Thiết kế, chế tạo phần truyền động và chương trình điều khiển cho nhà để xe tự động kiểu vòng xoay đứng

i



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ





TRẦN THANH NAM


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO PHẦN TRUYỀN
ĐỘNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
CHO NHÀ ĐỂ XE TỰ ĐỘNG KIỂU VÒNG
XOAY ĐỨNG


ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ


Nha Trang, năm 2013
ii

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

TRẦN THANH NAM



THIẾT KẾ, CHẾ TẠO PHẦN TRUYỀN
ĐỘNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
CHO NHÀ ĐỂ XE TỰ ĐỘNG KIỂU VÒNG
XOAY ĐỨNG


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGS.TS NGUYỄN VĂN NHẬN
KS. NGUYỄN NAM





Nha Trang, năm 2013

iii

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ tên: Trần Thanh Nam Lớp: 51CKCD
Chuyên ngành: Công nghệ Cơ Điện Tử Mã ngành:
Tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo phần truyền động và chương trình điều khiển cho Nhà để

xe tự động kiểu vòng xoay đứng”
Số trang: 91 Số chương: 4 Tài liệu tham khảo: 6
Hiện vật: 02 quyển báo cáo, 02CD, 01 mô hình.
Nhận xét









Kết luận:








Nha Trang, ngày… tháng … năm…
Cán bộ hướng dẫn
(Kí và ghi rõ họ tên)
iv

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Họ tên: Trần Thanh Nam Lớp: 51CKCD
Chuyên ngành: Công nghệ Cơ Điện Tử Mã ngành:

Tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo phần truyền động và chương trình điều khiển cho Nhà để
xe tự động kiểu vòng xoay đứng”
Số trang: 91 Số chương: 4 Tài liệu tham khảo: 6
Hiện vật: 02 quyển báo cáo, 02CD, 01 mô hình.
Nhận xét




Kết luận:













Nha Trang, ngày… tháng … năm…
Cán bộ phản biện
(Kí và ghi rõ họ tên)

Nha Trang, ngày … tháng … năm …
Chủ tịch hội đồng
(Kí và ghi rõ họ tên)

Điểm phản biện

Điểm chung
Bằng số Bằng chữ


v

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC HÌNH vi
LỜI NÓI ĐẦU xi
CHƯƠNG 1 1
TỔNG QUAN VỀ NHÀ ĐỂ XE TỰ ĐỘNG 1
1.1.GIỚI THIỆU CHUNG 2
1.1.1. Nguyên lí chung của nhà để xe tự động 2
1.1.2. Ưu, nhược điểm của nhà để xe tự động 3
1.1.2.1. Ưu điểm 3
1.1.2.2. Nhược điểm 3
1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI NHÀ ĐỂ XE TỰ ĐỘNG HIỆN NAY 4
1.2.1. Nhà để xe kiểu xoay vòng trục đứng 4
1.2.2. Nhà để xe kiểu thang nâng và bàn di chuyển 4
1.2.3. Nhà để xe dạng thang nâng di chuyển 5
1.2.4. Nhà để xe tự động dạng xếp hình 6
1.3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 7
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu 7
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu 7
CHƯƠNG 2 8
PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 8

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 9
2.2.1. Các phương án thiết kế 9
vi

