Расчет вала машины на жесткость и прочность

 

Вал машины должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать все механические нагрузки без появления остаточных деформаций. Иметь достаточную жесткость, чтобы при работе двигателя из-за прогиба вала ротор не задевал внутреннюю поверхность статора при малой величине воздушного зазора. Критическая частота вращения вала, вызывающая поперечные и крутильные резонансные колебания, должна быть достаточно удалена от рабочей частоты вращения вала.

Вал спроектированного двигателя, показанный на рис.21, имеет ступенчатую цилиндрическую форму. Число ступеней вала соответствует числу узлов машины, размещенных на валу: магнитопровод ротора, левый и правый подшипники качения, свободный конец вала с упругой муфтой для соединения с производственным механизмом. Размеры свободного конца вала выбираем по [1]: диаметр – 75 [мм], ширина шпонки - 20 [мм], длина шпонки - 12 [мм], наибольшая величина вращающего момента при продолжительности режима

работы – 1000 [Н*м].

Жесткость вала характеризует его прогиб под действием радиальных сил. Основная из них – вес сердечника ротора. Прогиб определяют на участке вала с сердечником ротора и сравнивают с допускаемым. Масса стали сердечника ротора состоит из массы ярма и массы зубцов ротора. Массу стали в ярме найдем:

m_я2=K_с*V_я2*р₂; V_я2=S_я2*l_я2;

S_я2 [м²];

V_я2= [м³]

m_я2= [кг];

m_я2=25. [кг].

Массу стали в зубцах ротора найдем по формуле:

m_z2=K_с*V_z2* ₂= [кг];

V_z2=S_z2*l_я2*z₂= [м³];

S_z2=в_z2*h_z2= [м²]; в_z2=4.2 [мм]; h_z2=h_п2=49 [мм];

m_z2=8.7 [кг].

Масса сердечника ротора:

m₂=m_я2+m_z2= [кг].

Масса вала машины: m_в=V_в* ₂= [кг];

V_в = S_в*l_в= [м³];

S_в=p d_в²/4= [м²].

Масса ротора вместе с валом: m_р=m₂+m_в=33.8+3.4=37.2 [кг]. Сила тяжести ротора, приложенная посредине между опорами подшипников: G_p=9.81*m_р= [H]. Расчет прогиба вала посредине магнитопровода ротора от действия силы G_p показал, что расчетный прогиб вала не превышает 10% от величины воздушного зазора (0.267 [мм]). Вал будет изготовлен из стали марки Е=2.06*10¹¹[Па], предел текучести – 3600*10⁵ [Па]; допустимое напряжение материала - 252*10⁶ [Н/м²].

Вал машины испытывает одновременное воздействие напряжений кручения и изгиба. Напряжение материала вала находим, учитывая сложное воздействие:

s_в=Ö s_и²+4(at)²[Н/м²]; где s_и - напряжение изгиба вала, Н/м². Напряжение от изгиба вала: s_и [Н/м²]. Напряжение при кручении вала: t [Н/м²], где коэффициент нагрузки к=2. Тогда: s_в [Н/м²].

Выбранный вал удовлетворяет требованиям по прочности, так как напряжение материала от кручения и изгиба ниже допустимого(252*10⁶ [Н/м²]). Допустимое напряжение составляет 0.7 от предела текучести для ст.45.

Расчет и выбор подшипников

 

По данным 1 выбираем подшипники. Принимаем шарикоподшипники радиальные однорядные легкой серии. Шарикоподшипник показан на рис. 22. Его параметры: марка 211, диаметр под вал - 75 [мм], внешний диаметр - 130 [мм], ширина – 25 [мм], динамическая грузоподъемность - С=56000 [Н], статическая грузоподъемность - С₀=44500 [Н], максимальная частота вращения - 4000 [мин^-1], левый и правый подшипники одинаковые. На рис. 22 приведена схема для определения радиальных реакций в подшипниках.

Из уравнений равновесия сил относительно опор А и В находим радиальные реакции в подшипниках: R_a(a+в)-G_p*в=0; R_в(a+в)-G_p*в=0; a=в=126.24 [мм];

G_p=553.53 [H];

R_a=G_p*в/(a+в); R_в=G_p*в/(a+в); R_а= [H]; R_в= [H]. Приведенную динамическую нагрузку принимаем Q= к*R [H], где для машины общепромышленного назначения к=2. Тогда Q=553.53 [H].

 

8.3 Выбор муфты для соединения рабочего конца вала с приводным механизмом

 

Для соединения рабочего конца вала двигателя (с диаметром d=80 [мм]) с валом приводного механизма по 1 выбираем из табл.11 упругую муфту типа МУВП7. Муфта показана на рис.24. Основные данные выбранной муфты: максимальный вращательный момент - 1324 [Hм]; минимальный диаметр под вал - 40 [мм]; максимальный диаметр под вал – 50 [мм];

наружный диаметр муфты – 225 [мм]; диаметр, проходящий через оси соединительных пальцев - 160 [мм]; диаметр пальца – 24 [мм]; число пальцев - 8; осевая длина одной из составляющих муфты (всего две части муфты) - 112 [мм].

