4.10 Вентиляційний розрахунок

Цій розрахунок виконують з метою визначення витрати повітря, яка необхідна для охолодження машини, і напору вентилятора, що забезпечує цю витрату. Точний вентиляційний розрахунок являє собою вельми складне завдання, тому тут застосовується наближений практичний метод розрахунку.

4.10.1 Середній діаметр зовнішньої поверхні охолодження корпусу (на рівні половини висоти ребер), мм

,

де  мінімально допустима відстань від нижньої частини корпусу машини до опорної площини, мм, визначається за рис. 4.12.

4.10.2 Для машин зі ступенем захисту IP44 і способом охолодження IC0141 для зовнішнього обдування корпусу застосовують радіальний вентилятор (з прямими лопатками), що розташований на кінці вала з боку, протилежного приводу (рис.А.1 і рис.А.6).

Зовнішній діаметр вентилятора

;

ширина (довжина) лопатки

;

кількість лопаток: при об/хв

,

при об/хв

.

Вентилятор закривають штампованим або зварним кожухом зі стали завтовшки 1…2 мм, на торці кожуха виконують отвори будь-якої форми для входу повітря.

4.10.3 Коефіцієнт, що враховує зміну тепловіддачі за довжиною корпусу машини, залежно від його діаметра і частоти обертання

Рисунок 4.12  Розмір

елементів за межами корпусу

.

4.10.4 Необхідна витрата повітря, м³/с

,

де с_а=1100 Дж/(См³) ‑ питома теплоємність повітря; за п.4.9.17.

4.10.5 Витрата повітря (об’ємна швидкість потоку повітря), яка може бути забезпечена зовнішнім вентилятором, м³/с

.

4.10.6 Натиск повітря, що розвивається зовнішнім вентилятором, Па

.

В результаті розрахунку слід переконатися, що задовольняється нерівність . Інакше потрібно буде змінити елементи двигуна з метою збільшення до певного значення.

4.11 Маса двигуна і динамічний момент інерції ротора

Важливими технічними показниками асинхронного двигуна є його маса і динамічний момент інерції ротора. Значення останнього необхідно для розрахунку часу розгону або зупинки електродвигуна.

4.11.1 Маса ізольованого мідного дроту обмотки статора, кг

.

4.11.2 Маса алюмінію короткозамкненого ротора, кг (див. п.3.12 і 3.13)

,

де ‑ товщина лопатки, мм

;

‑ довжина лопатки, мм

;

‑ висота лопатки, мм,

;

‑ кількість лопаток, за табл. 4.11 залежно від висоти вісі обертання h.

Таблиця 4.11 – Визначення

кількості лопаток

h, мм	50…100	112…250
	6…9	10…14

4.11.3 Маса сталі осердь статора і ротора, кг

.

4.11.4 Маса ізоляції статора, кг

,

де ‑ середня ширина паза статора, мм

.

4.11.5 Маса конструкційних матеріалів двигуна (ступінь захисту IP44, h200 мм, станина і щити з алюмінієвого сплаву, ротор короткозамкнений), кг:

.

4.11.6 Маса двигуна, кг

.

4.11.7 Динамічний момент інерції ротора, кгм²

.

5 Розрахунок вала

5.1 Вихідні дані та зауваження

Вихідними даними для розрахунку вала є розміри ротора, отримані при електромагнітному розрахунку і конструктивній проробці двигуна.

Рисунок 5.1 – Кінець вала

Вали електричних машин виготовляються з вуглецевої сталі, як правило, марки 45 ГОСТ 1050. Для поліпшення механічних властивостей сталь піддають термічній обробці.

Кінці валів можуть мати циліндричну або конічну форму і передбачаються двох виконань – довгі і короткі. Найбільш широке застосування в двигунах загального призначення мають кінці валів циліндричної форми (рис. 5.1).

5.1.1 В практиці проектування розміри виступаючого кінця вала двигунів загального призначення вибираються за ГОСТ 18709 і ГОСТ 20839. Для прийнятих в даному посібнику габаритів машин в табл.5.1 надані рекомендовані значення діаметра і довжини l₀ (два виконання: 1 – довгі, 2 – короткі) виступаючого кінця вала – залежно від номінального обертального моменту (див. п.4.6.11).

