Bản thuyết minh đồ án nhập môn kỹ thuật (môn học năm thứ nhất). Đề tài đèn trọng lực, sử dụng thế năng dự trữ để thắp sáng đèn, ứng dụng cho các khu vực vùng sâu vùng xa. Đính kèm với sơ đồ Gantt phân chia công việc, nhật ký và tài liệu tham khảo
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ***** BẢN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN “NHẬP MÔN KĨ THUẬT” ĐÈN TRỌNG LỰC GRAVITY LIGHT GVHD: Thầy Phạm Ngọc Tuấn Nhóm Lớp: L04 Phạm Đăng Duy Vũ 1614174 Bùi Đức Thắng 1613249 Phan Duy Khương 1611675 Phan Nguyễn Nhật Huy 1611317 NĂM HỌC 2016-2017 Mục lục Lời nói đầu Tr1 Giới thiệu nhóm Tr2 Giới thiệu sản phẩm nhu cầu .Tr4 2.1 Đèn trọng lực – Gravity light Tr4 2.2 Nhu cầu sử dụng .Tr4 Các chức sản phẩm Tr5 3.1 Chức .Tr5 3.2 Các yêu cầu thiết kế .Tr5 Các thông số thiết kế .Tr6 4.1 Phần .Tr6 4.1.1 Hệ thống treo vật nặng cấu xoay chiều Tr6 Bánh đai treo vật nặng Tr6 Bánh đai kéo trả vật nặng Tr7 Cơ cấu xoay chiều .Tr8 Dây treo vật nặng .Tr10 Vật nặng Tr10 4.1.2 Hệ thống hộp số bánh tăng tốc Tr12 Bánh lớn D16PA25 Tr11 Bánh lớn D16PA15 Tr12 Bánh nhỏ D05PA25 Tr13 Bánh nhỏ D05PA15 Tr14 Bạc đạn SM 608 .Tr15 4.1.3 Trục khung sườn .Tr16 Trục Tr16 Khung sườn Tr16 Hệ thống treo Tr16 4.2 Phần điện Tr17 4.2.1 Dynamo Tr17 4.2.2 Mạch tăng áp Tr17 4.2.3 LED Tr18 Phân tích .Tr18 5.1 Phần Tr18 5.1.1 Hệ thống treo vật nặng Tr18 5.1.2 Cơ cấu xoay chiều Tr20 5.1.3 Hệ thống hộp số bánh tăng tốc Tr21 5.1.4 Trục khung sườn .Tr22 5.2 Phần điện Tr23 5.2.1 Dynamo Tr23 5.2.2 Mạch tăng áp Tr23 5.2.3 LED .Tr24 Tính tốn thiết kế Tr24 Các vẽ thông tin liên quan Tr27 Các học thất bại thành công Tr32 Kết luận đề nghị Các cảm nghĩ làm đồ án .Tr33 10 Tài liệu tham khảo Tr34 11 Phụ lục Tr35 Trang Lời nói đầu Năm trường đại học năm đầy thú vị thách thức cho sinh viên Đồ án cho môn “Nhập môn kĩ thuật” vừa thử thách, vừa hội để tân sinh viên Bách Khoa bước đầu thể khả Nhóm chúng em định chọn đề tài cho đồ án “Đèn trọng lực – Gravity Light” với mục đích muốn cho người thấy khía cạnh khác lượng – khả ứng dụng cho vùng phát triển Đồng thời thông qua đồ án này, chúng em muốn thể khả sáng tạo kĩ giải vấn đề Hi vọng sản phẩm góp phần làm cho “Ngày hội kĩ thuật” trường Đại học Bách Khoa thêm phong phú thú vị Qua trình thực đồ án, nhóm rút nhiều học quý giá từ thất bại thành công, làm hành trang đường trở thành kĩ sư thực thụ Xin cảm ơn thầy Phạm Ngọc Tuấn – Giáo viên hướng dẫn môn “Nhập môn kĩ thuật” hướng dẫn thầy trình thiết kế thực đồ án Cảm ơn hai bạn Diệp Đại Liên Bảo – sinh viên Trường Cao Đẳng Cao Thắng Trần Mai Khiêm – sinh viên Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên giúp đỡ nhiều q trình thực hồn thiện đồ án Nhóm 8, Lớp L04 – “Nhập mơn kĩ thuật” K16 Giới thiệu nhóm Trang Thành viên nhóm – Nhập môn kĩ thuật – L04 Giáo viên hướng dẫn: Phó Giáo sư Tiến sĩ Phạm Ngọc Tuấn Phạm Đăng Duy Vũ Bùi Đức Thắng Phan Duy Khương Phan Nguyễn Nhật Huy MSSV: 1614174 MSSV: 