Đề án thiết kế quạt điện

LỜI NÓI ĐẦU
Thiết kế và phát triển những hệ thống cơ khí là vấn đề cốt lõi trong cơ
khí. Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí
hiện đại. Vì vậy tầm quan trọng của các hệ thống cơ khí là rất lớn. Hiểu biết
lý thuyết và vận dụng nó trong thực tiễn là một yêu cầu cần thiết đối với một
người kỹ sư.
Để nắm vững lý thuyết và chuẩn bị tốt trong việc trở thành một người
kỹ sư trong tương lai. Đề án Thiết kế là học phần bắt buộc nằm trong chương
trình đào tạo 150 tín chỉ. Đây là một học phần giúp cho sinh viên ngành Kỹ
thuật cơ khí làm quen với những kỹ năng thiết kế, tra cứu và sử dụng tài liệu
được tốt hơn, vận dụng kiến thức đã học vào việc thiết kế lại hoặc thiết kế
ngược một hệ thống cụ thể. Ngoài ra môn học này cũng giúp sinh viên cũng
cố kiến thức của các môn học liên quan, vận dụng khả năng sáng tạo và phát
huy khả năng làm việc một cách có hiệu quả.
Trong quá trình thực hiện đề án này, em nhận được sự hướng dẫn tận
tình của cô Vũ Thị Liên, cùng các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật Cơ khí,
khoa cơ khí. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã giúp đỡ chúng em
hoàn thành đề án môn học này.
Sinh viên thực hiện
Noname
1
MỤC LỤC
Phần I: GIỚI THIỆU…………………………………………………………3
1.1. Mục đích nghiên cứu…………………………………………… 3
1.2. Đối tượng nghiên cứu…………………………………………… 3
1.3. Nội dung nghiên cứu …………………………………………… 3
1.4. Phương pháp nghiên cứu………………………………………… 4
Phần II: CƠ CẤU QUẠT ĐIỆN……………………………………………. 5
2.1. Giới thiệu về quạt điện…………… ……………………………. 5
2.2. Nguyên lý hoạt động…………… ……………………………… 6
2.3. Vai trò của các chi tiết…………… ……………………………. 7

2.4. Quy trình tháo lắp, sử dụng và bảo dưỡng thiết bị…………… …8
Phần III: KHẢO SÁT ĐO ĐẠC VÀ XÂY DỰNG BẢN VẼ……………….11
3.1. Dụng cụ sử dụng trong quá trình đo đạc…………………………11
3.2. Bản vẽ lắp và bản vẽ chế tạo…………………………………… 11
Phần IV: KHẢO SÁT BỘ THAY ĐỔI HƯỚNG GIÓ…………………… 12
Phần V: KẾT LUẬN……………………………………………………… 18
Phần VI: TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………… 19
2
Phần I: GIỚI THIỆU
1.1. Mục đích nghiên cứu
Để tìm hiểu chung về cấu tạo và nguyên lý hoạt động, nghiên cứu chức
năng và vật liệu chế tạo của từng chi tiết, cũng như đề xuất phương hướng cải
tiến đối với quạt điện, đề án thiết kế giúp cho sinh viên ngành Kỹ thuật cơ khí
làm quen với những kỹ năng thiết kế, tra cứu và sử dụng tài liệu được tốt hơn,
vận dụng kiến thức đã học vào việc thiết kế lại hoặc thiết kế ngược một hệ
thống cụ thể. Ngoài ra cũng giúp sinh viên cũng cố kiến thức của các môn học
liên quan, vận dụng khả năng sáng tạo và phát huy khả năng làm việc một
cách có hiệu quả.
1.2. Đối tượng nghiên cứu
Quạt điện điện cơ 91, công ty Quang điện- Điện tử, Bộ quốc phòng sản
xuất.
- Công suất: 25W
- Tần số dòng điện 50Hz
1.3. Nội dung nghiên cứu
• Thiết kế lại quạt điện;
• Phân tích cấu tạo, chức năng của các chi tiết và nguyên lý làm
việc của hệ thống;
3
Hình 1
• Tiến hành tháo rời hoặc tìm thông tin để dựng lại bản vẽ sơ đồ

