THIẾT kế CHẾ tạo máy cắt cỏ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với sự
vượt bậc của khoa học công nghệ, ngành cơ điện tử đã và đang phát triển mạnh mẽ và
được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Với các sản phẩm đặc trưng,
NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

1


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ
máy tự động và những robot thông minh cơ điện tử đã dần giúp nâng cao chất lượng
cuộc sống, giúp con người giải phóng được sức lao động, thay thế con người làm việc
trong những môi trường độc hại và nguy hiểm.
Là những sinh viên của ngành, cùng với sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của cô
Nguyễn Thị Hồng Minh và các thầy thuộc bộ môn Gia Công Vật Liệu Và Dụng Cụ
Công Nghiệp thuộc viện Cơ Khí trường Đại Học Bách khoa Hà Nội, nhóm chúng em
đã đưa ra đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ TỰ ĐỘNG CỠ NHỎ
DÙNG TRONG HỘ GIA ĐÌNH” phục vụ cho những sân vườn gia đình với mục
đích giúp giảm thời gian, công sức của con người. Nội dung chi tiết sẽ được trình bày
trong báo cáo này gồm các phần chính sau :
Chương 1 : Tổng Quan
Chương 2 : Tính toán và thiết kế cơ khí
Chương 3 : Thiết kế phần điện và điều khiển
Chương 4 : Triển khai thiết kê
Chương 5 : Tổng kết và hướng phát triển của sản phẩm
Với đề tài này, chúng em đã vận dụng được những kiến thức trên lý thuyết vào thực
nghiệm. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót

chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đồ án của chúng
em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !

1 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
Chương này chúng ta tìm hiểu chung về lịch sự phát triển và sự ra đời của máy cắt
cỏ. Đi theo quá trình phát triển của khoa học công nghệ, đến nay đã có rất nhiều các
loại máy cắt cỏ khác nhau với các ưu nhược điểm riêng biệt theo mỗi hãng sản xuất
NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

2


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ
được ra đời. Tuy có nhiều hãng sản xuất khác nhau nhưng các hãng đều phát triển sản
phẩm của mình theo xu hướng chung đó là tự động hóa, đa dạng các tính năng thông
minh cho sản phẩm. Từ những tìm hiểu đó, nhóm sẽ phải đưa ra đề xuất mới phù hợp
để thực hiện.
1.1 Tổng quan về máy cắt cỏ
1.1.1 Lịch sử về máy cắt cỏ
Máy cắt cỏ là một máy có sử dụng một hoặc nhiều lưỡi quay vòng để cắt một bãi
cỏ với một chiều cao bằng nhau. Lưỡi có thể được hỗ trợ bằng cách dùng tay đẩy máy
cắt về phía trước, hoặc có thể có một động cơ đốt trong để quay lưỡi của họ.
Máy cắt cỏ đầu tiên được phát minh bởi Edwin Budding vào năm 1827. Máy cắt
được thiết kế chủ yếu cắt cỏ trên sân thể thao khu vườn rộng và đã được cấp bằng sang
chế ở Anh vào 31/08/1830.

Hình

1.1:

Máy cắt

cỏ đầu

tiên

phát
minh bởi Edwin Budding vào năm 1827

Phải mất nhiều năm nữa thì các máy cắt cỏ mới được cải tiến mạnh mẽ. Năm
1850, Thomas Green đã giới thiệu 1 chiếc máy cắt với tên gọi SilensMessor, hoạt động
êm hơn so với các thế hệ trước. Trong những năm 1920 công ty thành công nhất về
máy cắt là Atco. Tại thời điểm đó nó là 1 thương hiệu nổi tiếng và 900 máy cắt cỏ đã
được sản xuất vào năm 1921

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

3


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

Hình 1.2: Máy cắt cỏ thương mại được sử dụng tháng tháng 4/1930 tại Berlin
Theo sự phát triển của khoa học thì cho đến nay máy cắt cỏ đạ được cải tiến rất
nhiều từ động cơ, kích thước, tính năng và cách tiêu thụ năng lượng.
1.1.2 Máy cắt cỏ trong đời sống và nhu cầu sử dụng
Cỏ là loại cây phát triển nhanh, đặc biệt trong những tháng ẩm. Theo hướng dẫn,
cỏ nên được cắt 1 tuần 1 lần hoặc ít nhất cũng 2 tuần 1 lần vào mùa hè, 3 tới 4 tuần 1
lần vào mùa đông.

