thiết kế xe chạy bằng năng lượng bẫy chuột

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH

NHẬP MÔN KỸ THUẬT

THIẾT KẾ XE CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG BẪY CHUỘT


BIỂU ĐỒ GANTT

Nhiệm vụ

Tham gia

Thảo luận ý tưởng

Cả nhóm

Nghiên cứu, thiết kế

Cả nhóm

Hoàn thiên thiết kế

Linh, Khôi

Vật liệu

Huỳnh, Học

Tạo mẫu

Huy, Trường

Viết bài báo cáo

Linh, Luân

Tuần 1

Tuần 2

Tuần 3

Tuần

Tuần

4

5

Tuần 6

Tuần

Tuần

7

8

Tuần 9

Tuần

Tuần

10

11


CHIẾC XE THỨ NHẤT

Xác định vấn đề: vì là sản phẩm đầu tay nên chưa có nhiều ý tưởng, chỉ đơn thuần suy nghĩ sử dụng thế năng lò xo làm năng lượng cho xe chạy, chưa
hình thành được nhiều ý tưởng để sử dụng có hiệu suất cao.



Thu thập dữ liệu cần thiết cho xe: giá cả của các loại bẫy chuột, các loại bánh xe từ giá tiền cho tới kích thước khối lượng, các chi tiết phụ như ốc,
đinh…



Vẽ hình: chưa thực hiện đói với chiếc xe đầu tiên.



Áp dụng các công thức tóan học: chưa thực hiện.

Kết cấu xe

Sau khi xác định vấn đề và hình thành được ý tưởng, mường tượng đựơc két cấu cơ bản của khung xe. Nhóm tiến hành thảo luận các chi tiết kĩ thuật, các
yếu tố ảnh hưởng đến họat động của xe:




Khung xe: suy nghĩ của nhóm là cần một khung xe chắc chắn.
Bánh xe: đừong kính bánh xe to sẽ tót vì bánh xe và trục xe sẽ có cung tốc độ quay nên bánh lớn sẽ cho đừong đi dài nhất ( chưa thí nghiệm chỉ là
sự phán đoán). Nhóm dung bánh lớn có khoét bớt để giảm năng lượng


Kết cấu xe



Bánh trước: Như chúng ta từng được học thì chỉ cần 3 điểm là xác định được một mặt phẳng, 4 đíểm ta có thể tạo được 2 mặt phẳng
chinh vì vậy nhóm nghĩ nếu sử dụng 4 bánh rất có thể xe sẽ không cân đói. Vậy cả nhóm ưu tiên phưong án chế tạo xe 3 bánh. Bên cạnh đó
xe ba bánh có được 1 lợi thế là bánh trước cấu tạo có khả năng tự định hướng cho xe




Trục xe: nhóm chưa suy nghĩ vè tác động của trục xe đối với xe
Cánh tay đòn: nhóm muốn thực nghiệm độ lớn thế năng của lò xo nên chưa áp dụng nguyên tắc cánh tay đòn vào xe.

Kết quả




Ưu điểm: khả năng xuất phát khá tốt, xe gần như thắng được lực ma sát nghỉ ngay lúc bắt dầu.
Nhược điểm: khoảng cách xe chạy gần.

Các vấn dề mà nhóm nhận ra:



Năng lượng mà lo xo truyền cho trục xe trong một đon vị thời gian là quá lớn, dẫn tới hiện tượng bánh xe quay nhưng xe không chuyển động và trượt,
năng lượng chưa chuyển hóa hoàn toàn thành công có ít nên khi bẫy chuột đi đến nửa đường thì đập mạnh.



Việc không sử dụng cánh tay đòn đã dẫn tới việc lực kéo ban đầu quá lớn không cần thiết, khi bẫy càng đi lên năng lượng càng lớn lực kéo càng
mạnh làm cho dây bung khỏi trục.




Thí nghiệm sử dụng bánh xe lớn từ đó cũng làm cho nhóm phải suy nghĩ lại.
Ma sát giữa trục xe và bộ đỡ trục xe lớn, gây hao phí năng lượng.


CHIẾC XE THỨ 2

Hình thành các ý tưởng mới

 Xác định lại vấn đề: sau khi thử nghiệm khả năng hoạt động của xe thứ 1, cả nhóm đặt ra phải có nhiều biện
pháp để giải quyết các sai sót cũ.

 Hình thành các ý tưởng mới: càn có thêm bộ phận cánh tay đòn. Thất bại trong 3 bánh cả nhóm muốn thử 4
bánh. Bánh được bọc thêm cao su. Sử dụng lò xo có năng lượng lơn hơn. Thêm bộ phận được gọi là bánh đà.
Trang bị cho trục xe bạc đạn.


