bánh đà
Vô lăng
Bộ truyền xích

Hình 3.12: Sơ đồ hệ thống

F
200
100
230
80
Ø120
Ø60

Hình 3.13: Sơ đồ tính toán lực tác động
3.4.1 Mối quan hệ giữa moment xoắn ngoại lực với công suất và số vòng
quay




với 


vận tốc góc rad/s