ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе выполнения дипломного проекта было разработано про- граммно-методическое обеспечение дисциплины «Конструирование мехатронных модулей». Кратко рассмотрены типы зубообрабатывающих станков и способы нарезания зубчатых колес. Собран банк мехатронных модулей. Произведены примерочные расчеты модернизации зубообрабатывающих станков. Составлен каталог различных датчиков, необходимых при модернизации станков.
Приведен ряд расчетов в системе MathCad, что позволяет значительно упростить некоторые расчеты и облегчить выбор того или иного объекта модернизации.
Проведены расчеты по безопасности и экологичности данного про- грамно-информационного продукта, а также расчет возможной коммерческой выгоды при продаже данного ПО.
Лист
Изм. Лист № докум. |
Подпись Дата |
CПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Введение в мехатронику: Учебное пособие/ А.К. Тугенгольд, И.В. Богуславский, Е.А. Лукьянов и др. Под ред. А.К. Тугенгольда. Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ,1999, с 4-23.
2.А.М. Бражников, В.М. Домрачеев. Цифровые преобразователи угла единого ряда для приводов широкого применения/Журнал «Приводная техника» №1, 1998. с32-36.
3.М.А. Аванесов, А.П. Балковой. Оптимизация электромагнитной структуры линейных мехатронных модулей./ Журнал «Приводная техника» №5,2001. с36-41.
4.М.А. Босинзон. Автоматизированные мехатронные модули линейных и вращательных перемещений./ Журнал «Приводная техника» №1,2002.
с10-19.
5.Г.Б. Онищенко. Промышленный электропривод – некоторые итоги развития./ Журнал «Приводная техника» №2,2001. с18-22.
6.М.А. Босинзон. Новые конструкции электромеханических шпиндельных узлов./ Журнал «СТИН» №5,2004. с29-34.
7.В.А. Ванин. Унификация формообразующих кинематических цепей металлорежущих станков./ Журнал «СТИН» №7,2002. с14-17.
8.Л.А. Садовский, В.Л. Виноградов. Развитие регулируемого электропривода с новыми типами машин переменного тока./ Журнал «Приводная техника» №2,2001. с35-44.
9.А.А. Петунин. Определение положения ротора в вентильном индукторном электроприводе./Журнал «Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика» №8,2004. с41-45.
10.Н.С. Колев, Л.В. Красниченко, Н.С. Никулин. Металлорежущие станки. Учебное пособие для втузов./ М.: Машиностроение, 1980.
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
11.В.И. Анурьев. Справочник конструктора машиностроителя: В 3-х томах – 7-е изд., перераб и доп./М.: Машиностроение, 1992.
12.И.Б. Пясик. Шариковые механизмы./М.: МАШГИЗ, 1962.
13.Ю.В. Мещеряков. Характеристики узлов упорного гидростатического подшипника для шпиндельного узла типа шпиндель - поршень./
Журнал «СТИН» №5,2004. с. 18-21.
14.П.И. Орлов. Осговы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 1/Под ред П.Н. Усачева – Изд. 3-е, исп. – М.: Машиностроение, 1988.
15.П.И. Орлов. Осговы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2/Под ред П.Н. Усачева – Изд. 3-е, исп. – М.: Машиностроение, 1988.
16.Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т.3: Проектирование станочных систем /Под общей ред. А.С. Проникова – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; Изд-во МГТУ «Станкин», 2000.
17.Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т.2: Проектирование станочных систем /Под общей ред. А.С. Проникова – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; Изд-во МГТУ «Станкин», 1995.
18.Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т.2 Ч1.: Проектирование станочных систем /Под общей ред. А.С. Проникова – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; Изд-во МГТУ «Станкин», 1995.
19.www.eprivod.ru
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Электромагнитная мощность P
P' := P |
|
100 + η 100 |
P' = 7.987 × 104 Вт |
ном |
|
2 η 100 |
|
Высота оси вращения h
h := 0.280 м из стандартного ряда осей вращения
Внешний диаметр корпуса Dн
Расстояние |
h1 := 5 мм |
|
|
||
Dн := 2 h − 2 h1 |
Dн = 0.55 м |
||||
Диаметр якоря D |
|
||||
D := |
Dн |
D = 0.275 м |
|||
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
||
Число пар полюсов p
Выбираем p := 2
Линейная нагрузка якоря Ap (предварительно)
A'1 := 32000 Aм
Индукция в воздушном зазоре Bδ
Bδ := 0.70 Тл
Расчетный коэффициент полюсной дуги αδ
αδ := 0.66
Расчетная длина якоря lδ |
|
|
|
||||
lδ := |
|
|
0.639 P' |
|
lδ = 0.436 м |
||
|
|
|
|
D2 |
|
||
|
α |
δ |
A' B |
δ |
n |
||
|
|
1 |
|
ном |
|||
Отношение длины магнитопровода якоря к его диаметру λ
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
λ := |
lδ |
λ = 1.585 |
|||
D |
|
|
|||
Полюсное деление τ |
|
||||
τ := |
π D |
|
τ = 0.216 м |
||
|
|||||
|
|
2 p |
|
||
Расчетная ширина полюсного наконечника bδ |
|||||
bδ := αδ τ |
bδ = 0.143 м |
||||
Действительная ширина полюсного наконечника при эксцентричном зазоре равна расчетной ширине
bp := bδ |
bp = 0.143 м |
II. Выбор обмотки якоря
Выбираем простую волновую обмотку с числом параллельных ветвей a := 1 Обмотка укладывается в открытые пазы прямоугольной формы
Ток параллельной ветви Ia
I := |
|
I |
|
|
|
|
|
a |
2 |
a |
Ia = 93.89A |
|
Предварительное общее число эффективных проводников N
N := |
π D A'1 |
N = 294.4 |
|
Ia |
|||
|
|
Принимаем N := 295
Крайние пределы чисел пазов якоря
tZ1min := 15 мм |
|
|
tZ1max := 35 мм |
|
|
Z := π |
D |
|
Z = 24.7 |
||
|
|||||
min |
tZ1max |
min |
|||
|
|
|
|||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Z := π |
D |
|
Z = 57.6 |
|
|||
max |
tZ1min |
max |
|
|
|
||
Принимаем |
|
t := π D |
t = 0.032 м |
|
Z := 27 |
||||
|
|
Z1 |
Z |
Z1 |
|
|
|
|
|
Число эффективных проводников в пазу Nп
Nп := N |
Nп = 10.9 |
|
||
Z |
|
|
||
Принимаем |
|
|
|
|
Nп := 10 |
|
|
||
Уточненное значение N |
N := Nп Z |
N = 270 |
||
Выбор числа коллекторных пластин
Число коллекторных пластин К выбираем, сравнивая пять вариантов для различных чисел секционных сторон в пазу
Номер варианта |
П |
П |
Wc=N/2K |
Uк.ср=2pU/K |
U |
K=U *Z |
|||
1 |
1 |
27 |
5,0 |
65,2 |
2 |
2 |
54 |
2,5 |
32,6 |
3 |
3 |
81 |
1,7 |
21,7 |
4 |
4 |
108 |
1,3 |
16,3 |
5 |
5 |
135 |
1,0 |
13,0 |
Исходя из допустимого напряжения между коллекторными пластинами Uк.ср (<16 В для машин без компенсационной обмотки) и из необходимости обеспечения целого числа витков в секции
wc, выбираем вариант с данными:
Число витков в секции wc := 1
Число коллекторных пластин K := 135
Число эффективных проводников в пазу Nп = 10
Число секционных сторон в пазу uп := 5
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Ширина паза bп (предварительно) |
|
|||
b := π |
(D − 2 |
hп) |
− b |
b = 0.014 м |
|
|
|||
п |
Z |
|
zmin |
п |
|
|
|
|
|
Высота проводника с изоляцией aпр.из. |
|
|||||||
Высота клина |
|
|
|
|
|
|
||
hкл := 4 мм |
|
|||||||
Высота шлица |
|
|
|
|
|
|||
hш := 1 мм |
|
|||||||
Высота изоляции |
|
|
|
|
||||
hиз := 4.8 мм |
|
|||||||
aпр.из. := |
hп − hкл − hш − hиз |
|
aпр.из. = 10.1 мм |
|||||
2 wc |
||||||||
|
|
|||||||
Принимаем число элементарных проводников nэл := 1
Высота элементарного проводника с изоляцией aпр.из.эл
aпр.из.эл |
:= |
aпр.из. |
|
aпр.из.эл = 10.1 мм |
||||||
nэл |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||
Ширина проводника проводника с изоляцией bпр.из. |
||||||||||
Ширина изоляции |
|
|
|
|
||||||
bиз := 1.7 мм |
|
|||||||||
b |
:= |
|
(bп − bиз) |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
пр.из. |
|
|
|
uп |
bпр.из. = 2.52 мм |
|||||
|
|
|
