книги / Проектирование электрических машин

Напряжение смятия по (9-8)

13-101

°см ~ R.4 . ш —а.п к. in-а - 1080-105 Па.

Расчет числа и диаметра шпилек производится по усилию запрессов­

Допустимое напряжение а для шпилек из стали марки СтЗ 1600Х ХЮ 5 Па, из стали марки Ст5 2100-105 Па.

Нажимные пальцы рассчитыва­ ются так же, как и в предыдущем случае.

Число шпилек выбирается 16.

Бандажные кольца обмотки ста­ тора. При протекании тока по об­ мотке статора на ее лобовые части действуют электродинамические си­ лы, которые стремятся отогнуть их к сердечнику. Особенно велики эти силы при внезапных коротких замы­ каниях, когда токи возрастают в несколько раз по сравнению с их но­ минальным значением. Для преду­ преждения отгиба лобовых частей применяется крепление их с помо­ щью бандажных колец (рис. 9-8). Необходимость применения бан­ дажных колец определяется выле­ том лобовых частей L и высотой па­ за /гп. Если длина вылета при дан­

ной высоте паза лежит выше кривой (рис. 9-8), то установка бандажных колец необходима. Число колец тк определяется из расчета: одно коль­ цо на каждые 100 мм вылета лобо­ вой части сверх значения, ограни­ ченного кривой на рис. 9-8.

Рис. 9-8. К определению числа бандажных колец.

Сечение колец выбирают по рас­ тягивающему усилию, испытывае­ мому кольцом при внезапном корот­ ком замыкании, Н,

dK— диаметр кольца, м.

Тогда

<9-,2)

При доброкачественной кузнеч­ ной сварке кольца из СтЗ допусти­ мое напряжение растяжения прини­ мают <г=1800-105 Па. Бандажные кольца изготовляются из прутков с диаметрами 10, 12, 16, 20, 24 мм и

Рис. 9-9. Крепление бандажных колец с по­ мощью шпилек.

прутков квадратного сечения 22X22 и 32X32 мм2. В машинах с наруж­ ным диаметром магнитопровода ста­ тора более 1 м к бандажным коль­ цам привариваются петли, которые крепятся с помощью шпилек к на­ жимным шайбам статора (рис. 9-9).

Число шпилек выбирают в зави­ симости от диаметра сердечника: берут 4 шпильки при диаметрах от 1 до 2 м, 6 шпилек при диаметрах от 2 до 2,6 м и 8 шпилек при диамет­ рах свыше 2,6 м.

П р и м е р р а с ч е т а . 0=1,2 м, Л„= =8,5-10-2 м, я .=0,15, вылет лобовой части обмоткн 23,4 см.

9-2. СТАНИНЫ

Станины статоров электрических машин выполняются литыми, свар­ ными или из цельнотянутых труб.

В машинах переменного тока ста­ нина является каркасом, в котором располагается магнитопровод стато­ ра с обмоткой. Конструкция стани­ ны зависит от степени защиты ма­ шины.

Для асинхронных двигателей за­ крытого исполнения (степень защи­ ты IP44 (см. рис. 6-1) применяют литые чугунные станины цилиндри­ ческой формы. Для улучшения охлаждения машины на внешней по­ верхности станины отливают про­ дольные ребра (при А<:355 мм) или приваривается распределенный воз­ духоохладитель, состоящий из двух­ трех рядов стальных трубок диа­ метром 32—40 мм (при /г^400 мм). Между ребрами или через трубки воздухоохладителя наружным вен­ тилятором, расположенным на валу машины, прогоняется охлаждающий воздух. Высоту ребер Ар выбирают равной (0,15—0,2)А. Число ребер, приходящихся на четверть поверх­ ности, станины, выбирают от 8 до 12.

Внутренняя поверхность стани­ ны у машин небольшой мощности гладкая, •• обработана для посадки магнитопровода статора, а' у более крупных машин (при А > 400 мм) для закрепления сердечника на ней предусматривают продольные ребра.

У двигателей защищенного ис­ полнения (степень защиты IP23) (см. рис. 6-2) станины выполняют литыми с гладкой внешней поверх­ ностью, а на внутренней поверхно­ сти имеются 4—6 ребер для посад­ ки магнитопровода. В боковых час­ тях станины предусматривают от­ верстия для выхода охлаждающего воздуха. Отверстия закрываются жалюзи, которые штампуют из ста­ ли или выполняют из алюминиевых сплавов.

В синхронных машинах относи­ тельно небольшой мощности стани­ ны также выполняются литыми (рис.9-10).

Для машин переменного тока большой мощности (больше сотен киловатт) чаще всего применяются сварные станины. Сварные станины выполняются в виде кольцевой ко­ робки П-образного сечения и со­ стоят из ряда продольных балок, приваренных к боковым кольцам

Т а б л и ц а 9-1

. Цилиндрические концы валов

ммУ., мм

При конструировании следует также согласовать размеры шеек вала, на которых размещаются под­ шипники, с размерами выбранных подшипников.

