Chi tiết kết cấu và truyền động là bộ vật tư nền tảng, giúp học sinh trung học phổ thông chế tạo cơ cấu truyền động chính xác cho mô hình, rô-bốt và thiết bị dự án trong lớp học STEM. Từ thanh nhôm định hình, ke góc, ốc vít kỹ thuật đến bánh răng, xích, vít me và động cơ servo, mỗi chi tiết đều là một mắt xích của chuyển động, để học sinh tự tay dựng nên cỗ máy biết chạy thay vì chỉ nhìn hình trên sách.
Vì sao dự án STEM cần chi tiết kết cấu và truyền động
Một dự án rô-bốt hay mô hình kỹ thuật thường rơi vào cảnh dở khóc dở cười: ý tưởng rất hay nhưng khung rời rạc, trục không thẳng, bánh răng không ăn khớp, động cơ lắp vào mà mô hình không chạy. Nguyên nhân phần lớn không nằm ở trí tưởng tượng của học sinh mà ở chỗ thiếu đúng những chi tiết kết cấu và truyền động cần thiết.
Khi được trang bị bộ chi tiết đúng loại, học sinh vào vai trò kỹ sư cơ khí: đọc yêu cầu chuyển động, chọn loại truyền phù hợp, tính tỷ số truyền, lắp khung rồi chạy thử và chỉnh sửa. Vòng lặp lắp – chạy – đo – chỉnh ấy chính là linh hồn của mọi dự án chế tạo, và cũng là nơi tư duy kỹ thuật hình thành rõ nhất.
Giới thiệu chi tiết Chi tiết kết cấu và truyền động
Bộ vật tư được tổ chức theo hai nhóm công việc. Nhóm kết cấu gồm thanh nhôm định hình và phụ kiện liên kết, ke góc, ốc vít kỹ thuật để dựng khung và giá đỡ; nhóm truyền động gồm bộ truyền với bánh răng, ròng rọc, trục, dây đai, xích, ổ bi, vít me, thanh trượt dẫn hướng, cùng động cơ một chiều, động cơ servo và động cơ bước kèm encoder và mạch điều khiển. Sự kết hợp này cho phép học sinh dựng trọn một cơ cấu: khung chắc, truyền chuyển động và kiểm soát bằng điều khiển.
Bản chất của bộ sản phẩm là thư viện chi tiết chuẩn hóa cho lớp học: mỗi thanh nhôm, mỗi bánh răng, mỗi động cơ đều thay thế được và ghép được với nhau, nên học sinh có thể thử nghiệm nhiều phương án truyền động khác nhau cho cùng một yêu cầu. Nhờ đó, khái niệm tỷ số truyền, độ trượt hay lực kéo không còn là công thức khô khan mà là kết quả đo được từ chính cỗ máy các em tự lắp.
Tích hợp các yếu tố STEM trong sản phẩm
Khoa học (Science)
Qua việc lắp bánh răng, dây đai và xích, học sinh quan sát trực tiếp nguyên lý truyền động, tỷ số truyền, lực ma sát và độ trượt; khi gắn encoder, các em thấy rõ quan hệ giữa số vòng quay và quãng đường di chuyển. Những thực nghiệm ấy kiểm chứng kiến thức cơ học về lực, momen và năng lượng trong sách giáo khoa.
Công nghệ (Technology)
Động cơ servo, động cơ bước kèm encoder và mạch điều khiển đưa công nghệ điều khiển vào dự án: học sinh hiệu chỉnh góc quay, số bước và tốc độ, rồi so sánh giá trị đặt với giá trị thực đo được. Công nghệ số cho phép lặp lại chuyển động một cách chính xác, điều mà truyền động cơ khí đơn thuần không làm được.
Kỹ thuật (Engineering)
Quy trình gồm chọn khung nhôm định hình, dựng kết cấu bằng ke góc và ốc vít, chọn loại truyền, lắp trục và ổ bi, gắn động cơ, rồi chạy thử và chỉnh. Khi mô hình rung, lệch hay truyền bị trượt, học sinh kiểm tra độ siết ốc, độ ăn khớp của bánh răng và vị trí trục rồi cải tiến.
Toán học (Math)
Học sinh tính tỷ số truyền giữa bánh răng, đường kính ròng rọc và tốc độ quay, ước lượng lực kéo cần có, tính quãng đường di chuyển từ số vòng quay và bán kính bánh xe, đồng thời vẽ biểu đồ mối quan hệ giữa xung encoder và quãng đường. Đó là nền tảng tối ưu hóa hiệu suất của mọi cơ cấu.
Tính năng nổi bật của bộ chi tiết
- Thanh nhôm định hình và phụ kiện liên kết, ke góc, ốc vít kỹ thuật cho khung cứng, nhẹ.
- Bộ truyền đa dạng: bánh răng, ròng rọc, trục, dây đai, xích, ổ bi, vít me, thanh trượt dẫn hướng.
- Động cơ một chiều cho truyền động đơn giản, dễ lắp và dễ hiểu với người mới bắt đầu.
- Động cơ servo và động cơ bước kèm encoder cho góc quay và số bước điều khiển chính xác.
- Mạch điều khiển kèm theo, kết nối động cơ với phần mềm dự án.