|
|||||||
Для обмотки якоря выбираем прямоугольный провод ПЭТП-155 класса нагревостойкости F Согласно размерам изолированных проводников и толщине изоляции, выбираем элементарный проводник со следующими размерами:
_Больший размер провода |
_Меньший размер провода |
|||||||
- с изоляцией |
aпр.из.эл := 7.15 мм |
|
- с изоляцией |
bпр.из.эл := 2.95 мм |
||||
-без изоляции |
|
aпр.эл := 6.7 мм |
|
|
-без изоляции |
|
bпр.эл := 2.5 мм |
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Сечение элементарного проводника qэл := 16.20 мм2
Двухсторонняя толщина изоляции |
∆из := 0.45 мм |
|
|
|||
Плотность тока в обмотке якоря Ja |
|
|
|
|||
Ja := |
Ia |
|
6 A |
|||
|
|
Ja = 5.796 × 10 |
|
|||
qэл nэл |
м2 |
|||||
|
|
|
||||
Удельная тепловая нагрузка якоря A Ja
A1 Ja = 1.701 × 1011 A2
м3
Не превышает максимально допустимого значения
Высота паза hп
hп := 2 wc aпр.из.эл nэл + hиз + hкл + hш |
hп = 24.1 мм |
|||||
Ширина паза bп |
|
|
|
|
|
|
bп := uп bпр.из.эл + bиз |
bп = 16.45 мм |
|
||||
Среднее зубцовое деление якоря tZср |
|
|
||||
tZср:= π |
D − hп |
tZср = 29.19 мм |
|
|||
Z |
|
|
||||
|
|
|
|
|||
Средняя ширина секции обмотки bср |
|
|
||||
bср := tZср y1п |
bср = 0.204 м |
|
||||
Средняя длина лобовой части обмотки lл |
|
|
||||
|
c := 0.04 м |
|
|
|
||
lл := 1.2 bср + hп + c |
lл = 0.309 м |
|
||||
Средняя длина витка обмотки якоря laср |
|
|
||||
laср := 2 (lδ + lл) |
laср = 1.569 м |
|
||||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Длина вылета лобовой части обмотки lл.выл. |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
l |
|
|
:= 0.3 b |
+ |
hп |
+ 0.02 м |
|
|
l |
= 0.093 м |
|||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
л.выл. |
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
|
|
|
л.выл. |
|
||||
Сопротивление обмотки якоря при температуре 20*С Ra |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
ρm := |
10− 6 |
Ом м |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
57 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ra := ρm |
|
|
N laср |
|
|
|
Ra |
= 0.0574 Ом |
|||||||||||
|
2 (2 a)2 q n |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эл |
эл |
|
|
|
|
||||
Масса обмотки якоря Ma |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
γm := 8900 кг |
|
-удельная плотность материала обмотки |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
м3 |
|
|
статора |
|
|
|
|
|||||||
|
M |
a |
:= γ |
m |
N l |
q |
|
n |
M |
a |
= 30.55 кг |
|||||||||
|
|
|
|
2 |
|
aср |
эл |
|
|
эл |
|
|
|
|||||||
IV. Определение размеров магнитной цепи
Вентиляционные каналы
С целью улучшения охлаждения и уменьшения момента инерции якоря в сердечнике якоря предусматриваются аксиальные вентиляционные каналы с параметрами:
Число каналов nk := 21 Диаметр каналов dk := 18 мм
Высота спинки якоря hj |
|
|||
h := |
D − D0 |
− h |
|
|
|
|
|
||
j |
2 |
|
п |
hj = 0.056 м |
|
|
|
||
Воздушный зазор δ
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
δ := 2.6 мм
Магнитный поток в воздушном зазоре Φδ(предварительно)
Φδ := Bδ bp lδ |
Φδ = 0.047 Вебер |
Главные полюса
Для главных полюсов принимаем: - Сталь 3411 толщиной 1мм
- Коэффициент рассеяния полюсов σг := 1.2 - Коэффициент заполнения сталью kсг := 0.98
Ширина сердечника главного полюса bг
Принимаем индукцию в сердечнике главного полюса Bг := 1.65 Тл
b |
:= |
σг Φδ |
|
bг = 0.074 м |
|
kсг lδ Bг |
|||||
г |
|
||||
Ширина выступа наконечника главного полюса bв
b := |
(bp − bг) |
b = 0.034 м |
|
|
|
||
в |
2 |
|
в |
|
|
|
|
Длина станины lс |
|
||
lс := lδ + 0.4 D |
lс = 0.585 м |
||
Длина стали якоря lст |
|
||
lст := lδ kс |
lст = 0.452 м |
||
Высота станины hс
Принимаем индукцию в станине Bс := 1.25 Тл
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
kZ3 = 2.795
Расчетная длина воздушного зазора Lδ
Lδ := kδ δ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lδ |
= 3.647 × 10 |
− 3 |
м |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Длина магнитной линии в зубцах якоря Lz |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Lz := hп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lz = 0.0241 м |
|
|
|
||
Длина магнитной линии в спинке якоря Lj |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
L := π |
(D0 + hj) |
+ |
|
hj |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
j |
|
4 p |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lj |
= 0.095 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Длина магнитной линии в сердечнике главного полюса Lг |
|
|
|||||||||||||||||||||
Lг := hг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lг = 0.087 м |
|
|
|
||
Воздушный зазор между главным полюсом и станиной Lс.п. |
|
||||||||||||||||||||||
Lс.п. := 2 lδ 10− 4 + 1 10− 4 м |
|
|
Lс.п. = 1.951 × 10− 4 м |
|
|||||||||||||||||||
Длина магнитной линии в станине Lс |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
L := π |
(Dн − hс) |
+ |
hс |
|
|
|
|
|
|
|
L |
= 0.221 м |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
с |
|
4 p |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Cечение зубцов якоря SZ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
-Минимальное: |
S |
Zmin |
:= |
Z |
α |
δ |
b |
l |
S |
Zmin |
= 0.02 м2 |
||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 p |
|
Z3 ст |
|
|
|||||||||||
-Среднее: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
SZср = 0.026 м2 |
|||||||
|
|
SZср:= |
|
|
αδ bZ2 lст |
||||||||||||||||||
|
|
2 p |
|||||||||||||||||||||
-Максимальное: SZmax := |
|
|
Z |
|
αδ bZ1 lст |
SZmax = 0.031 м2 |
|||||||||||||||||
|
2 p |
||||||||||||||||||||||
Сечение воздушного зазора Sδ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Sδ := αδ τ lδ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sδ = 0.068 м2 |
|
|
|
|||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Напряженность поля в станине Hс |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
G_B |
(k) |
A |
|
|
G_Hс(k) := interp Steel_St3 |
,BSt3 |
,HSt3 |
, |
с |
|
|
Hс := G_Hс(koeffi) |
|
T |
|
м |
||||||
|
|
|
|
|
i |
|||
МДС станины Fс |
|
|
|
|
|
|
|
|
G_Fс(k) := Lс G_Hс(k) |
|
|
Fс := G_Fс(koeffi) |
|
||||
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
Сумма МДС всех участков магнитной цепи FΣ
G_FΣ(k) := G_Fδ (k) + G_FZ(k) + G_Fj(k) + G_Fг(k) + G_Fс.п.(k) + G_Fс(k)
FΣi := G_FΣ (koeffi)
МДС переходного слоя
G_Fδzj(k) := G_Fδ (k) + G_FZ(k) + G_Fj(k)
Fδzji := G_Fδzj(koeffi)
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Определение реакции якоря Fqd
Определенная по переходной харектеристике реакция якоря составляет Fqd = 409A
VI. Расчет последовательной стабилизирующей обмотки
Число витков на полюс стабилизирующей обмотки wстаб
aстаб := 1 -число параллельных ветвей стабилизирующей обмотки
w |
:= |
Fqd aстаб |
|
|
w |
|
= 2.2 |
|||
|
|
|
|
|||||||
стаб |
|
|
|
I |
стаб |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Принимаем |
|
|
|
|
|
|
||||
|
wстаб := 2 |
|
|
|
||||||
МДС стабилизирующей обмотки Fс |
|
|
|
|||||||
F := |
wстаб I |
|
|
|
|
|
F |
= 375.6A |
||
|
|
|
|
|
||||||
с |
aстаб |
|
|
|
|
с |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Сечение провода стабилизирующей обмотки qс
Принимаем ллотность тока в стабилизирующей обмотке Jс := 5.5 × 106 A
м2
q := |
I |
|
qс = 34.14 мм |
2 |
|
Jс |
|||||
с |
|
||||
Согласно таб. 10.18. [1] выполняем стабилизирующую обмотку однослойной из прямоугольной меди с намоткой на ребро.