nguyên lý, bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp của bộ đổi hướng gió;
• Xác định góc quay của bộ đổ hướng gió;
• Phân tích và bình luận về mức độ phù hợp và đề xuất cải tiến cho
chi tiết hoặc toàn hệ thống;
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Tiến hành tháo các bộ phận để tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt
động của chúng. Sử dụng thước cặp đo kích thước của từng chi tiết. Sử dụng
các phần mềm inventor dựng hình ảnh 3d mô phỏng hoạt động của máy và
đưa ra bản vẽ lắp và bản vẽ các chi tiết chính. Kết hợp các kiến thức đã học
như chi tiết máy và nguyên lý máy để tính toán, kiểm tra tính khả thi trong
thay đổi góc quay của bộ đổi hướng gió.
4
PHẦN II: CƠ CẤU QUẠT ĐIỆN
2.1. Giới thiệu về quạt điện
Quạt điện hay quạt máy là một thiết bị dẫn động bằng điện được dùng
để tạo ra các luồng gió nhằm phục vụ nhu cầu con người: giảm sức nóng của
cơ thể, hạ nhiệt, thông gió, thoát khí, làm mát, hoặc bất kỳ tác động liên quan
đến không khí trong môi trường sống. Quạt điện được phát minh từ thế kỷ 19.
Khi hoạt động, quạt điện gồm cánh quạt xoay nhanh tạo ra các dòng
khí. Các nhà sản xuất thiết kế mỗi quạt điện có nhiều mức độ quay khác nhau
từ mức thấp nhất đến mức cao nhất. Nguyên lí hoạt động của quạt điện được
tận dụng rất nhiều trong đời thường.
Một số ứng dụng tiêu biểu nhất bao gồm điều hòa không khí, hệ thống
giảm nhiệt độ, tiện ích của con người (như quạt bàn điện), thông gió (như
quạt hút thải khí), sàng lọc (như dùng để tách các hạt ngũ cốc), loại bỏ bụi
(như máy hút bụi). Con người còn dùng quạt điện để làm khô quần áo, tóc,
khăn tắm
5
Hình 2
* Ưu điểm:

- Quạt bền chắc, thiết kế đa dạng, nhiều mẫu mã chủng loại phù hợp
với nhu cầu của người tiêu dùng.
- Việc vệ sinh lau rửa cực kỳ dễ dàng, lắp ráp hay tháo dời cũng dễ
dàng.
- Quạt được thiết kế với hợp kim nhôm nên không gây rỉ sét hoặc nhựa
cứng cao cấp an toàn với sức khỏe con người.
* Nhược điểm:
- Không gian làm mát bị giới hạn, phụ thuộc vào bộ đổi hướng gió
(tuốc năng)
- Chiếm diện tích không gian trong nhà.
* Công dụng: Quạt điện hay quạt máy là một thiết bị dẫn động bằng
điện được dùng để tạo ra các luồng gió nhằm phục vụ lợi ích cho con
người (nhất là giảm sức nóng của cơ thể, hạ nhiệt, giúp con người cảm
thấy mát, thoải mái), thông gió, thoát khí, làm mát, hoặc bất kỳ tác
động liên quan đến không khí trong môi trường sống.
* Tính sẵn có: Hiện nay quạt được bán rất nhiều trên thị trường với rất
nhiều mẫu mã đa dạng với giá từ 300.000 đến 3.000.000 đồng tùy theo chức
năng và hãng sản xuất.
2.2. Nguyên lý hoạt động
6
0
4
3
5
6
2
7
1
I
IV

