Механический расчет

1.11 Механический расчет

Электрические машины общего назначения в большинстве случаев выполняют с горизонтальным расположением вала. В этом случае вал несет на себе всю массу вращающихся частей, через него передается вращающий момент машины. При сочленении машины с исполнительным механизмом (для двигателя) или с приводным двигателем (для генератора) через ременную или зубчатую передачу, а также и через муфту на вал действуют дополнительные изгибающие силы. Кроме того, на вал могут действовать силы одностороннего магнитного притяжения, вызванные магнитной несимметрией, усилия, появляющиеся из-за наличия небаланса вращающихся частей, а также усилия, возникающие при появлении крутильных колебаний. Правильно сконструированный вал должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать все действующие на него нагрузки без появления остаточных деформаций. Вал должен также иметь достаточную жесткость, чтобы при работе машины ротор не задевал о статор. Критическая частота вращения вала должна быть значительно больше рабочих частот вращения машины. При критической частоте вращения вынуждающая сила небаланса имеет частоту, равную частоте собственных поперечных колебаний вала (т.е. наступает явление резонанса), при которой резко увеличиваются прогиб вала и вибрация машины.

Валы изготовляют из углеродистых сталей, преимущественно из стали марки 45. Для повышения механических свойств сталей их подвергают термической обработке.

Размеры вала определяют при разработке конструкции. Валы имеют ступенчатую форму с большим диаметром в месте посадки магнитопровода ротора. Число ступеней вала зависит от количества узлов машины, размещаемых на нем (магнитопровод, коллектор, подшипники, вентилятор, контактные кольца и т.д.). При переходе с одного диаметра вала на другой для предупреждения недопустимой концентрации напряжений в местах переходов должны быть предусмотрены закругления (галтели) максимально возможного радиуса. Отношение радиуса галтели к диаметру вала должно быть больше 0,05. По этой же причине не следует применять отношение диаметров соседних ступеней вала более 1,3. Иногда для фиксации положения пакета магнитопровода ротора на валу предусматривается упорный буртик. Диаметр вала, см, в той его части, где размещается магнитопровод, предварительно можно выбрать по формуле:

где  – номинальная мощность, кВт;

 – номинальная частота вращения ротора, об/мин;

 – коэффициент, значение которого принимаем по рекомендациям [2, c.231] равным .

Тогда

.

По рекомендациям [3, с.78] принимаем основные размеры: a=53,5 мм; d₃=80 мм; d₂=65 мм; L₁=458 мм; L₂=229 мм; а₁=53,5 мм.

Размеры свободного конца вала выбираем в соответствии с ГОСТ 18709-73 и ГОСТ 20839-75 по табл. 11.1 ([1, с.233]): , .

Принимая, что ротор асинхронного двигателя представляет собой сплошной цилиндр с плотностью 8300 кг/м³, его массу можно определить по формуле:

Имеем

.

Прогиб определяем по формуле:

Тогда

.

Электрическая машина сочленяется с исполнительным механизмом одним из указанных способов: через ременную передачу, зубчатую передачу или через упругую муфту. При работе машины возникают поперечные силы , приложенные к выступающему концу вала и соответственно вызванные натяжением ремня, давлением на зубец шестерни или же неточностью сопряжения валов и изготовлением деталей муфты.

Эту силу  можно определить по формуле:

где  – номинальный вращающий момент, :

 – коэффициент, принимаем равным , при условии передачи упругой муфтой;

 – радиус делительной окружности шестерни или радиус по центрам пальцев муфты или окружности шкива, м.

Получим:

; .

Вал разбиваем на три участка: a, b и с.

По табл. 11.3; 11.4 [2, с. 236]:

;

;

.

Прогиб вала, м, под действием силы  на участке, соответствующем середине магнитопровода, равна:

где  – модуль упругости;

Тогда

.

Сила  вызывает дополнительный прогиб вала под серединой магнитопровода:

.

Первоначальное смещение ротора:

.

Силу одностороннего магнитного притяжения определяем по формуле:

.

Сила  вызывает дополнительный прогиб вала, который пропорционален прогибу  от силы тяжести:

.

Установившийся прогиб под действием силы магнитного притяжения:

.

Результирующий прогиб вала определяется для наихудшего случая:

,

эта величина составляет 0,266 % от d, что является допустимым.

Критическую частоту вращения находим по приближённой формуле:

.

В расчёте на прочность принимаем коэффициент перегрузки  [2, с. 239].

Напряжение на свободном конце вала в сечении А:

где  – изгибающий момент;

 – момент сопротивления при изгибе;

Окончательно:

;

;

.

Напряжение на свободном конце вала в сечении B:

где  – изгибающий момент;

 – момент сопротивления при изгибе;

Окончательно:

;

;

.

Напряжение на свободном конце вала в сечении C:

 – момент сопротивления при изгибе;

Окончательно:

;

;

.

Напряжение на свободном конце вала в сечении D:

где  – изгибающий момент;

 – момент сопротивления при изгибе;

;

;

.

Напряжения во всех сечениях не превышают предела текучести  для стали марки 45.

Выбор подшипников.

Для определения радиальной нагрузки на подшипники  и  будем исходить из наихудшего случая.

.

Приведённая динамическая нагрузка равна:

где  – коэффициент учитывающий характер нагрузки двигателя.

;

.

Динамическая грузоподъёмность:

где  – требуемый срок службы.

;

.

Выбираем шарикоподшипники радиальные однорядные по ГОСТ 8339-75.

ОПОРА A:

ОПОРА В:

Похожие работы

Электродвигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором мощностью 200 КВт

Скачать

45925

11

16

... валу предусматривается упорный буртик. Диаметр вала, см, в той его части, где размещается магнитопровод, предварительно можно выбрать по формуле: где  – номинальная мощность, кВт;  – номинальная частота вращения ротора, об/мин;  – коэффициент, значение которого принимаем по рекомендациям [2, c. 231] равным . Тогда . По рекомендациям [3, с. 78] принимаем основные размеры: a=67,5 мм; ...

Проектирование механизма подъема груза мостового крана

Скачать

26563

12

12

... геометрических параметров каната; - выбор схемы и способа крепления конца каната на барабане; - выбор подшипников и их проверочный расчет 2.2 Выбор схемы полиспаста Расчет механизма подъема груза начинают с выбора схемы полиспаста с учетом грузоподъемности и типа крана (по таблице 1 [1]). Для проектируемого крана грузоподъемностью Q = 10т m = 2 Рисунок 2.1 – Схема полиспаста крана ...

Проектирование двухскоростного асинхронного двигателя для привода деревообрабатывающих станков

Скачать

116051

16

7

... из строя эл. двигателя. вспомо- гатель-ная. Защитные крышки, кожухи, эмали, лаки. Конструк- ционные материалы, краски, лаки, эмали. Таблица 7.1. СФА АД Система асинхронного двигателя для структурно-функционального анализа представлена на рис. 7.2.   Рис. 7.2. Схема для СФА Матрица механической связи основных элементов структуры асинхронного электродвигателя приведена ниже в ...

Расчет трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на мощность 45 киловатт

Скачать

32960

58

9

... на вале ротора, далее, посредством щеточного контакта, к обмотке ротора можно подключить пусковой реостат. В данном курсовом проекте речь пойдет о трехфазном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором. 1.  АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР   1.1  Современные серии электрических машин В 70-е годы была разработана и внедрена серия электродвигателей 4А, основным критерием при проектировании которой ...