Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Механизмы с магнитной связью

..pdf
Скачиваний:
10
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
11.64 Mб
Скачать

fl=CD

 

■-1.-ItKXa

(

 

 

X

Qk

 

k—2n-\~l

 

X

n=0

itx

 

X e /*(со/ —

)

X

Постоянные Qk определяются по

формуле (1.5). Все прочие

величины! характеризующие магнитное поле и механические силы,

могут рассчитываться по вышеприведенным формулам при

на­

 

b

 

личии сдвига и использовании си­

Л

 

стемы координат, жестко

связанной

N

s

 

с зубцовыми системами.

 

 

 

/Lo’Г-

Механизмы с магнитной связью

s

чаще всего используются

в экрани­

N

 

рованном

исполнении для

передачи

On h

an.

 

движения

внутрь герметически

за­

Рис. 1.4.

Схема

механизма

крытого аппарата через экран из не­

ферромагнитного материала с боль­

с магнитной связью

при нали­

чии экрана, обладающего удель­

шим электрическим сопротивлением;

ной электропроводностью и маг­

который является частью герметиче­

нитной

проницаемостью

ского аппарата (рис. 1.4). При непод­

вижных зубцовых системах магнит­ ное поле, механические силы и прочие физические величины,

характеризующие устройство, не зависят от

того,

есть экран

или его нет.

 

 

 

При движении зубцовых систем в неподвижном экране будут

протекать

вихревые токи.

Электродвижущая

сила,

наводимая

в экране,

будет состоять из

ряда гармоник или волн, бегущих

в напрарлении х с одной и той же скоростью ѵ, но различных по частоте.

В связи с тем, что в экранированных системах зазоры между экраном и зубцовыми зонами по сравнению с величиной рабочего зазора малы, а также для упрощения теоретических выкладок, примем, что экран заполняет весь зазор.

Векторный потенциал k-й гармоники удовлетворяет уравнению

д-А2k I

d^Azfz

— Ѵ-оУЁгк.

(1.23)

дх2

' ду2

Векторный потенциал k-й гармоники может быть записан в та­ ком виде

Â2k = Amkt v

В формуле (1.23) у — удельная электропроводность материала экрана.

Èzk==

М л

dt

 

52

Подставив Егк в уравнение (0 3 ), получаем после дифференциро­ вания А гк по X и t следующее уравнение для комплексной ампли­ туды Âmk .

d2Âmk - [ ( - ^ ) “ + /АсоЦоу] Âmk = 0 .

(1.24)

dy2

Обозначим через

а1 = ( ~ ) 2 +

или

а= Фй- f /ѣ ;-

где

*= і/і

Ä = v - copoY

А — параметр, имеющий размерность длины и называемый глу­ биной • проникновения. При у = 0 (нет экрана) ц>к = а

= 0. Решение для векторного потенциала, удовлетворяющее уравнению (1.23), может быть дано в таком виде (л:0 = 0)

І1=ш

Аг =

— /Ро

 

Qt

с" а>?

е

 

 

 

 

(1.25)

 

 

2

 

 

 

sh akö

 

 

 

 

 

 

 

 

п=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используя формулу

(1.25),

получаем

 

 

со/ -

)

 

Е г =

со|.і0

*

 

kQk

J

ік (

( 1. 26)

 

 

 

 

 

 

chaку

 

{

 

т

j.

 

 

 

2

 

-

sh a/iS

 

 

 

 

 

 

 

 

А=2л+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f t =

0 3

 

 

 

 

ік (“' -

-іг)

_

 

 

 

 

 

п

sh сthy

 

 

 

 

 

a kQk-----е

 

 

 

 

 

(1.27)

 

 

А=2л+1

 

 

sh aAö

 

 

 

 

 

 

 

 

л=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л=со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•®с/ — Po

 

Qk

ch aklJ

e

 

 

 

 

(1.28)

2

 

 

 

sh CtfeÖ

 

 

 

 

 

 

 

 

А=2л+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53

Постоянные Q,. при этом будут такими же, что й выше. Под­ ставим выражение для Qk в формулу (1.28), затем выделим веще­ ственную часть By и перейдем в систему координат, связанную с движущимися зубчатыми системами (со„ = 0). Тогда для Ву при у = 0 получим выражение

