за наличия небаланса вращающихся частей а так же усилия возникающие при появлении крутильных колебаний.



Бесплатно
Узнать стоимость работы
Рассчитаем за 1 минуту, онлайн
Работа добавлена на сайт TXTRef.ru: 2019-10-29

Механический расчёт вала.

Электрические машины в большинстве случаев выполняют с горизонтальным расположением вала. В этом случае вал несёт на себе всю массу вращающихся частей, через неге передаётся вращающий момент машины. Кроме того, на вал могут действовать силы одностороннего магнитного притяжения, вызванные магнитной несимметрией, усилия, появляющиеся из-за наличия небаланса вращающихся частей, а так же 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 так же иметь достаточную жёсткость, 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.

Вал изготавливается из углеродистой стали, преимущественно из стали марки ^45. Для повышения механических свойств сталей их подвергают термической обработке.

Размеры вала определяют при разработке конструкции. Вал имеет ступенчатую форму с большим диаметром в месте посадки магнитопровода ротора. Число ступеней зависит от количества узлов машины, размещаемых на нём. При переходе с одного диаметра вала на другой для предупреждения недопустимой концентрации напряжений в местах переходов должны быть предусмотрены закругления максимально возможного радиуса.

Окончательные размеры вала устанавливаются после его расчётов на жёсткость и прочность.

ФЮРА.525.000.000.ПЗ

лит

Масса

Масштаб

Изм Лист

№докум.

Подпись

т

Разработал

Катаев ПФ

{^я/у^-

ИМСЛопИЧСиКИИ pCHrf~lt»l

Консулы

Айкина СС

JT^T/^y-

t?>.K£u

ЛистЗ^

Листов'9

Руковод.

Жадан ВА

А7^

^СПЬ

ТПУ АЭМФ гр. 7351

Механический расчет вала:

Вал является одной из наиболее ответственных деталей машины. Вал изготавливается по системе вала, так как инструмент необходимый для обработки и контроля вала гораздо дешевле, чем отверстия. Механический расчет вала состоит из расчета на прогиб и на прочность вала.

Исходные данные для расчета вала неа прочность и на прогиб:

Р„ := 2.5  (Вт) - Номинальная мощность двигателя

об

П< := 750

\^МИН^

D^ = 0.151   (М) 1^ = 0.2    (М)

8 := о^-кг-^м)

- Синхронная частота вращения

Наружный диаметр ротора Длина сердечника ротора где величина воздушного зазора

Расчет авла на прогиб

R в

Ь                            а

F п G р + Т о

L

R а

Частота вращения вала

• «• hJB^«—k*^4^ •WI Ь^ЪЯЛ 1«Л , ,.

п

"-rf1-8»^ 750 •(!-0.096) = 678 f———]

н •'

' \ "/ ^мин/

Fn - Радиальная сила соединительной муфты от неточности изготовления ее частей и смещением вала при номинальном вращающем моменте тв - Вес ротора, включая вес вала под пакетом ротора Номинальный вращающий момент ( 9 -18 [1])

•ч                     ^ с

Н 2.5 ,„ ,

М„ := 9550

—= 9500-——=35.029 (Н-м)

П., 678

Н

Масса ротора в сборе :

П1р := 6500 -D^2 1^ = 6500 0.1512-0.2 = 29.641   (КГ)

Нагрузка на вал от собственного веса ротора принимается сосредоточенной в

одной точке посередине сердечника.

В действительности эта нагрузка является не сосредоточенной, а распределенной

Соединение двигателя с приводом осуществляется через упругую втулочно-пальцевую муфту с диаметром по центру пальцев

D^ := 84 •lO--'(M)

участка

d.-

J,

У|

Yi3

у.Чу-)3

yi4yi-03

Ji

Левая

М4

м3

м3

„-i

часть

М

М

М

1

0.045

2.013-10" 7

0.013

2.197-Ю-6

2.197-Ю-6

10.915

2

0.054

4.174-10" 7

0.063

2.5-Ю-4

2.478-Ю-4

593.8

3

0.063

7.733-Ю-7

0.085

6.141-Ю-4

6.119 •10~4

791.349

4

0.06

6.392 10-7

0.2

8-Ю-3

6.184 Ю-3

9.721-Ю3

Yi2

У.2-(У-.)2

У,2-(У.-.)2

Ji

м2

м1

м 2

1

1.69 •Ю~4

1.69-Ю-4

839.589

2

3.968-Ю-3

3.8-Ю-3

9.104 Ю3

3

7.225-Ю-3

3.256- Ю-3

4211

4

0.04

0.033

5.152 Ю4

Правая часть

d, м

Ji

м4

^ М

X,3

М3

^-(х,-,)3 м3

х^-Сч-.)3

Ji

лп

1

0.045

2.013-10" 7 0.013

2.197-Ю-6

2.197-Ю"6

10.915

2

0.054

4.174-10" 7

0.063

2.5-10" 4

2.478-Ю-4

593.8

3

0.06

6.392 •10~7

0.2

8-Ю-3

7.75-Ю-3

1.128- Ю4

S'a = 1.278 х Ю4 1) S'b = 1.235 х Ю4 - 1) s'q = 1.455 х Ю5 1)

•2G

Поперечные силы приложенные к выступающему концу вала, приложенные к выступающему концу вала и соответственно вызванные давлением на зубец шестерни ( 9 -17 [1])

k„ := о.з - коэффициент при передачи упругой муфтой.