1613249 MSSV: 1611675 MSSV: 1611317 Lớp: CK16CK03 Lớp: CK16CK04 Lớp: CK16CK04 Lớp: CK16CK04 TT Họ tên Phạm Đăng Duy Vũ MSSV 1614174 ĐT 0969713340 Email 161417 4@hcm ut.edu Bùi Đức Thắng 1613249 01668809286 161324 9@hcm ut.edu Nội dung phân cơng thực - Trưởng nhóm Phân cơng cơng việc - Thiết kế hộp số - Quản lý đôn đốc thời gian - Cung cấp dụng cụ không gian làm việc - Gia công hộp số - Nghiên cứu, thiết kế làm mạch điện - Mua vật liệu Điểm Trang 1611317 01654435999 Phan Nguyễn Nhật Huy 1611675 Phan Duy Khương 0961921239 161131 7@hcm ut.edu 161167 5@hcm ut.edu - Cung cấp dụng cụ Hỗ trợ làm báo cáo Nghiên cứu chọn vật liệu chế tạo phần Thiết kế khung sườn Design PowerPoint Trợ giúp thiết kế gia công phần Mua vật liệu Thủ quỹ Thư kí Ghi nhật ký báo cáo Trợ giúp thiết kế thực phần điện Bảng 1.1 Phân công công việc thành viên nhóm Giới thiệu sản phẩm nhu cầu 2.1 Đèn trọng lực – Gravity Light Đèn trọng lực – Gravity light – Là thiết bị chuyển đổi vật nặng thành điện ứng dụng việc thắp sáng Vật nặng kéo lên cao sức người, trình rơi xuống, thông qua hệ thống hộp số, vật nặng làm quay nam châm máy phát điện sinh dòng điện cung cấp cho đèn LED để thắp sáng nhà 2.2 Nhu cầu Trang Hiện nhu cầu nguồn lượng xanh, rẻ trở nên cấp thiết hết Hàng loạt phát minh đời pin lượng mặt trời, phong điện, điện từ thủy triều,… để đáp ứng cho nhu cầu Tuy nhiên, nguồn lượng thay khó phổ biến giá thành tương đối cao, đặc biệt với nước phát triển, vùng sâu vùng xa, điều kiện khó khăn khơng thể tiếp cận với công nghệ Thiếu hụt điện khiến dân cư vùng phải sử dụng đèn dầu, hiệu suất chiếu sáng không cao, ô nhiễm nguy hiểm, dễ xảy cháy nổ Gravity light đời để khắc phục vấn đề Chỉ với lần sạc đơn giản cách kéo dây, người dùng có từ 10 – 12 phút thắp sáng Không ô nhiễm, không tốn nhiên liệu, an toàn dễ dàng sử dụng, thiết kế đơn giản với giá thành thấp Một thiết bị chiếu sáng phù hợp với vùng sâu vùng xa, phát triển Các chức sản phẩm 3.1 Chức Chức Gravity Light thắp sáng nhà, phục vụ cho việc học tập sinh hoạt vào ban đêm Với lần sạc, đèn sáng khoảng từ 10 – 12 phút, khơng cần nguồn nhiên liệu khơng thải loại khí thải Sản phẩm chủ yếu hướng đền đối tượng vùng sâu vùng xa, không tiếp cận với điện lưới quốc gia 3.2 Các yêu cầu thiết kế Trang - Với lần nâng vật nặng 12-15kg lên cao 1m8 – 2m, đèn phải sáng - 10 – 12 phút Cường độ sáng đủ để chiếu sáng nhà, phục vụ cho sinh hoạt ngày Sản phẩm hoạt động êm, không gây nhiều tiếng ồn Cấu trúc đơn giản, dễ sản xuất Hoạt động ổn định, đèn sáng liên tục không chập chờn Các thông số thiết kế 4.1 Phần 4.1.1 Hệ thống treo vật nặng cấu xoay chiều 4.1.1.1 Bánh đai treo vật nặng Đường kính ngồi: 40 mm Độ dày: 10 mm Đường kính lỗ trục: 22 mm Chất liệu: PMMA Số lượng: Trang Hính 4.1 Bánh đai treo vật nặng Hình 4.2 Bản vẽ bánh đai treo vật nặng 4.1.1.2 Bánh đai kéo trả vật nặng Đường kính bánh giữa: 120 mm Đường kính bánh ngồi: 140 mm Độ dày: 15 mm