Расчёт вентильно-индукторного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Обзорная часть

1.1 Принцип действия ВИД

В основе принципа действия ВИД лежит физическое явление, проявляющееся в том, что на ферромагнитное тело в магнитном поле действует механическая сила притяжения, которая стремится переместить это тело в область с наибольшей интенсивностью поля. Эта сила называется электромагнитной силой.

ВИД с числом фаз m?3 имеет магнитную систему, выполненную таким образом, что при любом положении ротора найдется группа катушек, при возбуждении которых ротор придет в движение. Это подразумевает отсутствие так называемых “мертвых зон”, в которых ни одна из катушек не имеет возможности создания вращающего момента, что наиболее нежелательно при пуске двигателя. Поэтому необходимо, чтобы число зубцов статора Z_S было не равно числу зубцов ротора Z_R.

Общепринятое обозначение конфигурации ВИД состоит из дроби, в числителе которой указывается число зубцов статора, а в знаменателе - число зубцов ротора. На рис. 1.2 показана картина магнитного поля в поперечном сечении ВИД конфигурации 6/4 при включении (возбуждении) фазы A-x. При этом ротор под действием электромагнитных сил будет вращаться в направлении против часовой стрелки. При последовательной периодической коммутации фаз вращение ротора будет осуществляться со средней угловой скоростью, пропорциональной частоте коммутации.

При возбуждении какой-либо фазы ротор двигателя стремится занять согласованное положение, при котором индуктивность возбужденной фазы будет максимальной. Соответственно положение ротора, при котором индуктивность возбужденной фазы минимальна, называется рассогласованным. В случае одиночной коммутации, когда в каждый момент времени к источнику постоянного напряжения подключена только одна фаза, согласованным будет положение, при котором ось зубца ротора совпадает с осью возбужденного зубца статора, и рассогласованным будет положение, при котором ось паза ротора совпадает с осью возбужденного зубца статора.

Согласованное положение ротора является положением устойчивого равновесия, а рассогласованное - положением неустойчивого равновесия.

Угловое положение ротора принято характеризовать углом рассогласования и. За начало отсчета этого угла разными исследователями принимаются угловые положения, соответствующие или согласованному, или рассогласованному положению сердечников. Этот вопрос не является принципиальным, однако данную особенность необходимо учитывать. В данном пособии за начало отсчета угла и принимается согласованное положение сердечников статора и ротора, при котором имеет место максимальная индуктивность фазы, и, таким образом, при отсутствии рассогласования и=0^о.

Взаимное положение сердечников ВИД характеризуется магнитной проводимостью воздушного зазора под возбужденным зубцом Л_д, которая в общем случае определяется как

 Г , (1.1)

где Ф_д - магнитный поток, проходящий через зазор, Вб; F_д - падение МДС в зазоре, А .

Величина Л_д зависит от конфигурации двигателя, степени насыщения его магнитной цепи, размеров зубцовой зоны сердечников и их взаимного положения.

Зависимость магнитной проводимости зазора от углового положения ротора приведена на рис. 1.3. Здесь пунктиром показана реальная зависимость, а сплошной линией - ее кусочно-линейная аппроксимация, которую мы будем использовать для упрощения последующего рассмотрения процессов, происходящих в двигателе.

Электромагнитный момент, действующий на ротор ВИД, равен частной производной от энергии магнитного поля W (или коэнергии W?) по углу поворота ротора и при фиксированных потоках Ф (или токах i ) [1]:

|_Ф=const = |_i=const (1.2)

или

 . (1.3)

Из (1.3) видно, что момент определяется не только током, но и зависимостью Л_д(и), приведенной на рис. 1.3. Она, а именно крутизна изменения магнитной проводимости зазора при повороте ротора, определяет электромагнитный момент ВИД.

Проведем анализ работы ВИД исходя из упрощенного представления переходного процесса на цикле коммутации одной фазы.

Для получения положительного вращающего момента в двигательном режиме в соответствии с (1.3) напряжение питания на фазу должно быть подано на интервале нарастания магнитной проводимости Л_д.