По П. 3.2. [1] выбираем прямоугольный провод ПЭТП-155 со следующими размерами:
_Больший размер провода |
_Меньший размер провода |
|||||||
- с изоляцией |
bc.из. := 7.25 мм |
|
- с изоляцией |
aс.из. := 4.15 мм |
||||
-без изоляции |
|
bс := 7.1 мм |
|
|
-без изоляции |
|
aс := 4.0 мм |
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Сечение проводника обмотки возбуждения qв
Принимаем коэффициент запаса по возбуждению kзв := 1.15
Температурный индекс для класса нагревостойкости F mт := 1.38
q := ρ |
m |
|
kзв 2 p Fв lв.ср mт |
q = 0.907 мм2 |
|
||||
в |
|
Uном |
в |
|
|
|
|
|
Для обмотки возбуждения выбираем круглый провод марки ПЭТ-155 По П.3.1. выбираем провод с размерами:
qв := 0.567 мм2
Диаметр неизолированного провода dв := 0.85 мм
Диаметр изолированного провода dиз.в := 0.915 мм
Число витков обмотки возбуждения на один полюс wв
Принимаем плотность тока в обмотке возбуждения Jв := 6.5 × 106 A
м2
w := |
Fв |
w = 800.2 |
|
J q |
|||
в |
в |
||
|
в в |
|
Принимаем wв := 800
Oбмотку возбуждения с целью улучшения охлаждения выполняем в виде двух шайб с раскладкой витков:
По ширине: |
Nв.шир := 25 |
По высоте: |
Nв.выс := 16 |
Ширина катушки обмотки возбуждения bкт.в
bкт.в := 1.05 Nв.шир dиз.в |
bкт.в = 0.024 м |
Высота катушки обмотки возуждения hкт.в
hкт.в := 1.05 Nв.выс dиз.в |
hкт.в = 0.015 м |
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Средняя длина витка обмотки возбуждения lв.ср
lв.ср := 2 (lг + bг) + π (bкт.в + 2 ∆из.c.) |
lв.ср = 1.188 м |
||||||||
Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20*С Rв |
|||||||||
Rв := ρm |
2 p wв lв.ср |
Rв = 117.58 Ом |
|
||||||
qв |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||
Максимальный ток обмотки возбуждения Iвmax |
|
||||||||
I |
:= |
Uном |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|||||||
вmax |
|
|
mт Rв |
Iвmax = 2.71A |
|
||||
|
|
|
|
||||||
Коэффициент запаса по возбуждению kзв |
|
|
|||||||
kзв := |
|
Iвmax wв |
|
kзв = 1.15 |
|
||||
|
|
|
Fв |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
VIII. Расчет коммутации
Размеры щетки
Предварительная ширина щетки |
|
|
|
||||||||||||||||
bщmin := 2 tk |
bщmin = 8.378 × 10− 3 м |
||||||||||||||||||
bщmax := 4 tk |
bщmax = 0.017 м |
|
|
|
|||||||||||||||
Выбираем стандартные размеры щетки марки ЭГ 14 |
|
|
|
||||||||||||||||
Ширина щетки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
bщ := 10 мм |
|
|
|
|||||||||||||||
Длина щетки |
|
lщ := 20 мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Падение напряжения на щетках |
∆Uщ := 2.5 |
В |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Максимальная плотность тока |
|
Jщmax := 12 × 10 |
4 A |
||||||||||||||||
|
|
м2 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Давление на щетку |
|
pщ := 3 104 Па |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Контактная площадь одной щетки Sщ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Sщ := bщ lщ |
Sщ = 2 × 10− 4 м2 |
|
|
|
|||||||||||||||
Число щеток на одном бракете Nщ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 A |
|
|
|
|
|
|||||
Принимаем плотность тока под щетками |
Jщ := 10 × 10 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
м2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Nщ := |
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Nщ = 4.7 |
|
|
|
|||||||||||||
|
p Sщ Jщ |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Принимаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Nщ := 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Контактная площадь всех щеток SщΣ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
SщΣ := 2 p Nщ Sщ |
SщΣ = 3.2 × 10− 3 м2 |
||||||||||||||||||
Плотность тока под щетками Jщ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Jщ := |
|
2 I |
|
Jщ = 1.174 × 105 |
A |
|
|||||||||||||
SщΣ |
|
||||||||||||||||||
м2 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Активная длина коллектора lк
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
lк := Nщ (lщ + 0.008 м) + 0.01 м |
|
|
lк = 0.122 м |
||||||||||||||||
Ширина зоны коммутации bз.к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
b |
+ u − a |
|
|
|
|
D |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ε |
к |
:= |
|
− y |
1 |
b |
:= |
щ |
+ ε |
к |
|
t |
|
||||||
|
2 p |
t |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
з.к |
|
п |
p |
|
|
k D |
k |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
||||
bз.к = 0.052 м
Отноcительная ширина зоны коммутации
(bз.к ) = 0.709
τ− bp
Окружная скорость якоря νa |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ν |
a |
:= D |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ν |
a |
= 14.4 |
м |
||||
|
2 |
|
ном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
||||||
Коэффициент магнитной проводимости паза λп |
|
|||||||||||||||||||
lа := lδ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
λп := |
lл |
+ |
a |
|
|
2.5 105 |
|
|
A м + 0.6 |
hп |
|
λп = 2.152 |
||||||||
lа |
p |
|
|
|
|
|
bп |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
wc lа A1 νa |
s |
|
|
|
||||||||||
Реактивная ЭДС коммутируемой секции Eр |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
E |
|
:= 2 λ |
п |
w l |
|
A ν |
a |
10− 6 |
В s |
|
|
|
|
E = 0.865 В |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
р |
|
|
|
|
c δ |
1 |
|
|
A м |
|
|
|
р |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
IX. Расчет добавочных полюсов
Для добавочных полюсов принимаем:
-Сталь 3411 толщиной 1мм
-Коэффициент рассеяния полюсов σд := 3.5
-Коэффициент заполнения сталью kсг := 0.98
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Магнитное напряжение воздушного зазора добавочного полюса Fδд
|
F |
:= |
|
1 |
δ |
|
|
k |
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
= 287.9A |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
δд |
|
|
|
µ0 |
д |
|
δд |
|
|
δд |
|
|
|
|
|
|
|
δд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Индукция в зубцах якоря для потока добавочного полюса BZ |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
BZдmin := |
|
|
Φδд |
|
|
|
|
|
|
BZдср:= |
|
Φδд |
|
|
|
|
BZдmax := |
Φ |
δд |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
SZmax |
|
|
|
|
|
SZср |
|
|
|
|
SZmin |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Средняя напряженность поля в зубцах якоря для потока добавочного полюса HZдср |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
Zдср |
|
A |
|
|
|
|
|||||||
|
H |
|
|
:= interp Steel_2312 ,B2312 ,H2312 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
Zдср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
м |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
МДС зубцов якоря FZд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
FZд := HZдср hп |
|
|
|
|
FZд = 0.233A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Магнитная индукция в станине Bj |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Φδ |
|
|
|
+ Φδд) |
|
||||||||||||||||||||||
При согласном направлении |
|
|
Bj1 := |
|
4 |
|
Bj1 = 1.178 Тл |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
Sj |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
потоков: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
При встречном направлении |
|
|
Bj2 := |
|
(Φδ |
4 |
|
− Φδд) |
|
|
|
Bj2 = 1.091 Тл |
|||||||||||||||||||||||||
потоков: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Sj |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Средняя напряженность магнитного поля в спинке якоря |
|
Hjср |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
j1 |
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 377.6 A |
||||
H |
|
:= |
interp Steel_2312 ,B2312 |
,H2312 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
j1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T м |
|
|
|
|
|
|
|
|
j1 |
м |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
j2 |
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 293.6 A |
||||
H |
|
:= |
interp Steel_2312 ,B2312 |
,H2312 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
j2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T м |
|
|
|
|
|
|
|
|
j2 |
м |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
H |
|
:= |
(Hj1 + Hj2) |
|
|
|
H |
|
= 335.6 A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
jср |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
jср |
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
МДС спинки якоря Fjд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Fjд := Hjср Lj |
|
|
|
|
|
|
Fjд = 31.9A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Магнитный поток в сердечнике добавочного полюса Φд
Φд := σд Φδд |
|
Φд = 6.019 × 10− 3 Вебер |
|
|
||||||||
Индукция в сердечнике добавочного полюса Bс.д |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Bд |
:= |
Φд |
|
Bд = 0.404 Тл |
|
|
||||||
Sд |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Напряженность магнитного поля в сердечнике добавочного полюса Hс.д |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