Đường kính lỗ trục: 22 mm Chất liệu: PMMA Số lượng: Trang Hình 4.3 Bánh đai kéo trả vật nặng Hình 4.4 Bản vẽ bánh đai kéo trả vật nặng 4.1.1.3 Cơ cấu xoay chiều Đường kính ngồi: 80 mm Đường kính trong: 50 mm Độ dày: 10mm Đường kính lỗ trục: 22 mm Kích thước đỡ gắn với bánh răng: 50 x 15 x 10 mm Đường kính lỗ trục đỡ: mm Trang 21 Hình 5.2 Cơ cấu xoay chiều xoay theo chiều thuận 5.1.3 Hệ thống hộp số bánh tăng tốc Tỉ số truyền hệ thống cần đạt Với chất liệu PMMA, bạc đạn đường kính ngồi 22mm, kích thước bánh nhỏ đạt mà khơng bị gãy vận hành 50 mm Từ số liệu đó, hệ thống hộp số thiết lập sau: Trang 22 Hình 5.3 Thiết lập hộp số Geargenerator.com Với cặp bánh (Bánh #1, #2, #3 #4) có góc áp lực 25 độ để tăng khả chịu lực cho bánh Các bánh cịn lại sử dụng góc áp lực 15 độ để giảm tiếng ồn tối ưu tốc độ quay trục động 5.1.4 Trục khung sườn Hệ thống hộp số gồm trục, bánh đặt chồng lên để thu gọn kích thước sản phẩm Trục bánh sử dụng chất liệu inox 201, để giảm giá thành so với inox 304 mà đảm bảo độ cứng trục Khung sản phẩm sử dụng chất liệu gỗ, đặc tính dễ gia công độ cứng cao, chịu lực tốt Trang 23 5.2 Phần điện: 5.2.1 Dynamo: Bánh nhỏ cuối nối với động thông qua trục nối động quay cuộn dây dynamo Bên dynamo, xung quanh cuộn dây có nam châm nên cuộn dây quay từ trường sinh dòng điện cảm ứng Dòng điện từ dynamo qua mạch tăng áp để có điện áp 5V cung cấp cho đèn LED Hình 5.4 Nguyên lý hoạt động dynamo 5.2.2 Mạch tăng áp: Hình 5.5 Sơ đồ ngun lí hoạt động mạch tăng áp Trang 24 Công tắc bán dẫn có khả đóng ngắt nhanh Khi cơng tắc đóng dịng điện chạy qua cuộn cảm làm cho cuộn cảm có điện áp với nguồn cuộn cảm tích trự lượng từ trường Khi cơng tắc mở lượng cuộn cảm chuyển hóa thành dịng điện cuộn càm có điện áp với nguồn nên hai đầu tải gấp đôi điện áp nguồn Diode dùng để chặn dòng ngược Tải LED nên tụ điện giúp cho LED sáng ổn định khơng nhấp nháy 5.2.3 LED: Vì dùng cho mục đích chiếu sáng nhà nên phải chọn loại LED có số hồn màu CRI > 70 để đảm bảo không gây hại cho mắt người Công suất đèn mức phù hợp để chiếu sáng thời gian dài lần sạc Cường độ sáng phải đủ lớn để phục vụ cho nhiều mục đích chiếu sáng như: học bài, đọc sách, thắp sáng phòng để sinh hoạt vào buổi tối LED thiết kế điều chỉnh hướng chiếu sáng sang bên để người dùng tùy chỉnh hưởng chiếu cho phù hợp với mục đích Tính toán thiết kế Các bánh bánh đai thiết kế mục 4.1 Nhập thông số cần thiết Geargenerator.com, sau download vẽ với file định dạng SVG Hình 6.1 Thiết lập thơng số bánh Geargenerator.com Trang 25 Chỉnh sửa kích thước vẽ cho phù hợp tạo template in Adobe Illustrator để tiến hành cắt laser Hình 6.2 Tạo template cắt laser bánh Adobe Illustrator Cưa láp inox 201 8mm thành đoạn 16cm để làm trục cho hệ thống hộp số Tiến hành chà nhám, dán bánh hỗn hợp keo AB Để khô qua đêm Dũa lỗ trục bánh để loại bỏ keo thừa Khoan lỗ 2mm để lắp thép trợ lực giúp liên kết bánh nhỏ bánh lớn chắn Lắp bạc đạn