III
II
Hình 3
Khi có dòng điện vào quạt:
- Cánh quạt (2) lắp trên trục roto sẽ quay theo chiều quay của roto.
- Trục vít (3) quay làm bánh vít (4) quay, bánh vít (4) quay làm quay
bánh răng (5), bánh răng (5) ăn khớp với bánh răng (6). Thanh truyền (7) nối
bánh răng (6) với giá đỡ (0) làm toàn bộ phần bầu quạt lắc qua lắc lại quanh
thân quạt (1).
2.3. Vai trò của các chi tiết chính
a. Cánh quạt: Gắn với trục roto, thường làm bằng nhựa, có tác dụng
tạo gió.
b. Giá đỡ (thân): Dùng để đỡ động cơ và gắn các phụ kiện (bộ điều
tốc, bộ hẹn giờ, đèn ngủ). Đa số các quạt bàn điều tốc bằng cách mắc nối tiếp
với động cơ một cuộn phân áp. Cuộn này được cuốn thành bốn tổ dây bối dây
và đặt trong rãnh của stato. Từ đó lấy ra đầu dây nối với các hệ công tắc điều
khiển. Bộ hẹn giờ thường dùng cơ cấu dây cót để bật tắt một công tắc nối tiếp
với động cơ.
c. Phần điện: Stato và Roto
- Stato: Tạo từ nhiều lá tôn Silic mỏng hoặc sắt từ mỏng.
- Roto: Là kiểu Roto lồng sóc, đó là loại Roto mà mạch từ giống như
cái lồng sóc. Người ta lấp đầy các khoảng trống giữa các nan lồng bằng các lá
tôn silic hình tròn có đục lỗ. Sau đó gia công bề mặt và gắn trục để tạo khối.
Roto và Stato được liên kết với nhau bằng các ốp nhôm và gắn bộ đổi
hướng gió (hệ thống tuốc năng)
7
Hình 4
d. Bộ phận đổi hướng gió (tuốc năng): Thay đổi huớng gió nhờ bộ
truyền trục vít- bánh vít, bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, cơ cấu 4 khâu
bản lề.

2.4. Quy trình tháo, lắp, sử dụng và bảo dưỡng thiết bị
a. Quy trình tháo, lắp:
* Bước 1: lần lượt tháo lồng quạt, cánh quạt, bầu quạt
* Bước 2: lần lượt tháo:
- Trục roto, chi tiết đỡ cuộn dây, chi tiết đỡ trục, hộp tuốc năng.
8
Hình 5
Hình 6
- Bộ truyền bánh răng bánh vít- trục vít, bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng
- Phần giá đỡ và thân:
Lắp máy thì thực hiện ngược lại với chu trình tháo.
9
Hinh 7

Hình 8
b. Sử dụng và bảo dưỡng thiết bị:
Đặt quạt vững tránh nghiêng, đổ trong quá trình chạy. Quạt truyền
thống (các loại quạt bàn, quạt cây, quạt treo chạy cơ thông thường) rất mau
bám bụi. Vì vậy, trước khi sử dụng, nên tháo rời cánh quạt, lồng quạt làm vệ
sinh bằng xà phòng và nước sạch, lau khô bằng vải mềm. Lưu ý trong quá
trình vệ sinh không để nước nhỏ vào phần linh kiện điện tử hay động cơ bên
trong quạt, dễ gây chập cháy. Với mô tơ nên chấm 2- 3 giọt dầu máy may vào
bạc quạt, quay nhẹ cốt để dầu thấm vào (lưu ý không để dầu rớt vào cuộn dây
mô tơ). Nên mở nắp bánh răng ở mặt sau ra kiểm tra xem dầu bôi trơn trên
bánh răng còn đủ hay không để còn tra dầu mỡ. Sau đó mở nắp trước (hoặc
nắp sau) có gắn đệm trục, lau sạch 2 đầu trục, tra dầu máy vào đó.
Kiểm tra kỹ dây điện, phích cắm, bộ phận biến áp xem có bị chuột cắn
làm rò điện không. Sau đó cắm điện chạy thử khoảng 10 phút, nếu thấy chạy
êm là được.
10

Phần III:
KHẢO SÁT ĐO ĐẠC VÀ XÂY DỰNG BẢN VẼ
3.1. Dụng cụ sử dụng trong quá trình đo đạc
Các chi tiết của quạt điện khá phức tạp, kích thước nhỏ và yêu cầu độ
chính xác không cao vì vậy thước cặp là dụng cụ đo lý tưởng. Đó là dụng cụ
đo thông dụng trong cơ khí và dễ sử dụng.
Một số loại thước cặp đang lưu hành trên thị trường hiện nay:
Thước cặp được sử dụng thông dụng nhất là thước VERNIERCALIPER

3.2. Bản vẽ lắp và bản vẽ chế tạo
11
Hình 9
Hình 10
Phần IV:
KHẢO SÁT BỘ THAY ĐỔI HƯỚNG GIÓ
CỦA QUẠT ĐIỆN
* Nguyên lý làm việc: Bộ phận đổi hướng gió làm cho quạt quay đi quay
lại so với thân quạt một góc cho phép, với mục đích gió quạt được thổi
rộng nhất phòng. Bộ thay đổi hướng gió bao gồm: bộ truyền trục vít, bánh
vít truyền chuyển động xuống bộ bánh răng trụ răng thẳng, thanh truyền
nối bánh răng trụ với thân quạt để tạo góc lắc.
* Mục đích: Thay đổi góc lắc của quạt điện.
Ta có:
1 1
12 2
2 12
n n
i n
n i
= ⇒ =