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

4


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

Hình 1.3: Hình ảnh các bãi cỏ trong thực tế
Do đó vấn đề về cắt cỏ đã được nhiều nơi trên thế giới quan tâm, từ những sân
vận động, sân gôn lớn tới những công viên, rồi tới các khu vườn gia đình. Việc cắt cỏ
khá tỉ mỉ và tốn thời gian, vì thế lần lượt các thế hệ máy cắt cỏ ra đời đã giúp tăng
năng xuất, giảm sức lao động của con người.

Hình 1.4: Cỏ trong sân Golf

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

5


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ
Ngày nay, trên thế giới, máy cắt cỏ được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là các máy
cắt cỏ người đẩy. Tùy vào diện tích sân cỏ, loại cỏ người ta có thể chọn các loại máy
cắt cỏ với kích thước công suất khác nhau. Thông thường, với cỏ các sân vận động,
sân vườn người ta hay sử dụng máy cắt cỏ có người đẩy, còn với những sân rộng như
sân Golf thì ta hay dụng máy cắt cỏ người lái.
Ở việt nam, máy cắt cỏ đẩy tay là được sử dụng rộng rãi hơn cả cho các bãi cỏ
công viên, trang trí nhà vườn. Đã có những phát minh sang chế máy cắt cỏ từ những
ngươi nông dân như :chiếc máy cắt cỏ họ đậu của ông Vương Đình Điệt ở Bình

Phước để phục vụ cho việc cắt, vén cỏ cho vườn cao su. Tuy nó khá cồng kềnh thô sơ
nhưng cũng đã đáp ứng được mục đích của người sang chế. Ngoài ra với các loại máy
cắt cỏ hiện nay ở Việt Nam chủ yếu là được nhập khẩu từ nước ngoài.
1.1.3 Các loại máy cắt cỏ hiện nay trên thị trường
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại máy cắt cỏ khác nhau. Để phân loại
máy cắt cỏ có thể dựa theo nhiều tiêu chí như là : công suất, cách sử dụng, theo năng
lượng sử dụng, theo các loại cỏ, …Thông thường máy cắt cỏ được chia làm các loại
sau:

•
•
•
•

Máy cắt cỏ đẩy tay
Máy cắt cỏ xe đẩy
Máy cắt cỏ người lái
Máy cắt cỏ tự động

1.1.3.1 Máy cắt cỏ đẩy tay.
Máy cắt cỏ đẩy tay là loại máy cắt cỏ khá thông dụng. Khi sử dụng máy này,
người sử dụng đeo trên vai động cơ của

máy, và

dùng tay điểu chỉnh cần cắt cỏ.
Khi mua một máy cắt cỏ việc đầu tiên
là bãi cỏ lớn mức nào và cách mà bạn muốn cắt.
bề rộng lưỡi cắt càng cần lớn.

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

6

cần xem xét
Bãi cỏ càng rộng,


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

• Nếu bãi cỏ vừa hay lớn, bạn nên mua loại máy vận hành song song
• Nếu bãi cỏ của bạn trung bình và bạn thích tập thể dục khi cắt cỏ, bạn nên
xem xét việc mua máy cắt cỏ đẩy.
• Nếu bãi cỏ của bạn nhỏ, bạn nên mua loại đẩy tay không động cơ, giúp
bạn tránh khói thải và làm ồn cho hàng xóm.
Sau đây là 1 ví dụ số máy cắt cỏ cầm tay của các hãng nổi tiếng.
1.1.3.2 Máy cắt cỏ cầm tay Honda BC35 (GX35)

Hình 1.5: Máy cắt cỏ cầm tay Honda BC35
 Máy cắt cỏ cầm tay Honda BC35 (GX35)

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

7


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ
• Động cơ Honda 4 thì, 1 Xilanh
• Công suất :1. 6mã Lực/7000vp
• Dung tích bình xăng : 0. 65lít

• Dung tích nhớt : 0. 1lít
• Suất tiêu thụ nhiên liệu: 265G/mã lực. giờ

•
•
•
•
•
•
•
•
1.1.3.3

Kiểu liên kết truyền động: Bằng tay
Trục truyền lực : Càng bố ly hợp khô
Tay điều khiển kiểu ghi đông
Lưỡi cắt cỏ : Loại hai cánh
Kích thước :1928x637x444mm
Trọng lượng khô :7. 5kg
Nhà sản xuất: Honda
Giá thành : 5. 225. 000 vnđ
Máy tỉa cắt cỏ Gardena 0885