bánh lắp bánh vào trục theo sơ đồ Hình 6.3 Sơ đồ lắp ghép hệ thống bánh Trang 26 Giữa bánh lắp thêm bạc đạn long đền để cố định vị trí bánh răng, giúp hệ thống quay ổn định Sử dụng sợi cước câu cá PE bện lại thành dây với chiều dài 250cm 500cm Serving đầu dây để dây không bị tuột, tạo thịng lọng để móc vật nặng vào dây Quấn dây quanh bánh đai từ 10 – 20 vòng để đảm bảo dây không bị tuột, cố định đầu dây vào bánh đai keo 401 Gắn hệ thống vào phần khung Gắn bánh nhỏ vào trục dynamo Cố định dynamo khung sườn giá kẹp ống nước ke chữ L, dùng bu lông ly ly Nối khung sườn với hệ thống treo, điều chỉnh vị trí móc để đèn cân hoạt động Lắp phần mạch điện theo sơ đồ sau: Hình 6.4 Sơ đồ mạch điện Hai dynamo ghép nối tiếp với nhau, cực dương dynamo thứ nối tiếp với cực âm dynamo thứ hai Hai tụ điện 100µF hai đầu dynamo hàn cố định vào dynamo Mạch tăng áp dán cứng vào phần khung gỗ phía sau sản phẩm Gắn LED vào hệ thống xoay nối mặt trước sản phẩm, cố định vào khung để chiếu sáng xuống Trang 27 Các vẽ thơng tin liên quan Hình 7.1 Bản vẽ trục xoay chiều Hình 7.2 Bản vẽ bánh đai treo vật nặng Trang 28 Hình 7.3 Bản vẽ đỡ xoay chiều Hình 7.4 Bản vẽ bánh đai kéo trả vật nặng Trang 29 Hình 7.5 Bản vẽ bánh nhỏ D05PA25 Hình 7.6 Bản vẽ bánh lớn D16PA25 Trang 30 Hình 7.7 Bản vẽ bánh nhỏ D05PA15 Hình 7.8 Bản vẽ bánh lớn D16PA15 Trang 31 Density (g/cm ) Elastic Modulus (GPa) Flexual Strength (MPa) Notched Izod (J/m) Strength-to-weight (kN-m/kg) Ultimate tensile strength ABS 1.0 - 1.4 20 - 2.6 72 - 97 70 - 370 37 - 79 37 - 100 PMMA 1.2 3.2 110 74 59 71 (MPa) Bảng 7.1 So sánh thông số học ABS PMMA Hình 7.9 Các thơng số hình học bánh Các học thất bại thành công Gia công thủ công thất bại bánh kích thước q nhỏ hình dáng phức tạp Nhận cần thiết công nghệ cắt laser Trang 32 Hình 8.1 Bánh gia cơng thủ cơng thất bại Khả gia cơng cịn kém, chưa lường trước yếu tố phát sinh momen quán tính hệ thống q lớn, chất liệu PMMA có tính giòn, độ lệch trục gắn nối bánh khiến bánh bị nghiêng cọ sát vào dẫn đến kẹt hệ thống Khắc phục cách tăng độ dày bánh nhỏ từ 10 lên 20 mm gắn lông đền cố định bánh trục Mối keo dán bánh nhỏ bánh lớn bị bung, tróc keo (keo AB) chưa chà nhám trước dán Khắc phục cách chà nhám bề mặt bánh luồn thêm vào trục thép 2mm để nối bánh lại với Trang 33 Hình 8.2 Keo AB bị bung Chưa lường trước số lượng bạc đạn cần dùng dẫn đến thiếu hụt bạc đạn Chọn vật liệu PMMA giá thành tương đối cao Không lường trước khối lượng bánh lớn, dẫn đến phải tăng khối lượng vật nặng lên nhiều lần hệ thống hoạt động Khắc phục cách bỏ cặp bánh Điện áp dynamo nhỏ Khắc phục cách dùng thêm dynamo với đường kính bánh nối với trục nhỏ để đẩy điện áp đầu lên 1V Đèn bị nhấp nháy liên tục Khắc phục cách thêm tụ điện 4700µF vào sau mạch boost Kết luận đề nghị Các cảm nghĩ làm đồ án Kết luận: Đèn sáng khoảng phút, với vật nặng 15 kg treo độ cao 2m Thiết kế cịn cồng kềnh, cần hồn thiện thêm Về mặt thẩm mỹ sản phẩm chưa hoàn thiện, cịn thơ xấu Hiệu suất đèn chưa cao, hệ thống hoạt động gây tiếng ồn lớn gia cơng chưa thực xác Thời gian chiếu sáng q ngắn Trang 34 Q trình gia cơng sản phẩm gặp nhiều khó khăn thiếu thốn kiến thức, kĩ đặc biệt dụng cụ Trải qua nhiều thất bại, nhận để giải vấn đề kĩ thuật cần phải rèn luyện nhiều lý thuyết lẫn thực hành, thiếu hai dẫn đến sai lầm thất bại nghiêm trọng Về mặt ý tưởng, sản phẩm có cải tiến đột phá Hiện nhóm chưa thể thực cải tiến hạn chế dụng cụ, kĩ thuật, trình độ tài Nếu sản xuất với loại máy móc cơng nghiệp gia cơng chi tiết kích thước nhỏ với độ xác cao độ bền lớn, thêm vào hệ thống sạc tích lũy lị xo,… Gravity Light trở nên nhỏ hơn, hiệu gấp nhiều lần, rẻ để dễ dàng đưa vào thực tiễn sống 10 Tài liệu tham khảo [1] “GravityLight: lighting for developing countries.”: https://www.indiegogo.com/projects/gravitylight-lighting-for-developingcountries#/ [2] “Gravity Light Foundation”; http://gravitylight.org/ [3] “DIY Gravity Light”: https://www.youtube.com/watch?v=GisQYoYw05k [4] “HOW TO REDUCE GEAR NOISE”: http://khkgears.net/gearknowledge/gear-technical-reference/how-to-reduce-gear-noise/ [5] “Gear”: https://en.wikipedia.org/wiki/Gear [6] “Thơng số hình học bánh răng”: http://banhrang2016.blogspot.com/2016/04/thong-so-hinh-hoc-cua-banhrang.html [7] “Pressure angle”: https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_angle [8] “Gear train”: https://en.wikipedia.org/wiki/Gear_train [9] “How to make gears”: https://www.youtube.com/watch?v=oNuhr3htNWs [10] “Casptan Equation”: https://en.wikipedia.org/wiki/Capstan_equation [11] “Compare ABS to PMMA”: http://www.makeitfrom.com/compare/Acrylonitrile-Butadiene-StyreneABS/Polymethylmethacrylate-PMMA-Acrylic Trang 35 [12] “Stainless steel”: https://en.wikipedia.org/wiki/Stainless_steel [13] “Boost converter”: https://en.wikipedia.org/wiki/Boost_converter [14]“Capacitor“: https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitor#Noise_suppression.2C_spikes.2C_a nd_snubbers [15]”Kiến thức đèn LED chiếu sáng”: http://www.ledcuatui.com/kien-thuc-led/243-kien-thuc-co-ban-ve-den-ledchieu-sang.html [16] “GEAR GENERATOR”: http://geargenerator.com/ [17] “Circuit Lab”: https://www.circuitlab.com [18] “Gantt Chart”: https://en.wikipedia.org/wiki/Gantt_chart 11.Phụ lục Hình 11.1 Sơ đồ Gantt đồ án ... làm đồ án .Tr33 10 Tài liệu tham khảo Tr34 11 Phụ lục Tr35 Trang Lời nói đầu Năm trường đại học năm đầy thú vị thách thức cho sinh viên Đồ án cho môn ? ?Nhập môn kĩ thuật? ??... tài cho đồ án ? ?Đèn trọng lực – Gravity Light” với mục đích muốn cho người thấy khía cạnh khác lượng – khả ứng dụng cho vùng phát triển Đồng thời thông qua đồ án này, chúng em muốn thể khả sáng tạo... dán bánh hỗn hợp keo AB Để khô qua đêm Dũa lỗ trục bánh để loại bỏ keo thừa Khoan lỗ 2mm để lắp thép trợ lực giúp liên kết bánh nhỏ bánh lớn chắn Lắp bạc đạn bánh lắp bánh vào trục theo sơ đồ