Таблиця 5.1 – Розміри виступаючого кінця вала та шпонки, мм

,Н·м		0,25	0,63	1,25	2,8	4,5	7,1	8,25	14	18	31,5	50	90	125	200	355
		7	9	11	14	16	18	19	22	24	28	32	38	42	48	55
l0	1	16	20	23	30	40	40	40	50	50	60	80	80	110	110	110
	2	‑	‑	‑	‑	28	28	28	36	36	42	58	58	82	82	82
		1,2	1,8	2,5	3	3	3,5	3,5	3,5	4	4	5	5	5	5,5	6
		2	3	4	5	3	6	6	6	8	8	10	10	12	14	16
		2	3	4	5	5	6	6	6	7	7	8	8	8	9	10

У свою чергу, залежно від діаметра , вибирають розміри шпонки і , а також висоти паза для неї (рис.5.1). Розміри шпонок, а відповідно і пазів для них, які встановлені ГОСТ 8788, наведені також в табл. 5.1. З метою спрощення обробки ширину всіх шпонок вала бажано брати такою ж, як на виступаючому кінці.

5.1.2 Електричні двигуни встановлюються переважно з горизонтальним розташуванням вала. В цьому випадку він несе на собі всю масу обертових частин і ще передає обертальний момент. При сполученні двигуна з виконавчим механізмом через зубчату або ремінну передачу, а також через муфту на вал діятиме додаткова сила, що вигинає його. На вал також можуть діяти сила одностороннього магнітного тяжіння, що викликається магнітною асиметрією, зусилля із-за наявності небалансу обертових частин, а також зусилля, що виникають при крутильних коливаннях.

При дії цих зусиль (у одному напрямку – це найважчий випадок) вал повинен бути міцним (не деформуватися) і жорстким (ротор не повинен зачіпати статор).

Критична частота обертання вала повинна бути значно більше робочих частот обертання двигуна щоб уникнути явища резонансу (збільшення прогинання вала, вібрацій).

Вали мають уступчасту форму, з найбільшим діаметром під осердям ротора. Кількість уступів залежить від кількості вузлів машини (шихтоване осердя, вентилятор, підшипники тощо). У місцях переходу від одного діаметра до іншого повинні бути передбачені галтелі максимально можливого радіусу (рис.5.1) для зменшення концентрацій механічної напруги.

Відношення радіусу галтелі до діаметра прилеглої частини вала повинне бути більше 0,05. З цією ж метою відношення діаметрів сусідніх уступів вала не повинне бути більше 1,3.

5.1.3 На рис.5.2 схематично подані основні функціональні уступи вала, де позначені діаметри , і відповідають виступаючому кінцю вала, місцю під підшипник і місцю розташування осердя ротора. Реальні вали електричних машин звичайно мають більше уступів, які розділяють основні функціональні уступи, що буде проілюстровано далі.

Розміри шийок вала, у тому числі їхній діаметр , де розташовані підшипники, слід узгодити з стандартними розмірами вибраних підшипників.

Рисунок 5.2 – Основні функціональні уступи вала

Попереднє значення діаметра вала, мм, під осердям (рис. 5.2)

,

де множник відповідає машинам середньої потужності;

– в кВт, – в об/хв.

Однак можна орієнтуватися і на значення діаметрів і , які властиві практиці проектування машин загального призначення і надані в табл.5.2, залежно від діаметра виступаючого кінця вала .

Таблиця 5.2 – Діаметри основних уступів вала, мм

	7	9	11	14	16	19	24	28	32	38	42	48	55
	8	10	12	15	17	20	25	30	35	40	45	50	60
	12	15	17	20	22	26	32	37	44	49	54	60	72

Остаточні розміри вала встановлюються після його розрахунків на жорсткість і міцність.

При цьому особливу увагу треба надати діаметра , який повинен бути узгодженим з уже визначеним значенням (див.п.3.6). Якщо тут є розбіжності, то їх необхідно усунути шляхом послідовного корегування розрахунків за розділами 3 і 5. Після досягнення цього слід внести деякі правки в розрахунках за розділом 4, починаючи з п.4.1.12 і виходячи з п.3.8.