Поперечную силу F_n, отражающую воздействие соединительной муфты на вал двигателя и приложенную к рабочему концу вала, найдем из выражения:

F_n=К_п*М_ном/R[H], где М_ном- номинальный вращающийся момент на валу двигателя, [Hм]; степень воздействия упругой муфты- К_п=; радиус осей соединительных пальцев – R= [мм]; F_n= [H]. Эта сила создает дополнительный прогиб вала посреди участка с магнитопроводом. Первоначальное смещение ротора происходит из-за неточности обработки деталей, износа подшипников в процессе эксплуатации, прогиба вала от действия силы веса ротора вместе с валом. При расчете реакций опор в подшипниках R_в и R_а следует учитывать влияние силы F_n на величину радиальных усилий. Расчет этих усилий с учетом F_n показал, что нагрузка подшипников не превышает допустимой.

 

ВЫВОДЫ

 

1. Разработана конструкция, рассчитаны линейные размеры деталей, определены электрические, магнитные и механические нагрузки материала деталей асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Сводные расчетные параметры спроектированного двигателя: U_1фном=220 В; Cos _1ном=; Р_2ном=18

кВт; I_1фном= А; n_ном= мин^-1; _ном= %; осевая длина двигателя с рабочим концом вала- l₃₀= мм; наружный диаметр станины- d₃₀= мм; длина рабочего конца вала – l₁= мм; высота оси вращения от фундамента- h= мм. Спроектированный двигатель по своим параметрам не уступает серийно выпускаемому той же мощности и соответствует всем отраслевым стандартам.

2. При разработке конструкции применены современные проводниковые, магнитные, электроизоляционные и конструктивные материалы, что позволило сохранить габаритные и установочно – присоединительные размеры спроектированного двигателя в пределах серийного выпускаемого.

3. Результаты электромагнитного, вентиляционного, теплового и механического расходов двигателя подтверждают работоспособность, долговечность и эксплутационную надежность спроектированного двигателя.

4. Рабочие и пусковые характеристики спроектированного двигателя соответствуют типовым характеристикам и удовлетворяют требованиям к предельным значениям вращающего момента и пускового тока, а также параметрам двигателя при номинальной механической нагрузке на валу.

 

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

 

1. Проектирование электрических машин: Учеб. Пособие для вузов /

И. П. Копылов, Ф.А. Горямнов, Б.К. Клоков и др.; Под ред. И.П. Копылова- М.: Энергия. – 1980. – 496 с.

2. Проектирование электрических машин: Учеб. Пособие для вузов /

И. П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев;

Под ред. И.П. Копылова- 3-е изд. испр. и допл.-М.: Высшая школа./- 2002. – 757 с.

3. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболецкая. – М.: Энергоиздат.-1982.-504 с.

4. Справочник по электрическим машинам/ Под ред. И.П. Копылова; Б.К. Клокова.- М.: Энергоатомиздат.-1988.- 456 с.

5. Калинкин В.С. и Карельская Н.Т. Курсовое проектирование по технологии электромашиностроения: Учеб. Пособие для техникумов.-М.: Высшая школа.-1989.- 360 с.

6. Кацман М.М. Расчет и конструирование электрических машин: Обмоточные данные. Ремонт.Модеонизация: Справочник.-М.: Энергоатомиздат.-1984.-360 с.

7. Петриков Л.В. Корначенко Г.Н. Асинхронные электродвигатели: Обмоточные данные. Ремонт.Модеонизация: Справочник.-М.: Энергоатомиздат.-1988.-496с.

8. Автоматизированное проектирование электрических машин: Учеб. Пособие для вузов / Под. Ред. Ю.Б. Бородулина.-М.: Высшая школа.-1989.-309с.

 

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Электрические машины»: с., разделов 8, рис. 9, табл. 1, перечень ссылок из 8 наименований.

Объектом курсового проекта явился асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для применения во всех отраслях промышленности Украины.

Предметом проекта явились расчетные параметры асинхронного двигателя, характеризующие основные размеры его деталей и конструктивное устройство, электрические, магнитные и механические нагрузки деталей, позволяющие изготовить работающую и надежную электрическую машину.

Целью курсового проекта явилась разработка конструкции двигателя, соответствующую исходным данным, учитывающей состояние современного отечественного и зарубежного электромашиностроения, требования к конструктивному исполнению и технологии промышленного изготовления машин, обеспечивающей высокую степень использования активных и конструктивных материалов, минимальную стоимость двигателя при заданной долговечности.

В курсовом проекте разработано: конструктивное исполнение деталей, их линейные размеры при заданных или рассчитанных нагрузках; выбраны материалы для отдельных деталей; просчитаны электрические, магнитные и механические нагрузки материала всех деталей, которые сопоставлены с предельно допустимыми; сделан вентиляционный и тепловой расчеты машины; проверена степень использования электрической энергии при ее преобразовании в механическую энергию.