2.2.1.1. Phương án 1: 9
2.2.1.2. Phương án 2: 11
2.2.1.3. Phương án 3: 12
2.3.1.4. Lựa chọn 13
2.3.2. Thiết kế, chế tạo phần cơ khí 13
2.3.2.1. Vật liệu chế tạo nhà để xe tự động 13
2.3.2.2. Thiết kế, chế tạo nhà để xe tự động kiểu vòng xoay đứng 17
2.3.3. Giới thiệu về bộ truyền xích 21
2.3.3.1. Cấu tạo 21
2.3.3.2. Các loại truyền động xích 22
2.3.3.3. Chọn số răng đĩa xích 24
2.3.3.4. Khử giãn xích và tạo sức căng 24
2.3.4. Hệ thống điện điều khiển 25
2.3.4.1. Phân tích, lựa chọn nguồn động lực 25
2.3.4.2. Khối nguồn cho hệ thống 36
2.3.5. Thiết kế, chế tạo phần điều khiển 38
2.3.5.1 Khối điều khiển 38
2.3.5.1 Khối công suất 47
2.3.5.3. Khối cảm biến 49
2.3.6. THI CÔNG VÀ LẮP RÁP 51
2.3.6.1. Thi công mạch 51
2.3.6.2. Lắp mạch vào hộp 54
2.3.7. Sơ đồ giải thuật 55
2.3.7.1. Giải thuật điều khiển tổng thể nhà xe 55
2.3.7.2. Giải thuật điều khiển động cơ bước 56

vii

2.3.7.3. Giải thuật khởi động và kiểm tra nhà xe 57
CHƯƠNG 3 58
THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 58
3.1. SẢN PHẨM THỰC TẾ 59
3.2. CHO CHẠY THỬ VÀ KIỂM NGHIỆM ĐỘ ỔN ĐỊNH 62
3.2.1. Kiểm tra trước khi đưa vào hoạt động 62
3.2.1.1. Kiểm tra nguồn 62
3.2.1.2. Kiểm tra mạch điều khiển 63
3.2.1.3. Kiểm tra phần cơ khí 65
3.2.1.4. Kiểm tra động cơ 66
3.2.2. Cấp dữ liệu cho vi điều khiển 67
3.2.3. Mô hình lúc hoạt động 67
3.2.3.1. Mô hình lúc reset về vị trí 0 67
3.4.3.2. Mô hình lúc chạy kiểm tra 68
3.2.3.3. Mô hình lúc gửi xe vào 68
3.2.3.4. Mô hình lúc lấy xe bất kỳ 69
3.2.3.5. Sản phẩm hoàn chỉnh 70
CHƯƠNG 4 71
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 71
4.1. KẾT LUẬN 71
4.2. ĐỀ XUẤT 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
PHỤ LỤC 74


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang
Hình 1.1. Nhà để xe tự động kiểu trục xoay đứng 4