После включения фазы по ней потечет ток, ограниченный активным сопротивлением и индуктивностью фазы, соответствующей текущему положению ротора. Под действием МДС обмоток в магнитопроводе возникнут магнитные потоки. Сцепляясь с витками катушек фазы, они будут определять потокосцепление фазы. В активном объеме двигателя возникнет магнитное поле, интенсивность которого будет максимальной в области возбужденных зубцов статора. Ферромагнитный ротор в магнитном поле, созданном возбужденными катушками фазы, под действием электромагнитных сил придет во вращение, стремясь занять положение, соответствующее максимальной индуктивности фазы.

Вращение ротора приведет к изменению суммарного магнитного потока, сцепленного с витками катушек (т.е. потокосцепления Ш катушек), в которых в соответствии с законом электромагнитной индукции наведется ЭДС:

. (1.4)

При питании фазы от источника постоянного напряжения U_d уравнение электрического равновесия контура будет иметь следующий вид:

вентильный индукторный двигатель расчет

(1.5)

или, с учетом (1.4),

, (1.6)

где Ш - потокосцепление фазы; i_Ф - ток в фазе; R_Ф - электрическое сопротивление фазы.

Ток в фазе определяется потокосцеплением и индуктивностью фазы:

. (1.7)

Если пренебречь падением МДС в магнитопроводе, то индуктивность в простейшем случае будет определяться магнитной проводимостью зазора следующим соотношением:

, (1.8)

где w - число витков в фазе.

Рассмотрим процессы на цикле коммутации фазы при работе двигателя в режиме непрерывного вращения с постоянной скоростью. Время t [с] связано с углом поворота ротора г [рад] и скоростью вращения щ [рад/с] соотношением

 . (1.9)

Ограничимся рассмотрением процессов в одной фазе, принимая допущение, что электромеханическое преобразование энергии в каждой фазе ВИД происходит независимо от других фаз.

Для упрощения будем пренебрегать активным сопротивлением фазы, полагая R_Ф = 0. В этом случае формула (1.6) принимает вид

. (1.10)

Включение фазы осуществляют до начала сближения зубцов статора и ротора в момент времени, близкий к рассогласованному положению. Это дает возможность току нарасти до требуемой величины, пока индуктивное сопротивление фазы минимально.

Допустим, что включение фазы на напряжение U_d происходит в момент времени t_вкл (рис. 1.4). Потокосцепление, определяемое по (1.10), будет нарастать по линейному закону. В соответствии с (1.7) и (1.8) для принятой аппроксимации кривой магнитной проводимости зазора (рис. 1.3) ток, ограниченный только активным сопротивлением фазы и минимальной индуктивностью, будет быстро нарастать по линейному закону до момента времени t_нач. В момент времени t_нач, соответствующий началу перекрытия зубцов, начнется нарастание индуктивности, что приведет к некоторому уменьшению скорости нарастания или даже спаданию тока в фазе в зависимости от величины полного электрического сопротивления фазы и частоты вращения ротора.

Подача на фазу управляющего напряжения прекращается в момент времени t_откл. Время работы фазы t_раб = t_откл - t_вкл определяется углом работы фазы г_раб :

 . (1.11)

В момент времени t_откл силовые ключи коммутатора отключают фазу от источника питания, и потокосцепление фазы линейно уменьшается до нуля (рис. 1.4). В случае пренебрежения активным сопротивлением фазы интервал спадания потокосцепления (t_отклёt₀) будет равен интервалу его нарастания (t_вклёt_откл).

С момента времени t_откл ток в фазе, который не может в индуктивной цепи измениться скачком, начинает спадать, протекая через обратные диоды и заряжая конденсатор (см. рис. 1.1). Энергия магнитного поля катушек переходит в механическую энергию и в энергию электрического поля конденсатора. На следующем цикле коммутации эта энергия конденсатора будет использована для увеличения энергии магнитного поля катушек следующей фазы.

Основная роль обратных диодов состоит в защите силовых ключей коммутатора от опасных перенапряжений, возникающих при разрыве цепи с индуктивностью. Посредством этих диодов к фазе после ее отключения оказывается приложенным напряжение обратной полярности. Этот режим, когда спадание тока ускоряется благодаря обратному напряжению, приложенному к фазе, называется режимом расфорсировки.

