книги из ГПНТБ / Соловьев А.И. Проектирование механизмов приборов и аппаратов
.pdfкреплена шестерня 6 сектора 13 устанавливающего устройства и кулачки 8 'и 9 контактных групп 10 и 7.
Сектор устанавливающего устройства одновременно выполняет
функции ограничителя угла поворота картушки, а |
следовательно, |
и кулачков, управляющих через контактные группы |
питанием при |
водного двигателя регулируемой по параметру скорости механиче ской системы.
Рис. 69
Картушка устанавливается в исходное положение силами упру гости пружин 12 и И уже при снижении скорости вращения посто янного магнита на 25—30%. Ограничение утла поворота картушки осуществляется неподвижным штырем 14, введенным в паз сек тора 13. Предельное значение угла поворота картушки равно 180°. Механизм реле помещен Б пыленепроницаемый силуминовый корпус.
Для увеличения магнитной проницаемости часть корпуса, охва тывающая картушку, изготавливается из серого чугуна.
Техническая характеристика реле: диапазон контролируемой скорости 20—800 об/мин; минимальное и максимальное значение скорости вала слежения без редуктора 200—800 об/мин; мощность, расходуемая механизмом реле 75 вт; допустимый ток контактных групп За; габариты реле 160X130X110 мм; >вес реле 2,21 кГ.
Расчет магнитодвижущего узла реле скорости ведется по сле дующей схеме.
1. Электродвижущая сила, возбуждаемая в картушке,
|
9 = ~ B l D n - 1 0 - 8 , |
(285) |
где В — магнитная индукция, гс; |
|
|
I — длина полюсов магнита по образующей |
цилиндра, см; |
|
D — диаметр |
магнита, см; |
|
п — скорость |
вращения магнита, об/мин. |
|
2. Наводимый йод каждым из полюсов магнита ток
|
|
|
I = |
к р , |
|
(286) |
|
где |
б — толщина стенки картушки, см; |
|
|
|
|||
|
к — коэффициент |
геометрии |
контуров |
тока и |
распределения |
||
|
плотности тока, в приближенных расчетах |
принимаемый |
|||||
|
равным единице; |
|
|
|
|
|
|
|
р—-удельное электрическое сопротивление материала картуш |
||||||
|
ки, ом • см21см. |
|
|
|
|
|
|
|
3. Окружная сила |
картушки |
|
|
|
|
|
|
|
|
P = _ 5 I L . |
|
|
(287) |
|
|
|
|
|
9810 |
|
V |
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Вращающий момент |
картушки |
|
|
|
||
|
|
|
M = PDX, |
|
|
(288) |
|
где |
К — число пар полюсов постоянного магнита. |
|
|
||||
|
5. Угол отклонения |
картушки |
при наличии связанной с ее осью |
||||
спиральной пружины |
(см. рис. 68, а) |
|
|
|
|||
|
Ф = |
|
— п-Ю~8 , |
(289) |
|||
|
Т |
15 |
9810k pEbh3 |
|
v |
' |
|
где |
L,b, h — выпрямленная длина и размеры сечения пружины; |
||||||
|
Е — модуль упругости материала |
пружины. |
|
|
|||
|
|
3. Реле |
времени |
|
|
|
Реле времени, срабатывающее по истечении некоторого времени с момента воздействия напряжения на воспринимаемую систему реле, именуемое «выдержкой времени», работает следующим об разом.
При включении напряжения на обмотку катушки 2 электромаг нита (рис. 70) якорь, снабженный червяком 4', воздействует на ше стерню 4, жестко связанную с поводком 3. Последний закручивает спиральную пружину 5, поворачивающую главный вал 7 с шестер ней б привода анкерного механизма 17, стабилизирующего скорость вращения вала.
На валу 7 укреплен кулачок 8, поворот которого с выдержкой времени 0,1—0,15 сек замыкает контакты 15, 16.
При дальнейшем вращении вала 7 укрепленный на нем контакт ный рычаг 14 контактами 13 соприкасается с неподвижным кон тактным штифтом 12, в течение 0,3—0,4 сек по пазу скобы 11 дохо1 дит до контактного штифта 10 и останавливается ограничителем 9.