B |
д |
|
A |
|
= 71.9 A |
|
H |
:= interp Steel_3411 |
,B3411 |
,H3411 , |
|
|
H |
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
д |
|
|
|
|
|
T |
м |
д |
м |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||
МДС сердечника добавочного полюса Fд |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Fд := Hд hд |
|
Fд = 6.15A |
|
|
||||||||
МДС воздушного зазора между станиной и добавочным полюсом Fδс.д.п
Воздушный зазор между станиной и добавочным полюсом δс.д.п := 0.2 мм
F |
с.д.п |
:= |
1 |
δ |
|
B |
д |
Fδс.д.п = 64.3A |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
δ |
|
µ0 |
с.д.п |
|
|
|
|||||||||||||
Индукция в станине Bс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Φг4 |
+ Φд) |
|
|
|
|||||
При согласном направлении |
Bс1 |
:= |
Bс1 |
= 1.07 Тл |
|||||||||||||||
2 |
Sс |
||||||||||||||||||
потоков: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
При встречном направлении |
Bс2 |
:= |
(Φг4 |
− Φд) |
Bс2 |
= 0.855 Тл |
|||||||||||||
потоков: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
Sс |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Средняя напряженность поля в станине Hсср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
с1 |
|
A |
|
|
= 1.039 × 103 A |
|||||
H |
:= interp Steel_St3 |
,BSt3 |
,HSt3 , |
|
|
|
H |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
с1 |
|
|
|
|
|
|
|
T м |
|
с1 |
|
м |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
B |
с2 |
|
A |
|
= 751.8 A |
|
H |
:= interp Steel_St3 |
,BSt3 ,HSt3 , |
|
|
H |
||||
|
|
|
|
|
|||||
с2 |
|
|
T м |
с2 |
м |
||||
|
|
|
|||||||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
H := |
Hс1 + Hс2 |
|
H |
= 895.2 A |
|
|
|||
|
|
|
|
||||||
сср |
2 |
|
сср |
м |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
МДC станины Fсд |
|
|
|
|
|||||
Fсд := Hсср Lс |
Fсд = 198A |
|
|
||||||
Сумма магнитных напряжений всех участков FдΣ |
|
|
|||||||
FдΣ := Fδд + FZд |
+ Fjд + Fд + Fδс.д.п |
+ Fсд |
F |
= 588.4A |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
дΣ |
|
МДС обмотки добавочного полюса Fд |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
τ |
Fд = 3.757 × 103 A |
|
|||
Fд := |
FдΣ + A1 2 |
|
|||||||
Число витков обмотки добавочного полюса на один полюс wд |
|
||||||||
w := |
|
Fд |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д |
|
|
I |
wд = 20 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
Принимаем wд := 28
Предварительное сечение проводника обмотки добавочного полюса qд
Число параллельных ветвей обмотки добавочного полюса aд := 1
Плотность тока в обмотке добавочного полюса Jд := 5.5 × 106 A
м2
q := |
I |
|
qд = 34.14 мм |
2 |
|
aд Jд |
|||||
д |
|
||||
Для обмотки добавочных полюсов с целью унификации принимаем такой же прямоугольный провод марки ПЭТП-155, что и для стабилизирующей обмотки, с размерами:
_Больший размер провода |
_Меньший размер провода |
|||||||||
- с изоляцией |
bд.из. := 7.25 мм |
|
|
- с изоляцией |
aд.из. := 4.15 мм |
|||||
-без изоляции |
|
bд := 7.1 мм |
|
|
|
-без изоляции |
|
aд := 4.0 мм |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Сечение провода |
q := 27.54 мм2 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
д |
|
|
|
|
|
||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Двухсторонняя толщина изоляции ∆из := 0.15 мм
Выполняем обмотку добавочных полюсов многослойной с раскладкой витков:
По ширине: |
Nд.шир := 4 |
По высоте: |
Nд.выс := 7 |
Ширина катушки обмотки добавочного полюса bкт.д
bкт.д := 1.05 |
Nд.шир aд.из. |
bкт.в = 0.024 м |
|
Высота катушки обмотки добавочного полюса hкт.д |
|
||
hкт.д := 1.05 |
Nд.выс bд.из. |
hкт.д = 0.053 м |
|
Средняя длина витка обмотки добавочных полюсов lд.ср |
|
||
lд.ср := 2 (lд + bд) + π (bкт.д + 2 ∆из.c.) |
lд.ср = 1.033 м |
||
Сопротивление обмотки добавочных полюсов при температуре 20*С Rд
Rд := ρm |
2 p wд |
lд.ср |
Rд = 0.0737 Ом |
|
qд |
|
|
||
|
|
|
|
|
X. Потери и КПД
Масса зубцов якоря mz
Плотность электротехнической стали γст := 7800 кг
м3
mz := γст Z bZ2 hп lδ kс |
mz = 29.21 кг |
Масса ярма якоря mj |
|
|
|
|
( |
п) |
|
− D |
0 |
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
D − 2 h |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
m := γ |
ст |
|
|
|
|
|
|
|
− n |
d |
l |
k |
с |
m = 86.9 кг |
||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
j |
|
|
4 |
|
|
|
|
4 |
k |
k |
|
δ |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
||||
Сопротивление последовательно соединенных обмоток якоря, добавочных полюсов и стабилизирующей обмотки при расчетной температуре 115*С RΣ
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
ЭДС якоря двигателя E
|
U |
− ∆U |
|
U − ∆U |
|
2 |
|
|
|
|
||||||
E := |
|
ном |
|
щ |
+ |
|
ном |
щ |
|
− P |
R |
Σ115 |
E = 401.5 В |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
эм |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Ток якоря Iном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
I |
:= |
Pэм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ном |
|
|
E |
|
|
|
|
|
Iном = 190.79A |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Ток двигателя I1ном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
I1ном := Iном + Iвmax |
|
|
I1ном = 193.5A |
|
||||||||||||
Потребляемая мощность P1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
P1 := Uном I1ном |
|
|
P1 = 8.514 × 104 Вт |
|
||||||||||||
Суммарные потери в двигателе PΣ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
PΣ := P1 − Pном |
|
|
PΣ = 1.014 × 104 Вт |
|
||||||||||||
Номинальный коэффициент полезного действия η |
|
|
|
|
||||||||||||
η := |
|
Pном |
|
|
|
|
|
|
η = 0.8809 |
|
|
|
||||
|
P1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
XI. Рабочие характеристики
Рабочие характеристики рассчитываем для шести значений тока якоря, принимая при этом допущение, что сумма потерь холостого хода не меняется при изменении нагрузки
Расчетная величина |
0,1 |
0,25 |
0,5 |
0,75 |
1 |
1,25 |
Ток якоря, A |
19,1 |
47,7 |
95,4 |
143,1 |
190,8 |
238,5 |
|
|
|
|
|
|
|
Ток обмотки возбуждения, A |
3,7 |
3,7 |
3,7 |
3,7 |
3,7 |
3,7 |
|
|
|
|
|
|
|
Ток двигателя, A |
21,8 |
50,4 |
98,1 |
145,8 |
193,5 |
241,2 |
|
|
|
|
|
|
|
ЭДС обмотки якоря, V |
434 |
428 |
419 |
410 |
401 |
392 |
|
|
|
|
|
|
|
Полезная мощность на валу, W |
7216 |
19331 |
38750 |
57205 |
74694 |
91218 |
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент полезного действия, о.е. |
0,753 |
0,872 |
0,898 |
0,892 |
0,877 |
0,860 |
|
|
|
|
|
|
|
Скорость вращения, об/мин |
1067 |
1054 |
1033 |
1012 |
991 |
970 |
|
|
|
|
|
|
|
Момент на валу, Hm |
64,6 |
175,1 |
358,1 |
539,7 |
719,8 |
898,3 |
|
|
|
|
|
|
|
Потребляемая из сети мощность, W |
9588 |
22180 |
43167 |
64154 |
85141 |
106128 |
|
|
|
|
|
|
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
|
|
Коэффициент полезного действия |
|
|
|
|
Ток двигателя, А |
||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
0.9 |
|
|
|
|
|
|
Pном |
|
|
|
|
|
Pном |
||
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
4 |
. |
4 |
. |
4 |
. |
4 |
|
|
|
|
. |
4 |
|
|
|
|
2 10 |
|
4 10 |
|
6 10 |
8 10 |
|
|
|
|
|
5 10 |
|
|
|
|
|
|
Полезная мощность на валу, Вт |
|
|
|
|
Полезная мощность на валу, Вт |
||||||||
|
|
. |
4 |
Потребляемая мощность, Вт |
|
|
|
|
Момент на валу, Нм |
||||||||
|
9 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pном |
|
|
|
|
|
||
|
|
. |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
640 |
Pном |
||
|
7.2 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
. |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
480 |
|
|
5.4 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3.6 .104 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
320 |
|
||
|
1.8 |
. |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160 |
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
4 |
. |
4 |
. |
4 |
. |
4 |
|
|
|
|
. |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 10 |
|||||||||
|
|
|
|
2 10 |
4 10 |
6 10 |
8 10 |
|
|
|
|
Полезная мощность на валу, Вт |
|||||
|
|
|
|
Полезная мощность на валу, Вт |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
1200 |
Скорость вращения, об/мин |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1080 |
|
|
|
|
|
|
|
Pном |
|
||
|
|
|
|
|
|
960 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
840 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
720 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
480 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
360 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
240 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
4 |
. |
4 |
. |
4 |
. |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 10 |
4 10 |
|
6 10 |
|
8 10 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Полезная мощность на валу, Вт |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист |
Изм. |
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись Дата |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
