Mini catapulte (máy bắn đá mini) in 3D

các nguyên lý cơ học liên quan tới chuyển động của tay đòn, sự quay quanh một trục và việc phóng vật thể.

Tài liệu này trình bày thiết kế của phiên bản catapulte này, cách nó hoạt động cũng như các lựa chọn kỹ thuật đã thực hiện để có thể tái tạo hoặc cải tiến.

Cahier des charges và các ràng buộc:

Dự án tuân thủ các ràng buộc theo quy định chính thức của Medieval Challenge tại MakerSpace Amiens.

Catapulte đặt trên một đế cứng để đảm bảo toàn bộ hệ thống ổn định. Kích thước của máy đáp ứng giới hạn gabarit tối đa theo quy định; catapulte nằm gọn hoàn toàn trong thể tích cho phép ở cả vị trí nghỉ lẫn vị trí bắn.

Không dùng bất kỳ hệ thống đàn hồi hay motor nào. Catapulte hoạt động hoàn toàn nhờ một tay đòn cứng được lắp trên một trục quay. Việc phóng vật thể đạt được nhờ chuyển động nhanh của tay đòn, thao tác bằng tay, giúp đảm bảo cơ chế thuần cơ khí.

Nguyên lý hoạt động:

Catapulte gồm một khung (châssis) cứng tạo thành dạng khung bao, trên đó lắp một tay đòn phóng. Tay đòn này được cố định trên một trục quay đặt giữa hai trụ đứng, nhờ vậy có thể xoay tự do.

Ở đầu trên của tay đòn có một bệ tròn để đặt vật thể phóng. Khi bắn, tay đòn được kéo lùi bằng tay rồi thả ra. Chuyển động quay của tay đòn, kết hợp với trọng lực và lực “giật” ban đầu, sẽ giúp bắn viên bi về phía trước.

Hệ thống đơn giản này giúp dễ hình dung cách hoạt động của một loại máy công thành mà không cần cơ chế tích trữ năng lượng phức tạp.

Thiết kế và chế tạo chi tiết:

Kết cấu chính của catapulte là một khung cứng gồm các chi tiết in 3D. Khung này đảm bảo độ ổn định của máy và giữ các trụ đứng làm giá đỡ cho trục quay của tay đòn.

Tay đòn của catapulte là một chi tiết dài và cứng, được thiết kế để xoay quanh trục với ma sát không quá lớn. Độ nghiêng và chiều dài của tay đòn ảnh hưởng trực tiếp đến quỹ đạo và tầm bắn. Bệ đặt viên bi được tích hợp ở đầu tay đòn dưới dạng một hốc tròn, giúp giữ viên bi đúng vị trí trước khi bắn.

Toàn bộ chi tiết được thiết kế bằng CAD rồi gia công bằng in 3D với PLA. Lắp ráp bằng vít, không dùng keo, để có thể tháo ra và chỉnh lại khi cần.

Lắp ráp:

Bắt đầu bằng việc cố định khung chính, là phần đế của catapulte. Hai trụ đứng được cố định chắc chắn để đảm bảo trục quay được giữ vững.

Sau đó lắp tay đòn vào giữa hai trụ bằng một trục cho phép tay đòn quay. Cần chừa đủ độ rơ để tay đòn quay trơn, không bị kẹt.

Khi tay đòn đã lắp xong, kiểm tra bệ đặt viên bi để đảm bảo vật thể phóng nằm chắc trước khi bắn và tách ra đúng lúc khi tay đòn chuyển động.

Sử dụng:

Để sử dụng catapulte, chỉ cần đặt một viên bi vào bệ ở đầu tay đòn. Kéo tay đòn ra phía sau bằng tay rồi thả ra dứt khoát. Vật thể sẽ được phóng về phía trước nhờ chuyển động của tay đòn.

Tầm bắn và độ chính xác phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ thao tác, góc của tay đòn và độ đều của động tác.

Tổng kết và kết luận:

Phiên bản catapulte này đơn giản, hoạt động ổn và dễ chế tạo. Nó giúp hiểu các nguyên lý cơ bản của một máy công thành dạng tay đòn cứng, không cần hệ thống đàn hồi hay cơ cấu phức tạp.

Dù độ chính xác và tầm bắn còn bị giới hạn do không có cơ chế tích trữ năng lượng, thiết kế này vẫn là nền tảng tốt để cải tiến về sau, như thêm cơ cấu khóa, chỉnh góc, hoặc một cơ chế giúp kiểm soát lực bắn tốt hơn.

Tài liệu Onshape:

https://cad.onshape.com/documents/93411ecbbeb9d3981b8cf068/w/248ab5560659bfaa994c1868/e/30585ba25b3985c36cf87211?renderMode=0&uiState=69824e7a9495b04e75895874