Với máy cắt cỏ truyền thống Accu của Gardena, bạn có thể cắt tỉa 1 cách thuận
tiện các rìa cạnh của khu vườn của bạn khi không có các dây cáp Được sử dụng với cỏ
và gỗ cây hoàng dương với cắt có chiều rộng đến 8 cm. Máy cũng có thể dễ dàng tạo
hình cắt tỉa phù hợp với cây hoàng dương. Nhờ vào hiệu suất cao, pin lithium-ion dễ
dàng sạc và thay thế, nó mang lại hiểu quả tối ưu và sử dụng một cách dễ dàng nhất có
thể. Màn hình LED hiển thị tình trạng sạc của pin và hiện thị trực tiếp thời gian sử
dụng còn lại và thông báo thời điểm sạc phù hợp khi pin cần phải sạc.

Thông qua tay cầm tối ưu hóa, thì máy tỉa cỏ cầm tay Accu là 1 sự lựa chọn tối
ưu khi nằm trên tay bạn và đạt hiệu suất tối đa mang lại kết quả xuất sắc trong việc cắt
tỉa. Lưỡi cắt cao cấp có thể tháo rời được mài nhẵn bóng rất sắc và được tráng bằng
chất liệu chống dính. Lưỡi cắt có thể thay thế dễ dàng mà không cần dùng bất kỳ dụng
cụ nào rất dễ dàng nhanh và an toàn khi sử dụng. Bằng cách này, máy căt cỏ cầm tay
có thể nhanh chóng thay thế cho kéo cắt tay ngày trước. Máy cắt cỏ cầm tay Accu
trang bị 1 cục sạc và vỏbảo vệ lưỡi. Nhằm đạt sự thoải mái khi cắt tỉa bãi cỏ của bạn
mà không cần phải uốn người qua, tay cầm có thể co dài và rút ngắn được
NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

8


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

Hình 1.6: Máy cắt cỏ cầm tay Gardena 0885
1.1.4 Máy cắt cỏ xe đẩy.
1.1.4.1

Máy cắt cỏ chạy điện 42E Gardena

Máy cắt cỏ Power Max™ 42 có thể sử dụng như một máy cắt cỏ có thùng đựng
cỏ hay máy làm tơi đất. Với một cửa sổ nhỏ bạn sẽ biết khi nào mình nên làm sạch
thùng đựng cỏ. Cỏ đã cắt sẽ có thể phân bổ trong đất như một loại phân bón tự nhiên.
Độ cao cắt cỏ có thể điều chỉnh với 5 mức độ từ 20-60mm. Tay đẩy có thể gấp lại để
tiết kiệm diện tích cất giữ và dễ vận chuyển.

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

9

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

Hình 1.7: Máy cắt cỏ 42E Gardena

• Vỏ được chế tạo bằng nhựa chuyên dụng
• Công suất 1700 W
• Đường kính cắt 42 cm
• Có 5 mức điều chỉnh độ cao cắt cỏ 20 – 60mm
• Dung tích chứa cỏ 50l
• Trọng lượng máy 13. 9kg
• Thường sử dụng cho diện tích 800 m^2
• Xuất xứ: Vương quốc Anh
1.1.4.2 Máy cắt cỏ người lái.
1.1.4.2.1 Máy cắt cỏ người lái Husqvarna CT 154
Xe cắt cỏ người lái có kèm thùng gom cỏ. Có đầy đủ các đặc điểm của động cơ
Kohler có bộ phận tra dầu bằng áp lực và một hộp số điều khiển bằng tay có 6 số tiến
và 1 số lùi. Có công tắc đóng cắt chẻ cỏ và bộ phận bảo vệ cho hệ thống phun cỏ ra
phía sau

• Trọng lượng
• Tốc độ khi tiến

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

:220kg
:0-6, 7Km/h

10

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

Hình 1.8: Máy cắt cỏ người lái Husqvama CT 154
1.1.4.2.2 Máy cắt cỏ Briggs & Stratton LT2342

Hình 1.9: Máy cắt cỏ Briggs & Stratton

•
•
•
•
•
•

Hãng sản xuất
Loại
Bình chứa nhiên liệu
Kích thước
Trọng lượng :254 Kg
Giá thành

:Briggs & Stratton
: người lái
:13. 2 lít
:1806x1320x1066 mm
:78. 500. 000 vnđ

1.1.4.3 Máy cắt cỏ tự động

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật thì những chiếc máy
cắt cỏ tự động thông minh cũng đã ra đời. Sau đây là một số ví dụ điển hình :
NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