16ЦИ1ц0

ВУл Ь

к=2(1+ 1

н=0

,

Ф л б

cos

% 6

клх

,

ф* 6

. клх

sh

2

2

c o s ------

ch

sm

sin

 

 

т

 

 

 

X

ch ф * б — cos г|)/;б

Воспользовавшись формулой для Ву, определим магнитный поток

 

 

 

 

+ -

 

 

 

 

Ф = 1

I

Bydx-,

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

!l= CO ,

/ г - 1

6Я£ГП , ЩО Tpftö

 

 

,

2~

Ф

л2b

£

(

)

cos

2т^ ~ S1 "TT-C0S ~1Г~

 

 

к2 (ch ф * б — cos

 

 

 

 

 

 

 

fc=2n-fl

n = 0

Разделив выражение для Ф на 2UnU получим формулу для X к- 1

. _

16^і0т/

( - 1)

c o s ^ 2_ sh ^ -c o s^ |-

(1.29)

лЧ S

 

к2 (ch ф*б — cosipftö)

 

 

л=0

В рассматриваемом случае нет касательных сил и отсутствует сдвиг между зубчатыми системами. Вследствие протекания вихре­ вых токов в экране возникают силы взаимодействия между экра­ ном и зубцовыми системами-, происходит разогрев экрана, т. е. возникают тепловые потери. Определим тепловые потери в экране, вызванные вихревыми токами, и силу взаимодействия экрана с зубцовыми системами. Комплекс нормальной к поверхности экрана составляющей вектора Пойнтинга для /г-й гармоники

 

Ъ __

Е Н*

__ D I

; D

 

c mfe п тк

г

пк —

------ §-------

— -“ а I

Н п

При У = 6/2

 

 

 

 

A(ÜQ|(I0

 

sh фа6 — / sin %6

Рпк —

2

(% + т ) ch щб — cos -ф*б

54

При у = +6/2 комплекс Рпк будет иметь такой же вид, но со знаком минус. Знак будет определять лишь направление дви­ жения энергии. Сумма вещественных частей комплексов даст активную мощность (тепловые потери) в объеме б Х І Х І экрана. Умножив активную мощность объема 6 X 1 X 1 на ті, получим актив­ ную мощность на объем экрана, соответствующий одному полюсу. Полная активная мощность определяется суммой всех гармоник.

Р а =

т /|Л о С й

+; Sh ф/гб + ф* Sin г|)//б

cli 9*6 — cos 9/;ö

 

 

 

 

к=2п+1

 

 

=0

После замены величин Q* и Ѵ„п получаем формулу для актив­ ной мощности в экране для объема в пределах одного полюсного деления

 

 

^

C0S2 ***-

9 * sh щ 8 + ф /j sin ф *5

 

 

 

 

 

2т __

 

 

/і=2«+1

k3

ch ф / г б — cos 9 +

р

Ф2СОТ

 

 

 

 

 

 

л—0

 

/1 − 1

 

 

 

(1.30)

а —

16|У р

 

 

k n a n

, ф*6

 

 

 

 

. , . 2

 

cos

ib*6

 

 

 

( - 1)

 

cos —~ ~

sh

 

 

 

2

 

 

/«3 (ch-9 * 6 — cos 9 * 6

 

 

 

 

k=2n+l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/1 = 0

 

 

 

 

 

 

 

Для получения формулы, определяющей механическую силу, действующую на экран, достаточно разделить формулу (1.30) на скорость движения зубцовых систем относительно экрана

F

=

ЯРа

(1.31)

лэкр

(ОТ

(ОТ

л

Сила, действующая на экран, направлена в направлении дви­ жения зубцовых систем и уравновешена силами, приложенными к зубцовым системам. Одна половина силы приложена к одной зубцовой системе, вторая — к другой. Силы, приложенные к зуб­ цовым системам, в свою очередь, уравновешены силами, развивае­ мыми приводным двигателем. При наличии' сдвига между зубцо­ выми системами (рис. 1.5) формулы, описывающие поле в экране, принимают вид:

i knxpX "

 = — /|*о

sh GtfeÖ

X'

k=2/1+1

 

 

/ 1=0

 

 

jk

- iS.)