_     .       Н            35.03              / > • \ F„ := k„ -т——^- = 0.3———— = 250.214   (Н)

"        "  /D.,^                0.084                          '

ы  -

Геометрические размеры вала (см. эскиз ):

b := 200 ю~ (м) - расстояние от левой опоры до центра масс

а := 200- ю~ (м) - расстояние от правой опоры до центра масс

с := 68 ю~3 (м) - расстояния от центра сободного конца вала до левой опоры

1 := 400 кг3 (м) - расстояния между опорами

Сила тяжести ротора ( 9-14 [1])

Gp := 9.81- ГПр = 9.81-29.68 = 291.161   (Н)

Прогиб вала посредине сердечника под силой тяжести ротора

S'a = 1.278 X 104     (м~ 1) -,

S'b = 1.235 х lo4   {м ) i. дополнительные величины.

s'q = 1.455 х 105     (м~ ^J

Модуль упругости

Е := 2.06 ю" (Па) -( по 9 -15 [1]) ^»

tg := ——р- (S'b a2 + S'a Ь2) = ———291Л61———-(1.235 •l^-Q.l2 +1.278 -Ю4^2) = 2.96 х Ю-6   (l 3 Е I2 \               /   3.2.06 10" .0.42

Прогиб вала посредине сердечника от поперечной силы муфты ( по 9-19 [1])

"й-й-1-80-^)-^8'^] •

250-0.068    ГУ3             s          4\              4   "I              fi     / \ ——————————• (—•0.4 •1.455-Ю5- 1.235-104 )• 0.2 + 1.278-104-0.2 = 3.017 х 10" 6     (м)

»• 2.06-Ю11-0.42 L\2                         7                   J

3-2.06-Ю11-0.42 L\2

Первоначальное смещение ротора ( по 9-20 [1])

eo:=0.l5+fQ+f„ = 0.1 • 0.45- ИГ-^ 2.96-10" ^ 3.017-10- 6 = 5.098 х 10" s     (м)

Начальная сила одностороннего магнитного притяжения ( по 9-21 [1])

О                        5098-10" 5 Tn := 2.94-Do-lo——•105  = 2.94-0.151-0.2-———————• 105 = 1.006 х 103    (Н)

0          2 2 8                         0.45 Ю-з

Прогиб от действия на вал силы То ( по 9-22 [1])

<     *   т0             и 1.006-Ю3              -     „ , f-r := ffi-—— = 2.96-Ю"6-—————— = 1.023 Х Ю-5     (М)

    u gq                291.161

Установившийся прогиб вала от одностороннего магнитного притожения ( по 9-23 [1])

-57

-       "Т      1.023-Ю-5            ,   , > f|m := ———— = ——————— = 1.28 х Ю-5   (М)

М   i_m    1-0.201

^     1.023-10" 5

где величина: m := — = ————— = 0.201

cq    5.098-Ю-5

Суммарный прогиб посредине магнитопровода ротора ( по 9-24 [1])

f := f|y| + tq + f„   =   1-28 Ю-5 + 2.96- Ю-6 + 3.017- Ю-6 = 1.878 х Ю-5    (м)

- это составлет 2.3 % от величины воздушного зазора, что допустимо.

Критическая частота вращения ( по 9-25 [1])

/i-m       /1 - o.20i           .   ( об ^

Пь := 30- ———— = 30- 1—————— = 1.559 х 104

1\         I  f^          •>/ -» a/i. «n-6

2.96-10-°                \МИН,

Расчет вала на прочность

Подбор материала вала начинается с расчета на прочность. Мсходя из воспринимаемых валом нагрузок, его размеров, намеченных предварительно, и допустимых напряжений, подбирают материал , который удовлетворяет предъявляемым требованиям. Материал вала электрической машины испытывает знакопеременные напряжения от изгиба вследствии вращения при постоянно направленных нагрузках.