11


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ
1.1.4.3.1 "Bada" Robot Lawn Mower
"Bada" Robot Lawn Mower được thiết kế với một hệ thống điều khiển CPU
nhúng là khác nhau từ máy cắt cỏ thông thường. và là giải pháp hoàn toàn tự động để
giữ cho cỏ của bạn cắt thường xuyên. "Bada" Robot Lawn Mower luôn luôn giữ một
bãi cỏ hoàn hảo mà không cần bất kỳ công việc khó khăn của bạn.
 Thông số :
• Nhiệt độ môi trường: -10 ~ 55 ℃
• Độ ẩm môi trường: 0 ~ 90%
• điện áp làm việc: 24V DC
• Công suất: 120W
• bảo hiểm tối đa: 3500m22
• bảo hiểm đề nghị: ≦ 600m2
• chiều cao cắt: 20 ~ 60mm
• chiều rộng cắt: 245mm
• dốc Leo: ≦ 30 °
• Pin: 12V 10Ah (Pb) x2
• Thời gian làm việc: 3 ~ 5 giờ
• Thời gian sạc: 8hrs
• Trọng lượng: 21. 5kgs
• Chiều dài dây biên giới cung cấp: 120m
NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

12


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ
• Kích thước: 680x485x290mm

Hình 1.10: “Bada” Robot

 Các tính năng:
• Cắt thiết lập khu vực của dây biên giới
• lập trình tự động cắt các tuyến đường
• Trở ngại cảm biến
• Tự động phụ trách
• Bộ cảm biến mưa
• Kiểm soát an toàn lưỡi dao cắt
• Có thể điều chỉnh chiều cao cắt
• Mã PIN an ninh
• Thiết lập thời gian cắt
• Ngày làm việc trực quan
• Điều khiển từ xa không dây
• Thân thiện môi trường thiết kế tiết kiệm năng lượng
1.1.4.3.2 Máy cắt cỏ Robot tự động R70Li - 04072-20

• Máy cắt cỏ Robot tự động R70Li - 04072-20
• Chiều cao cắt có thể điều chỉnh từ 2-5cm
• Độ dốc tối đa 25%
NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

13

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

• Trọng lượng 1, 4kg
• Kích thước (55x39x25cm)
Phù hợp cho những khu vực có diện tích tối đa là 700m²

Hình 1.11: Máy cắt cỏ tự động R70Li-04072-20
1.1.5 Ưu nhược điểm của các loại máy cắt cỏ.
Loại máy
Máy cắt cỏ đẩy tay

Máy cắt cỏ xe đẩy
Máy cắt cỏ người lái

Ưu điểm
-Công suất , kết cấu nhỏ
nhẹ.
-Vận hành đơn giản, có
thể điều khiển cắt cỏ theo
ý muốn của người cắt 1
cách dễ dàng, có thể cắt ở
các góc cắt khó, chiều cao
khác nhau
-Giá thành thấp
-Thường dùng ở diện
tích vừa và nhỏ, để cắt tỉa
trang trí
-Người cắt không cần
mang theo động cơ như

máy đeo vai
-Công suất làm viêc lớn
-Sử dụng rộng rãi trên
các sân cỏ có diện tích
rộng như sân gôn, sân
bóng, ….
-Người lái có thể dễ
dàng điều khiển xe hoạt
động và theo nhiều hướng
khác nhau

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

14

Nhược điểm
-Khi cắt người cắt cần
mang theo động cơ máy
-Chủ yếu là dùng động cơ
xăng, khi khởi động cần giật
nổ động cơ

-Giá thành cao
-Kích thước, khối lượng
lớn vì thế khi đi lên cỏ cắt sẽ
làm hại cỏ


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

Máy cắt cỏ tự động

-Tốc độ di chuyển xe
nhanh
-Khối lượng nhỏ gọn
-Tích hợp nhiều tính
năng thông minh
-Tiết kiệm thời gian,
công sức cho con người