(1.32)

X e >

 

П — 00

ЛЯЛГ0

 

Ег = — соц0

 

2

 

 

/г=2пН-1

 

л=0

 

 

П = СО

 

в х = ;>о

2 2 +1

-

 

А= п

 

 

/!=0

 

ПП=ОЭ= с о Г

Еу — (^о

т *** I

2

*=2п+1

п =0

ch ад.

(4 ' - y) + chaA( - j - + y) e

X

 

sh а*б

 

 

 

а.ЗЗ)

X

е

 

.Л’Ял'о

 

—1-

 

sh a A

----- — sh а А ( - § - + ^ )

 

 

sh а/;5

X

 

 

X

е

(1.34.)

 

.

kjtx0

c h a , ( - g — у ) + с ! і ^ ( - | - + У ) е '

т

 

sh адб

X

 

 

 

jk (и/ -

(1.35)

X

е

При х 0 = 0 формулы (1.32), (1.33), (1.34) и (1.35) переходят соответственно в формулы (1.25), (1.26), (1.27) и (1.28). Постоян-

о Ведущая

V Ведомая

У

Рис. 1.5. Схема механизма с магнитной связью при наличии экрана и сдвига между зубцовыми систе­ мами (зубцовые системы

движутся)

ные Qk будут такими же, что и выше. Выделив из формулы (1.35) вещественную часть Ву и перейдя к системе координат, связанной с движущимися зубцовыми системами, можем определить магнит­ ный поток в пределах полюсного деления по соотношению

+( * ? • )

Ф= 1 \ Bydx.

_ (Ъ±Ха_\

При этом By определяется при у = О. Произведя интегрирование, получаем

 

П—со

 

fe—I

 

 

 

 

Ж

І .

1 .

2

flTtClyi . ф&0

“Ф&6

fzTtXn

^ _ 32Umiy0rl

\

Л {-

І)

 

COS- ^ ? ~ sh V

C0S V

C0S- ^

пѢ

/

I

 

 

А3 (ch ф*б — cos ірлб)

 

Ä=2ri+1

n = 0

Разделив формулу для потока на 2і/т'ъ получим магнитную про­ водимость

 

 

П = с о

k—\

 

 

knx0

 

 

 

. , ,

2

k m n ,

cp*ö

ibftö

 

я =

16J-I0T/

(—1 )

 

cos—к-2- sh - c g - c o s c o s —о — ■

 

____________

2

2

2T

/j 36)

 

п2Ь

2

 

k2 (ch ф* 6

— cos ф/;б)

 

 

А=2п+1

л=0

Пользуясь приемами, приведенными выше, определим потоки, сцепленные с обмотками возбуждения, и энергию поля

 

, ! = С 0

с2 ЪМп

 

W =

32£/J,IHQTJ

2T

(1.37)

u3b2

£3

s-

A=2n+1

n=0

где

sh 2 фйб -ф 2 ^cos — ts. sh фй 5 cos ф*б — sin ch ф^б sin ф^б^

SA

ch 2

ф/гб — cos 2 ipÄö

 

Касательная сила, действующая между зубцовыми системами (ведущей и ведомой), равна

 

"=“ -2 . kmn

 

64(/,иіРрТ(

2 т

 

=

%Ч2

X

 

 

Я

 

 

 

fe=2n+l

 

 

/ 1=0

 

 

sh ф*б cos тр*б sin

^ лх° _)_ ch ф/гб sin і|)/гб cos ^ лх°

(1.38)

X

ch 2 ф/гб — cos 2

грАб

 

 

Формула для силы может быть представлена в ином виде, если заменить

и,п1 = £Ф-_. 2

57

После

замены

получаем

 

Ф2я2

 

 

 

 

 

 

 

FXt =

 

X

 

 

 

 

 

 

 

16|.іот/

 

 

 

,

kw n

 

 

/гял’о

 

 

 

V

COS2 -

 

“ — sh cpft6 COS

sin ■fV—°- -f- ch cp*6 sin і)у.б cos

 

V 0S ~

2T

 

 

ch 2ф*б — cos 2ф*6

 

 

 

£2

 

 

 

 

 

f t = 2 n + l

 

 

 

 

 

 

 

 

X

n = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/2= с о

 

/г — 1

/гяоп

 

ф/ьб

ф^б ,

knxp

 

 

 

 

(—1)

ТГ-

sh

 

 

 

 

cos—=—

2

cos -V - cos -

T

 

 

 

 

'

 

2T

 

2

k2(СІ1ф*б — COS l|V;S)

2

А=2п+1

-n=Q

При х й — ~Y формула для силы FXo принимает вид

 

 

 

 

F*.