2 2
23 3
3 23
n n
i n
n i
= ⇒ =
1 1
12
2 2
59
59
1
n Z
i
n Z
= = = =
và
2 4
23
3 3
75
5
15
n Z
i
n Z
= = = =
1 1
3

12 23
. 59.5
n n
n
i i
⇒ = =
12
0
4
3
5
6
2
7
1
I
IV
III
II
Hình 11
Bài toán đặt ra ở đây là tìm mối liên hệ giữa kích thước các khâu đối với
góc lắc của quạt từ đó điều chỉnh kích thước các khâu dẫn tới thay đổi góc
lắc.
Từ sơ đồ nguyên lý làm việc ta thấy trong bộ thay đổi hướng gió của
quạt điện có sự xuất hiện của cơ cấu 4 khâu bản lề. Theo định lý Grashop
"Khi chọn khâu đối diện với khâu ngắn nhất làm giá, cả hai khâu nối với giá
đều là thanh lắc, còn khâu ngắn nhất quay toàn vòng". Lúc này ta có Khâu 0-
Khâu cố định gắn với thân quạt; Khâu 2- Quay toàn vòng, được gắn với bộ
truyền trong bầu quạt; Khâu 1 và khâu 3: Thanh lắc. Kích thước 4 khâu bản
lề: l0= 17,5 (mm); l1= 55; l2= 9,5 (mm); l3= 59,5 (mm)

Sơ đồ hoá cơ cấu 4 khâu bản lề của bộ đổi hướng gió như hình 14.
Có
2 3 2 20 3
. .
c c CP
V V P C l
ω ω
= ⇒ =
r r
(theo phương pháp tâm vận tốc tức thời)
2
23
3
i
ω
ω
⇒ =
13
A
B
C
D
a
d
b
c
P20
1
0
3

2
Hình 14
B?u qu?t
2
1
3
0
Bầu quạt
Hình 13
Khâu 2 chuyển động song phẳng nên vận tốc góc ω
2
: chuyển động quay
với vận tốc góc ω
đc
và chuyển động tịnh tiến với vận tốc góc ω'
Sử dụng phương pháp đổi giá (hình 15), lúc này khâu 3 là giá, khâu 2
chuyển động quay toàn vòng (tay quay), khâu 1 là thanh truyền, khâu 0 đóng
vai trò là thanh lắc với góc lắc ψ
0
. Lúc này khâu 0 chuyển động tương đối với
khâu 3 như trong trường hợp khâu 3 chuyển động tương đối với khâu 0 khi
chưa đổi giá nên
3 0
0 3
ω ω
=
và
3 0
0 3
ψ ψ

=
Ta có:
2
20 23
3
3 0
2
3
3 0
i i
ω
ω
ω ω
= = =
Với:
3 0
0 3 3
ω ω ω
= =
3
2 2 3dc
ω ω ω ω
= = −
Phương pháp tính toán: Gắn hệ trục toạ độ 0xy vào cơ cấu 4 khâu bản
lề như hình 16
Ta có: Bx= bcosϕ
2

By=bsinϕ
2

a
2
= (Ax- Bx)
2
+ (Ay- By)
2
(1)
d
2
= (Ax- c)
2
+ Ay
2
(2)
14
A
B
C
D
1
0
3
2
Hình 15
x
y
C
B
A
D

2
0
1
a
b
d
c
j
ϕ
2
18°
ϕ
1
103°
Hình 16
Từ (1):
2 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2
2 2
2 2 2 2 2 2
2 2
2 2 2
2 2
2 os 2 sin
( ) 2 2 2 ( os sin )
2 ( ) 2
a Ax AxBx Bx Ay AyBy By
Ax AxBx b c Ay AyBy b
Ax c Ay AxBx AyBy Axc c b c
a b c Ax Bx d AyBy

ϕ ϕ
ϕ ϕ
= − + + − +
= − + + − +
= − + − − + − + +
= − + − − − −
=> Ax=
2 2 2 2
2
2( ) 2( )
b a d c ByAy
Bx c Bx c
− + −
−
− −
Đặt S=
2 2 2 2
2( )
b a d c
Bx c
− + −
−
có Ax=
2
2( )
ByAy
S
Bx c
−
−