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ, ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК, АСИНХРОННЫЙ КОРОТКОЗАМКНУТЫЙ РОТОР, КОНСТРУКЦИЯ, РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ с:

ВВЕДЕНИЕ_{------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------}2

1 ВЫБОР ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И ЭЛЕКТРОМАГИТНЫХНАГРУЗОК_-----------3

1.1 Выбор внешнего и внутреннего диаметра статора, электромагнитных нагрузок, длины статора и ротора_{---------------------------------------------------------------------------------------}

1.2 Расчет конструктивных параметров обмотки статора_{------------------------------------------}

1.3 Уточнение ранее принятых параметров статора_{-----------------------------------------------------}

1.4Форма и размеры паза статора, заполнение паза_{------------------------------------------------------}

1.5Расчет конструктивных параметров ротора_{----------------------------------------------------------------}

1.6 Форма и размеры паза ротора, заполнение паза_{-------------------------------------------------------}

1.7 Уточнение ранее принятых параметров ротора_{-------------------------------------------------------}

1.8 Расчет размеров короткозамыкающего кольца_{---------------------------------------------------------}

2 РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ МАШИНЫ_{---------------------------------------------------------------------------}

2.1Эскиз магнитной цепи, линейные размеры участков_{----------------------------------------------}

2.2Расчет магнитных напряжений на участках магнитной цепи_{------------------------------}

2.3 Определение намагничивающего тока_{-------------------------------------------------------------------------}

3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ФАЗЫ МАШИНЫ_{----------------------}

3.1Расчет активного сопротивления фазы обмотки статора_{---------------------------------------}

3.2 Расчет активного сопротивления фазы короткозамкнутого ротора_{------------------}

3.3 Расчет индуктивного сопротивления фазы обмотки статора_{------------------------------}

3.4 Расчет индуктивного сопротивления обмотки ротора_{-------------------------------------------}

3.5 Определение индуктивного сопротивления взаимной индукции_{---------------------}

3.6 Относительные значения найденных параметров_{---------------------------------------------------}

4 РАСЧЕТ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ_{-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------}

4.1 Электрические потери мощности в обмотках статора и ротора_{-------------------------}

4.2Основные потери мощности в стали сердечника статора_{--------------------------------------}

4.3Расчет добавочных потерь мощности в стали машины_{------------------------------------------}

4.4Механические и вентиляционные потери мощности_{----------------------------------------------}

4.5Добавочные потери мощности при номинальной нагрузке_{----------------------------------}

4.6Определение коэффициента полезного действия, тока холостого хода двигателя_{----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------}

5 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ_{-----------------}

5.1 Исходные параметры для расчета характеристик_{----------------------------------------------------}

5.2 Последовательность расчета необходимых параметров_{---------------------------------------}

5.3 Расчет параметров для номинальной нагрузки на валу_{-----------------------------------------}

5.4 Расчет и построение пусковых характеристик двигателя_{-------------------------------------}

6 ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТ_{---------------------------------------------------------------------------------------------------}

6.1 Выбор системы вентиляции_{---------------------------------------------------------------------------------------------}

6.2 определение основных параметров вентиляционной системы_{---------------------------}

7 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МАШИНЫ_{------------------------------------------------------------------------------------------------}

7.1 Перепад температуры по толщине изоляции обмотки статора_{--------------------------}

7.2 Превышение температуры сердечника и обмотки статора_{----------------------------------}

7.3 Превышение температуры сердечника и обмотки ротора_{------------------------------------}

8 МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ КОНСТРУКЦИИ_{-----------------------------------------------}

8.1 Расчет вала машины на жесткость и прочность_{------------------------------------------------------}

8.2 Расчет и выбор подшипников_{-----------------------------------------------------------------------------------------}

8.3 Выбор муфты для соединения рабочего конца вала с приводным механизмом ____________________________________________________________

ВЫВОДЫ_{--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------}

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК_{---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------}

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

⇐ Предыдущая123

Поделиться:

Популярное:

1. Алекс подошла ко мне, обняла, а после поцеловала.
2. Анализ существующего технологического процесса восстановления лапы посевной машины
3. Армия во главе с главнокомандующим Вернером фон Блормбергом, в свою очередь, потребовала устранения Рема
4. Беспокойство — это тренировка будущего провала
5. В войнах XV — XVI вв. развивалась тактика русского войска, что было связано с изменением его состава и структуры и появлением новых средств борьбы.
6. В Калягине русская рать насчитывала до 15 тыс. человек и 18 августа 1609 г. на р. Жабне разбила сильный отряд Яна Сапеги.
7. В ночь на 28 апреля по приказанию Святослава вокруг Доростола был выкопан глубокий ров, чтобы осаждающие не могли близко подойти к крепостной стене и установить свои осадные машины.
8. Василий сидел на диване. Некрасивая, с искаженным лицом, взвинченная Мария рассказывала, как ее прокатили, подставили, с головой уйдя в свои переживания.
9. Возрастные показатели плодовитости по возрастным интервалам
10. Глава 11: Могила предка должно быть уже взорвалась.
11. Государственная экзаменационная комиссия рекомендовала для промышленного внедрения
12. Для борьбы с набегами татар увеличивалась численность донского казачества и организовывались его нападения на ногайские и крымские улусы.