Hình 3.3.Hình dạng tổng quát của phần khung hệ thống
Chi tiết phần khung sẽ được thiết kế với dạng như đã thiết kế. Yêu cầu ở đây là thiết kế dơn giản nhất mà vẫn vững chắc nhất nên việc lựa chọn dàn khơng q phức tạp, có thể cân bằng, và giảm thiểu sự mất đối trọng trong mơi trường nước, chính vì thế việc chọn thiết kế và gia cơng dàn như hình vẽ là phù hợp nhất.
Với cơng cụ Inventor, nhóm nghiên cứu đã mơ phỏng lại để kiểm tra ứng suất và độ biến dạng của dàn trong điều kiện làm việc thật ngồi mơi trường nước, hệ chịu 3 momen kéo xuống từ khối lượng của 3 con rối và 3 tay địn. Hình ảnh dưới đây là kết quả mơ phỏng biến dạng và ứng suất trong điều kiện môi trường thật.
Hình 3.4.Kết quả tính tốn ứng suất trong hệ khi chịu các momen
Hình 3.5.Kết quả tính tốn khả năng chuyển vị của hệ thống
Qua kết quả mơ phỏng nhóm thấy rằng ứng suất lớn nhất của hệ là 9.62MPa và nhỏ nhất là 0 MPa. Nhìn sự phân bố ứng suất của nội lực ta thấy rằng nhìn chung cả hệ không phải chịu nội lực quá lớn, vẫn trong ngưỡng an toàn với vật liệu sắt.
Với kết quả chuyển vị của khung, thể hiện khả năng biến dạng của hệ khi gặp các tác dụng lực lên hệ. Từ hình cho kết quả biến dạng lớn nhất là 2.546mm ở ngay thanh trượt để mạch điện, còn các phần khác hầu như khơng biến dạng nhiều. Kết quả này là
cho phép, vì ngồi thực tế mỗi con rối được làm bằng chất liệu gỗ sẽ có khối lượng tầm 3 kg, và theo kết quả mơ phỏng có thể thấy việc chịu cân bằng và tác dụng của momen xoay khá tốt nên đủ điều kiện gia cơng.
Hình 3.6.Khảo sát sự phân bố lực trên cơ hệ khi chuyển động
Ta thấy tầm hoạt động của cả 3 cánh tay địn như hình vẽ. Với tầm hoạt động như này thì mỗi khi sự thay đổi của hệ xảy ra thì momen của các lực từ hệ tác dụng qua trục sẽ thay đổi .Với trục nằm ở khung bệ đỡ.
Với P1 là tổng hợp lực của tay đòn nhỏ với con rối, P2 là tổng hợp lực của tay đòn lớn, Fn là tổng hợp lực hướng lên, kéo lại cân bằng cho hệ.
Khi này tổng momen lớn nhất ( bất lợi cho hệ ) tại vị trí tay địn vng góc với thanh trục với độ lớn được tính như sau :
z y x P P F n 2 1
Với chiều momen dương khi ngươc chiều kim đồng hồ thì ta suy được cơng thức như trên, đây là max cịn min vì các lực đi cắt qua trục cân bằng nên min= 0 .
Đấy là max và min của một tay đòn, còn với cả 3 tay đòn sẽ là dạng
z y x P P Fn 2 1 max 3 3 3 Và min0
Hình 3.7.Khảo sát momen lực gây mất đối trọng cho cơ hệ
Hệ được thiết kế như hình vẽ, để tăng thêm momen cho hệ, nhóm nghiên cứu sẽ thiết kế hai thanh đỡ lực 2 bên để tạo ra sự chắc chắn.
Với Ft1 là lực kéo của thanh bên tay phải, có chiều ngược chiều kim đồng hồ, đồng thời thanh cũng có trọng lực Pt1, được nhân thêm hệ số 2 vì, có 2 thanh như vậy được lắp vào bệ, ở phía trước và phía sau.
Tương từ với thanh bên tay trái, thanh sẽ tạo ra lực kéo ngược lại như hình vẽ với lực Ft2 và trọng lực Pt2, cũng tương tự được nhân thêm hệ số 2 vì có 2 thanh như vậy. Với Dt và dt lần lượt là khoảng từ trục với giá của vectow Ft và Pt.
Với Fn , P1 và P2 là lực nâng của trục, tổng hợp lực tay đòn bé -rối và tổng hợp lực tay đòn lớn, như đã được đề cập bên trên, được nhân hệ số 3 là vì có 3 cơ hệ như vậy.
Với chiều dương đã chọn như hình vẽ, đó là chiều dương của momen, ta sẽ tính được tổng momen, và so sánh được sau khi cân bằng thì momen sẽ có chiều như thế nào, nếu chiều của tổng momen sau khi được cân bằng như chiều dương đã chọn thì hệ sẽ khơng bị lật nhào mà sẽ được giữ cân bằng, nếu kết quả tính được ngược lại thì hệ vẫn chưa được cân bằng
Nhóm nghiên cứu sẽ xét lúc tổng momen tác dụng lên hệ là lớn nhất, để từ đó, trong những trường hợp chuyển động cịn lại, hệ vẫn chịu được.
d P P P d P D F F Fnx t t t t t y z t t 3 2 ( 1 2) 2 2 3 2 3 1 2 1
Sau khi tính tốn nhóm nghiên cứu đã tính được giá trị này là cân bằng ở trên mặt đất và dưới nước sẽ được nhẹ hơn nhờ lực đẩy aschimes.
Do đó nhóm nghiên cứu chọn phương án trên để tối ưu nhất. Thêm vào đó để tiện lợi khi di chuyển, nhóm nghiên cứu đã chọn 4 bánh đẩy di chuyển với tổng tải trọng của 4 bánh là 600N, phù hợp với khối lượng hệ tương ứng 450N .