Hình 1.2. Nhà để xe tự động kiểu tầng di chuyển 5

Hình 1.3. Nhà để xe tự động kiểu thang nâng di chuyển 6

Hình 1.4. Nhà để xe tự động dạng xếp hình 7

Hình 2.1. Mô hình thiết kế 1 nhà để xe tự động kiểu vòng xoay đứng. 9

Hình 2.2. Mô hình thiết kế 2 nhà để xe tự động. 11

Hình 2.3. Mô hình thiết kế 3 nhà để xe tự động. 12
Hình 2.4. Thép hộp 14

Hình 2.5. Thép trụ đặc 14

Hình 2.6. Que hàn 15

Hình 2.7. Các loại bulông – đai ốc 15

Hình 2.8. Kết cấu ổ bi 16

Hình 2.9. Một số loại ổ bi 16

Hình 2.10. Khung chính của nhà xe 17

Hình 2.11. Trục trên 18

Hình 2.12. Trục nhông dưới 18

Hình 2.14. Cơ cấu căng xích 20

Hình 2.15. Cơ cấu cố định động cơ 20

Hình 2.17. Kết cấu bộ truyền động xích cho nhà xe. 21

Hình 2.18. Cấu tạo xích ống con lăn 23

Hình 2.19. Xích ống 23

Hình 2.20. Xích răng 24
Hình 2.21. Sơ đồ hệ thống điện điều khiển 25

ix

Hình 2.22. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu 28

Hình 2.23. Sơ đồ cấu trúc động cơ bước nam châm vĩnh cửu 2 pha. 29

Hình 2.24. Cấu trúc trong động cơ lai. 30

Hình 2.25. Cách quấn dây trong động cơ lai. 30

Hình 2.26. Kết cấu thực tế của động cơ lai. 31

Hình 2.27. Đồ thị quan hệ giữa momen – tần số bước. 32

Hình 2.28. Giản đồ thời gian – điều khiển động cơ bước. 34

Hình 2.29. Động cơ bước KH56KM2B 36

Hình 2.30. Nguồn máy tính 37

Hình 2.31. Nguồn nối giữa nguồn máy tính với vi điều khiển 38

Hình 2.32. Nguồn nối giữa nguồn máy tính với mạch công suất 38

Hình 2.33. Cấu trúc bộ nhớ của AVR 40

Hình 2.34. Thanh ghi 8 bit 40

Hình 2.35. Register file 41

Hình 2.36. Cấu trúc bên trong của AVR 43

Hình 2.37. Cấu trúc chân trong PORT của Vi điều khiển AVR 43

Hình 2.38. Thanh ghi DDRA 44

Hình 2.39. Thanh ghi PORTA 44

Hình 2.40. Thanh ghi PINA 44

Hình 2.41. Sơ đồ chân của ATMEGA 32 45

Hình 2.42. Hình dạng bên ngoài của ATMEGA32 46

Hình 2.43. Sơ đồ mạch vi điều khiển và các header kết nối 47

Hình 2.44. Cấu tạo và hình dáng của Diode bán dẫn. 48

Hình 2.45. Linh kiện Opto 48

Hình 2.46. Linh kiện IRF540 48

x

Hình 2.47. Sơ đồ mạch công suất điều khiển động cơ bước 49

Hình 2.49. Mạch cảm biến 51

Hình 2.50. Sơ đồ mạch layout 52
Hình 2.51. In mạch lên bảng đồng 52

Hình 2.52. Hàn linh kiện 53

Hình 2.53. Sơ đồ mạch thực 54

Hình 2.54. Lắp mạch vào hộp 55

Hình 3.1. Hình ảnh mô hình nhà để xe tự động 60

Hình 3.2. Bu lông 61

Hình 3.3. Bộ truyền động xích 61

Hình 3.4. Hệ thống giá treo 62

Hình 3.5. Hệ thống trục chính 62

Hình 3.6. Hệ thống paste treo 63

Hình 3.7. Kiểm tra nguồn 64

Hình 3.8. Kiểm tra mạch điều khiển 65

Hình 3.9. Kiểm tra cảm biến 65

Hình 3.10. Canh chỉnh 66

Hình 3.11. Kiểm tra và vệ sinh xích 67

Hình 3.12. Kiểm tra động cơ bước 67

Hình 3.13. Nạp chương trình cho chip 68

Hình 3.14. Mô hình chuẩn bị hoạt động 69

Hình 3.15. Mô hình lúc chạy kiểm tra 69

Hình 3.16. Mô hình lúc gửi xe vào 70

Hình 3.17. Mô hình lúc lấy xe ra 70

Hình 3.18. Sản phẩm hoàn chỉnh 71

xi

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc đổi mới đất nước, với mục tiêu chiến lược Công nghiệp hóa - hiện
đại hóa đất nước, nhằm đưa nền kinh tế phát triển với tốc độ cao nhằm sánh vai cùng với
các quốc gia phát triển trên thế giới, trong đó lĩnh vực tự động hóa đóng vai trò rất quan
trọng.
Cơ - Điện tử là ngành khoa học tổng hợp liên ngành của cơ khí chính xác, điện tử,
điều khiển và tư duy hệ thống trong thiết kế và phát triển sản phẩm. Đây là ngành rất quan
trọng và không thể thiếu trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại.
Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ điều khiển kỹ thuật số và điều khiển bằng máy
tính vào trong các lĩnh vực công nghiệp đang trở nên ngày càng phổ biến đặc biệt là việc
ứng dụng các máy móc. Điều này dẫn đến việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các máy
điều khiển số là một điều tất yếu trong công cuộc công nghệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Theo xu hướng đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công “ Mô hình nhà
giữ xe ôtô thông minh” là một việc vô cùng cấp thiết, để từ đó có thể thực hiện chế tạo
nhà giữ xe thông minh với một giá thành chấp nhận được trong điều kiện nền công nghiệp
còn non kém như ở nước ta.
Từ những cơ sở trên, em quyết định chọn “Thiết kế, chế tạo phần truyền động và
chương trình điều khiển cho Nhà để xe tự động kiểu vòng xoay đứng” làm đề tài
nghiên cứu.
Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện hệ thống nhưng còn nhiều khó
khăn về tài chính cũng như kiến thức nên không tránh khỏi những thiếu sót. Mong nhận
được sự đóng góp của Quý thầy cô. Chúng em xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn
Văn Nhận, KS. Nguyễn Nam và các thầy trong bộ môn Cơ điện tử đã giúp đỡ trong
suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp. Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn, và
kính chúc Quý thầy cô dồi dào sức khỏe.
Khánh Hoà, tháng 6 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Trần Thanh Nam

