книги из ГПНТБ / Механизмы с магнитной связью

Сила притяжения торцовых элементов СММ может быть опре­ делена по известной формуле

где Ф — магнитный поток, Вб; S — площадь торцовых элементов, через которые проходит магнитный поток, мг. Выразив поток через индукцию в зазоре и площадь, получим

Т1т ~_ 245.210» B2S.

18. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СММ

Создание надежно работающей конструкции возможно при соблюдении следующих условий.

1.Конструктивная схема, соответствующая техническому за­ данию, должна быть наиболее простой.

2.Конструкция вращающихся частей механизма и динами­ ческая балансировка должны исключить возможность появления нагрузок от дисбаланса.

3.Конструкция корпуса должна быть жесткой и термоста­ бильной.

4.Конструкция опор вращающихся частей и системы смазки должны быть оптимальными.

5.Должны применяться материалы с высокими физико-меха­ ническими свойствами.

6.Конструкция в целом должна быть технологичной, обеспе­ чивающей контроль качества при изготовлении и возможность регулировки при наладке и эксплуатации.

При конструировании СММ следует руководствоваться ГОСТами и нормами, используемыми при проектировании элек­ трических машин.

Кроме электромагнитных расчетов (определение главных раз­ меров, сечения магнитопровода, размеров магнита и обмотки воз­ буждения) необходимо также выполнение ряда механических рас­ четов: расчет валов с учетом всех действующих сил, расчет вра­ щающихся частей по прочности, выбор опор и расчет смазки и т. д.

Авторы не претендуют на исчерпывающее рассмотрение дан-, ных вопросов, так как по ним имеется большое количество спе­ циальных работ. Ими рассматриваются лишь некоторые моменты, на которые следует обратить внимание при проектировании СММ.

При расчетах на прочность вращающихся деталей (валов, полумуфт, шестерен) запас прочности по пределу усталости бе­ рется больше запаса по текучести. Максимально допустимое на: пряжение при статических нагрузках должно быть ^75% от предела текучести. При динамических нагрузках оно должно быть 5^60% от предела усталости.

2 0 2

В зависимости от быстроходности и мощности СММ валы могут выполняться заодно с полумуфтой (шестерней) или раздельно. В первом случае нагрузка на вал от веса является распределен­ ной, тогда как во втором случае — сосредоточенной. Валы СММ для скорости до 10— 15 тыс. об/мин диаметром до 120 мм изго­ тавливаются из стали 45, для скорости 20 тыс. об/мин и более — из стали ЗОХГСА.

По опыту проектирования синхронных электромашин прогиб вала должен быть не более 0,05 рабочего зазора СММ, но меньше 6' — зазора между вращающимся элементом и экраном в экра­ нированной СММ, а критическая скорость вращения на 25—30% выше предельного верхнего значения скорости.

Конструкция полумуфт и выбор материала должны исключать появление деформации от нагрузок дисбаланса при максимальных для конструкции окружных скоростях. Для этого допуски на биение диаметров, овальность и конусность полумуфт или шесте­ рен должны быть не более 0,02—0,005 мм. Биение шейки и конца вала для жестких соединений со стороны привода (шлицевые и

Минимальный диаметр вала (см)—-диаметр цапфы из условий прочности по максимальному крутящему моменту

в них концентричные полумуфты располагаются по отношению друг друга с начальным эксцентриситетом е0. Отношение е0 к за­ зору б должно быть

0,05.

Здесь для неэкранированной системы 6 — полный рабочий зазор, для экранированной системы б :— зазор между полумуфтой и экраном, т. е. б'.

Наличие эксцентриситета е0 приводит к появлению односторон­ него магнитного притяжения, которое должно быть, учтено при

203

расчете прогиба вала. Если первоначальная сила магнитного при­ тяжения Т о, то установившийся прогиб вала

т

где k 0 = —---- фиктивная жесткость вала, кг/см2; k — жест-

ео

кость вала.

Установившаяся сила магнитного притяжения

Изгиб вала определяется силой Т6. Полный прогиб вала

1 — е 4" /с + /б см>

где е — эксцентричность вследствие износа подшипников; /0 — прогиб вала под действием веса; /б— прогиб вала под действием силы Ть.

При ударном приложении силы максимальные напряжения . примерно в два раза больше, чем при постепенном росте нагрузки. Поэтому при динамической нагрузке расчетное значение силы удваивается.

В электромагнитной муфте при включении обмотки возбужде­ ния, а в магнитной при намагничивании может оказаться, что динамический прогиб вала

!ь ^ 2/б•

Начальный эксцентриситет, при котором динамический прогиб вала приведет к касанию полумуфт или полумуфты и экрана

еО max СМ.

В конструкции должно быть обеспечено

е0 0,5ßо тах-

Критическая скорость вращения может быть определена по формуле

300

п« ~ 7 Т '

где / — статический прогиб вала под действием веса и магнит­ ного притяжения.

Корпус GMM зачастую является и частью магнитопроводамеханизма и выполняется, как правило, цилиндрической формы. Обычно изготовляют корпус сваркой с последующим отжигом.

В табл. III. 8 приведены свойства материалов, используемых при проектировании корпусов, валов и других элементов СММ.

204

Т а б л и ц а III.8

Свойства металлов, используемых при конструировании СЛШ

205

■В СММ применяются, как правило, подшипники качения, но в особых случаях, возможно использование опор из антифрикцион­ ных..самосмазывающихся материалов, известныхпод названием АМАНов, гидростатических и гидродинамических подшипников.

