8 Механічниий розрахунок

8.1 Вихідні дані та зауваження щодо розрахунку вала

8.1.1 Вихідними даними для розрахунку вала є розміри ротора, отримані

при електромагнітному розрахунку і конструктивній проробці двигуна. В практиці проектування розміри виступаючого кінця вала двигунів загального призначення вибираються за ГОСТ 18709 і ГОСТ 20839. У свою чергу, залежно від діаметра , вибирають розміри шпонки і , а також висоту паза для неї. Розміри шпонок, а відповідно і пазів для них, які встановлені ГОСТ 8788.

Рисунок 8.1 – Кінець вала

_{При номінальному моменті MN = 7,52 Н∙м, приймаються такі попередні розміри валу (показані на рис.8.1 і рис.8.2):}

lо = 40 мм; h_nbk =3,5 мм; x₁ = y₁ = 7,0 мм;

d_а = 18 мм; b_bk =6 мм; x₂ = y₂ = 87,5 мм;

d_c = 26 мм; h_bk = 6 мм; c = 44,0 мм;

d_b = 20 мм; l_bear = 175 мм; z₁= 20 мм;

8.2 Розрахунок вала на жорсткість

8.2.1 Розрахунок вала виконується за схемою, яка подана на рисунку 8.2

Рисунок 8.2 – Розрахункова схема вала асинхронного двигуна

8.2.2 Сила тяжіння осердя ротора з обмоткою і ділянкою вала на довжині сердечника

Н.

8.2.3 Прогин вала під дією сили на ділянці, відповідній середині пакету осердя

(8.1)

,

де − модуль пружності сталі, = Па;

− відстань проміж умовними центрами підшипників, l_bear = 175 мм;

а, b – частки від середини пакета осердя ротора, a = b= 87,5мм .

S_a і S_b – величини, які визначаються підсумовуванням значень останніх стовпчиків таблиці 8.1, тобто

мм^-1,

Підставляємо отримані значення у (8.1)

мм.

Таблиця 8.1 – Розрахункові дані для визначення величини S_a і S_b

i	di, мм	, мм4	yi, мм	, мм3	, мм3	, мм-1
1	20	7850	7,0	343	343	0,053
2	26	22420,4	87,5	647214,6	646998,6	28,86

8.2.4 Радіальне зусилля передачі на виступаючий кінець вала двигуна

(8.2)

,

де − коефіцієнт, залежний від способу сполучення двигуна з приводним механізмом, = 1,8;

– радіус обводу на якому розташовані елементи, що передають зусилля, = 56 мм;

Підставляємо отримані значення у (8.2)

Н.

8.2.5 Прогин вала під дією сили посередині осердя

(8.3)

,

де – відстань за рис.8.2, яка відраховується від кінця полумуфти,

= 44,0 мм;

– величина, яка визначається підсумовуванням значень останнього стовпчика таблиці 8.2

мм^-2.

Підставляємо отримані значення у (8.3)

мм.

Таблиця 8.2 – Розрахункові дані для визначення величини

i	di, мм	, мм4	, мм2	, мм2	, мм-2
1	20	7850	49	49	0,0088
2	26	22420,38	7482,2	7446,2	0,332

8.2.6 Початковий розрахунковий ексцентриситет осердя ротора , що

виникає через нерівномірність повітряного проміжку і прогин вала під дією

сил і

(8.4)

,

де = 0,15 при  < 0,5 мм.

Підставляємо отримане значення у (8.4)

мм.

8.2.7 При зсуві осердя на величину виникає початкова сила одностороннього магнітного тяжіння

Н.

8.2.8 Додатковий прогин вала від дії сили

мм.

8.2.9 Сталий прогин вала під дією сил магнітного тяжіння

(8.5)

,

де .

Підставляємо отримане значення у (8.5)

мм.

8.2.10 Сумарний прогин вала посередині ротора у найгіршому разі

мм.

Для забезпечення нормальної роботи асинхронного двигуна необхідно, щоб

– умова виконується.

8.2.11 Сила тяжіння сполучного пристрою

(8.6)

,

де – маса сполучного пристрою, визначається по [2], = 1,06 кг.

Підставляємо отримане значення у (8.6)

Н.

8.2.12 Прогин від сили тяжіння пружної муфти

мм.