1

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ
NHÀ ĐỂ XE
TỰ ĐỘNG








2

1.1.GIỚI THIỆU CHUNG
Trong những năm gần đây, trên thế giới có một lượng lớn ô tô được bán ra mỗi năm.
Riêng hãng Toyota của Nhật Bản mỗi năm bán được 8.5 triệu xe. Và một câu hỏi đặt ra là
những chiếc xe đó sẽ được đỗ ở đâu? Trong khi đường phố không thể rộng thêm, thành
phố mở rộng với tốc độ chậm hơn tốc độ của lượng xe bán ra. Do đó, sẽ càng ngày càng
nhiều xe ô tô đỗ trên đường.
Một trong những giải pháp được lựa chọn nhiều trên thế giới hiện nay đó là sử dụng
hệ thống đỗ xe ô tô tự động. Khu vực để xe được xây dựng với nhiều tầng hầm để xe, mỗi
vị trí để xe chỉ cần xây dựng với một không gian và điều kiện vừa đủ mà không cần phải
đáp ứng các tiêu chuẩn đối với con người, ngoài ra cũng không cần xây dựng nhiều
đường giao thông.
Một hệ thống đỗ xe tự động có thể được xây dựng trên một khu vực trống, thậm chí
bên trong tòa nhà. Có nhiều loại hệ thống khác nhau phù hợp với nhiều kích thước khác

nhau của khu vực đỗ xe, chủ đầu tư có thể lựa chọn được phương án phù hợp nhất cho
công trình của mình. Chỉ cần một diện tích nhỏ cho khu vực cho xe vào ra nên có thể thiết
kế nhiều kiến trúc khác nhau phù hợp với cảnh quan của thành phố.
1.1.1. Nguyên lí chung của nhà để xe tự động
Hệ thống để xe tự động sử dụng máy tính, sensor, camera và thiết bị cơ khí để lấy xe,
đưa xe từ gara và khu vực xe vào đến các vị trí đỗ xe trống và ngược lại. Quá trình này rất
đơn giản và chỉ cần yêu cầu rất ít thao tác của người lái xe.
Tùy thuộc vào cách thức vận chuyển xe giữa khu vực vào ra và vị trí để xe, có hai loại
hệ thống đỗ xe là hệ thống lưu thông dọc và hệ thống lưu thông ngang. Trong cả hai
trường hợp quá trình lấy xe tương tự nhau và chỉ khác nhau là tư thế di chuyển và đỗ của
xe dọc hay ngang để phù hợp với không gian khu vực để xe.
Trong cả hai trường hợp, xe ô tô được lái vào khu vực vào ra của hệ thống. Sau khi đã
đỗ xe đúng vị trí, người lái xe tắt máy, phanh an toàn khi đỗ xe và bước ra khỏi xe. Trong
quá trình đó, hệ thống sensor phân tích kích thước xe và lựa chọn được vị trí đỗ xe thích
hợp. Khi người lái xe đã ra phía ngoài, hệ thống cơ điện sẽ chuyển động và đưa xe đến vị
trí thích hợp.
3

Đối với những hệ thống nhanh nhất, quá trình này sẽ cần phải mất khoảng hơn 1 phút
để đưa xe đến vị trí đỗ xe hoặc lấy xe ra. Hầu hết hệ thống sử dụng bàn xoay, điều đó có
nghĩa là khi lái xe ra vào, người lái xe không cần phải đi lùi.

1.1.2. Ưu, nhược điểm của nhà để xe tự động
1.1.2.1. Ưu điểm
Có một ưu điểm thực sự cần thiết cho chúng ta đó là tiết kiệm được diện tích đất cho
khu vực để xe. Có thể xây dựng nhiều tầng để xe chỉ với một lối vào ra duy nhất.
Hệ thống đỗ xe tự động không đòi hỏi môi trường hoạt động như sinh hoạt của con
người (ánh sáng, độ ẩm, thông gió…) do trong quá trình đỗ và lấy xe, chỉ có máy móc
hoạt động chứ không có sự tham gia kiểm soát của con người.
Hệ thống đỗ xe tự động còn giúp cắt giảm nhiên liệu tiêu thụ do không cần phải nổ

máy trong quá trình để xe và lấy xe.
Hệ thống đỗ xe tự động có thể xây dựng cả trên và dưới lòng đất, điều đó phụ thuộc
vào không gian mà các thành phố có thể cung cấp
1.1.2.2. Nhược điểm
Những nhược điểm khi sử dụng hệ thống đỗ xe tự động rất hạn chế. Đó có thể là do
những sự cố bất khả kháng mà các hệ thống đỗ xe thông thường cũng gặp, ví dụ như động
đất.
Ngoài ra, hệ thống cũng có thể gặp phải những lỗi về máy móc, sensor…, tuy nhiên,
hiện nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, những lỗi này rất hiếm khi xảy ra và
cũng sẽ được khắc phục nhanh chóng.
Có thể thấy rằng, đỗ xe tự động chính là tương lai của các khu vực đỗ xe. Hiện nay,
tại hầu hết các quốc gia trên thế giới hệ thống này vẫn còn mới, tuy nhiên nó đã được sử
dụng rộng rãi tại một số quốc gia như Mỹ, Italia, Đức và các nước châu Á (Nhật Bản, Hàn
Quốc, Trung Quốc….).

4

1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI NHÀ ĐỂ XE TỰ ĐỘNG HIỆN NAY
1.2.1. Nhà để xe kiểu xoay vòng trục đứng
Hệ thống để xe tự động - dạng xoay vòng trục đứng là hệ thống mang lại hiệu quả cho
các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất. Hệ thống để xe dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ
thuật trong đó xe được đặt trên các bàn nâng (pallet), các pallet này di chuyển xoay vòng
360
o
quanh trục cố định, có thể đảo chiều xoay. Hệ thống được lập trình để chọn cách
thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất.
Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:
- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, có thể lắp nhiều hệ thống liên tiếp

nhau

- Điểm xe vào từ dưới mặt đất
- Có thể lắp đặt độc lập hoặc lắp bên trong toà nhà cao tầng


Hình 1.1. Nhà để xe tự động kiểu trục xoay đứng
1.2.2. Nhà để xe kiểu thang nâng và bàn di chuyển
Hệ thống để xe tự động - dạng tầng di chuyển là hệ thống thiết kế theo công nghệ cao
mang tính nghệ thuật, kết hợp sự vận hành đồng bộ của thang nâng, hệ thống bàn nâng di
chuyển. Hệ thống này cho phép tận dụng tối ưu diện tích với số xe đỗ tối đa, thời gian xe
ra vào nhanh chóng.
5

Một số đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:
- Tăng tối đa diện tích sử dụng, 108 xe có thể đỗ trên diện tích đất 18 xe.
- Thời gian đưa xe vào/lấy xe ra có thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành đồng thời
của các hệ thống thang nâng, bàn nâng di chuyển
- Rất thích hợp cho diện tích đểxe lớn với các kiểu lắp đặt khác nhau, ngầm dưới
lòng đất.
- Thiết bị điều khiển xe ra/vào hoàn toàn tự động, hoạt động theo từng phần của hệ
thống, tiết kiệm năng lượng.