На интервале от t_откл до t_Нmax ток уменьшается на фоне увеличения индуктивности до тех пор, пока в момент времени t_Hmax зубцы статора и ротора полностью не перекроются.



Рис. 1.4. Цикл коммутации ВИД

Если ширина зубца ротора больше ширины зубца статора, то в принятой выше аппроксимации кривой магнитной проводимости зазора будет явно выраженная горизонтальная площадка, соответствующая максимальной проводимости Л_дmax (см. рис. 1.3). Ширина этой площадки соответствует разности ширины зубцов ротора и статора.

На интервале (t_Hmaxёt_Kmax) ток, согласно формуле (1.7), будет изменяться по линейному закону.

Наконец, на интервале времени от t_Kmax до t₀ ток нелинейно уменьшается до нуля.

Характер изменения электромагнитного момента на цикле коммутации можно выявить аналогичными рассуждениями, используя для анализа формулу (1.3) с учетом того, что F_д = iw, и соответствующие зависимости тока и магнитной проводимости зазора, описанные выше.

На интервале (t_вклёt_нач) при постоянной проводимости зазора Л_дmin момент равен нулю. На интервале (t_начёt_откл) электромагнитный момент изменяется пропорционально квадрату тока с некоторого значения M_max. На временнум интервале от t_откл до t_Нmax момент уменьшается, а на интервале (t_Нmaxёt_Kmax), при постоянной проводимости зазора Л_дmax, он вновь принимает нулевое значение. Если углы включения и отключения фазы выбраны таким образом, что ток в фазе имеет место и на участке уменьшения проводимости зазора, то электромагнитный момент, согласно формуле (1.3), будет иметь тормозной характер, уменьшаясь до нуля вместе с током в фазе (см. рис. 1.4).

Выше был рассмотрен одноимпульсный режим работы, когда скорость вращения ротора достаточно высока, и ток не успевает нарасти до предельно допустимого значения за время, проходящее от начала включения фазы до начала увеличения фазной индуктивности.

При относительно небольшой скорости вращения так же, как и при пуске двигателя, ток на интервале (t_вклёt_нач) успевает достигнуть предельного значения I_п, и тогда в действие вступает режим широтно-импульсной модуляции (ШИМ) фазного напряжения, устанавливающий режим токоограничения. Этот режим проиллюстрирован на рис. 1.5.

Одноимпульсный режим является наиболее оптимальным с точки зрения эффективного электромеханического преобразования энергии, и ВИД стараются спроектировать таким образом, чтобы его номинальный режим работы был одноимпульсным.

Параметры, характеризующие работу машины в номинальном режиме, называются номинальными. К номинальным параметрам ВИД относятся номинальная мощность Р_ном, Вт, номинальная частота вращения n_ном, об/мин, номинальный момент М_ном, НЧм, номинальное напряжение U_ном, В, число фаз ВИД, номинальный КПД h_ном.

Частота вращения n связана с угловой скоростью щ:

1/с. (1.12)

Мощность Р, момент М и угловая скорость щ связаны между собой известным соотношением

P = Mщ . (1.13)

Пригодность двигателя для конкретного применения определяет механическая характеристика, которая отображает зависимость частоты вращения от момента при постоянном напряжении источника питания:

n = f (M) при U = const . (1.14)

Примерный вид механической характеристики изображен на рис. 1.6. Заметим, что механическая характеристика ВИД похожа на аналогичную характеристику двигателя постоянного тока (ДПТ) последовательного возбуждения с той разницей, что характеристика ДПТ, имеющая гиперболический характер, в области малых частот вращения расположена в зоне больших моментов, - двигатель работает с перегрузкой. В отличие от этого в ВИД при малых частотах вращения срабатывает токоограничение (см. рис. 1.5), и характеристика принимает вертикальный характер. ВИД принципиально не боится режимов короткого замыкания.



Наряду с вышеперечисленными следует отметить и другие важные показатели и характеристики, которые имеют большое значение при проектировании ВИД.