|
|
|
|
Реле имеет три пары кон |
|||||||||
|
|
|
|
тактов: мгновенные 15, 16 и |
|||||||||
|
|
|
|
скользящие |
13 |
и |
10 |
с |
вы |
||||
|
|
|
|
держкой |
времени, |
|
опреде |
||||||
|
|
|
|
ляемой |
положением |
|
кон |
||||||
|
|
|
|
тактных штифтов 10 и 12 от |
|||||||||
|
|
|
|
носительно |
|
шкалы |
времени, |
||||||
|
|
|
|
нанесенной |
|
на |
скобе |
11. |
|
•. |
|||
|
|
|
|
Контакты |
10 |
и |
12 уста |
||||||
|
|
|
|
навливаются вручную на за |
|||||||||
|
|
|
|
данное |
время |
в |
возможном |
||||||
|
|
|
|
интервале |
0,25—4 |
сек. |
На |
||||||
|
|
|
|
грузочная |
способность |
кон |
|||||||
|
|
|
|
тактов |
реле |
составляет |
1 |
а. |
|||||
|
|
|
|
При снятии |
напряжения |
||||||||
|
|
|
|
с обмотки реле якорь соле |
|||||||||
|
|
|
|
ноидной катушки 2 под воз |
|||||||||
|
|
|
|
действием |
|
витой |
|
кониче |
|||||
|
|
|
|
ской |
пружины |
1 |
|
возвра |
|||||
|
|
|
|
щает |
всю |
|
подвижную |
си |
|||||
|
|
|
|
стему реле в исходное поло |
|||||||||
|
|
|
|
жение. Время |
обратного |
хо |
|||||||
|
|
|
|
да механизма реле не долж |
|||||||||
|
|
|
|
но превышать |
0,1 сек. |
|
|
||||||
|
|
|
|
Обмотка |
реле |
рассчита |
|||||||
|
|
|
|
на на кратковременное вклю |
|||||||||
|
|
|
|
чение |
напряжения |
|
ПО |
и |
|||||
|
|
|
|
220 в постоянного |
тока. |
|
|
||||||
|
|
|
|
Расчет |
механизма |
реле |
|||||||
|
|
|
|
выполняется |
по |
следующей |
|||||||
|
|
|
|
схеме. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Уравнение |
движения |
||||||||
|
|
|
|
механизма |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 70 |
|
> М, + |
М п + |
Мт , |
(290) |
|||||||
|
|
|
|
||||||||||
где |
Мй , М п М„. Мт |
—соответственно |
моменты сил катушки 2, инер |
||||||||||
|
|
ции подвижной системы, упругости пружи |
|||||||||||
|
|
ны 5 |
трения |
в подвижных |
сопряжениях |
||||||||
|
|
звеньев. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Момент сил |
инерции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| М, = U, |
|
|
|
|
|
|
|
(291) |
||
где |
I — приведенный момент инерции подвижной системы |
реле; |
|
||||||||||
|
в — угловое ускорение |
вала 7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При вычислении приведенного момента инерции I |
собственный |
момент инерции анкера |
I А |
находится из выражения периода |
коле |
||||||
баний |
Т [34] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1А = |
Т |
^ , |
|
. |
(292) |
где |
МХк — момент ходового колеса; |
|
|
|
|||||
|
Ф |
—-угол поворота |
анкера. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
! . = - £ - . |
' |
• |
( И З , |
||
где |
п |
и z x — число оборотов и число зубьев |
храпового колеса. |
||||||
|
При угловой скорости |
анкера |
со его число |
оборотов |
|
||||
|
|
|
|
п л = - | ^ . |
|
|
(294) |
||
|
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т = |
|
, |
|
|
(295) |
|
|
|
|
|
|
2? |
|
|
(296) |
|
|
|
|
ш = |
_ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
где |
ср — угол поворота |
анкера |
(ф г^ОЛ'*1?); |
|
|
||||
|
Т — период колебаний анкера. |
|
|
|
|||||
Пусть |
со = 4,4 '/се/с; zx |
= |
44. Тогда |
|
|
|
|||
|
|
Т = |
2-3,14 |
_ |
Q |
сек; |
|
|
|
|
|
|
|
4,4-44 |
|
|
|
|
|
|
|
ш А |
= |
2-0,169 |
, Л . |
, |
|
|
|
|
|
0,325 |
=1,04 |
сек-1. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Среднее значение углового ускорения |
анкера |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
ta |
|
|
(297) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где фА и — угол и время поворота анкера. Время движения контактного рычага 14
|
ta = t - t м ? > |
(298) |
где t |
—время движения по шкале времени |
(например, 4 сек); |
tM r |
—мгновенное время (0,1—0,15 сек). |
|
3.Момент сил упругости спиральной пружины определяется по выражению, приведенному в работах [34; 50; 51; 52].
