6. Расчет расхода основных материалов

Основными материалами в конструкции электромагнита являются медь обмотки и сталь сердечника.

Масса меди обмотки

,

где - плотность меди;

- объем меди обмотки;

- площадь сечения обмоточного провода;

- длина среднего витка обмотки;

- число витков обмотки.

Масса стали сердечника

,

где - плотность стали;

- объем стали сердечника;

Объем стали можно вычислить как разность габаритного объема сердечника и объема полости занятой обмоткой.

.

Размеры в последней формуле взяты по рис.7.

Отношение массы меди к массе стали характеризует уровень проработки конструкции электромагнита.

.

7. Расчет крепления электромагнита

Приводной электромагнит устанавливается на рычаге тормоза и закрепляется винтами, так как показано на рис.7.1. Число винтов, 2 или 4, зависит от силы тяги и массы электромагнита.

Усилие затяжки винтов определяется из условия плотности стыка между тормозным рычагом и корпусом электромагнита. Условие плотности стыка является необходимым условием прочности резьбового соединения при переменных нагрузках. Если напряжение затяжки винта будет меньше напряжения в винте под действием внешней силы, то произойдет раскрытие стыка. Для получения надлежащего запаса плотности стыка напряжение затяжки определяется из условия

,

где - коэффициент затяжки;

- напряжение в винте, соответствующее максимальному значению внешней силы.

Коэффициент по условию плотности стыка выбирают обычно равным 1.25 2 для постоянных нагрузок и 2.5 4 переменных нагрузок [5,6].

Рис. 7.1. Схема действия сил на электромагнит

Усилие в момент затяжки может быть определено из уравнений равновесия сил [4]. Сумма проекций сил на ось (при четырех винтах)

. (56)

Сумма моментов сил относительно начала координат

, (57)

где - сила трения в стыке;

- масса электромагнита;

- ускорение силы тяжести на Земле;

- усилие затяжки верхнего винта;

- усилие затяжки нижнего винта;

- коэффициент трения на поверхности стыка;

- координата центра тяжести электромагнита;

- шаг расположения винта по вертикали (по оси ).

Совместное решение (53) и (54) дает

,

.

Усилие затяжки верхнего винта больше чем нижнего.

Если принять, что сила пружины тормоза равномерно распределяется между винтами, то напряжение верхнего винта

, (58)

где - наибольшее значение силы тяги электромагнита, полученное из статической тяговой характеристики при минимальном воздушном зазоре.

- внутренний диаметр резьбы винта.

Внутренний диаметр резьбы винта может быть определен из формулы (58) при допустимой величине напряжения [ ].

. (59)

Величина допускаемого напряжения в долях от предела текучести дана в табл.П5.2 приложения 5. По рассчитанной величине и табл.П5.1 приложения 5 определяется ближайший больший наружный диаметр стандартного винта с метрической резьбой.

Основными конструктивными параметрами, определяющими прочность витков резьбы, являются величина

и относительная высота гайки

,

где - наружный диаметр винта;

- шаг резьбы.

Роль гайки в данном случае выполняет отверстие с резьбой в корпусе электромагнита.

Результаты экспериментальных исследований прочности витков резьбы показывают, что с уменьшением и с увеличением (т. е. для измельченных резьб) опасность разрушения вследствие среза витков возрастает. Проверка прочности витков резьбы на срез необходима при малом числе витков и при существенной разнице в прочности материала винта и гайки.

Усилие, вызывающее срез витков, определяется: для резьбы винта

;

для резьбы гайки

,

где - коэффициент полноты резьбы (отношение длины основания витка к шагу); для метрической резьбы , для прямоугольной - , для трапецеидальной - ;

- безразмерный коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по виткам. Можно принимать ;

- предел прочности материала винта на срез;

- предел прочности материала гайки на срез (обычно предел прочности на срез принимают равным 0.6 соответствующего предела прочности на растяжение).

Для обеспечения равной прочности винта и витков резьбы гайки

, (60)

где - предел прочности нарезанного стержня при растяжении.

Из выражения (60) находим

,

где - высота гайки из условия равной прочности стержня винта и витков резьбы гайки.

Очевидно, должно быть

.

При затяжке резьбовых соединений винт (болт) скручивается моментом

,

где - усилие затяжки;

- средний диаметр резьбы;

- коэффициент трения в резьбе;

;

- угол профиля резьбы (для метрической резьбы ;

- коэффициент трения материала гайки по материалу винта (болта). Значения коэффициента трения приведены в табл. П5.3 (приложение 5).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов. – М.: Энергия 1971.