Важной характеристикой магнитной несимметрии ВИД является коэффициент К_л, равный отношению максимальной и минимальной магнитных проводимостей зазора:

. (1.15)

Этот коэффициент в значительной степени характеризует энергетические возможности ВИД, он определяет электромагнитный момент и мощность машины. При проектировании ВИД стремятся получить возможно бульшие значения этого коэффициента. В реальных ВИД (с учетом насыщения стали) удается получить К_л = 7…10 [2].

Вращающий момент, создаваемый фазой двигателя при питании ее постоянным током, называется статическим моментом. Изменение статического



момента от углового положения ротора при постоянном токе в фазе характеризуется зависимостью, изображенной на рис. 1.7. При проектировании ВИД весьма важным является выбор угла включения фазы. От этого зависит форма фазного тока и ее изменение в зависимости от нагрузки. В конечном итоге угол включения влияет на энергетические показатели ВИД. Заметим, что угол отключения фазы зависит от угла включения.

1.2 Устройство ВИД

Как было отмечено ранее, ВИД представляет собой электрическую машину, функционально объединенную с системой автоматического управления. Рассмотрим основные элементы, входящие в состав ВИД. На рис. 1.1 изображена функциональная схема трехфазного ВИД, однако принцип ее построения остается неизменным для двигателей с любым числом фаз.

Основной элемент ВИД - собственно сам электромеханический преобразователь - индукторный двигатель (ИД). Магнитная система ИД состоит из сердечников статора и ротора, имеющих явно выраженные зубцы. Для уменьшения потерь от вихревых токов сердечники шихтуют. На роторе отсутствуют обмотки, постоянные магниты и какие бы то ни было системы возбуждения. Такой ротор называют пассивным. На зубцах статора размещены сосредоточенные катушки обмотки. В двухполюсном двигателе пара катушек, расположенная на диаметрально противоположных зубцах статора, образует фазу. В магнитном отношении катушки фазы могут быть соединены встречно или согласно, а в электрическом - параллельно или последовательно.

В качестве электронного преобразователя, осуществляющего коммутацию катушек ВИД, обычно используется автономный инвертор напряжения, выполненный по несимметричной мостовой схеме (см. рис. 1.1). Такой инвертор отличается универсальностью и надежностью, он позволяет реализовать в двигателе практически любой режим коммутации фаз. В настоящее время в России на импортной элементной базе налажено серийное производство электронных преобразователей, предназначенных специально для управления ВИД. Такой преобразователь представляет собой готовый коммутатор фаз, состоящий из набора компактных интегральных модулей, число которых равно числу фаз двигателя. Отдельный модуль, выполненный по схеме несимметричного моста, помимо силовой части содержит встроенные схемы управления (драйверы) и схемы защиты, а также датчики, позволяющие контролировать значения тока и напряжения в плечах моста.

Питание ВИД может осуществляться от источника постоянного тока или от выпрямителя. На входе инвертора устанавливается емкость С, выполняющая функции фильтра и одновременно источника реактивной мощности.



Рис. 1.1. Функциональная схема ВИД

Система автоматического управления ВИД имеет обратную связь поположению ротора, которая реализована с помощью датчика положения ротора (ДПР). ДПР должен точно и четко отслеживать перемещение ротора для того, чтобы коммутатор своевременно переключал фазы двигателя. Поэтому правильный выбор числа импульсов, генерируемых датчиком за один оборот ротора, имеет важное значение. Это число зависит от числа фаз и числа полюсов ВИД. Минимальное число импульсов ограничено тем, что оно должно быть достаточным для правильного определения положения ротора и моментов коммутации фаз. Максимальное число импульсов ограничено производительностью микропроцессорной системы управления, которая должна обработать сигналы от ДПР при максимальной частоте вращения ротора в реальном масштабе времени.

Общее управление функционированием ВИД осуществляет микропроцессор - устройство, выполненное по микроэлектронной технологии в виде сверхбольшой интегральной схемы, в состав которой входит арифметико-логическое устройство, осуществляющее вычислительные и вспомогательные операции, и устройство управления. Микропроцессор, предназначенный специально для использования в управляющих устройствах, системах передачи данных, а также для управления технологическими процессами, называется микроконтроллером (МК). Микропроцессор отличается от МК большей универсальностью.