Ф 2 Я 2

 

 

 

 

 

 

16(.10т/ X

 

 

 

/2=00

 

k — 1

 

 

 

у

(—1)

 

kna„

 

ф/,6

 

 

cos2 —2^2- sh ф*б cos

 

 

k2 (ch 2ф*б — cos 2ф*б)

 

 

ft=2n+l

 

 

 

 

X

п=со

/г=О

k—l

 

 

 

—.2

 

 

 

k m „ . ф а -6

 

 

Ж —^ ,

-

, . —~

 

ф ь б

/ г я

 

\

4

1 )

cos —5^2- sh

cos ■+—cos —

 

 

 

 

 

 

2 T

 

 

 

 

 

 

 

 

k 2 (ch ф*б — C0SAj)*6)

 

 

/ Z = 2 / 2 +

l

 

 

 

 

 

 

 

/2=0

 

 

 

 

 

 

 

^ЯЛ°-

(1.39)

(1.40)

Действуя далее по методике, данной выше, легко определить тепловую мощность экрана

/2 = СО

я4г>2

Dk

(I- 41)

k 3

ch 2ф/;б — COS 2ф/;б

S'

/е=2л+1

п =0

где

Dk=tyksh 2фА5 cpÄsin2 % 6 -j- 2 cos kn*^ (ф*sh ср*б cos фА 6 -|-

+ срАch <pÄ6 sin фА6).

Разделив формулу активной мощности экрана на скорость дви­ жения зубцовых систем, получим силу, действующую на экран,

р

_ Р аД

экр шт

58

С учетом величины Uml =

выражение (1.41) для силы,

действующей на экран, может быть дано в таком виде:

Fэкр

Ф2Я

16цо/ X

п=ОО kjtdfj

2 т Dk

ch 2 q)* 6 — cos 2 ф* 6

 

X

 

fe-1

k m n .

 

 

 

knx0

2

(1.42)

 

.

, ,

2

 

ф й б

-ф* б

 

 

 

(—1 )

 

cos—?7~—- sh

— cos —^ — cos------—

 

 

 

 

 

 

 

2T

 

 

 

 

 

2T

 

 

 

2

 

 

 

k 2 (ch

ф/еб — COS л|)£0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ft=2rt+ l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- n=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При x 0 = -5- формула для силы Рэкр принимает

вид

 

 

 

 

 

 

 

_

 

Ф^Я2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

экр —

 

іб ц 0/ Л

 

 

 

 

 

 

г г= с о

cos:

knaa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

2 т

^

sh 2 фдб -f- ф& sin 2 і|)^6

 

 

 

 

А3

 

ch 2 ф*б — cos 2 ѵр*б

 

 

 

 

ft= 2 /i+ l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

/1=0

fe-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.43)

.

 

Аяап

,

ф^б

ibfeö

 

Ы

 

 

, , 2

 

 

 

 

 

 

(—1 )

 

cos—

 

sh

-Z2- cos

 

co s-j-

 

 

A2 (ch Ф&6 — cos l|5ft6 )

2

fe=2/i+l

/1 = 0

Случай, когда толщина экрана равнялась расстоянию между зубцами двух зубцовых систем б, был принят как наиболее простой для рассмотрения. В действительности, между экраном и зубцами всегда должен быть некоторый зазор. Примем, что экран имеет толщину а, а расстояние между зубцами систем б. При этом а < б . Поля в экране и воздушных промежутках по двум сторонам экрана могут быть описаны с помощью векторного потенциала.