1. Любчик М.А. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока. – М.: Энергия. 1968.

2. Белоруссов Н.И. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник/ Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева% Под ред. Н.И. Белоруссова. – 5-е из. перераб. и доп. _ М.: Энергоатомиздат, 1988.

3. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики: учеб. для втузов/ С.М. Тарг. – Изд. 16-е, стер. – М.: Высш. шк., 2006.

4. Соколов С.А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин. – СПб.: Политехника 2005.

6. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Шнейдерсон Р.М. Расчет на прочность деталей машин. – М.: Машгиз 1959.

7. Ланцош К. Практические методы прикладного анализа. Справочное пособие. – М.: Государственное издательство физико-математической литературы. 1961.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Колодочный тормоз

Рис. А.1. Колодочный тормоз с электромагнитным приводом;

1 – тормозной шкив; 2 – тормозные колодки с фрикционными накладками 3; 4 – тормозной рычаг; 5 – основание тормоза; 6 – тяга, стягивающая тормозные рычаги; 8 - тормозная пружина; 9 – электромагнитный привод; 10 – гайка, регулирующая тормозное усилие; 11 – винт для регулировки отхода колодок от тормозного шкива.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Чертеж общего вида

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Магнитные материалы

Рис. В.1. Кривые намагничивания магнитных материалов:

1 – сталь низкоуглеродистая электротехническая марки Э отожженная; 2 – сталь качественная конструкционная марки сталь 10 отожженная; 3 – сталь качественная конструкционная марки сталь 20 отожженная; 4 – сталь листовая электротехническая марки Э41; 5 – сталь электротехническая холоднокатаная марки Э330; 6 – чугун ковкий отожженный; 7 – чугун серый легированный марки № 00 отожженный; 8 – чугун марки № 00 не отожженный; 9 – высоконикелевый пермаллой 79НМ; 10 – низконикелевый пермаллой марки 50Н; 11 – низконикелевый пермаллой марки 50НКС; 12 - пермендюр

ПРИЛОЖЕНИЕ Г.

Таблица Г.1 – Механические свойства некоторых сталей

Марка	Предел прочности МПа	Предел текучести МПа
Сталь обыкновенного качества
Ст 3; ВСт3; БСт3	380 - 500	250
Ст5; ВСт5	450 - 590	290
Сталь углеродистая качественная
08	323	196
10	333	206
15	372	225
20	412	245
40	568	333
45	598	353
Легированные стали
40Х	980	786
18ХГ	884	735

Таблица Г.2 – Удельная теплопроводность материалов

Материал	Плотность кг/м3	Удельная теплоемкость дж/кг · °С · 10-3	Удельная теплопроводность, Вт/ м · °С
Алюминий	2.7	0.92	175 - 210
Медь электротехническая	8.9	0.39	300 - 400
Латунь	8.6 – 8.7	0.38	75 - 115
Сталь	7.8	0.43 – 0.51	40 - 53
Чугун	7 – 7.2	-	60
Гетинакс, текстолит	1.3 – 1.4	1.25 – 1.65	0.17 – 0.22
Битум	1.1 – 1.3	0.22 – 0.5	0.65
Лак пропиточный	1.2	1.4 – 1.5	0.20 – 0.25
Кварц-битумный	1.4	-	0.68 – 0.67
Воздух при 60 - 100°С	0.0012	1.02	0.03 – 0.06
Воздух в виде тонкой прослойки	0.0012	1.05	0.02 – 0.025
Бумага не пропитанная	-	-	0.1 – 0.12
Бумага бакелизированная	-	-	0.17
Лакоткань	1.1 – 1.25	1.8	0.18 – 0.23
Прессшпан	0.90 – 1.15	-	0.22 – 0.26
Резина твердая	1.2	1.38	0.16

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

Таблица Д.1 – Круглые обмоточные провода с эмалевой изоляцией

Марка	Диаметр мм
ПЭВ-1	0.03 – 2.50
ПЭВ-2	0.02 – 2.50
ПЭВТЛ-1 и 2	0.02 – 1.60
ПЭТВ	0.06 – 2.50
ПЭВТА	0.14 – 2.50
ПНЭТ	0.03 – 2.50