Расчет вала на жесткость. При расчете прогиба вала принимают, что вся масса активной стали рото-

Окончательные размеры вала устанавливаются после его расчетов на жесткость и прочность. Свобод­ ный конец может иметь цилиндри­ ческую или коническую форму. Ши­ рокое применение имеют валы с цилиндрическим концом. На этот конец насаживаются полумуфта, или шкив, или шестерня, которые закрепляются с помощью шпонки. На валу имеется еще ряд шпонок для закрепления различных узлов, размещаемых на валу. В целях упрощения обработки вала ширину всех шпонок желательно брать та­ кой же, как и свободного конца.

Размеры свободного конца вала (рис. 9-12) должны быть выбраны в соответствии с ГОСТ 18709-73 и ГОСТ 20839-75 (табл. 9-1). Концы валов предусматриваются двух ис­ полнений — длинные и короткие.

Шпонки для свободного конца вала выбирают по стандартам.

Рнс. 9-12. Свободный конец вала.

ра с обмоткой и коллектором (в ма­ шинах постоянного тока) и участка вала под ними приложена в виде со­ средоточенной силы Gp посередине длины магнитопровода. Массой частей вала ближе к опорам можно пренебречь. Массу указанных час­ тей определяют по данным электро­ магнитного расчета.

Принимая, что ротор асинхрон­ ного двигателя или якорь машины постоянного тока представляют со­ бой сплошной цилиндр с плотно­ стью 8300 кг/м \ его массу можно определить как

/«„ = 6500 Dj L\

приближенно масса коллектора равна:

т к = 6100D K 1к,

где D2— внешний диаметр ротора

В машинах постоянного тока в том случае, когда коллектор наса­ живается на вал, расчет прогиба проводится исходя из приведенной силы тяжести:

Gp = G^ + q»GK=9,81 (/«р+ф/нк), (9-14)

где /Пр— масса якоря с обмоткой и

валом, кг; тк— масса коллектора с валом

под ним, кг; <р— коэффициент, который бе­

рут из табл. 9-2 в завнен-

Рнс. 9-13. К определению коэффициента <р.

мости от отношений Ь/1 и a jl (рис. 9-13).

При креплении корпуса коллек­ тора к корпусу якоря масса коллек­ тора учитывается как прибавка к массе якоря.

При определении прогиба вала воспользуемся аналитическим ме­ тодом. Для этого необходимо иметь эскиз вала со всеми его размерами (рис. 9-14). Вал разбивают на три участка: а, b и с. Прогиб вала, м, под действием силы Gp на участке,

1 .

Jt ’

(9-16)

Ji — экваториальный момент инерции вала, м4; для сплошного вала диаметром d имеем /= л с ! 4/64,

, * (* -< & .)

для полого вала J = —■——----- -;

Gp= 9,81 mp — сила тяжести ро­ тора, Н.

В (9-15) все линейные размеры должны быть взяты в метрах. Расчет fc удобно представить в ви­ де таблицы (см. пример расчета).

Электрическая машина сочленя­ ется с исполнительным механизмом или двигателем одним из указан­ ных способов: через ременную пе­ редачу, зубчатую передачу или че­ рез упругую муфту. При работе машины возникают поперечные си­ лы F„, приложенные к выступаю­ щему концу вала и соответственно вызванные натяжением ремня, дав­ лением на зубец шестерни или же неточностью сопряжения валов и изготовлением деталей муфты. Эту силу F„, Н, можно определить как

Прогиб вала посредине сердечника под действием силы тяжести ротора по (9-15)

,________7400

/<? 3-2,06-10U.92,2r l0-> <48*23'10?Х Х43,1?-10—4 + 32,53-10М9.1-10-4) =

= 0,0022-10-2 м.

Sb= 48,23-10? м-1 и Sa = 32,53-10? м~*

(взяты из табл. 9-3).

Прогиб вала посредине магинтопровода ротора от поперечной силы муфты по

6700-33,5-10—2 Г/_3_

fn=

3-2,06-1011-92.2?-10-41 2 ' 92’2Х

X10-2-1,01 - 101 — 48,23-10?)-43,1 • 10-2 +

+32,53-102-49,1-Ю-2 =0,0022-10-2 м.

Суммарный прогиб посредине магннтопровода ротора

f = (0,0035 + 0,0022 + 0,0022)-10-? =

=0,0079-10-2 м,

т.е. составляет 9,92% от б, что допустимо.

Критическая частота вращения по

>1,3я„.

Врасчете на прочность принимаем ко­ эффициент перегрузки k=2.

Напряжение на свободном конце вала в сечении А (рис. 9-15):

по (9-31)

М„л = 2-6700-23.5.10-3 = 3140 Н-м;

400

Jfc участки

Левая часть 1

2

3

Кг участка

Правая часть 1

2

3

11 -10 —* 719-10—8

13,5-10-г 1630- ю—8

i5 -io -s 2480-10-»

dv м J . , м*