XII. Тепловой расчет
Расчетные сопротивления обмоток при температуре 115*С
Температурный коэффициент mт = 1.38
Обмотка якоря Ra115 := Ra mт |
Ra115 |
= 0.0792 Ом |
Обмотка добавочных полюсов Rд115 := Rд mт |
Rд115 |
= 0.1017 Ом |
Обмотка возбуждения Rв115 := Rв mт |
Rв115 |
= 162.26 Ом |
Стабилизирующая обмотка Rс115 := Rс mт |
Rс115 = 8.014 × 10− 3 Ом |
|
Расчетные потери в обмотках при 115*С
Pat := Iном2 Ra115 |
Pat = 2.881 × 103 Вт |
|||||
Pдt := Iном2 Rд115 |
Pдt = 3.702 × 103 Вт |
|||||
Pвt := Iвном2 Rв115 |
Pвt = 2.205 × 103 Вт |
|||||
P |
:= I |
2 R |
с115 |
P |
= 291.7 Вт |
|
сt |
ном |
|
сt |
|
|
|
Поверхность охлаждения якоря Sa |
|
|
|
|||
Sa := (π D + nk dk) lδ |
Sa = 0.59 м |
2 |
||||
|
|
|
|
|
||
Поверхность охлаждения пазовой части обмотки якоря Sп
П := 2 (bп + hп) |
|
|
|
||||
S |
п |
:= Z П l |
k |
с |
S |
п |
= 0.989 м2 |
|
δ |
|
|
|
|||
Поверхность охлаждения лобовых частей обмотки якоря Sл
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
S |
л |
:= 2 π D l |
S |
л |
= 0.161 м2 |
|||
|
|
л.выл. |
|
|
|
|
||
Поверхность изоляции лобовых частей обмотки якоря Sл.из. |
||||||||
S |
л.из. |
:= Z П l |
|
|
S |
л.из. |
= 0.677 м2 |
|
|
л |
|
|
|
|
|||
Поверхность охлаждения обмотки возбуждения Sв
Расчетный периметр обмотки возбуждения П.в:= 140 мм
S |
в |
:= l |
П. |
S |
в |
= |
|
м2 |
|
||||||||
|
в.ср |
|
|
|
|
|
Поверхность охлаждения обмотки добавочных полюсов Sд
Расчетный периметр обмотки добавочных полюсов П.д:= 180 мм
S |
д |
:= l |
П. |
S |
д |
= |
|
м2 |
||
|
||||||||||
|
д.ср |
|
|
|
|
|
|
|
||
Поверхность охлаждения коллектора Sк |
|
|
|
|
|
|||||
S |
к |
:= π D |
k |
l |
S |
к |
= 0.069 м2 |
|||
|
|
|
к |
|
|
|
|
|||
Условная поверхность охлаждения двигателя Sохл |
||||||||||
Sохл := π Dн (lδ + 2 lл.выл. ) |
Sохл = 1.144 м2 |
|||||||||
Сумма потерь, отводимых охлаждающим воздухом из внутреннего объема машины ΣPусл
ΣPусл := PΣ − 0.1 (Pвt + Pдt + Pсt) |
ΣPусл = 9.827 × 103 Вт |
Превышение температуры внешней поверхности магнитопровода якоря над температурой воздуха внутри машины ∆θa
Коэффициент теплоотдачи αa := 92 |
Вт |
|
|
м2 °C |
|
|
2 lа |
|
|
||
|
Pat |
|
|
+ Pст |
|
|
|
||||
∆θa := |
laср |
|
∆θa = 40.3°C |
||
Sa αa |
|
||||
|
|
||||
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря ∆θиз.п
Эквивалентная теплопроводность |
λэкв := 0.16 |
Вт |
|
||
|
м2 °C |
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
|
2 lа |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Pat |
|
|
|
bиз |
|
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|||||||
∆θиз.п := |
laср |
|
|
∆θиз.п = 18.8°C |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Sп |
λэкв |
м |
|||||||||
|
|
|
|
||||||||
Превышение температуры внешней поверхности лобовых частей якоря ∆θповл
Коэффициент теплоотдачи |
αл := 92 |
Вт |
|
||
|
м2 °C |
|
|
|
|
|
2 lа |
|
||
|
Pat |
1 |
− |
|
|
|
|
|
laср |
|
|||||
∆θповл := |
|
|
|
∆θповл = 38.3°C |
|||
2 Sл αл |
|||||||
|
|
||||||
Перепад температуры в изоляции лобовых частей обмотки якоря ∆θиз.л
bиз.л := 1.0 мм
|
2 lа |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Pat |
|
|
|
bиз.л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
∆θиз.л := |
laср |
|
|
|
1 |
|
∆θиз.л = 16.1°C |
|||
|
|
м |
||||||||
|
Sл.из. |
λэкв |
|
|||||||
Среднее превышение температуры воздуха внутри машины над температурой охлаждающей среды ∆θвоз
Коэффициент подогрева воздуха |
αн := 750 |
Вт |
|
||
м2 °C |
|
||||
|
|
|
|
|
|
∆θвоз := |
ΣPусл |
|
|
∆θвоз = 11.5°C |
|
Sохл αн |
|
||||
Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающей среды ∆θaср
|
2 lδ |
|
|
|
2 lа |
|
|
∆θaср := (∆θa + ∆θиз.п) |
|
+ (∆θповл + ∆θиз.л) |
1 |
− |
|
|
+ ∆θвоз |
l |
l |
||||||
|
aср |
|
|
|
aср |
|
|
∆θaср = 68.6°C
Превышение температуры наружной поверхности обмотки возбуждения ∆θп.в
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Коэффициент теплоотдачи |
αв := 45 |
Вт |
|
|
|
||
м2°C |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
∆θп.в := |
0.9 Pвt |
|
|
∆θп.в = |
|
°C |
|
2 p Sв αв |
|
|
|||||
|
|
||||||
|
|
|
|||||
Перепад температуры в изоляции катушки обмотки возбуждения ∆θиз.в bиз.в := 0.2 мм
∆θиз.в := |
0.9 Pвt |
|
bиз.в |
|
1 |
|
∆θиз.в = |
|
°C |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2 |
p Sв |
λэкв |
м |
|
|||||||
|
|||||||||||
|
|
|
|
||||||||
Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой охлаждающей среды ∆θв.ср
∆θв.ср := ∆θп.в + ∆θиз.в + ∆θвоз |
∆θв.ср = |
|
°C |
|
|||
|
Превышение температуры наружной поверхности обмотки добавочного полюса ∆θп.д
Коэффициент теплоотдачи |
αд := 45 |
Вт |
|
|
|
||
м2 °C |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
∆θп.д := |
0.9 Pдt |
|
|
∆θп.д = |
|
°C |
|
2 p Sд αд |
|
|
|||||
|
|
||||||
|
|
|
|||||
Перепад температуры в изоляции катушки добавочного полюса ∆θиз.д
λэкв1 := 1.4 Вт2
м°C
∆θиз.д := |
0.9 Pдt |
|
bкт.д |
|
1 |
|
∆θиз.д = |
|
°C |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2 |
p Sд |
8 λэкв1 |
м |
|
|||||||
|
|||||||||||
|
|
|
|
||||||||
Среднее превышение температуры обмотки добавочного полюса над температурой охлаждающей среды ∆θд.ср
∆θд.ср := ∆θп.д + ∆θиз.д + ∆θвоз |
∆θд.ср = |
|
°C |
|
|||
|
Превышение температуры поверхности коллектора над температурой воздуха внутри машины ∆θк
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Коэффициент теплоотдачи |
αк := 270 |
Вт |
|
||
м2 °C |
|
||||
|
|
|
|
|
|
∆θк := |
∆Uщ Iном + Pт.щ |
|
|
∆θк = 37.7°C |
|
Sк αк |
|
||||
|
|
||||
Среднее превышение температуры коллектора над температурой охлаждающей среды ∆θк.ср
∆θк.ср := ∆θк + ∆θвоз |
∆θк.ср = 49.2°C |
Все превышения температуры лежат в допустимых пределах для класса нагревостойкости изоляции F
XIII. Вентиляционный расчет
Требуемый расход воздуха Qвоз.расч
Плотность воздуха |
γв := 1100 кг |
|
|
|
|
|||
|
|
|
м3 |
|
|
|
|
|
Q |
:= |
|
ΣPусл |
°C кг |
Q |
= 0.39 |
м3 |
|
|
γв 2 ∆θвоз |
|
||||||
воз.расч |
|
|
Вт s |
воз.расч |
|
с |
||
Наружный диаметр вентилятора D2 |
|
|
|
|||||
dс := Dн − 2 |
hс |
|
|
dс = 0.454 м |
|
|
||
D2 := 0.9 dс |
|
|
|
|
D2 = 0.409 м |
|
|
|
Принимаем D2 := 0.37 м
Внутренний диаметр колеса вентилятора D1
D1 := 0.62 dс |
D1 = 0.282 м |
Число лопаток вентилятора Nл
Принимаем Nл := 18
Окружная скорость вентилятора ν
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
|
По наружному диаметру: |
ν |
2 |
:= |
D2 |
n |
|
ν |
2 |
= 19.37 |
м |
|||||||||
2 |
|
|
с |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ном |
|
|
|
||||
|
По внутреннему диаметру: |
|
|
|
D1 |
|
|
|
|
|
м |
|||||||||
|
ν1 := |
|
|
nном |
|
ν1 = 14.74 с |
||||||||||||||
2 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Ширина лопаток вентилятора bл.в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
bл.в := 0.14 D2 |
|
|
|
|
|
bл.в = 0.052 м |
|
|
|
|
|
||||||||
Давление вентилятора при холостом ходе H0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
ρa := 1.23 кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ηao := 0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
H |
:= η |
ao |
ρ |
|
ν 2 − ν |
2 |
|
|
H |
= 116.5 Па |
|
|
|
|
|
||||
0 |
|
|
a |
2 |
1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Расход воздуха в режиме холостого хода Qв.max |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Qв.max := 0.385 π D2 ν2 bл.в |
|
|
|
|
|
Qв.max |
= 0.449 |
м3 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
Действительный расход воздуха Qвоз
Аэродинамическое сопротивление Za := 2000 Па с2
м6
Qвоз := Qв.max |
H0 |
Qвоз = 0.213 |
м3 |
|
H0 + Za Qв.max2 |
с |
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Приложение 2 Проектирование Планшайбы
Расчетная часть
Расчет геометрических характеристик корпуса поворотного стола из условия прочности материала по действием максимальонй нагрузки. Планшайбу и заготовку будем считать цилиндрами с диаметрами
d1 := 0.4
d2 := 0.4
и образующими, соответственно h1 := 0.05
h2 := 0.6
Расчитаем нагрузку на основание поворотного стола, для чего расчитаем ориентировочную массу планшайбы и максимальную массу заготовки.
Удельная масса стали r := 7850
планшайба |
|
|
|
|
|
Vпл := 0.5 h1 π |
d12 |
Vпл = 3.142 × 10− 3 |
|||
4 |
|
||||
|
|
|
|||
Mпл := Vпл r |
|
|
|
Mпл = 24.662 |
|
|
|
|
|
||
заготовка |
|
|
|
|
|
|
|
d22 |
Vзаг = 0.038 |
||
Vзаг := 0.5 h2 π 4 |
|||||
|
|||||
Mзаг := Vзаг r |
|
|
|
Mзаг = 295.938 |
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Расчитаем ориентировочную нагруженную площадь основания (рис.)
r1 |
:= 0.2 |
|
|
r2 |
:= 0.185 |
|
|
s1 := π r12 |
s1 |
= 0.126 |
|
s2 := π r22 |
s2 |
= 0.108 |
|
S := s1 − s2 |
S = 0.018 |
||
Расчитаем нагрузку на эту площадь
Mобщ:= Mзаг+ Mпл |
Mобщ = 320.6 |
принимаем |
Mобщ:= 500 |
Q := Mобщ 9.8 |
Q = 4.9 × 103 |
Отсюда расчитаем нормальное напряжение
σ := |
Q |
σ = 2.701 × 105 |
|
S |
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Для изготовления основных частей поворотного стола подойдет сталь 45, так как она имеет, в условиях нашей задачи, многократный запас прочности и относительную дешевизну.