Тяжелые условия работы относятся к приводу прокатных станов, рольгангов, вальцов, экскаваторов, дизелей, компрессоров и других поршневых машин. Эти тяжелые условия учитываются коэффициентом перегрузки,который примем:

k:= 2 Напряжение на свободном конце вала в сечении А:

Изгибающий момент ( по 9-31 [1])

Z^ := 55 10~3 (М)

d-j := 40- ю-3 (м)  - т.к. диаметр ослаблен шпонкой;

М^д := R-f„z.) = 2•250•55•10-3 = 27.5   (Н-м)

Момент сопротивления при изгибе ( по 9-30 [1])

УУд:=0.1-С1.)3 = 0.1-0.043 = 6.4 х Ю-6   (м3)

Напряжение изгиба ( по 9-29 [1])

а := 0.8 - отношение допустимого напряжения при изгибе к удвоенному допускаемому напряжению при   кручении

О-т А := —1— /Ммд2 + (k a M..V = ——1——-л^^Ч^-О^^)2 = 9.748 х Ю6   (Па) "Р-"   УУд V ""   \      н7     6.4 Ю-6 V      \       /

Напряажение на свободном конце вала в сечении Б:

Z^ := о.об8 (м)      d^ •= 0.045 (м)- диаметр вала под подшипник.

Изгибающий момент

M^5:=kF^Z^= 2250-0.068=34   (Н-М)

Момент сопротивления при изгибе

W^ := 0.1 d^3 = 0.10.045-'=9.112xl0-6   (м3)

3^ Напряжение изгиба °пр.Б = —— л/^^ИБМ1^"0171^ = ——1——-^г+^-о.в^)2 = 7.19 х ю6    (Па)

«•?•«-»    VVc v         \        /       9.112-Ю-6

Напряжение на свободном конце вала в сечении В:

Нагрузка от установившегося магнитного притяжения ( по 9-34 [1])

-     О      юоб           -  ,„,

Т := ———— = —————— = 1.259 х 103   (Н)

i-m   1-0.201

Изгибающий момент ( по 9-32 [1]) •^B-kFn

, -   (   13-ю-3'\ /-   -\ а-13 ю-3 HB=KFn.c.h-————)+(Gp+T).——j——

{    13-10-Л   ,           , 0.2-0.013                /,,   > = 2-250-0.068- 1-—————J+(291.1+1259)-——————=42.971       (Н-М)

\        0.4    }    '                     0.4

Момент сопротивления при изгибе

Wg := 0.1 d^3 = 0.1-0.0453 = 9.112 х 10~6    (м3)

Напражение изгиба

л^ИВ2 + (k a ^н)2    •^/42.972+(2•0.8•35)2 апп R •'= -——————-——————— = -—————-—————— = 7.747 х 106   (Па)

"Р-"            wb                 9.112 Ю-6

Напряжение на свободном конце вала в сечении Д:

Изгибающий момент ( по 9-32 [1])

,,     , ,,   (   бз ю-Л /-   -\ а 63 ю-3 MИД:=kFпc^-—]—J+(Gp+т)——j—— =

(    63-10-Л  /           , 0.2-0.063              ,„   , = 2-250 •0.068-1-—————)+(291.1 + 1259)-——————=77.473    (Н-М)

\        0.4   у                          0.4

Момент сопротивления при изгибе

Од := 54 10"3    (М) Wn := 0.1 Оз3 = 0.1-0.0543 = 1.575 х 10-5    (м3)

Напражение изгиба

-/Мид2 + (k Ct M„)2     ,/77.472+(2•0.8•35)2

CTnn Л '•= -——-——-—————— = -——————-—————— = 6.069 х 106

"Р-"            УУд                  1.575 Ю-5

Напряжение на свободном конце вала в сечении Е:

Изгибающий момент ( по 9-32 [1])

,.       , -     (    85-10-Л  /-    -\ а 85- Ю-3

MnE:=kF„.c^i-—F-J+(Gp+T).——j—— =

(    85-10-Л   /           v 0.2-0.085              /- , = 2- 250-0.068- 1 - ————— ) + (291.1 + 1259)- —————— = 92.654     (Па)

V        0.4   У                    •0.4                            •

Момент сопротивления при изгибе

d4 := 63 ю~3    (м)

we := 0.1 (i^= 0.1-0.0633 = 2.5 х 10-5    (м3)

Напражение изгиба

/M^2 + (k a M„)2    ^^^(l-o.»^)2         ,   ,_ ,

CT„n F '•= -——————-——————— = -——————-——————=4.33Х106    (Па)

"Р-6            we                   2.5 Ю-5

Напряжение на свободном конце вала в сечении Г:

Изгибающий момент ( по 9-33 [1])

Mиr=[kFпC+(Gp+т)ь]-^=

=   [ 2-250-0.068 + (291.1 + 1259) •0.2]-———=11.181   (Нм) 0.4

Момент сопротивления при изгибе

W|- := 0.1 d^3 = 0.1-0.0453 = 9.112 x lO"6    (м3)