- Chi tiết thay thế và vật tư tiêu hao được bổ sung hằng năm theo kế hoạch giáo dục.
Bộ chi tiết này chính là kho nguyên liệu cho mọi dự án chế tạo của nhà trường. Hãy đầu tư ngay để mỗi nhóm học sinh đều có đủ vật tư hoàn thành cỗ máy của riêng mình trong năm học mới.
Hướng dẫn tổ chức hoạt động thực hành với sản phẩm
- Đặt vấn đề: giáo viên nêu yêu cầu về chuyển động của mô hình hay rô-bốt, xác định tải trọng, quãng đường và tốc độ mong muốn.
- Thiết kế cơ cấu: học sinh chọn loại truyền, tính tỷ số truyền, vẽ sơ đồ khung bằng thanh nhôm định hình và liệt kê chi tiết cần dùng.
- Lắp ráp kết cấu: dựng khung bằng thanh nhôm, ke góc và ốc vít, lắp trục, ổ bi và bộ truyền; siết chặt các mối liên kết nhưng vẫn đảm bảo trục quay tự do.
- Gắn động cơ và chạy thử: lắp động cơ một chiều, servo hoặc bước kèm encoder, kết nối mạch điều khiển, cấp nguồn và cho cơ cấu chạy thử không tải.
- Đo kiểm và tối ưu hóa: đo tốc độ, quãng đường và độ chính xác của chuyển động, ghi số liệu, phát hiện trượt hay rung rồi chỉnh lại tỷ số truyền và lắp ráp.
Đối tượng sử dụng phù hợp
Bộ chi tiết phù hợp với trường trung học phổ thông, phòng học và phòng LAB STEM, giáo viên môn Công nghệ tổ chức dự án chế tạo, học sinh tham gia câu lạc bộ robot và thi sáng tạo kỹ thuật, các trung tâm đào tạo kỹ thuật, cũng như phụ huynh cùng con xây dựng mô hình tại nhà.
Ưu thế vượt trội so với mô hình có sẵn
Khác với mô hình lắp sẵn chỉ để trưng bày, bộ chi tiết buộc học sinh tự lựa chọn, tự tính toán và tự chịu trách nhiệm với chuyển động thu được. Mỗi sai số đều nhìn thấy được qua chuyển động thật, mỗi cải tiến đều đo được bằng số liệu, nhờ đó các em làm chủ công nghệ thay vì chỉ ngắm nhìn thành phẩm của người khác.
Câu hỏi thường gặp
Bộ chi tiết kết cấu và truyền động được bảo quản ra sao?
Phân loại chi tiết theo ngăn và theo loại, ốc vít để riêng trong hộp có nắp, tránh để ẩm gây bết bề mặt nhôm; kiểm kê sau mỗi tiết để kịp thời bổ sung chi tiết thất lạc.
Lưu ý an toàn nào khi lắp ráp và chạy thử?
Không đưa tay vào vùng quay của bánh răng, xích và trục khi cơ cấu đang chạy; siết ốc bằng đúng dụng cụ, cấp nguồn sau khi đã hoàn tất lắp ráp và giữ mô hình ổn định trên bàn khi chạy thử.
Chi tiết có thể tái sử dụng cho nhiều dự án không?
Có. Thanh nhôm, bộ truyền và động cơ đều dùng lại được; khi có chi tiết hao mòn, nhà trường bổ sung theo kế hoạch chi tiết thay thế và vật tư tiêu hao hằng năm.
Bộ này phục vụ được những dự án nào?
Bộ phục vụ mô hình, rô-bốt và thiết bị dự án cần cơ cấu truyền động chính xác, từ xe di chuyển, cánh tay robot đến cơ cấu nâng hạ mini trong các tiết học STEM.
Kết luận
Chi tiết kết cấu và truyền động là nền tảng vật chất để mọi dự án chế tạo của học sinh trở thành hiện thực. Đầu tư bộ vật tư này chính là đầu tư cho khả năng làm chủ chuyển động, cho tư duy kỹ thuật vững vàng và cho một phòng LAB STEM thật sự hoạt động.
Bảng tổng kết thông số kỹ thuật
| Hạng mục | Thông số |
|---|---|
| Mục đích sư phạm | Chế tạo cơ cấu truyền động chính xác cho mô hình, rô-bốt và thiết bị dự án |
| Kết cấu và liên kết | Thanh nhôm định hình và phụ kiện liên kết, ke góc, ốc vít kỹ thuật |
| Bộ truyền | Bánh răng, ròng rọc, trục, dây đai, xích, ổ bi, vít me, thanh trượt dẫn hướng |
| Động cơ và điều khiển | Động cơ một chiều, động cơ servo, động cơ bước kèm encoder và mạch điều khiển |
| Đơn vị tính | Bộ |
| Số lượng | 06 |
| Phân nhóm | Thiết Bị Chuyên Dùng Phòng Học STEM |
| Nhóm thiết bị | Nhóm thiết bị thiết kế kỹ thuật và chế tạo |
| Cấp học | Trung học phổ thông |
| Ghi chú | Chi tiết thay thế và vật tư tiêu hao, bổ sung hằng năm theo kế hoạch giáo dục của nhà trường |
Đánh giá
Chưa có đánh giá nào.