Расчет прочностных характеристик болтов крепления ротора к планшайбе. В данном случае имеют смысл расчеты болтов на срез.
M := 9.55 |
500 |
M = 530.556 |
|
|
|||
кр |
|
(60 0.15) |
|
|
|
кр |
|
|
nmax := 0.25 |
D0 := 0.2 |
|
расчет поперечной силы
Qпоп := |
(2 Mкр) |
Qпоп = 884.259 |
(6 D0) |
где 6-предполагаемое число болтов отсюда получаем минимально допустимый диаметр крепежных болтов
τср := 1490 0.3 106
где 1490 предел текучести стали 45Х из которой изготовлены болты
|
|
|
|
|
|
|
(4 Qпоп) |
− 3 |
|
dmin:= |
|
|
|
dmin = 1.587 × 10 |
(τср π) |
||||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Делам вывод о том что ротор к планшайбе должен быть прикреплен 6-ю болтами диаметром
d болт := 0.01
такие условия обеспечат достаточный запас прочности крепления
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Приложение 3 Проектирование радиально-упорных подшипников
Дано: |
Диаметр вала |
d := 60mm |
|
Fr1 := 170Н |
Fr2 := 200Н |
||||
|
|
Q := 3.8кН |
FА := Q |
n := 300 |
об |
|
|
||
|
|
мин |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
K |
б |
:= |
1.3 |
коэффециент безопасности (таблица приведена ниже); |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KТ := |
1 |
коэффециент температурный при работе подшипника до 100°С; |
|||||||
V := 1 |
|
коэффециент вращения, вращается внутреннее кольцо; |
|||||||
необходимый ресурс L10 := 8000ч
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
|
Расчет: |
|
|
|
|
1. Задаемся подшипниками 36212 (из таблицы): d := 60мм |
D := 110мм |
||||
B := 22мм |
Cr := 61500Н |
C0r := 39300Н |
|
||
n |
:= 6300мин− 1 |
при пластичном смазачном материале; |
α := 12° |
||
пред |
|
|
|
|
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
2. Определяем минимальные осевые силы для первого и второго подшипников:
для первой опоры
|
Fr1 |
0.195 |
|||
e1 |
:= 0.563 |
|
|
e1 = 0.195 |
|
C0r |
|||||
|
|
|
|||
Famin1 := e1 Fr1 |
Famin1 = 33.112 Н |
||||
для второй опоры |
|
|
|
||
|
Fr2 |
0.195 |
|||
e2 |
:= 0.563 |
|
|
e2 = 0.201 |
|
C0r |
|||||
|
|
|
|||
Famin2 := e2 Fr2 |
Famin2 = 40.21 Н |
||||
3. Определяем осевые реакции в опорах. Принимаем, что
Fa1 |
:= Famin1 |
Fa1 = 33.112 Н |
, тогда |
Fa2 |
:= Fa1 + FА |
Fa2 = 3.833 кН |
|
что больше Famin2 следовательно, осевые реакции в опорах
найдены правильно.
4. Определяем эквивалентную нагрузку. Расчет ведем по более нагруженной опоре, в нашем случае по любой, так как нагрузка на опорах отличается незначительно:
Fr2 |
0.163 |
|||
e := 0.618 |
|
|
e = 0.261 |
|
C0r |
||||
|
|
|||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Fa2 |
|
= 19.166 |
75.183 > e |
|
V Fr2 |
||||
|
|
|||
следовательно,
Y := |
0.55 |
|
Y = 2.105 |
|
e |
||||
|
|
|||
Эквивалентная нагрузка
Pr2 := (0.45 V Fr2 + Y Fa2) Kб KТ
Pr2 = 10.605 кН
5. Определяем скорректированный расчетный ресурс подшипника в миллионах оборотов
a23 := 0.8 |
- для обычных условий применения |
|
шариковых подшипников из таблицы |
|
|
|
Cr |
|
3 |
||
L10a |
:= a23 |
|
|
|
|
L10a = 156.027 |
|
Pr2 |
|
||||||
|
|
|
|
||||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
6. Определяем скорректированный расчетный ресурс подшипника в часах
|
106 |
L10a |
|
3 |
|
|
L10ah |
:= |
|
|
L10ah = 8.668 × 10 |
|
ч |
|
n |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Подшипник пригоден. При заданном ресурсе надежность несколько выше 90%
Пусть рабочая смена |
td := 8ч |
тогда количество смен после которого требуется замена подшипников равно:
Kсмен := |
L10 |
Kсмен = 1 × 10 |
3 |
td |
|
||
|
|
|
То есть ресурс работы данных подшипников при данных условиях составляет более 3-х лет при односменном рабочем дне.
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Приложение 4 Проверочный расчет шпоночного соединения на срез
Дано: Диаметр вала |
D0 := 51.5мм |
Mрасч := 334Н м - расчетный момент на двигателе, при частотном регулировании момент может
повышаться.
Выбераем призматическую шпонку по ГОСТ 8788:
h := 14мм |
|
l := 70мм |
||
σсм := 4.4 |
Mрасч |
|
σсм = 29.118 МПа |
|
D0 h |
l |
|||
|
|
|||
Допустимое значение σсм = 70 - 90 МПа, выбранная шпонка подходит и имеет большой запас прочности.
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Приложение 5 Проектирование передачи винт - гайка
Для расчета передачи винт-гайка определим выходные параметры нашей кинематической цепи
Мощность двигателя |
Nдв := 7.5kW |
Частота вращения двигателя |
nдв := 1460min− 1 |
КПД зубчатого колеса |
ηколеса := 0.97 |
КПД подшипника |
ηподшипника:= 0.98 |
КПД клиноременной передачи |
ηклинорем:= 0.98 |
КПД червячной передачи |
ηчервяка := 0.8 |
Количество колес |
u := 11 |
Количество подшибников |
j := 11 |
Коэффициент передачи
ηпередачи:= (ηколеса)u (ηподшипника)j ηклинорем ηчервяка
ηпередачи = 0.449
Мощность на выходе
|
|
N := (N |
η |
|
) |
N = 3.368 kW |
|
|
|
|
дв |
|
передачи |
|
|
|
|
|
|
|
Число зубьев и передаточное число |
||
uклинорем:= 1.5 |
|
|
|
|
|||
z1 := 26 |
z2 := 26 z3 := 29 |
z4 := 29 z5 := 27 |
z6 := 27 z7 := 72 z8 := 26 z9 := 26 |
||||
z10 |
:= 72 |
z11 |
:= 26 z12 := 54 z13 := 54 z14 := 26 z15 := 36 z16 := 33 z17 := 33 |
||||
z18 |
:= 35 |
z19 |
:= 35 |
z20 := 1 z21 := 96 |
|
||
n := |
nдв z1 z3 z5 z8 z7 z10 z12 z14 z16 z18 z20 |
u |
|
||
|
z2 z4 z6 z9 z8 z11 z13 z15 z17 z21 z19 |
клинорем |
|
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Частота вращения передачи винт-гайка |
n = 126 min− 1 |
Выбираем винт с однозаходной трапецеидальной резьбой по таблице (В.А.Заплетухин. Справочник. "Конструирование деталей механических устройств". Машиностроение, Л Ленинград 1990г. стр 113)
и определяем его номинальный диаметр и шаг резьбы
Наружный диаметр винта |
d := 28mm |
Число заходов резьбы |
zp := 1 |
Шаг резьбы |
p1 := 5 mm |
Определяем средний и внутренний диаметры резьбы по номинальному диаметру и шагу резьбы
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Средний диаметр резьбы |
|
|
|
|
|
d2 := d − 0.5 p1 |
|
d2 = 25.5 mm |
|||||||||||
Внутренний диаметр резьбы |
|
|
|
|
|
d1 := d − p1 |
|
|
d1 = 23 mm |
||||||||||
Проверяем наш винт на прочность износостойкость и на устойчивость |
|||||||||||||||||||
|
|
Расчет на прочность |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ход винтовой линии |
|
S := |
p1 |
2 |
+ |
( |
π d2 |
)2 |
|
|
2 |
( |
|
)2 |
S = 80.266 mm |
||||
|
|
|
|
|
|
|
5 + |
|
π 25.5 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принимаем |
|
|
S := 80mm |
||||||
Угол подьема винтовой линии |
|
|
|
λ := atan |
p1 |
|
|
|
|
|
|
λ = 3.571 deg |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π d2 |
|
|
|
|
|
||||
Приведенный угол трения (при малых скоростях скольжения) |
ρ := 5deg |
||||||||||||||||||
Тяговое усилие |
|
Q := 2 π |
|
|
N |
|
sin(λ) |
cos(λ) |
|
|
Q = 408.34 kgms-2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
60n d2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
3.368 1000 1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 3.14 |
|
126 25.5 |
|
|
sin(3.571 deg) cos(3.571 deg) |
||||||||||||||
Q := 450 kg m s− 2
(При вычислении Mathcad автоматически переводит все единицы в СИ. В тригонометрияеских функциях если не указывать размерность угла, то значение считается в радианах )
КПД передачи при ведущем вращающемся звене пары
ηвп := |
tan(λ) |
|
tan(3.571deg) |
= 0.414 |
ηвп = 0.414 |
|
tan(λ + ρ) |
|
|
tan(3.571deg + 5deg) |
|||
С учетом дополнительных потерь в резьбе (из-за ошибок шага, |
|
|||||
радиального биения) и потерь в опорах |
|
|
||||
η' |
:= 0.925 tan(λ) |
η' = 0.383 |
|
|
||
вп |
tan(λ + ρ) |
вп |
|
|
||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Согласно рекомендациям приведенным в справочнике В.И. Заплетохина на стр. 135 а также в справочнике В.И. Анурьева (т. 2, стр 701) выбираем материал из которого будет изготовляться винт и гайка
материал для |
винта |
- |
сталь 40ХН |
материал для гайки |
- |
бронза Бр010Ф1 |
|
По справочнику В.И Анурьев (т. 1 стр. 110) определяем предел текучести материала винта
Предел текучести для стали 40ХН σ |
тек |
:= 1370 106kg m− 1 |
s− 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Допускаемое напряжение в материале винта |
|
||
(σ) := |
σтек |
(σ) |
= 4.567 × 108 kgm-1 s-2 |
|
|||
3 |
|
|
|
Расчетная площадь сечения винта |
|
||
F := 0.785 d12 |
0.785 232 = 415.265 |
F = 415.265 mm2 |
|
|
|
Принимаем |
F := 450mm2 |
Т.к. в Mathcad нет мегапаскалей, определим эту размерность с помощью переменной через паскали (Pa)
MPa := Pa 106
Приведенное напряжение винта, МПа
|
|
Q |
|
|
|
|
|
S |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
σпр := |
F |
1 + |
1.6 |
|
|
|
|
|
|
σпр = 11.53 MPa |
||||||
η' |
d1 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
вп |
|
|
|
|
|
|
|
||
450 |
|
|
|
|
|
80 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + |
1.6 |
|
|
|
|
= 11.531 |
|
|
|
|
||||
450 |
0.383 |
23 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Условие прочности выполняетя |
σ |
пр |
≤ (σ) |
= 1 |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
Оперетор "=" в Mathcad вычисляет значение выражения стоящего в левой части и отображает это значение в правую часть. В данном случае выражение в левой части имеет логический тип и значение отображаемое на экране означает его истинность(1) или ложность (0).
