Đề án thiết kế quạt điện

Quạt điện, đề án, thiết kế

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

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

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;

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

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

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

0

4

3

2

1

I

IV III

II

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)

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

Hình 5

- 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

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

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

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: 12 1 2 1

12

59 59 1

i

75 5 15

i

3

12 23 59.5

n

i i

0

4

3

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; 0-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 V rc2 = V rc3 ⇒ ω2 P C20 = ω3 lCP

(theo phương pháp tâm vận tốc tức thời)

2 23

3

i ω ω

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 ω2: chuyển động quay với vận tốc góc ωđc 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 ψ0 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 ω03 =ω30và ψ03 =ψ30

3

3

Với: ω03 =ω30 =ω3

3

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= bcosϕ2

By=bsinϕ2

a2= (Ax- Bx)2 + (Ay- By)2 (1)

d2= (Ax- c)2 + Ay2 (2)

A

B

C

D 1

0

3 2

Hình 15

x

y C

B

A

D

2

0

1 a

c

j

ϕ 2

18°

ϕ 1

103°

Hình 16

Từ (1):

=> Ax=

Đặt S=

Bx c

− + −

− có Ax=

2

ByAy S

Bx c

−

−

(1), (2) => Ay= 2 4

2

P

Với:

2

By

P

Bx c

2

R= −c S −d; Q 2(By c S( ))

Bx c

−

=

−

Ta có tgϕ2= 2

=ar

ctg

− − (ϕ1=ϕ2 tại 2 vị trí biên)

Ta có tgϕ3= 3 ar

ctg

− − => ϕ3= f(Cy, Cx, d)= f(a,b,c,d)

ψ3 = ϕ3(max)- ϕ3(min) => ψ3 = f(a,b,c,d)

Sử dụng phần mềm Matlab để lập mối quan hệ giữa kích thước các khâu và góc lắc ψ3 của quạt, giữa kích thước các khâu và tỉ số truyền i23

* 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 ψ3 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:

Hình 17

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

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

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