Напражение изгиба

/Миг2 + (k (X М„)2      ,/11.181 ^ (2 •0.8-35)2

а„„ г '•= -———-————— = -—————-————— = 6.267 х ю6   Па

"Р^             Wr                    9.112 Ю-6

Напряжение на свободном конце вала в сечении Ж:

Изгибающий момент ( по 9-33 [1])

/.   _\ .-I 63-10~3

+IG„+T b ———— =

[ 2-250-0.068 + (291.1 + 1259) •0.2]-———=54.183   (Н-м)

Момент сопротивления при изгибе

Оз = 0.054    М W^ := 0.1 аз3 = 0.1-0.0543 = 1.575 х 10"5    (м3)

Напражение изгиба

/Миж2 + (k «^н)2   ^/54.1832+(2•0.8•35)2            ,   ._ ,

Опп Ж := -———————-———————= -——————-—————— = 4.947 х Ю6   (Па)

пр.ж            ^                1.575 Ю-5

Из сопоставления полученных данных следует, что наиболее

нагруженным является

сечение А . для которого: °пр.А = 9 х 106 ^а)

опр д = 9.811 Ю6 < 0.7-3600- Ю5     (Па)

, где предел текучести для стагзбоо- ю5 (Па)

Условие прочности выполнлется , а следовательно вал можно использовать в данной электрической машине.

Расчет подшипников качения на долговечность

Для подбора подшипников электрической машины прежде всего определяют реакции опор. Для двухопорного вала с соединительной муфтой реакции поры определяются по следующим формулам:

Данные для расчета:

gq = 291.166   (Н)   С = 0.068 (м) tq = 1.007 х 103 (Н)   1=0.4    (М) Fn = 251.611    (Н)   а = 0.2   (М) Ь = 0.2   (М)

При определении радиальных нагрузок на подшипники исходим из наихудшего случая ( по 9-37 [1])

—     -   С   /        \ Ь          0.068   ,             > 0.2              ,,., Кд := F„ — + iGp + Тф! — = 251.6- ——— + (291.166 + 1007)- —— = 691.855    (Н)

k„ := з - коэффициент учитывающий характер нагрузки (при нагрузке с сильными толчками);

Приведенная динамическая нагрузка ( по 9-35,а [1])

Од := R„ Рд = 3-691.855 = 2.076 х 103   (Н)

L„ := 18- ю3 (ч) - срок службы подшипника в часах;

Динамическая грузоподъемность шарикоподшипника ( по 9-38 [1])

°А       1               -L

Сд:= ^-(1-д.75о)3 = ^•(18000•750)3 = 1.931 х 104    (Н)

При диаметре вала 45 мм выбираем шарикоподшипник <ГА^/<Тсерии 309, С=37000 (Н)

Аналогично для опоры Б

-       -   С+1   /       ,\а            0.068+0.4    /                , 0.2

rr := Fn———+(Gn+To)— = 251.6-———————+(291.166+1007)-——=943.455   (Н)

0      п    |      v P    u'  |                 0.4                            0.4

Приведенная динамическая нагрузка ( по 9-35,а [1])

qb := k„ Rg = 3-943.455 = 2.83 х 103   (Н)

Динамическая грузоподъемность роликоподшипника ( по 9-38,а [1])

qb .     -^-Т^^Д'750) = ^-(moo^o)3 =з.б42хю4   (Н)

18.5

При диаметре вала 45 мм выбираем роликоподшипник CP^f-ieu ^Ъ^Ои е^.р<-^ 2309, С=55500 (Н)

Из проверочного расчета следует, что выбранные подшипники подходят для спроектированного электродвигателя, по найденн ым динамическим грузоподъемностям наиболее нагруженной опоры.

Другие работы

1922 гг. З а п и с а н ы заслуженной артистко...


Он всегда шел от самой живой жизни он учил ценить данное летящее сейчас мгновение и чуткостью своего гения понимал в каком настроении его аудито...

Подробнее ...

Тема ~~~7- Психогенетика індивідуального розв...


Результат розвитку фенотип залежить від спільної дії генів і середовища. Гени і ознаки пов'язані складною мережею шляхів розвитку. Всі індивідуа...

Подробнее ...

реферат дисертації на здобуття наукового ступ...


7:635 ЕКОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУРИ ПОПУЛЯЦІЇ КОЛОРАДСЬКОГО ЖУКА Leptinotrs decemlinet Sy В ПІВНІЧНОМУ СТЕПУ УКРАЇНИ 03. Широке застосуванн...

Подробнее ...

й день болезни с жалобами на общую слабость р...


Холера Ситуационная ЗАДАЧА №__2__ Больная Д. Шигеллез Ситуационная ЗАДАЧА №__3__ Больной С. Энтеровирусная диарея Ситуационная ЗАДАЧА №__4__ У б...

Подробнее ...