Hình 1.2. Nhà để xe tự động kiểu tầng di chuyển
1.2.3. Nhà để xe dạng thang nâng di chuyển
Đây là loại thiết kế hữu hiệu sử dụng nguyên lý cần trục xếp dỡ, cùng lúc vận hành
chiều lên xuống và chiều ngang để đưa xe vào vị trí để. Thời gian lấy xe ra vào nhanh, có
thể tận dụng diện tích ngầm dưới lòng đất của toà nhà. Loại hệ thống này thích hợp cho
diện tích đỗ xe cỡ trung và lớn.
Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:
- Tăng tối đa diện tích sử dụng, 108 xe có thể đỗ trên diện tích đất dành cho 18 xe,
nhờ sử dụng thang xếp xe nhỏ.

6

- Thời gian đưa xe vào/lấy xe ra có thể giảm tối thiểu nhờ sự vận hành lên
xuống/qua lại đồng thời của hệ thống thang xếp.
- Vận hành điều khiển rất đơn giản cho mọi người.
- Rất thích hợp cho diện tích đỗ xe lớn với các kiểu lắp đặt khác nhau, ngầm dưới
lòng đất.
- Loại thiết bị rất kinh tế so với các thiết bị khác, do thiết kế đơn giản và dễ lắp đặt.


Hình 1.3. Nhà để xe tự động kiểu thang nâng di chuyển

1.2.4. Nhà để xe tự động dạng xếp hình
Hệ thống đỗ xe tự động - dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xe được đặt
trên các bàn nâng chuyển (pallet), các pallet này di chuyển nâng hạ theo trục thẳng đứng
và di chuyển ngang để đưa các xe vào hoặc ra. Hệ thống được lập trình để chọn cách thức
di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất. Đây là loại thiết bị rất hiệu quả cho các
diện tích nhỏ và trung trên mặt đất hoặc ngầm dưới đất, có thể lắp được tối đa 5 tầng.
Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:
- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, tuy nhiên phải chừa trống một cột để
xếp hình (ngoại trừ vị trí cao nhất)
- Điểm xe vào từ dưới tầng thấp nhất
7

- Tùy thuộc vào mặt bằng cho phép lắp đặt tối đa tầng để tăng tối đa diện tích đỗ
xe, có thể lắp theo chiều ngang hoặc xếp theo chiều dài tùy thuộc diện tích thực tế
cho phép.
- Có thể sử dụng nguyên lý xếp hình để lắp hệ thống nhỏ cho các nhà biệt thự, gia
đình từ 5 - 8 xe, bằng cách sử dụng thêm 1 tầng ngầm.

Hình 1.4. Nhà để xe tự động dạng xếp hình
1.3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nhà để xe tự động.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, em chỉ nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô
hình nhà để xe tự động kiểu vòng xoay đứng. Mô phỏng cách gửi xe và lấy xe của một
lái xe.
8



CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP
VÀ NỘI DUNG
NGHIÊN CỨU
9

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu và chế tạo mô hình nhà để xe tự động kiểu vòng xoay đứng
dựa những nhà xe đã có sẵn trong thực tế và dựa vào tính toán và thiết kế, thực nghiệm.
Cụ thể như sau:
Phân tích và đưa ra những phương án thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí, thiết kế mạch
điều khiển cho phù hợp với hệ thống cơ khí. Nêu cụ thể ưu, nhược điểm của từng phương
án thiết kế từ đó tổng hợp lại và lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất. Sau khi lựa chọn
được phương án thiết kế, sẽ tiến hành thiết kế kỹ thuật bao gồm: lựa chọn bộ truyền động
xích, ổ bi, thép, bulông – đai ốc, động cơ truyền động, lựa chọn phương pháp điều khiển,
tiến hành làm mạch điều khiển và viết chương trình điều khiển cho mô hình nhà để xe tự