В системах с большими зазорами и малыми скоростями могут использоваться шарикоподшипники классов Н и П. В высоко­ скоростных системах и системах с малыми зазорами применяются обычно радиальные и радиально-упорные подшипники классов В, А и С. Правила установки тихоходных подшипников обычные: внутренние кольца на' вращающихся валах устанавливаются

Для скоростных СММ необходимо предусматривать возмож­ ность регулировочных операций для компенсации износа подшип­ ников при эксплуатации. Желатёльно не применять на вращаю­ щихся частях резьбовых соединений, так как они нарушают ба­ лансировку. Балансировку вращающихся частей следует произ­ водить в сборе.

Для шарикоподшипников скоростных машин используется жидкая смазка-или смазка воздушно-масляным туманом [38]. Жидкая смазка для тяжелонагруженных подшипников подается струей через форсунки. Используется турбинное или веретенное масло № 20. Оптимальный расход масла (л/мин) может быть опре­ делен по формуле

Ѵ0 — а + 1,9 • I0'adn,

где d — диаметр отверстия подшипника; п — скорость вращения,

При смазке масляным туманом расход масла (г/ч) на один шарикоподшипник определяется формулой

g = 0,4 + 0,2d.

206

ные кольца — с зазором до 10 мкм, т. е. для внутренних колец используются посадки Л 1п, для наружных — С1п.

В ряде случаев удачным' оказывается упругое закрепление наружных колец, а также использование пружин для создания предварительной осевой нагрузки и выбора люфтов шариковых подшипников (как начальных, так и образовавшихся в результате износа). Подпружинивание наружного кольца позволяет компен­ сировать изменение зазоров в подшипниках при тепловых изме­ нениях размеров.

Магниты, используемые в СММ, выполняются обычно из спла­ вов, имеющих наибольшую магнитную энергию. Свойства магни­ тов приведены в табл. III. 11 [3, 5, 10, 29]. Следует учитывать, что механические свойства магнитов низки и в расчетах на прочность высокоскоростных СММ при установке магнитов во вращающиеся элементы их следует рассматривать как тяжелую жидкость. Дан­ ные гистерезисных материалов, используемых в магнитно-гисте­ резисных системах, приведены в табл. III. 12.

208

20?

При работе, электромагнитной СММ в обмотке возбуждения выделяется тепло, которое надо отвести и рассеять. Обмотка воз­ буждения СММ, как правило, выполняется катушечной и наматы­ вается бескаркасно на прессшпановую основу. Для обмотки ис­ пользуются изолированные провода марок ПЭЛ, ПЭТО, ПБД, ПБО, ПЭВ, ПЭМ, ПЭТСО, ПСК и др.

Катушка изолируется слоем лакошелка толщиной 0,06 мм в полуперекрышку и одним слоем киперной ленты толщиной 0,2 мм и шириной 15—20 мм в полуперекрышку. Выводы катушки делаются из гибкого изолированного провода (например, МГШДОЛК), припаянного к обмотке. Готовую катушку пропи­ тывают бакелитовым лаком и сушат.

При расчете теплового режима вначале определяется1перепад температур между обмоткой возбуждения и корпусом

где Q — тепло, выделяемое катушкой, Вт; 5 — поверхность катушки, см2; 6 — путь теплового потокаLсм; X — удельная теплопроводность, Вт/см-°С.

Для сплошного тела

Значения Я(. для различных материалов приведены ниже:

Задав температуру теплоизоляции, соответствующую ее классу, определяют температуру поверхности корпуса. Приняв перепад температур корпуса и окружающего воздуха, определяют доста­ точность поверхности корпуса для рассеяния теплового потока

5 = ~тг— >

Д<2а0

где а о— коэффициент теплоотдачи с поверхности, Вт/см2-°С. Для шпаклеванного корпуса а 0 = 0,0015; для нешігаклеванного

а0 = 0,0017.

Вслучае недостаточной площади необходимо оребрение кор­

пуса или переход к обдуву поверхности.

Г л а в а I V

Д И Н А М И К А Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д А С М А Г Н И Т Н Ы М И

МЕ Х А Н И З М А М И

19.ПРИВОД С СИНХРОННЫМ МАГНИТНЫМ МЕХАНИЗМОМ

КАК СИСТЕМА С УПРУГИМ ЗВЕНОМ

Всинхронных магнитных механизмах подвижные части свя­ заны упруго и при движении всегда сдвинуты относительно друг друга на угол, определяемый величиной передаваемого момента или силы. При установившейся скорости движения это момент статического трения, рабочий момент исполнительного механизма или соответствующие силы. При любых переходных процессах: разгоне, торможении, колебаниях момента нагрузки или момента двигателя, величина передаваемого момента или сил и угла сдвига осей полюсов кроме рабочего момента и сил опреде­ ляется еще и моментами инерции движущихся частей привода. При этом вследствие упругой связи в механизме возникает коле­ бательный процесс, аналогичный процессу качания синхронных электрических машин или электропривода с упругой механиче,- ской связью, но с большими углами рассогласования.

Если принять, что угол сдвига ведомой части СММ в сторону противоположную движению положителен, то при торможении этот угол становится отрицательным. Ведущей'становится часть СММ, присоединенная к исполнительному механизму.

Рассмотрим явление возникновения колебаний на примере муфты вращения. Пусть при установившейся скорости равномер­ ного движения передается определенный момент нагрузки и угол между осями полумуфт Дап1. При изменении момента двигателя (или нагрузки) муфта переходит к новому равновесному состоя­ ний. Вследствие инерционности системы этот переход происходит

спеременным ускорением и привод приобретает кинетическую энергию. При сдвиге полумуфт на угол Дап2, соответствующий новому значёнию момента, увеличение угла продолжается за счет накопленной кинетической энергии. Движение замедляется, а затем полумуфта возвращается обратно к углу Дап2 и также прой­ дет это положение. Происходит колебательный процесс с затухаю^- щей амплитудой. Затухание-происходит под действием синхронш

211