-Giá thành cao
-Công suất nhỏ

Bảng 1. 1Bảng ưu nhược điểm các loại máy cắt cỏ trên thị trường
Ngoài ra ưu nhược điểm của từng máy cắt cỏ còn phụ thuộc vào năng lượng mà
máy sử dụng, có gây ảnh hưởng tới môi trường hay không và vấn đề an toàn cho con
người của từng máy.
1.2 Đề xuất
Từ viêc tìm hiểu về nhu cầu sử dụng máy cắt cỏ và đặc tính của loại máy cắt hiện
có, nhóm chúng em đã đề xuất : “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ TỰ ĐỘNG
CỠ NHỎ DÙNG TRONG HỘ GIA ĐÌNH” phục vụ cho những sân vườn gia đình.
Đây là một đề tài mới và tính thực tế rất cao, phù hợp với sinh viên ngành Cơ Điện Tử
Với những điều kiện đang có nên đề tài này chúng em sẽ giới hạn bài toán ở mức
: chiếc xe chạy tự động cắt cỏ với độ dốc địa hình nhỏ hơn 10 độ, có thể thay đổi chiều
cao cắt bằng cơ khí, sẽ dừng và có tín hiệu báo khi gặp vật cản.
1.3 Thiết kế sơ bộ

 Dự kiến ban đầu cho đề xuất chiếc xe cắt cỏ tự động :
• Xe di chuyển trên 3 bánh trong đó có 2 bánh chủ động và 1 bánh tự lựa
• Xe sử dụng 3 động cơ điện 12V DC để thực hiện việc di chuyển xe và quay

•
•
•
•
•
•
•
•


dao cắt cỏ
Có các hệ thống cảm biến
Khối lượng :6kg
Độ cao cắt : 2-4 cm
Tốc độ xe : 0. 3 m/s
Đường kính cắt : 20 cm
Kích thước : 50x20x10 cm
Công suất :120w
Độ ẩm môi trường : 0-90%
Các chi tiết chính sơ bộ cho đề tài

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

15


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

• Thân xe : Thiết kế thân xe với kích thước phù hợp với dự kiến. Yêu cầu thân
xe phải đủ cứng vững khi hoạt động, phải gá đặt được các chi tiết phụ, thích

hợp cho cả thiết kế phần điện sau này.
• Đĩa dao cắt : mang dao cắt cỏ
• Hộp giảm tốc : truyền tỉ số truyền từ động cơ ra bánh xe và tăng moment

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

16


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ
Sơ đồ nguyên lý hệ thống

Cảm
Biến

Mạch
cảm
biến

Khối điều
khiển trung
tâm

Khối điều
khiển hoạt
động động
cơ

Động
Cơ Trái

Động
cơ phải
Động
cơ cắt

Khối nguồn
Hình 1. 12: Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống
Nguyên lý hoạt động của chiếc xe cắt cỏ tự động : Chiếc xe sẽ được di chuyển
tịnh tiến bằng 2 bánh xe chủ động được lắp vào 2 động cơ DC 12v. Đồng thời trong
quá trình xe chạy, 1 động cơ thứ 3 sẽ làm đĩa dao mang dao cắt quay. Trong quá trình
hoạt động, khi gặp vật cản thì cảm biến siêu âm sẽ báo về trung tâm điều khiển và sẽ
đưa ra tín hiệu điều khiển thích hợp. Ngoài ra còn các công tắc hành trình, cảm biến
gia tốc, . . sẽ làm tăng tính thông minh của chiếc xe. Xe sẽ vừa di chuyển và vừa chạy
động cơ cắt, khi xe di chuyển tới 1 khoảng cách được đặt trước sẽ tự động được điều
khiển quay đầu. Cứ như vậy, xe sẽ tự động chạy tới khi hết diện tích bãi cỏ.
Từ việc tìm hiểu về lịch sử phát triển của các loại máy cắt cỏ kết hợp với những
kiến thức của mình, nhóm đã đưa ra được đề xuất mới “ THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY
CẮT CỎ TỰ ĐỘNG CỠ NHỎ DÙNG TRONG HỘ GIA ĐÌNH “. Sau khi đưa ra
được đề xuất, nhóm cũng đã có những thông số thiết kế sơ bộ cơ bản như : khối lượng
xe, vận tốc xe chạy, diện tích cắt của dao, …. Đây là những thông số cần thiết phục vụ
cho việc tính toán thiết kế chi tiết ở chương II. Ngoài ra, nhóm cũng giới hạn mức độ
thực hiện đề tài để đề tài có tính khả thi cao.