4.Момент трения используемой здесь шариковой опоры
М т |
= ^ |
QuR, |
(299) |
где Q—.нагрузка, воспринимаемая |
одной |
опорой; |
|
ц — коэффициент трения |
качения. |
|
где |
Ец и |
Е щ — м о д у л ь |
упругости цапфы вала и шарика; |
|
||||||||
|
|
г — радиус |
шарика |
(0,1; 0,18; |
0,3; 0,5; |
0,75 |
мм). |
|
||||
5. Усилие конической возвращающей пружины 5 |
|
|
||||||||||
|
|
|
Р = |
|
— |
|
, |
|
|
(301) |
||
где |
|
G — модуль |
упругости |
второго |
рода |
пружинной |
стали |
|||||
|
|
|
УЗА (ГОСТ 1435—54), равный 8-Ю3 |
кГ/см2; |
|
|||||||
|
|
d — диаметр проволоки; |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
/. — осадка |
пружины; |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
п — число витков пружины; |
|
|
|
|
||||||
При |
Di и D2 |
— средние диаметры |
крайних |
витков пружины. |
сила |
|||||||
d = |
3 |
мм; л = 85 |
мм; |
п = |
|
9; |
D| = 36 мм; |
D2 = |
20 мм |
|||
Р = |
0,16кГ. |
|
|
|
|
электромагнита 2, |
|
|||||
6. Сила, |
действующая на |
якорь |
|
|||||||||
|
|
|
|
P1 |
= |
^ |
+ |
P i |
|
|
|
(302) |
где М е — вращающий момент шестерни 4; г —радиус начальной окружности шестерни 4 (г = 4 мм);
Р—сила пружины 1.
7.Расчет электррмагнита 2. Осевая сила якоря
Pi = С ^j- |
, |
(303) |
где С-—постоянная, принимаемая равной 11-Ю- 3 |
кГ/см; |
|
W — количество ампер-витков; |
|
|
S — площадь поперечного сечения |
сердечника; |
|
/ — длина сердечника. |
|
|
W = Щ |
|
(304) |
при Pi —0,61 кГ; 1 = 28 мм; S = 2 см2; W = 78 ампер-витков. Количество витков провода катушки 2
|
|
и = |
n0 F, |
» |
(305) |
где |
По — число витков, приходящееся |
на единицу площади окна ка |
|||
|
тушки; |
|
|
|
|
|
F — площадь окна катушки. |
|
|
в/см2. |
|
|
Для провода марки ПЭЛ-0,2 |
принимается п 0 = 1720 |
|||
|
Площадь окна катушки |
|
|
|
|
|
|
F = |
LH, |
|
(306) |
где |
L — длина |
катушки; |
|
|
|
|
Н — высота |
катушки. |
|
|
|
Ток, проходящий через обмотку реле.
где к — коэффициент |
запаса |
ампер-витков (к = 2), |
при W == 150 ав; п = |
3800, I = |
46 а. |
4. Импульсный датчик расхода жидкости
Импульсный счетный механизм применяется для дистанционной регистрации расхода жидкости в различных стационарных уста новках.
Жидкость, расход которой необходимо контролировать, предва рительно поступает в гидромотор, имеющий четыре попарно, запол няющихся цилиндра. Внутри цилиндров помещены поршни, штоки которых шарнирно связаны с качающимся диском, который в свою очередь коленчатой передачей соединен с валом гидромотора.
Поступая |
в первые два цилиндра, жидкость поворачивает диск, |
а тот — вал |
гидромотора. После заполнения первой пары цилинд |
ров начинается заполнение второй пары. Полный цикл заполнения гидромотора соответствует.одному обороту его вала. С этим валом гидромотора связан регистрирующий механизм, установленный не посредственно в головке гидромотора [12].
Для регистрации расхода жидкости на расстоянии обороты ва ла гидромотора преобразуются в электрическую величину. С этой целью в головке гидромотора устанавливается индукционный дат чик типа датчика, используемого в приборе, показанном на рис. 6. Сердечник датчика укрепляется на валу гидромотора. При враще нии вала меняется величина магнитного сопротивления воздушного зазора, а вместе с тем и величина тока в обмотке соленоида, сер дечник которого серьгой шарнирно связан с рычагом / (рис. 71)
ведущей собачки 3, поджимаемой плоской пружиной 2 к храповому колесу 11.
При поступлении импульса на обмотку соленоида-храповое ко лесо поворачивается на один зуб и при снятии импульса удержи вается в таком положении верхней стопорящей собачкой 4.
Вращение храпового колеса через зубчатую передачу, образо ванную цилиндрическими шестернями 5, 6, 9, передается первому ролику 5 и через шестизубые трибы 7 — последующим счетным ро ликам [34].
7
1
і
Рис. 71
Одна треть оборота триба соответствует одной десятой оборота ролика. Ролики и кинематически связанные с ними трибы свободно вращаются на оси, неподвижно закрепленной в боковых платах 10.
При расчете счетного механизма предполагают равномерность подачи жидкости гидромртором.