động kiểu vòng xoay đứng.
Thực nghiệm, kiểm tra và hoàn thiện mô hình nhà để xe tự động kiểu vòng xoay đứng.
Phần cơ khí phải hoạt động ổn định, êm, độ cứng vững cao, đảm bảo độ chính xác cao,
linh hoạt trong quá trình sửa chữa lắp ráp khi hư hỏng, mạch điều khiển phải hoạt động ổn
định và đồng nhất với phần cơ khí.

2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2.1. Các phương án thiết kế
2.2.1.1. Phương án 1:

Hình 2.1. Mô hình thiết kế 1 nhà để xe tự động kiểu vòng xoay đứng.

10

Cấu tạo: Động cơ 1, trục chính 2, khung chính 3, giàn xe 4.
Hoạt động:
Sử dụng 1 trục chính truyền động duy nhất, động cơ được nối trực tiếp không qua bộ
truyền động. Xe đi vào cổng A, sau khi chủ xe đi ra hệ thống kích động cơ quay trục
chính kéo xe đưa vào vị trí để xe với biên dạng quay tròn. Khi động cơ hoạt động phải
kéo theo khung chính nên cần động cơ có công suất lớn.
Ưu điểm:
– Dễ chế tạo, lắp ghép đơn giản vì ít chi tiết chế tạo cần độ chính xác cao.
– Giá thành rẻ vì nguyên vật liệu để chế tạo chủ yếu là sắt thép, dễ tìm và thay thế.
– Khung bằng sắt nên độ bền và cứng vững cao.
Nhược điểm:
– Chiếm nhiều diện tích vì biên dạng quay tròn.
– Không qua bộ truyền động dẫn đến khả năng chịu tải kém, điều khiển khó chính
xác.
– Tính thẩm mỹ thấp.
11

2.2.1.2. Phương án 2:

Hình 2.2. Mô hình thiết kế 2 nhà để xe tự động.

Cấu tạo: Động cơ 1, khung chính 2, đĩa đai 3, dây đai 4, giàn xe 5, trục chính 6.
Hoạt động:
Sử dụng bộ truyền động đai, động cơ được nối thẳng trực tiếp vào trục truyền động
chính. Xe đi vào cổng A, sau khi chủ xe đi ra hệ thống kích động cơ quay trục chính kéo
xe đưa vào vị trí để xe với biên dạng quay elip. Các giàn để xe được gắn trực tiếp vào đai
nhờ paste treo.
Ưu điểm:
– Khung bằng sắt nên độ cứng vững cao.
– Giá thành rẻ vì nguyên vật liệu để chế tạo chủ yếu là sắt thép, dễ tìm và thay
thế.
– Có thể canh, chỉnh độ đồng tâm của trục và sức căng của dây đai qua cơ cấu
căng đai.
12

– Tính thẩm mỹ hơn phương án 1.
– Chiếm ít diện tích hơn phương án 1 vì biên dạng quay elip.
Nhược điểm:
– Truyền động đai dễ gây trượt, khả năng chịu tải kém.
– Lắp ghép phức tạp.
– Hiệu suất làm việc thấp.
2.2.1.3. Phương án 3:

Hình 2.3. Mô hình thiết kế 3 nhà để xe tự động.
Cấu tạo: Động cơ 1, khung chính 2, đĩa xích 3, xích 4, giàn xe 5, trục chính 6.
Hoạt động:

Sử dụng bộ truyền động xích, động cơ dẫn động xuống trục chính thông qua bộ truyền
động nhông cam. Xe đi vào cổng A, sau khi chủ xe đi ra hệ thống kích động cơ quay trục
chính kéo xe đưa vào vị trí để xe với biên dạng quay elip. Các giàn để xe được gắn trực
tiếp vào xích nhờ paste treo.
Ưu điểm:
– Khung máy bằng sắt nên độ cứng vững cao.
13

– Giá thành rẻ vì nguyên vật liệu để chế tạo chủ yếu là sắt thép, dễ tìm và thay
thế.
– Có thể canh, chỉnh độ đồng tâm của trục và sức căng của dây xích qua cơ cấu
căng xích.
– Dễ dàng tháo lắp và bảo dưỡng.
– Dễ điều khiển, linh động.
– Tính thẩm mỹ cao.
– Khả năng chịu tải cao và điều khiển chính xác nhờ sử dụng thêm bộ truyền
động nhông cam.
Nhược điểm:
– Truyền động bằng xích còn gây ra tiếng ồn.
– Gia công lắp ghép cần độ chính xác cao.
2.3.1.4. Lựa chọn
Theo ưu và nhược điểm của các phương án trên. Phương án 3 là phương án được khắc
phục từ nhược điểm của phương án 1 và phương án 2. Phương án 3 là phương án được
lựa chọn và thiết kế trong đồ án này.

2.3.2. Thiết kế, chế tạo phần cơ khí
2.3.2.1. Vật liệu chế tạo nhà để xe tự động
• Thép
Khung được chế tạo bởi các thép hộp hình vuông kích thước 20x20 mm và được hàn
cố định với nhau tạo thành khung .

Trục truyền động chính giữa hai nhông xích là thép trụ đặc
φ
12mm.
Thép là vật liệu điển hình thuộc nhóm vật liệu kim loại, được sử dụng nhiều trong các
công trình cầu, đường sắt và công trình xây dựng. Chúng có ưu điểm là cường độ chịu lực
cao, lớn nhất trong các vật liệu xây dựng, nhưng dễ bị tác dụng ăn mòn của môi trường.
Thép là hợp kim sắt - các bon, hàm lượng các bon < 2%.
Theo hàm lượng các bon chia ra:
– Thép các bon thấp : hàm lượng các bon ≤ 0,25%.
– Thép các bon trung bình : hàm lượng các bon 0,25 - 0,6%.
14

– Thép các bon cao : hàm lượng các bon 0,6 - 2%.
– Khi tăng hàm lượng các bon, tính chất của thép cũng thay đổi: Độ dẻo giảm,
cường độ chịu lực và độ giòn tăng. Để tăng cường các tính chất kỹ thuật của thép
có thể cho thêm những nguyên tố kim loại khác như: mangan, crôm, niken, nhôm,
đồng
Theo tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại thêm vào chia ra:
– Thép hợp kim thấp: Tổng hàm lượng nguyên tố kim loại khác ≤ 2,5%.
– Thép hợp kim vừa: Tổng hàm lượng nguyên tố kim loại khác 2,5-10%.
– Thép hợp kim cao: Tổng hàm lượng nguyên tố kim loại khác > 10%.
Vì khung nhà xe chịu lực, tải trọng nặng nên ta chọn thép các cacbon trung bình
làm vật liệu chế tạo khung cho mô hình nhà để tự động kiểu vòng xoay đứng.

Hình 2.4. Thép hình hộp Hình 2.5. Thép trụ đặc

Trục dẫn động cần có độ cứng vững cao, chịu lực lớn, độ mài mòn cao trong
quá trình làm việc vì thế ta chọn thép các bon cao để đảm bảo độ bền.
• Que hàn
Que hàn nóng chảy là loại điện cực mà lõi làm bằng kim loại (thép, gang, dồng,

nhôm, ) bên ngoài có một lớp thuốc bọc. Khi hàn que hàn sẽ bổ sung kim loại và tăng
cường một số tính chất đặc biệt cho mối hàn. Que hàn nóng chảy có nhiều loại như que hàn
thép các bon, que hàn thép inox, que hàn thép hợp kim, que hàn đồng, que hàn nhôm,