В экране векторный потенциал будет удовлетворять уравнению (1.23), а в воздушных промежутках с двух сторон экрана уравне­ нию (1.18). Используя пограничные условия на границах экран—

воздух

(Нх1 = Ях2; Вуг =

Вуі), а также пограничные

условия

при у =

---- 1- и у = +

можно получить формулы,

описыва-

59

ющие поле в системе. Величины, описывающие поле в экране, могут быть представлены следующими формулами:

л=со

Л

=

— Уи-о

 

Qk^k

Nlk

jk (af

(1.44)

kit (6 — а) N2k

e •'

 

 

ft=2n+l

 

 

 

 

 

 

 

 

л=О

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nik =

 

sh ak

 

y) +

aAc h a * (-|- — y^j +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, k J t X о

 

+ [-^r~ sh ak (-J- + «/) +

ak cha*

 

+ y)] e 1 ~

N 2k =

[ ( - ^ - ) 2 +

<4] sh ccka +

2

a* ch a*a;

 

 

 

 

 

Art (6 — a)

 

 

 

 

 

q =

Sn

 

2T

 

 

 

 

 

 

,

fest(6 — a)

 

 

 

 

 

 

Ch

 

2T

 

 

 

 

Пользуясь

формулой (1.44) и соотношениями:

 

 

 

Ег =

dÂz .

о

_

d.4z

 

 

 

а*

x ~~

du

 

 

 

 

 

 

 

в„

 

 

дАг

 

 

 

 

 

 

 

дх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

можем определить величину £ 2; Вх и By. В формуле (1.44) по­ стоянные Qk определяются па формуле (1.5). Взяв составляющую

индукции By, в системе координат, жестко связанной с движу­ щимися зубцовыми системами, при у = 0 можно определить магнитный поток на полюсном делении

+Г=Р)

. Ф = I j Bgdx.

- № 0

После интегрирования и подстановки величин Qk получаем

 

п = с о

k—г

kltCtfi

 

 

 

 

 

 

(— 1)

 

 

ф

_ 32L/mifaT/

2 COS

(1.45)

 

 

^ ^ L c o s i g o . ,

 

2

k2ch

kit (6 — a)

 

 

/г=2л+1

 

 

.

 

 

п=о .

 

 

 

60

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4k

__ Ф£ + Фа

,

фAfl

 

■фл«

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sh -V - cos

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

r( Фа

rh

ФA«'

 

Фа<*

I

 

%

„I, Фая „ =„

\ .

+

q ~lm

Ch

 

C0S

2

+

 

“toTsh ~~2^ Sin

2

 

 

 

 

 

ф“ _J_ i|)|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л2А=

/ ' to \2 (Ch Ф*0 — C0S 'M

+

 

 

 

 

 

 

 

v ~

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фа

 

 

 

 

 

q2 (ch VkCL+

cos 1M)-

+ 2q ( ~ШГ sh ^k<x---- ШГsin УkCL \ +

 

 

T

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

• Разделив формулу (1.45)

 

на 2Uml, получим формулу для ма­

гнитной проводимости в направлении оси у

 

 

 

 

 

 

 

 

П =

С О

 

 

 

ft-1

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

«ч

о.

cos—g -t-

А

-

k

 

 

 

16(.і0т/

S

(

1)

 

 

К =

______ :-------------- ±Ür_POS___ —

(1.46)

л2Ь

 

 

&=2л+1

Ь

2

c h

^ ф

 

— а ^

A 2k

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

С

П

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механическая сила, действующая на зубцовые системы, может быть определена теми же приемами, .что и выше. Определяются

магнитные потоки, сцепленные с ' обмотками при у = ----- и

у = + ~Y , энергия системы и, наконец,- взяв производную от энергии системы по обобщенной координате х 0, находим силу

 

64i/mlWrf

cos'

knan

Ль sin. . ÄJJAQ

 

FXo

 

,2 т .

ь cos

зт26 2

AMofe

i-

ЛА

А=2га+1

л=0

где

л ; =

( і - # І

1+<7

ФаФа2

sh cpfco cos і])/;Д

-f-

 

+

2qi р Н

у А Файsin ф ^|_+,29

X

X Г- j^ - ch ща cos фАа +

 

sh <pka sin фАа \ ;

 

61

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