(1), (2) => Ay=
2 4
2
Q Q PR
P
− ± −
Với:
2
2
1
( )
By
P
Bx c
= +
−
;
2
( )R c S d= − −
;
2 ( )
( )
By c S
Q
Bx c
−
=
−
Ta có tgϕ2=
2

( ) ( )
=ar
( ) ( )
Ay By Ay By
ctg
Ax By Ax By
ϕ
− −
⇒
− −
(ϕ1=ϕ2 tại 2 vị trí biên)
Ta có tgϕ3=
3
ar
( ) ( )
Ay Ay
ctg
Ax c Ax c
ϕ
⇒ =
− −
=> ϕ3= f(Cy, Cx, d)= f(a,b,c,d)
ψ
3
= ϕ3(max)- ϕ3(min) => ψ
3
= f(a,b,c,d)
Sử dụng phần mềm Matlab để lập mối quan hệ giữa kích thước các khâu và
góc lắc ψ
3

của quạt, giữa kích thước các khâu và tỉ số truyền i23.
15
* Thay đổi kích thước khâu 2, a = [5÷10] không vượt quá kích thước khâu 0=
17,5 (mm), đảm bảo định lý Grashop luôn đúng.
Qua biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa kích thước khâu 2 và góc lắc ψ
3
ta
thấy kích thước khâu 2 càng lớn thì góc lắc càng tăng.
Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa i20 (max và min) và kích thước khâu 2:
16
Hình 17
Hình 18
Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa tỉ số truyền i20 trước và sau khi thay đổi
kích thước khâu 2:
Việc thay đổi kích thước khâu dẫn từ 9,5 (mm) xuống 7,5 (mm) làm góc lắc
của quạt giảm từ 71,37 độ xuống còn 54, 83 độ. Tỉ số truyền của 2 trường hợp
trên không có sự chênh lệch quá nhiều.
Việc thay đổi góc lắc của quạt dựa vào thay đổi kích thước các khâu là hoàn
toàn khả thi.
17
Hình 19
PHẦN VI: KẾT LUẬN
Quạt điện là một thiết bị điện hữu ích, giúp cho việc quạt mát trong gia
đình, thiết kế nhỏ, nhẹ đặc biệt thích hợp với các gia đình có trẻ nhỏ và cụ già.
Đề tài thiết kế lại quạt điện gồm một bản thuyết minh và 1 bản vẽ A0 đủ trình
bày đặc tính, nguyên lý và kết cầu của máy. Nói chung nguyên lý hoạt động
và kết cấu của máy đơn giản, an toàn và dễ sử dụng. Đề xuất thay đổi góc lắc
của quạt dựa vào thay đổi kích thước các khâu là hoàn toàn khả thi.
Sau thời gian hơn 2 tháng làm việc nghiêm túc và khẩn trương của bản
thân, cùng với sự giúp đỡ tận tình của cô Vũ Thị Liên, đến nay đề án đã được

hoàn thành .
Với khả năng và thời gian có hạn, kiến thức thực tế còn nhiều hạn chế,
tài liệu và các phương tiện không được đầy đủ, nên chắc chắn đề án sẽ còn
nhiều hạn chế rất mong sự góp ý và đón nhận đề án này với sự thông cảm của
các thầy cô giáo trong khoa cũng như bạn đọc, để em có điều kiện học hỏi,
nâng cao kiến thức và phát huy những kiến thức sau này.
Xin chân thành cảm ơn đã giúp đỡ của cô Vũ Thị Liên đã hướng dẫn tận
tình cho em, cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Kỹ thuật cơ khí và bạn bè
đã góp ý giúp đỡ cho em hoàn thành đề án này.
Thái Nguyên, tháng 9 năm 2012
Người thực hiện
Phan Thị Phương Thảo
18
PHẦN V: TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đinh Gia Tường, Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến- Nguyên lý máy-
Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp
[2] Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, khoa Cơ khí, trường đại học Kỹ thuật Công
nghiệp Thái Nguyên- Bài giảng chi tiết máy
[3] Robert L.Norton- Design of Machinery- McGRAW-HILL International
editions, Mechanical Engineering series.
19