Phân tích các ý tưởng mới





Cánh tay đòn: sau thất bại từ chiếc cũ, giải pháp cánh tay đòn được đưa vào sử dụng. Áp dụng từ hệ thức M=F.d, T(năng lượng) mà năng lượng là
một hằng số vậy khi r càng dài thì nhỏ lại, giảm được vận tốc góc, độ biến thiên năng lượng trong một đơn vị thời gian sẽ nhỏ, tận
 dụng được tối đa năng lượng.
Ngoài ra, cánh tay đòn dài ra làm tăng độ dài cung, dẫn đến trục bánh xe sẽ quay được nhiều vòng hơn, qua đó đi xa hơn.


Phân tích các ý tưởng mới



Xe chạy bằng 4 bánh: Do chiếc thứ nhất thất bại nên làm nhóm hơi hòai nghi về khả năng thành công của 3 bánh, và do đã tìm ra cách khắc phục

đói với khung xe làm cho các bánh tương đối đều nhau và sai lệch ít.



Bánh được bọc thêm cao su: Vì lo ngại lò xo mới mạnh nên dẽ dẫn đẽn việc trượt của bánh xe mà xe vẫn đứng yên, nhóm đã bọc thêm vành
cao su cho mỗi bánh làm tăng độ ma sát với mặt đường đẻ chống trượt.


Phân tích các ý tưởng mới



Lò xo có năng lượng lớn hơn: với tham vọng chạy được xa hơn, nhóm quyết định sử dụng lò xo mạnh hơn ( như được tư vấn khi mua, lò xo của bẫy
mới có thể bắt được chuột trên 1kg).



Bộ phận bánh đà: qua các tài liệu từng đọc nhóm nhận thấy trong các loại phương tiện giao thông hiện nay đều có bộ phận được gọi là bánh đà.
Bánh đà là một đĩa tròn đặc có khối lượng tương đối lớn, vì vậy nó có khả năng tích trữ năng lượng để sinh ra lực quán tính, lực quán
tính sẽ giúp xe đi được xa hơn.



Bạc đạn: Tiến hành gắn bạc đạn cho xe làm giảm hệ số ma sát xuống mức thấp nhất có thể.




Kết quả



Ưu điểm: xe chạy khá trơn tru, nhờ có bộ cao su bọc bánh nên không xảy ra hiện tượng bánh bị trượt. Khả năng tăng tốc ngay lúc đầu rất tốt, tạo
một đà quán tính tốt cho xe. Thế năng của lò xo mạnh hơn nhiều.



Nhược điểm: so với chiếc thứ 1 thì có cải thiện về chiều dài đoạn đường, nhưng nếu đúng so với năng lượng mà lò xo sinh ra thì quãng đường đi được
như vậy là còn quá ngắn. xe vẫn không chạy thẳng.


Kết quả

Các vấn đề mà nhóm nhận ra:



Có một điều khá quan trọng mà đến chiếc thứ 2 cả nhóm mới nhận ra đó là khối lượng xe cả 2 lần thiết kế đều quá nặng (nguyên liệu
làm khung chủ yếu dùng là gỗ, các trục xe sử dụng kim loại).



Quyết định sử dụng bánh đà là 1 ý tưởng thất bại. Bánh đà chỉ nên sử dụng cho các loại động cơ có công suất lớn, còn năng
lượng do bẫy chuột sinh ra lại quá nhỏ.


Kết quả



Cũng chung một sai lầm là việc gắn thêm bạc đạn cũng làm cho khối lượng trục quay tăng lên đáng kể.



Việc chạy bằng quán tính đòi hỏi xe phải có tốc độ cao nhưng chính việc xe chạy quá nhanh đã làm cho khả năng chạy thẳng của xe giảm rất.



Sử dụng cánh tay đòn chưa đạt đến giơi hạn cần thiết nên khi lò xo chuyển động gần về tới đích thì lực sinh ra quá lớn làm lò xo đập mạnh khiến xe
nảy lên.


Chiếc xe thứ 3



Sau những thất bại từ các lần trước, cùng những kinh nghiệm đúc kết trong quá trình thiết kế từ các mẫu xe đầu. Cả nhóm quyết định dồn hết tâm
sức để hoàn thành chiếc xe cuối cùng. Với sự tin tưởng vào kinh nghiệm, những thí nghiệm đã thực hiện đối với từng chi tiết riêng biệt của xe.





Xác định vấn đề

Xác định vấn đề: chiếc xe cuối cùng phải là một sản phẩm đơn giản, nhưng hiệu quả.
Tổng hợp các kinh nghiệm, thí nghiệm để đi đến kết luận cuối cùng:




Khung xe không nặng, đơn giản, được gia cố bằng các thanh thước, đảm bảo độ bền cần thiết.



Cánh tay đòn được làm dài ra có thể giúp xe đi xa hơn

Bánh xe lớn có thể giúp xe đi xa hơn, nhưng đồng nghĩa với việc giá thành cho từng bánh sẽ đắt hơn, nên nhóm vẫn sử dụng bánh làm
từ CD thay vì bằng mica như đã dự tính.