Таблица Д.2 – Прямоугольные обмоточные провода с эмалевой изоляцией

Марка	Размеры сторон мм
ПНЭТП	(0.5 – 1.9)(2.12 – 4.0)
ПЭВП	(0.5 – 2.8)(2.12 – 6.0)
ПЭТВП	(0.8 – 3.55)(2.0 – 12.5)
ПЭТП-155	(0.8 – 2.0)(2.0 – 5.6)
ПЭТП 200	(0.8 – 2.0)(2.0 – 5.6)

Таблица Д.3 – Обмоточные провода с эмалево-волокнистой изоляцией

Марка	Диаметр мм	Размеры сторон мм
ПЭШО	0.05 – 1.56	
ПЭЛО	0.2 – 1.32	
ПЭБО	0.38 – 2.12	
ПЭТВЛО	0.1 – 1.32	
ПЭТВБД	0.69; 0.71; 0.93; 2.12	
ПЭЛШКО	0.10 – 1.56	
ПЭЛШКД	0.75 – 1.45	
ПЭМВ, ПЭМВО		(3.8 – 5.9)(4.4 – 12.5)
ПЭЛВО		(3.8 – 5.9)(4.4 – 6.0)

Таблица Д.4 – Обмоточные провода с волокнистой изоляцией

Марка	Диаметр мм	Размеры сторон мм
ПБ	1.18 – 5.2	(1.0 – 5.6)(3.0 – 19.5)
ПБД	0.355 – 5.30	(0.9 – 5.6)(2.12 – 15.0)
ПСД	1.0 – 5.0	(0.9 – 5.6)(2.12 – 12.5)
ПСДТ	0.315 – 2.12	(0.8 – 3.75)(2.12 – 8.0)
ПСДК, ПСДКТ	0.315 – 2.12	(0.8 – 3.75)(2.12 – 8.0)

Таблица Д.5 – Гибкие прямоугольные провода марок ПВОО, ПВДО

Сечение токопроводящей жилы мм2 мм	Номинальные размеры жилы ab мм	Минимальное число проволок	Электрич. сопротивление жилы на дл. 1м 10-3 Ом	Максимальные размеры провода АВ мм
				ПВОО	ПВДО
13.4	3.35.1	17	1.354	4.36.1	4.56.3
15.5	3.85.1	19	1.171	4.86.1	5.06.3
15.5	4.44.4	19	1.171	5.45.4	5.65.6
18.0	4.45.1	22	1.01	5.46.1	5.66.3
24.3	4.46.9	30	0.747	5.47.9	5.68.1
21	5.15.1	26	0.864	6.16.1	6.36.3
32.6	5.18.0	37	0.5568	6.19.0	6.39.2
44.0	5.110.8	56	0.4125	6.111.9	6.312.1
28.2	5.95.9	35	0.643	6.96.9	7.17.1
38	6.96.9	37	0.4777	7.97.9	8.18.1
51.2	6.99.3	61	0.3545	7.910.3	8.110.5
51.2	8.08.0	61	0.3545	9.09.0	9.29.2
69	8.010.8	61	0.263	9.011.9	9.212.1
80.0	8.012.5	91	0.227	9.013.6	9.213.8

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

Таблица Е.1 – Соотношения наружного диаметра , шага резьбы , внутреннего диаметра и площади поперечного сечения для метрической резьбы

в мм	в мм	в мм	в см2	в мм	в мм	в мм	в см2
3	0.5	2.35	0.0434	10	1 1.5	8.701 8.051	0.594 0.509
4	0.7	3.091	0.0750	12	1 1.25 1.75	10.701 10.377 9.727	0.899 0.846 0.743
5	0.8	3.961	0.123	14	1 1.5 2	12.701 12.051 11.402	1.267 1.140 1.021
6	1	4.701	0.173	16	1 1.5 2	14.701 14.051 13.402	1.697 1.550 1.410
8	1 1.25	6.701 6.377	0.352 0.319	18	1 1.5 2.5	16.701 16.051 14.753	2.191 2.025 1.709

Таблица Е.2 – Отношение для резьбовых соединений

Сталь	Постоянная нагрузка		Переменная нагрузка от 0 до max
	мм	мм	мм	мм
Углеродистая	0.20 -0.25	0.25 – 0.40	0.08 – 0.12	0.12
Легированная	0.15 – 0.20	0.20 – 0.30	00.10 – 0.15	0.15
Примечание: - предел текучести материала; - наружный диаметр резьбы

Таблица Е.3 – Определение коэффициента трения

Состояние контактных поверхностей резьбы	Коэффициент трения
Чисто обработанные поверхности, смазанные	0,1
Грубо обработанные поверхности, смазанные	0,2
Грубо обработанные поверхности, без смазки	0,3

63