8.2.13 Перша критична частота обертання двигуна з достатнім

ступенем точності може бути знайдена за формулою

об/хв.

Другим критерієм жорсткості вала є забезпечення умови ,

– умова виконується.

8.3 Розрахунок вала на міцність

8.3.1 Розрахунок вала проводимо на ділянці с в найбільш навантаженому перерізі Г-Г (див. рис.8.2) виступаючого кінця вала, зменшеному на висоту канавки шпонки.

У даному перерізі вала згинальний момент на ділянці c

(8.7)

,

де – коефіцієнт допустимого перенавантаження двигуна, визначається

по [2], = 2;

z₁ – відстань (рис.8.2), яку відраховують від кінця полумуфти, z₁ = 20 мм.

Підставляємо отримані значення у (8.7)

Нм.

8.3.2 Момент крутний

Нм.

8.3.3 Момент опору при згинанні

мм³.

8.3.4 При сумісній дії згину і кручення зведена механічна напруга

Па.

8.4 Вихідні зауваження щодо вибору підшипників

8.4.1 У відносно малих машинах з h ≤ 160 – 200 мм обидва підшипники кулькові

радіальні однорядні з захисними шайбами за ГОСТ 7242. Радіальні підшипники можуть сприймати як радіальне, так і осьове (аксіальне) навантаження, яке не перевищує 70 % невикористаного радіального навантаження. При дотриманні цієї умови машини з шарикопідшипниками можуть працювати як з горизонтальним, так і вертикальним розташуванням вала.

8.5 Розрахунок підшипників кочення

8.5.1 Обираємо підшипник 180204 за ГОСТ 7242

1) внутрішній діаметр = 20 мм;

2) зовнішній діаметр = 47 мм;

3) ширина = 14 мм;

4) радіус закруглення обойми = 1,5 мм;

5) динамічна вантажопідйомність = 9800 H;

6) статична вантажопідйомність = 6200 H;

7) гранична частота обертання підшипника = 12500 об/хв.;

8.5.2 Найбільше радіальне навантаження на підшипники А і В(рис.8.2)

Н,

Н.

8.5.3 Для асинхронного двигуна з горизонтальним розташуванням вала у

багатьох випадках можна не враховувати аксіальне навантаження. Але в даному проекті, приймемо, що аксіальне навантаження викликане осьовим магнітним тяжінням осердь ротора і статора, яке виникає через їхній взаємний зсув, і складає,

Н.

(8.8)

8.5.4 Динамічне зведене навантаження для шарикопідшипника однорядного радіального

,

– коефіцієнт урахування характеру навантаження двигуна, який визначається по [2], = 1,5.

Підставляємо отримане значення у (8.8)

Н.

8.5.5 Необхідна динамічна вантажопідйомність шарикопідшипника

(8.9)

,

де – розрахунковий термін служби (довговічність) підшипника, який приймаємо = 15000 годин;

– найбільша робоча частота обертання машини, яка для асинхронного двигуна може бути прийнята рівною і не повинна перевищувати граничного значення , n_max = 1000 об/хв.

Підставляємо отримані значення у (8.9)

Н.

Знайдене розрахункове значення не повинне перевищувати значення підшипника. Отже, відповідно 6213,7 H < 9600 Н – умова виконується.

^{висновки}

Відповідно до технічного завдання було спроектовано асинхронний двигун з такими вихідними даними:

1) номінальна потужність 0,75 кВт;

2) номінальна лінійна напруга 220 В;

3) синхронна частота обертання 1000 об/хв;

4) коефіцієнт потужності 0,71;

5) коефіцієнт корисної дії 0,7.

В процесі виконання завдання розроблені технічні умови на двигун, що проектується. Вибрані головні розміри двигуна. Спроектовано статор двигуна. Для осердя статора використовується електротехнічна сталь марки 2013 і провідник для обмотки статора марки ПЭТ-155. Запропоновані трапецеїдальна форма паза статора і овальна форма паза ротора, що дозволило покращити пускові характеристики двигуна і коефіцієнт заповнення паза статора.

Отримані високі значення коефіцієнта корисної дії і коефіцієнта потужнос-

ті cos φ. Робочі характеристики відповідають умовам технічного завдання.

Проведено аналіз магнітного поля асинхронного двигуна в різних режимах роботи з використанням методу кінцевих елементів.