(Оператор ":=" в отличие от оператора "=" вычисляет значение выражения стоящего в правой части и сохраняет ег о в переменную стоящей в правой части выражения)
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
|
|
|
|
|
|
|
Расчет на износостойкость: |
|
|
|||
Рабочая высота витка резьбы |
|
|
|
|||||||||
t |
:= |
(d − d1) |
|
|
|
(28 − 23) |
= 2.5 |
t = 2.5 mm |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||
2 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Длина гайки |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
l := 2.5 d2 |
2.5 25.5 = 63.75 |
l = 63.75 mm |
l := 80mm |
|||||||||
Среднее давление на рабочих поверхностях резьбы, МПа |
|
|
||||||||||
qср |
:= |
|
1 Q S |
|
|
|
1 1850 115 |
= 5.304 |
qср = 2.247 MPa |
|||
π l d2 t2 |
zp |
|
3.14 100 36.5 3.5 1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
Допустимое значение среднего давления для стального винта и бронзовой гайки
определяем согласно В.И. Анурьев. "Справочник конструктора машиностроителя" т.2 стр.700
(q) := 12 MPa |
|
Условие износостойкости выполняется |
qср ≤ (q) = 1 |
Рассчет на устойчивость
Расчетный момент инерции поперчного сечения гайки
Jрасч := 0.1 d24 |
Jрасч = 4 × 104 mm4 |
Модуль упругости материала (В.И. Анурьев. т1. стр48)
E := 1.5 105MPa
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Критическая тяговая сила, Н
Pкр := |
π2 E Jрасч |
|
3.142 1.5 105 4 × 104 |
= 9.243 × 106 |
|
|||
l2 |
802 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Pкр = 9.781 × 106 newton |
|
||
Расчетный запас устойчивости |
|
|
|
|||||
|
nу := |
Pкр |
|
9.781 × 106 |
= 2.174 × 104 |
nу = 2.173 × 104 |
||
|
Q |
450 |
||||||
|
|
|
|
|
||||
Условие устойчивости выполняется |
nу ≥ 4 = 1 |
|
||||||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Приложение 6 Проектирование винтовой пары мехатронного модуля поступательного движения
Так как исходный механизм был с ручным приводом, то невозможно провести расчет по выходной мощьности, расчет проводится исходя из массовых и скоростных характеристик перемещаемого элемента.
Дано: m := 1000кг - масса передвигаемого элемента;
V := 15 |
мм |
V := 1 |
мм |
(не менее) |
|
|
|||
max |
с |
min |
с |
|
|
|
|
Выберем резьбу на расчитываемую винтовую пару
Наиболее подходящая трапециидальная однозаходная, профиль по ГОСТ 9484-81.
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Для более точного перемещения возьмем шаг резьбы
P := 3мм
Расчитаем тяговое усилие необходимое для передвижения блока
Передвигаемый элемент перемещается по опорам-направляющим скольжения.
κ := 0.25 - коэффициент трения опор-направляющих качения передвигаемого блока
Pб |
:= g m |
Pб = 9.807 кН |
g = 9.807 |
м |
|
|
с2 |
||||||
|
|
|
|
|||
N := Pб |
где, N - нормальная реакция, а Pб - вес блока |
|||||
При перемещении блока основная работа мехатронного модуля идет на преодоление сил трения, в нашем случае силы трения скольжения
Исходя из второго закона Ньютона получим уравнение
Q - тяговое усилие
Fтр := κ N |
Fтр = 2.452 кН |
|
|
Q := Fтр |
|
Q = 2.452 кН |
|
пусть |
Q := Q + 0.1кН |
Q = 2.552 кН |
|
z := 1 - число заходов резьбы
Найдем частоту вращения ротора модуля:
n |
max |
:= |
Vmax |
n |
max |
= 300 |
об |
||
P z |
|
мин |
|||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
n |
min |
:= |
Vmin |
n |
min |
= 20 |
об |
|
P z |
мин |
|||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
В винтовых механизмах диаметр ходового винта определяют из условия прочности, по энергетической теории прочности:
d3 ≥ 1.28 |
Q |
|
||
σр1 |
||||
|
|
|||
nТ := 5 |
- запас прочности, т. к. предполагаемый |
|||
|
диаметр будет меньше 30 мм |
|||
Выберем материал для винта - сталь 40ХН ГОСТ4543-71, с предварительно проведенной закалкой при температуре 820 °С в масле и отпуском при 500 °С в воде имеет предел текучести:
σТ := 785МПа
σр1 := |
|
σТ |
|
σр1 |
= 157 МПа |
|
|
nТ |
|||||
|
|
|
|
|
||
d3 := |
1.28 |
Q |
|
|
||
σр1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
d3 = 5.16 мм
Из полученного расчета видно, что диаметр винта должен быть больше 8мм.
Возьмем диаметр винта соответствующий выбранному шагу рекомендованные по ГОСТ 24738-81 (таблица), основные размеры определяет ГОСТ 24737-81:
d := 24мм
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
тогда наружный диаметр резьбы гайки: |
D1 |
:= d − P |
D1 = 21 мм |
а внешний диаметр гайки: |
D0 |
:= 1.5 d |
D0 = 36 мм |
диаметр муфты-ротора бутет равен |
|
Dмуфты:= 46мм |
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Расчетный момент на муфте равен:
Mрасч := Q |
D1 |
|
Mрасч = 26.792 Н м |
||||
2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетная мощность N |
:= M |
расч |
|
nmax 60 |
|||
|
|
||||||
|
|
расч |
|
|
9.55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nрасч = 0.842 кВт
Значение среднего диаметра:
d2 := d − 0.5 P |
d2 = 22.5 мм |
|
aс := 0.25мм |
- из ряда: |
|
h3 |
:= 0.5 P + aс |
h3 |
= 1.75 мм |
|
d3 |
:= d − 2 h3 |
d3 |
= 20.5 мм |
- внутренний диаметр резьбы |
d1 |
:= d3 + aс |
d1 |
= 20.75 мм |
- внутренний диаметр рабочей |
|
|
|
|
части резьбы |
S := P + π d2 |
S = 73.686 мм |
- ход винтовой линии |
||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Проверочный расчет на прочность:
Угол подъема винтовой линии резьбы:
tgλ := |
S |
|
tgλ = 1.042 |
|
π d2 |
||||
|
||||
|
|
|||
λ := atan(tgλ) |
λ = 46.19 ° |
|||
l - угол подьема винтовой линии
ρ := 6° r - приведенный угол трения
При малых скоростях скольжения приблизительно 0.01 м/с угол трения r = 6 .. 8° .
КПД передачи при ведущем вращающемся звене пары:
ηвп := |
tan(λ) |
ηвп = 0.809 |
tan(λ + ρ) |
С учетом дополнительных потерь в резьбе (из-за ошибок шага, радиального биения) и потерь в опорах:
η' |
:= |
0.925 tan(λ) |
η' = 0.748 |
|
tan(λ + ρ) |
||||
вп |
|
вп |
Допускаемое напряжение в материале винта, МПа:
σдоп := |
σТ |
σдоп = 261.667 МПа |
|
3 |
|||
|
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Расчетная площадь сечения винта:
F := 0.785 d |
2 |
F = 337.992 мм2 |
|
1 |
|
Требуемая мощность с учетом потерь:
Приведенное напряжение винта:
|
|
|
Q |
|
|
S |
|
2 |
|
σ |
пр |
:= |
|
|
1 + 1.6 |
|
|
|
σпр = 45.947 МПа |
F |
η'вп d1 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
σпр < σдоп
Данный винт удовлетворяет требованиям прочности.