Передаточное отношение от храпового колеса 11 к ролику 8
1*Р = ^ , |
(308) |
Пр |
|
где пх и пр — соответственно |
скорости вращения храпового колеса |
|
и роликов, |
обjмин. |
|
Пусть через гидромотор |
в |
1 ч проходит х литров жидкости. Че- |
тире гидроцилиндра в течение одного оборота вала пропускают х { литров жидкости; следовательно, скорость вала гидромотора
пв |
= — — об'мин. |
(309) |
|
60xt |
|
Храповое колесо имеет десять зубьев и за один импульс электро магнита поворачивается на одну десятую оборота
пх = 0,Ш„. |
(310) |
Поскольку в течение 1 ч через гидромотор проходит х литров жидкости, а первый ролик 8 счетного механизма регистрирует де сятые доли оборота, то он вместе с сидящей на нем шестерней 9
имеет скорость вращения |
|
об/мин. |
|
Тогда |
|
|
|
i s p |
= |
x - l 0 - 1 . |
(311) |
Таким образом, |
|
|
|
1х р = х -10-1 |
= is- i s - ^ |
і ї _ , |
|
где z5 , z6, z9 — числа зубьев шестерен 5, 6, |
9. |
||
Кулачковый счетный узел |
[50] обычно |
конструируется по одно |
му из известных прототипов и последующему расчету не подвер гается.
5. Реле давления
Реле давления типа РД-5 используется для фреона, воды, воз духа и других неагрессивных жидкостей и газов. Основное приме нение этого реле в холодильных установках для автоматического регулирования степени охлаждения. Хранить и эксплуатировать ре ле данного типа можно в атмосферных условиях с относительной влажностью воздуха, не превышающей 75%.
Реле РД-5 представляет собою пневмоэлектрический преобразо ватель давления, воспринимаемого сильфоном 1 (рис. 72, а) в пе ремещение электрических контактов, управляющих током сети пи тания приводного электродвигателя.
Осевое перемещение днища сильфона 1, а вместе с ним и иглы 2, воспринимается коленчатым рычагом 8, поворачивающимся при этом вокруг оси .3. Контакт иглы 2 и рычага 8 поддерживается ци линдрической пружиной 4.
Конец рычага 8 через цилиндрическую пружину 7 воздействует
на коленчатый рычаг 5, шарнирно-связаннын с поводком 6'. Рычаг5 отжимает планку 9 и размыкает контакты 10.
Чувствительным элементом датчика является сильфом 1. пред ставляющий собою тонкостенную гофрированную трубку! Вообще же сильфоны выполняются сплошными (цельнотянутыми) или свар ными, составленными из отдельных мембран — круглых пластин кольцевыми гофрами [6].
Изготавливаются сильфоны из сплава БрБ-2 с модулем упру гости Е = 1,35 -104 кГ/мм2 при коэффициенте Пуассона (.1 = 0,3.
Расчет датчика. |
1. Жесткость |
сильфона |
/ |
||
|
|
С с = ^ |
, |
|
(312) |
где Р |
—давление, |
воспринимаемое |
сильфоном, атм; |
||
F3 —эффективная площадь поперечного |
сечения сильфона; |
||||
X |
— осевая осадка сильфона. |
|
|
||
|
|
^ |
^ |
- J , |
(313) |
где R„ и Ra — соответственно наружный и внутренний радиусы диаметрального сечения сильфона.
2. Необходимое и достаточное число гофр сильфона
|
|
|
|
Eh ( А " + в о |
~ |
) |
|
|
|
|
|
n = |
—^ (I-,u-2)CcЬ > _ \ |
|
(314) |
||
где |
h — толщина материала сильфона, |
мм; |
|
|||||
А 0 и Во—коэффициенты, зависящие |
от отношения радиуса за |
|||||||
|
|
кругления гофра г к внешнему радиусу диаметраль |
||||||
|
|
ного сечения сильфона |
R a |
[2]. |
|
|
||
3. Проверка прочности сильфона производится по касательным |
||||||||
напряжениям |
тв |
и т„, возникающим |
на |
внешних и внутренних из |
||||
гибах гофр: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B p E W |
|
|
|
|
|
|
|
|
2nRs |
|
|
|
(315) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
BpEhX |
|
|
|
|
|
|
|
|
2nR„3 < |
Ми, |
|
|
|
где |
Bp —табличный коэффициент {2], зависящий |
от отно |
||||||
|
|
|
шения |
наружного |
RH |
К внутреннему RB |
радиусу |
|
|
|
|
сечения |
сильфона; |
|
|
|
|
[т]в |
и [т]н |
—допускаемые, напряжения, |
принимаемые |
равны |
||||
|
|
|
ми 130 |
кГ/см2. |
|
|
|
|
4. Усилие, воспринимаемое пружиной 4, |
|
|
||||||
|
|
|
|
Рп = Сп *п |
|
|
(316) |
|
где Сп —жесткость пружины; |
|
|
|
|
||||
Яп |
— осадка |
пружины. |
|
ОВС |
с модулем упругости |
|||
5. Материал |
пружины — проволока |
|||||||
G = 8 , M 0 3 |
кҐ/мм2. |
|
|
|
|
|