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

17


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

2 CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Từ những thông số sơ bộ của chương I đã đề xuất cho đề tài, chương này chúng
ta bắt đầu tính toán và thiết kế cơ khí một cách chi tiết. Nhiệm vụ của chương II đặt ra
là tính toán thiết kế bộ truyền cơ khí cho xe, thiết kế những chi tiết cơ khí với kích
thước cụ thể chính xác. Sau khi đã thiết kế, cần kiểm nghiệm độ bền, độ cứng vững
cho các chi tiết đó. Đây là bộ xương của chiếc xe, vì vậy các yêu cầu tính toán thiết kế
phải chính xác, phải phù hợp cho cả việc thiết kế mạch điện và điều khiển sau này.
2.1 Các phương án thiết kế
Với đề xuất “ Tính toán thiết kế một chiếc xe cắt cỏ tự động ” nhóm đã đưa ra
được các phương án thiết kế cơ khí khác nhau

 Vấn đề cơ cấu chuyển động : chiếc xe sẽ có chuyển động chính đó là chuyển
động tịnh tiến của xe và chuyển động quay của dao cắt. Về chuyển động tịnh
tiến của xe dự kiến sẽ chuyển động nhờ 2 bánh xe chủ động.
• 2 bánh xe chủ động được điều khiển bởi 1 động cơ. Ưu điểm của phương
án này là 2 bánh xe sẽ di chuyển tịnh tiến cùng tốc độ. Tuy nhiên lại có
nhược điểm là khi xe cần rẽ hoặc quay đầu thì lại cần thêm 1 cơ cấu cơ khí
khá phức tạp hoặc cần thêm 1 động cơ đảm nhiệm nhiệm vụ này
• 2 bánh xe chủ động được điều khiển bởi 2 động cơ khác nhau. Nhược
điểm của phương án này là việc quay của 2 động cơ sẽ không được đồng
bộ và có sai số. Tuy nhiên khi dùng 2 động cơ cho 2 bánh sẽ khắc phục
đơn giản được vấn đề rẽ hoặc quay đầu của xe

 Động cơ được dùng trong xe : Với các cơ cấu xe di chuyển động cơ được dùng
chủ yếu là động cơ một chiều DC. Các loại động cơ :
• Động cơ DC : đây là loại động cơ được sử dụng rộng rãi trong các xe di
chuyển cần điều chỉnh tốc độ với ưu điểm dễ điều khiển, mạch động lực và
mạch điều khiển đơn giản , mô men mở máy lớn , giá thành rẻ…
• Động cơ bước : có ưu điểm là định vị chính xác, gia thành rẻ tuy nhiên

nhược điểm của nó là động cơ làm việc không đều, làm việc ồn, ….
• Động cơ Servo : với ưu điểm tốc độ cao hơn, mạch điều khiển tốc độ
chính xác và đều, làm việc êm hơn. Tuy nhiên nhược điểm là chi phí lớn, bảo
dưỡng tốn kém, điều khiển yêu cầu vòng phản hồi , …

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

18


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

 Vị trí đặt của các bánh xe : Với đề tài này, nhóm đã dự kiến sử dụng 3
bánh xe trong đó có 2 bánh xe chủ động và 1 bánh xe tự lựa :
• Phương án 1 : vị trí đặt của 2 bánh chủ động ở phía sau xe và bánh tự
lựa được đặt ở phía trước : ưu điểm là lực đẩy xe di chuyển lớn. Tuy nhiên có
nhược điểm là hướng di chuyển của xe bị ảnh hưởng bởi hướng của bánh xe
tự lựa

•

Phương án 2 : vị trí đặt của 2 bánh xe chủ động ở phía trước, bánh xe

tự lựa ở phía sau xe. Với phương án này sẽ khắc phục được việc điều khiển
hướng cho xe sẽ không bị ảnh hưởng bởi bánh xe tự lựa.
 Phương án thiết kế bộ truyền hộp số : do vận tốc của động cơ và vận
tốc bánh xe khác nhau vì vậy ta cần thiết kế bộ truyền. Ngoài việc truyền tỉ số
truyền hộp giảm tốc còn có tác dụng tăng mô ment trên các trục. Với thông số
sơ bộ nhóm đã ước tính được tỉ số truyền khoảng 20 nên có các phương án
thiết kế bộ truyền như sau :

• Bộ truyền bánh răng trụ hộp giảm tốc 2 cấp : đây là bộ truyền được sử
dụng rất nhiều, ưu điểm của bộ truyền là có tuổi thọ và hiệu suất cao, kết cấu
đơn giản. Tuy nhiên do có 2 cấp nên kích thước cồng kềnh và khó bôi trơn
trục ở giữa.
• Bộ truyền là hộp giảm tốc côn-trụ 2 cấp : với bộ truyền này nhược
điểm lớn nhất là giá thành chế tạo đắt do cần có dao và máy chuyên dùng để
chế tạo thành bánh răng côn, ngoài dung sai về kích thước và răng còn phải
đảm bảo dung sai về góc giữa 2 trục
• Bộ truyền là hộp giảm tốc trục vít bánh vít : ưu điểm của bộ truyền là
kích thước nhỏ có thể thực hiện được tỉ số truyền lớn, làm việc êm tuy nhiên
nhược điểm là hiệu suất thấp hơn các loại bộ truyền khác , chế tạo cũng phức
tạp hơn.
Sau khi đưa ra các phương án thiết kế cho từng chi tiết, nhóm đã thống nhất chọn
phương án tính toán thiết kế cho toàn hệ thống :
Phương án
Lý do
2 bánh xe chủ động được điều khiển
Có thể điều khiển một cách đơn giản
bởi 2 động cơ riêng biệt
từng bánh
Động cơ được dùng là động cơ DC
Đáp ứng được yêu cầu của đề tài, dễ
NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

19


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ
mua và giá thành phù hợp
2 bánh xe chủ động sẽ được đặt ở phía

Thuận lợi cho việc điều khiển hướng
trước, bánh tự lựa ở phía sau
của xe
Bộ truyền trục vít bánh vít
Tỉ số truyền lớn và kết cấu nhỏ gọn
Bảng 2.1: Bảng lựa chọn phương án thiết kế
2.2 Sơ đồ đông học
Từ việc chọn phương án thiết kế ta sẽ vẽ được sơ đồ động học như sau :

Hình 2. 1: Sơ đồ đông học của hệ thống

Chuyển động của chiếc xe cắt cỏ này gồm 2 chuyển động chính là : di chuyển
tịnh tiến (quay bánh xe chủ động) và chuyển động quay của đĩa dao cắt cỏ.
Chuyển động quay của 2 bánh xe chủ động được điều khiển bằng 2 động cơ DC
qua bộ truyền trục vít, phía sau xe là 1 bánh xe tự lựa.
2.3 Tính toán chọn động cơ
2.3.1 Tính chọn động cơ di chuyển xe

 Các thông số đầu vào :
• Khối lượng xe
• Vận tốc xe
• Đường kính bánh xe

: M = 6(kg)
: v = 0. 3 (m/s)
: d = 100 mm

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

20

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

• Hệ số ma sát
• Số lượng động cơ

: μ = 0. 2
:2
 Công suất cần thiết của động cơ :
= n.
Trong đó : n = (1, 1 ÷ 1, 5 ) hệ số an toàn
η : hiệu suất
=
Với tính năng có thể di chuyển trên cả bề mặt dốc nhỏ hơn 10 độ nên ta sẽ tính công
suất cần thiết để hoạt động trên bề mặt này, và đây cũng là công suất cần thiết lớn nhất
của chiếc máy cắt cỏ
F=∑ = + + +
= P. sin10° + 0, 2. P. cos10°
= 60. sin10° + 0, 2. 60. cos10°
≈ 23 (N)
⇒=

1,5.23.0.3
1000.0,9

=12 (w)

Từ = 12 (w) ta chọn động cơ 1 chiều thông số

 w = 60(v / p)
 M = 1,9( N .M )

 m = 150( g )
 d = 4( mm)
 truc
 P = 20(W)

Hình 2.2: Động cơ di chuyển xe

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

21


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ
2.3.2 Tính chọn động cơ quay đĩa dao cắt

 Các thông số đầu vào
Tổng động năng của đĩa :
W=

1 2
Iw
2

=

 w = 3000(v / p )


mdia = 0,3(kg )
d = 16(cm)
 dia

1 1 2 2
. mr .w
2 2

1
.0,3.0, 082.30002
4

=
=47, 3 (J)
Thời gian để động cơ đạt số vòng quay 3000 (v/p) là : t = 5 (s)
Vậy công suất cần thiết của động cơ : P = W/ t = 47, 3 / 5 = 10 ( w)
Chọn động cơ 12v , P = 20W với n=3000v/p
2.4 Thiết kế cơ khí
2.4.1 Tính toán thiết kế bộ truyền
2.4.1.1 Tính chọn bộ truyền
Số vòng quay sơ bộ của bánh xe :
nbx =

v
0, 3
=
≈ 60(v / p)
r 0, 05

Số vòng quay của động cơ là 1500v/p nên cần bộ truyền với tỉ số truyền u=25

Nhóm đã chọn bộ truyền trục vít bánh vít làm bộ truyền cho hệ thống vớitỉ số
truyền u=24
Số vòng quay sơ bộ của động cơ :
nsb = nbx .u = 1440(v / p)