Основным расчетом, служащим критерием работоспособности конструкции, является проверка на износостойкость винтовой пары с учетом невыдавливания смазочного материала из зазоров между боковыми поверхностями витков резьбы.
Рабочая длинна свинчивания расчитывается из условия:
l ≥ Q |
p1 |
|
|
π d H |
1 |
q1 |
|
|
2 |
|
q1 := 5 МПа - допускаемое удельное давление в винтовой паре из таблицы.
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
H1 := 0.5 P |
|
d2 = 22.5 mm |
|
l := Q |
|
P |
d = 24 mm |
π d H q1 |
|||
2 |
1 |
|
|
l = 14.439 mm
Для большей надежности и устойчивости принимаем длину гайки
равной:
l := 210mm
Материал гайки: БрОФ10-1 по ГОСТ 5017-74, отожженная, предел прочности 450 МПа.
|
|
(d − d |
) |
|
t2 |
:= |
1 |
|
t2 = 1.625 мм - рабочая высота витка резьбы |
2 |
|
|||
|
|
|
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
q := |
Q S |
|
|
|
|
|
|
π d l t |
2 |
z |
|
|
2 |
|
q = 7.795 МПа - среднее давление на рабочих поверхностях резьбы Допускаемые средние давления приведены в таблице:
Видно что расчитанная винтовая пара удовлетворяет требованиям износостойкости.
Расчет на устойчивость:
L := 700мм |
- длина винта |
В данной конструкции винт прочно заделан в опоре, а масса модуля действует на опору-направляющую, поэтому его не нужно проверять на устойчивость.
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Необходимо проверить вращающийся элемент гайку:
i := |
|
d |
i = 6 мм - радиус инерции поперечного сечения стержня |
||
4 |
|||||
|
|
||||
ω := |
|
l |
|
ω = 35 |
|
|
i |
||||
|
|
|
|||
Тело гайки проверяют на устойчивость в зависимости от вида нагружения по формуле Ясинского, но при ω < 60 расчет на устойчивость является излишним.
Необходимо определить длинну заделки опор винта: Определяем диаметры опор:
dоп1 := 20мм |
dоп2 := 20мм |
|||
λоп := 4 |
|
- хараутеристика неподвижно заделанной опоры |
||
|
|
|
винта |
|
lоп1 := dоп1 λоп |
lоп1 = 80 мм |
|||
lоп2 := dоп2 λоп |
lоп2 = 80 мм |
|||
берем |
lоп := 80мм |
|||
Выбор параметров электропривода: |
||||
N := |
Nрасч |
|
N = 1.125 кВт |
|
|
||||
|
η' |
|
|
|
|
вп |
|
|
|
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Сделав некоторый запас, выбираем асинхронный привод на основе которого конструируется модуль:
N |
двиг |
:= 1.5кВт |
n |
двигmax |
:= 750 |
об |
|
мин |
|||||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Данный модуль управляется частотным преобразователеминвертором, что обеспечивает заданный диапазон управления частотой вращения двигателя несмотря на то, что предельная
частота двигателя 750 миноб ограничитель частоты не позволяет
частотному преобразователю превысить допустимое значение
300 миноб .
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Приложение 7 Проектирование моторшпинделя
Расчет максимальной осевой (вертикальной) нагрузки на вал:
Материал абразивного червяка Сталь 40Х ГОСТ 4543
ρ |
ст |
:= 7800 |
кг |
D |
ч |
:= 200мм |
h |
ч |
:= 63мм |
|||
м3 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Dч2 |
|
|||
Наибольшая масса червяка : |
Mч := π |
hч ρст |
||||||||||
|
4 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Mч = 15.438 кг
Дополнительное усилие при зажиме шестерни в центрах:
Pдоп := 2 Mч |
|
|
|
Pдоп = 30.876 кг |
|
|
||
Осевая нагрузка на вал: F |
x |
:= |
(P |
доп |
+ M ) g |
F |
x |
= 454.179 Н |
|
|
|
ч |
|
|
|||
Из паспорта станка: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Мощность двигателя привода: |
|
Nдвиг := 3000 Вт |
|
|||||
КПД привода: ηзубпар := 0.97 |
−КПД |
зубчатой пары |
||||||
ηподшип := 0.98 |
−КПД |
подшипника |
||||||
u := 2 |
|
|
|
|
−количество |
зубчатых пар |
||
u' := 4 |
|
|
|
|
−количество |
подшипников |
||
η := (ηзубпар)u (ηподшип)u' |
|
η = 0.868 |
||||||
Наибольшая мощность на валу:N := η Nдвиг |
|
|
N = 2.604 × 103 Вт |
|||||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Наибольшая частота вращения вала: n |
в.макс |
:= 1500 мин− 1 |
|
|
Наименьшая частота вращения вала: nв.мин := 1000 мин− 1
Теоретически максимальный крутящий момент:
Tт := 9.55 |
|
N |
Tт = 0.025 кН м |
|
60 |
nв.мин |
|||
|
|
Усилие, с которым соприкасаются поверхность червяка и зубья шестерни:
|
|
Pшлиф := g Mч |
Pшлиф = 151.393 Н |
||||||||
Максимальный момент, возникающий на валу, при его вращении |
|||||||||||
с учетом потерь на трение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
T |
в |
:= 2 P |
|
|
|
Dч |
T |
в |
= 30.279 Н м |
||
|
|
2 |
|
||||||||
|
шлиф |
|
|
|
|
|
|||||
Мощность на валу: N := |
Tв |
|
60 |
nв.макс |
|
N = 4.756 × 103 Вт |
|||||
9.55 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Проектировочный расчет вала.
Исходные данные:
Мощность: N = 4.756 × 103 Вт
Максимальная частота вращения: nв.макс = 1.5 × 103 мин− 1
Расчетный (максимальный) момент: Tв = 30.279 Н м
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Силы, действующие в зацеплении:
Окружная сила (максимальная): Ft := |
2 Tв |
|
Ft = 302.8 Н |
||
Dч |
|||||
|
|
|
|||
Радиальная сила (максимальная): |
Fr := Pшлиф |
Fr = 151.4 Н |
|||
Максимальная осевая нагрузка на вал |
|
Fx = 454.2 Н |
|||
мехатронного модуля (осевая сила): |
|
||||
Так как вал работает только на сжатие и кручение, то и рассматривать будем только эти силы:
Материал вала - сталь: 40Х, улучшение.
Допускаемое напряжение на изгиб для вала: σи := 95 МПа
σи
Допускаемое напряжение кручения для вала: τк := 2
|
3 |
|
|
|
|
|
|
Tв |
|
|
|
Проектировочный расчет на кручение: |
d := 5 |
|
d = 14.716 мм |
||
τк |
|
||||
|
|
|
|
|
|
Принимаем диаметр вала d := 30 мм |
|
|
|
|
|
Проверочный расчет вала на сопротивление усталости при кручении:
Предел прочности на растяжение: σв := 1000 МПа
Предел выносливости при кручении: τ1 := 0.4 σв
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении:
Kτ := 1.6
Амплитуда циклов при кручении: τa := τк
Коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (масштабный фактор):
Kd := 0.77
Коэффициент влияния поверхностного упрочнения:
Коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений:
|
|
ψτ := 0.05 |
|
|
|
|
|
|
|||
Среднее напряжение циклов при кручении: |
τm := |
|
1 |
τк |
|||||||
2 |
|||||||||||
Коэффициент запаса прочности при кручении: |
|
|
|
||||||||
sτ := |
|
|
|
|
τ1 |
|
|
|
|
|
|
|
K |
τ |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ |
|
+ ψτ τm |
|
|
|
|
|||
|
K K |
|
|
|
|
||||||
|
|
d |
|
v |
|
|
|
|
|
|
|
sτ = 6.362 |
|
s := sτ |
|
|
|
|
|||||
Допускаемый коэффициент запаса: |
sдоп := 1.5 |
s > sдоп |
|||||||||
Следовательно вал имеет многократный запас прочности на усталость.
Проверочный расчет подшипников качения на долговечность:
Берем подшипник 7305:
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
d := 25 мм |
α := 15° |
C := 29.0376 кН |
C0 := 20.5029 кН |
|||||||||
Требуемая (эквивалентная) долговечность: |
|
|
|
|
|
|||||||
(расчет на 10 лет) |
|
LЭ := 79 108 об |
|
|
||||||||
Коэффициент радиальной нагрузки: |
X := 0.4 |
|
|
|||||||||
Коэффициент осевой нагрузки: |
Y := 0.4 cot(α) |
Y = 1.493 |
||||||||||
Коэффициент вращения: |
|
V := 1.3 |
|
|
|
|
|
|
||||
Радиальная нагрузка: |
|
|
Fr := 150 Н |
|
|
|
|
|
|
|||
Вес вала: |
P := π |
(d)2 |
600 мм ρ |
ст |
g |
|
|
P = 22.529 Н |
||||
|
|
|
|
|||||||||
|
в |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальная осевая нагрузка на подшипник: |
|
|
|
|||||||||
|
Fa := Fx + Pв |
Fa = 476.708 Н |
|
|
||||||||
Коэффициент безопасности: |
Kб := 1.3 |
|
|
|
|
|
||||||
Приведенная нагрузка: |
|
P := (X V F + Y F ) K |
б |
P = 1.027 кН |
||||||||
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
a |
|
|
Коэффициент качества подшипника: |
Kкач := 20 |
|
|
|||||||||
Для роликоподшипника: |
m' := 3.3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
C K |
|
|
m' |
|
|
|
Долговечность подшипника: |
L := |
|
кач |
|
|
L = 1.21 × 109 об |
||||||
P |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |