Bài tập lớn Thiết kế kĩ thuật Máy nhặt banh tennis

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA_ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ
Bộ Môn Cơ Sở Thiết Kế Máy



GVHD: HUỲNH CƠNG LỚN
Nhóm Thực Hiện: Nhóm 05
Đặng Quốc Doanh
20500393
Lê Minh Hiếu
20500862
Trần Minh Tú
20503418
Trần Minh Thắng
20502701
Phùng Hưng
20501187
Trần Chí Diễn
20500389
Khâu Đình Qui
20502286
Đặng Huy Nhựt
20501996

TP . Hồ Chí Minh
-20071


MỤC LỤC

Lời Nói Đầu
I. Phân Tích Nhiệm Vụ Thiết Kế
II. Lập Kế Họch Cho Công Việc Thiết Kế
III. Xác Định Yêu Cầu Kỹ Thuật
IV. Đua Ra Ý Tưởng
V. Đánh Giá Ý Tưởng Chọn Phương Án Thiết Kế
VI. Tính Toán Thiết Kế Sản Phẩm
VII. Đánh Giá Sản Phẩm
VIII. Tài Liệu Tham Khảo

Trang
2
4
6
8
10
13
13
20
23

2


LỜI NÓI ĐẦU
Trong tình hình khoa học kó 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 nghóa 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 thò

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 trò 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.

3


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 đònh 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 lòch, 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 lòch, 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 lòch, công nghệ thông
tin.
 Tính cách: sống nội tâm, biết lắng nghe, suy nghó rồi mới
phát biểu. Cách suy nghó thực tế dựa vào hoàn cảnh cụ thể
có tính khách quan, quyết đoán, đưa ra các quyết đònh 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 nghó theo lý thuyết, làm việc theo kế
4


hoạch.
 Vai trò: người khám phá.
6. Trần Chí Diễn
 Sở thích: vi tính, nghe nhạc, bóng rổ, du lòch

 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 lòch
 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 lòch, công nghệ thông tin, thích tìm hiểu máy
móc cơ khí.
 Tính cách: sống nội tâm, tỉ mỉ, cần cù chòu 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 dòp 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, dễ

sử dụng, giá thành rẻ. Vì đây là lần đầu tiên nhóm thiết kế một sản phẩm cơ khí nên
5


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 kòp tiến
độ.
− Sử dụng biểu đồ thanh để thiết lập lòch trình công việc thiết kế.
Thời gian: tuần 4
Nhân lực: Hiếu, Doanh
2.3 Xác đònh các yêu cầu kỹ thuật của bài toán thiết kế
− Xác đònh yêu cầu khách hàng về sản phẩm của nhóm chuẩn bò thiết kế, khả năng
cạnh tranh trên thò trường.
− Sử dụng “ngôi nhà chất lượng” (phương pháp QFD) xác
đònh 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,chọn
lựa 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.
6


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

7


III. XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT

1. Xác đònh yêu cầu khách hàng
1.1 xác đònh 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 mất
khoảng 10 -20 phút để đưa số bóng trên về vò 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
Φ 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 u cầu của khách hàng như trên được biên dịch thành những thơng số kỹ
thuật được thể hiện trong ngơi nhà chất lượng.

8


2. Ngoõi nhaứ chaỏt lửụùng

9


IV. Đưa ra ý tưởng:

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

Tham khảo 2

2. Đưa ra ý tưởng:
2.1 Ý tưởng 1:
Ưu điểm : hốt được nhiều banh , tốc độ lấy
banh lớn.
Nhược điểm :khó chế tạo và lắp đặt , và có thể
làm văng banh ra ngồi khi 2 thanh gạt di
chuyển.

2.2 Ý tưởng 2:
Ưu điểm : hốt được nhiều banh , tốc độ lấy
banh lớn , dễ lắp đặt bảo trì.
Nhược điểm : chiếm diện tích lớn ,khó 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
Nhược điểm : hốt được ít banh ( số lượng banh lấy được
còn tùy thuộc vào chiều ngang của dụng cụ ) , và banh
có thể bị rơi ra ngồi

10


2.4 Ý tưởng 4:
Ưu điểm : gọn nhẹ ,khơng cần thùng đựng
banh
Nhược điểm :chế tạo khó vì cần độ chính
xác cao khi tính tốn khoảng cách giữa các
thanh ngang để lắp đặt

2.5 Ý tưởng 5:
Ưu điểm : lấy được nhiều banh
Nhược điểm : khó chế tạo có 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 có 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.

11


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:

12


Trước những ý tưởng đề ra, khó có thể quyết đònh được. Do đó ta đưa chúng vào
ma trận quyết đònh để so sánh với yêu cầu của người sử dụng, để từ đó đưa ra một
quyết đònh khách quan, lựa chọn phương án tối ưu nhất để phát triển đến kết quả cùng.

Dựa vào ma trận quyết đònh, 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

2
(Nhóm chọn giai tốc trọng trường g=10m/s )
Thùng đựng bóng có kích thước là:
13


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 có 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
bóng trừ đi cơ cấu bánh xe.
F: Là lực cũa người tác dụng lên bánh
xe.

Xét mặt phẳng yoz

14


Vì tính chất đối xứng:
Biểu đồ momen

R AY = RBY

∑F

y

Q
) + RAY + RBY = 0
4
Q
= RBY = FY +
4

= 0 ⇒ ( 2 F y+2

⇒ R AY = RBY = RBY
F Y= c
⇒ R AX = RBX =

F
* Cosα
2

Xét mặt phẳng xoz

Tương tự ta có
R AX = RBX =

F
* Cosα
2

Mặt cắt nguy hiểm từ mặt A-A đến mặt B-B
M tđ = M X2 + M Y2 = (

F
F
Q
Cosα .a) 2 + ( Sinα + ) 2 .a 2
2
2
4

d ≥3

M td
0.1* [σ ]

Với các thông số có như sau
a:khoảng cách từ bánh xe tới ngõng trục
F=30N
0
α=59
15

a=5mm
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 L =8000 h
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
Trong đó
V=1
Kd=Kt=1
Fa=0
X=1
Y=0
Vậy Q=40N
Khả năng tải trọng động là
Cd = Q.3 L
L=

60.n.Lh
= 1,056.106 vg
6
10

C =40,07N vậy chọn cỡ đặc biệt nhẹ 109
d
6.2.2 Tính toán bánh xe:
R: bán kính bánh xe
r : bán kính bóng
m khối lượng bóng
=> vận tốc dài của bánh xe V
vận tốc góc của xe
ω=

V
R

16


• 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

V2
Flt = ω .( R − 2r ).m =
.m
R − 2r
2
1

• ῳ1 là vận tốc góc của tâm bóng với
V
tâm xe
ω1 =
R − 2r

Các lực tác dụng vào bóng là:
• Trọng lượng bóng P.
• Phản lực N.
• Lực ma sát Fms.
• Lực quán tính ly tâm.
• Chiếu lên phương OX ( trùng với mặt phẳng nan )
• Gia tốc bóng.
f là hệ số ma sát của bóng và nan.
Tại vị trí này bóng bắt đầu chuyển động với vận tốc ban đầu bằng 0 và bóng phải chuyển
động trên quãng đường S=2r trước khi vào thùng

∑ F = g (sin α − f cos α ) +
a=

V2
m bánh xe quay góc là : R − 2r
Thời gian

t2 =

S = at12 => t1 =

S
=
a

2r
V2
g (sin α − cos α f ) +
R − 2r

α αR
=
wxe V

• Để bóng không bị dắt lại thì t1 < t2
2r
g (sin α − cos αf ) +

V2
R − 2r

α 2R2
≤
V2
17

• Với cấu tạo của xe thì
α = 23,6 0 = 0.4113rad

• V = 5km/h = 1390mm/s
4
2
g= 10 mm/s
hệ số ma sát f = 0.4
⇒ t1 =0.006s và t2 = 0.013s

⇒ Với bóng đủ thời gian lăn vào thùng
6.2.3 Tính toaùn ñoä beàn khung:
Khung xe có 2 bên đối xứng nên ta chỉ cần tính bền của 1 bên rồi lấy ½ kết quả
Các thanh ngang của xe chỉ có tác dụng cố định khung xe nên ta không cần tính bền

Xét thanh AB(hình thanh AB)
   

F + G1 + N1 + Fqt + Fms = 0
⇒ ∑ Fy = F sin α + G1 − N1 = 0(1)
⇒ N1 = F sin α + G1

⇒ ∑ Fx = F cos α − Fqt − Fms
⇒ ∑F =

Fqt + Fms
cos α

l
= F cos α .l + G1. 1 − F sin α .h = 0

2
l
G1.
2
⇒F=
(cos(hình
α .l − thanh
sin α .h)BC)
Xét thanh BC

∑M

B

  


F + N1 + N 2 + Fms + Fqt = 0
⇒ ∑ Fy = G2 − N1 − N 2 + F cos α = 0
⇒ N 2 = G2 + F sin α − N1

∑F

x

=F cos α − Fqt − Fms = 0
l2 
2 2+F =0

M =N .l − G


∑
N +G + N
C

1 2

1

2

3

∑F = N +N −F sin α −G =0
Xét thanh CD (hình thanh CD)
∑F = F cos α −F −F =o
y

1

2

x

∑M

3

qt

D

=G3 sin β

ms

l3
−N 2 cos β.l1
2

18


Thông số vật liệu như sau

l = 600
h = 1200
f = 0.4
a = 1.3m / s 2

α max = 59 0
[σ ] = 40 Mpa
Ta có kết quả như sau:

Fms = 40 N
Fqt = 13 N
N1 = 60 N
N 2 = 40 N
2
σ

=
75
KN
/
cm
Hình vẽ sản phẩm:

19


Bánh xe

Thùng đựng banh

Khung xe

20


Máng dẫn hướng

Sản phẩm hoàn chỉnh

21


VII. 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.

22

Tài Liệu Tham Khảo

1. Phương pháp thiết kế kỹ thuật
Nguyễn Thành Nam – NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
2. www.item.express.ebay.com
3. www.asia.ru
4. www.beercheckers.com
5. www.shoppingguide.com
6. www.sportmachines.info

23