Tính công suất trên các trục
p2 =

pbx
7
=
n
0,992

=7, 1 (w)
p
7,1
p1 = 2 =
= 9(w)
n1 0,992.0,8
Pdc =

P1
9
=
= 9,1
nol 0,99

Mô men xoắn trên các trục

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

22


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

T1

9,55.106.

p1
≈ 60( N .mm)
n1

9,55.106

p2
≈ 1130( N .mm)
n2

=

T2

=

Tdc = 9,55.106.

pdc

= 60, 4( N .mm)
ndc

2.4.1.1.1 Thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít
Các thông số đầu vào
P = P1

T2

=9 (w)

=1130 (N. mm)
n1

=1440 (v/p)
Vận tốc trượt sơ bộ được tính theo công thức
4,5.10−5.n1. 3 T2
S
=

V

T2

moomen xoắn trên trục bánh vít
T2

n1

= 1130 (N. mm)

số vòng quay của trục vít
n1

=1440 (v/p)

⇒ VS = 4,5.10−5.1440. 3 1130
=0, 67 (m/s) <2 (m/s)
Vậy chọn vật liệu bánh vít dùng gang
Vật liệu bánh vít

σ b = 500( Mpa)

σ ch = 200( Mpa )

Vật liệu trục vít :thép 45 tôi bề mặt đạt độ rắn HRC 45

[σH ]

Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

23


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ

Theo B7

cho phép

. 2[1] với

VS = 0,67(m / s) ⇒ [ σ H ] = 243, 2( Mpa)

Xác định ứng suất tiếp uốn

[σ F ]

[ σ F ] [ σ FO ] .K FL = 141.0,81 = 114, 21(Mpa)
=

[ σ FO ]

:ứng suất uốn cho phép ứng với chu kì

[ σ FO ] = 0, 25.σ b + 0,08.σ ch

106

=0, 25. 500+0, 08. 200 =141 (Mpa)

K FL

:Hệ số tuổi thọ
106
9
K FL =
N EF

N FE = 60.1.n2 .Lh

→ lấy

6,84.106

=60. 1. 60. 1900=

N FE = 6,84.106

⇒ K FL = 9

chu kì

6

10
= 0,81
6,84.106

ứng suất cho phép khi quá tải

[ σ H ] max = 2σ ch = 2.200 = 400( Mpa)
[ σ F ] max = 0,8.σ ch = 0,8.200 = 160(Mpa)
⊕

xác định khoảng cách trục :

+chọn sơ bộ :
+với u=24 ,

T2

aw

K H = 1, 2

z1 = 2 ⇒ z2 = u.z1 = 48

+tính sơ bộ q : q

chu kì

≥ (0, 25....0,3) Z2 ⇒

chọn q=10

=1130 (N. mm)

[σ H ] = 243, 2( Mpa )

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

24


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT CỎ
2

 170  T2 .K H
aw = ( z 2 + q ) 3 

= 18
÷.
z
.[
σ
]
q
 2 H 
aw = 20

Lấy
-tính modun
2.aw
2.20
=
=
q + z2 10 + 48

m=
0, 7
theo dãy tiêu chuẩn chọn modun m=1
aw =

do đó
chọn

m
1
( q + z2 ) = (10 + 48) = 29
2

2

aw = 28

2.4.1.2 Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc
ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng bánh vít của bộ truyền phải thỏa mãn điều
kiện
σH =

170  Z 2 + q  T2 .K H
≤ [σ H ]

÷.
Z 2  aw  q

Ta cần xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép
VS

và hệ số tải trọng
Vận tốc trượt
VS =

KH

π .d w1 .n1
60000.cosγ w

Trong đó

Góc vít lăn

 Z1
γ w = arctg 
 q + 2X

d w1 = (q + 2 X ).m = (10 − 2).1


 2 
÷ = arctg 
÷=
 10 − 2 


=8

Vậy vận tốc trượt
π .8.1440
VS =

Với

60000.cos14

= 0, 62(m / s )

VS = 0.62(m / s) ⇒ [ σ H ] = 245,5( Mpa)

NHÓM SINH VIÊN CƠ ĐIỆN TỬ

25

14°

[σH ]

dựa vào vận tốc trượt