Спроектований двигун відповідає умовам техніки безпеки і охорони навколишнього середовища.

При впровадженні спроектованого асинхронного двигуна у виробництво очікується економічний ефект 28,89 грн.

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

Перелік джерел, на які надані посилання у тексті

1 Гольдберг О. Д., Гурин Я. С., Свириденко И. С. Проектирование электрических машин: Учеб. для втузов / под ред. О. Д. Гольдберга. 2-е изд., перераб. и доп – М.: Высш. шк., 2001. – 430c.

2 Мілих В.І. Проектування трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненою обмоткою ротора: навч. посібник [для студ. електротехн. спеціальностей] / Мілих В.І. – Харків: НТУ «ХПІ», 2009. – 96 с.

3 Закон України «Об охране труда» від 20.11.02.

4 Закон України «Про охорону навколишнього середовища»,– Введ.25.06.91 із змінами та доповненнями 2004р.

5 ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.– Введен 01.01.89.

6 СНиП 2.0.405-91. Строительные нормы и правила. Отопление, вентиляция и кондиционирование.– М: Стройиздат, 1991. – 64с.

7 ГОСТ 12.1.012-90. ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.– Введен 01.07.91.

8 ГОСТ 12.1.038-81. ССБТ. Электробезопасность. Предельнодопустимые значения напряжений прикосновения и токов.– Введен з 01.07.83.

9 ГОСТ 12.1.030-81. Электробезопасность. Защитное заземление и зануление.– Введен 01.07.82.

10 ДБН В 1.1.7.02. Державні будівельні норми України. Захист від пожежі. Пожежна безпека об’єктів будівництва.– Введен 01.05.02.

11 Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках – М.: Энергия, 1979. – 150с.

12 СНиП ІІ-4-79. Строительные нормы и правила. Естественное и искусственное освещение.– М: Стройиздат, 1991-16с.

Перелік джерел, на які нема посилань у тексті

13 Мілих В.І., Шавьолкін О.О. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка: Підручник. За ред. В.І.Мілих.– К.: «Каравела», 2007.– 688 с.

14 Антонов М.В.«Ремонт низковольтных электрических машин: Учеб. пособие» – М.:Высш. шк.,1988. – 160с.

15 Юхимчук В. Д. «Технология производства электрических машин»: Уч. пос./ в 2-х кн. Кн.1. – Х.: - Тимченко, 2006. – 560с.: ил., табл.. Кн.2.: - Х.: .: – Тимченко, 2006. – 560с.: ил., табл.

16 «Методические указания по экономическому обоснованию дипломных проектов для специальности 7.092201» / Сост. Кобелев В.Н. – Харьков.: НТУ «ХПИ», 2003. – 13с.

17 Охрана труда: Учеб. для студентов вузов / Князевский Б.А., Долин П.А., Марусова Т.М. и др.; Под ред. Князевского Б.А. – 2-е издание, перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1982. – 325с.

18 Методические указания по выполнению раздела дипломных проектов «Функционально-стоимостный анализ и экономическое обоснование принимаемых технических решений» для студентов специальности 0601 «Электрические машины» и 0605 «Электрические аппараты» / Сост. Гаврись А.Н. – Харьков: ХПИ, 1988. – 33с.

19 Методические указания по выполнению раздела «Охрана труда и окружающей среды» в дипломных проектах для студентов электромашиностроительного факультета / Сост. Беляева Л.И., Сапунов И.Н. – Харьков: ХПИ, 1988. – 12с.

20 СТВУЗ–ХПИ–3.01–2006 Текстовые документы в сфере учебного процесса. Общие требования к выполнению.

ДОДАТОК А

Результати розрахунку асинхронного двигуна

з короткозамкненим ротором

на ЕОМ

Исходные данные для проектирования

----------------------------------

Номинальный режим работы S1

Номинальная полезная мощность,кВт P2= .75

Количество фаз статора M1= 3

Способ соединения фаз статора З/Т

Частота сети,Гц FC= 50

Номинальное линейное напряжение,В U= 220

Синхронная частота вращения,об/мин N1= 1000

Количество пар полюсов P= 3

Степень защиты IP44

Исполнение по способу монтажа IM1001

Способ охлаждения IC0141

Климатические условия УЗ