В соответствии с функциональной схемой, приведенной на рис. 1.1, сигналы от ДПР передаются в МК через устройство преобразования и согласования, которое служит для приведения сигналов к виду и уровню, необходимому для нормальной работы МК.

В МК стекаются данные от ДПР и датчиков тока и напряжения коммутатора. Основная задача МК - собрать все данные и в зависимости от них выработать оптимальный алгоритм коммутации обмоток ВИД согласно программе, заложенной в МК разработчиком системы микропроцессорного управления.

Следует отметить, что работа ВИД возможна и с механическим коммутатором (например, коллекторного типа или на герконах) без полупроводникового преобразователя и МК. Но именно применение МК позволяет осуществить оптимальное управление двигателем и значительно повысить его технико-энергетические показатели.

2. Расчёт ВИД

2.1 Задание на проектирование

Назначение	Генератор
Номинальная отдаваемая мощность , Вт	180
Количество фаз статора m1	3
Частота напряжения f, Гц	50
Количество фаз статора p1	1
Номинальное линейное напряжение Uл, В	300
Частота вращения, об/мин	3000
Внешний диаметр статора Dа, мм	120
Степень защиты от внешних воздействий	IP54
Способ охлаждения	IC01

2.2 Расчёт вентильно-индукторного двигателя

Расчет вентильно-индукторного двигателя основан на упрощенном расчете переходного процесса на цикле коммутации фазы ВИД.

Приняты следующие допущения:

1) Взаимное влияние фаз не учитывается;

2) Коммутация считается мгновенной, включение фазы происходит в момент ее полного рассогласования;

3) Насыщение стали не учитывается, магнитная проницаемость стали бесконечно велика;

4) Принимается приближенная кусочно-линейная аппроксимация кривой магнитной проводимости воздушного зазора;

5) Потери в сердечниках магнитопровода учитываются приближенно.

2.2.1 Выбор конфигурации

Число зубцов статора:

,

где число пазов на полюс и фазу для первой гармоники поля

Число зубцов ротора:

2.2.2 Проектирование зубцовой зоны статора

Воздушный зазор:

Зубцовое деление статора:

Зубцовое деление ротора:

Угловые размеры соответствующие ширине зубца статора и ротора на диаметре расточки:



Диаметр расточки статора:

,

где - отношение высоты ярма к ширине зубца статора. - отношение высоты к ширине зубца статора

Размеры зубцов и ярма статора:

2.3 Проектирование зубцовой зоны ротора

Внешний диаметр ротора:

Зубцовое деление ротора:

Ширина зубца ротора:

Высота зубца ротора:

Принимаем

Высота ярма ротора:

Принимаем

Максимальная ширина паза ротора:

Максимальная ширина паза статора:

Необходимо выполнение следующего условия:



Условие выполняется, значит расчет проведен верно.

Внутренний диаметр ротора:

Площадь сечения паза статора:

Максимальная площадь катушки:

2.4 Интервалы цикла коммутации

Максимальный интервал нарастания тока при минимальной проводимости:

Угловая скорость вращения ротора:



Время нарастания тока при минимальной проводимости:

Минимальный угол на который необходимо повернуть ротор до согласованного положения какой-либо фазы, если в данный момент полностью согласована соседняя с ней фаза:

Интервал работы фазы:

Время работы фазы:

Угол перекрытия зубцов при повороте ротора из полностью рассогласованного положения на угол интервала работы фазы:

при этом ширина перекрытия зубцов статора и ротора:

2.5 Расчёт коэффициентов магнитных проводимостей

\Коэффициент магнитной проводимости зоны перекрытия зубцов при повороте ротора из полностью рассогласованного положения на угол интервала работы фаз:

Коэффициент максимальной магнитной проводимости воздушного зазора:

Коэффициент минимальной магнитной проводимости:



Коэффициент отношения магнитных проводимостей:

Должно выполняться следующее условие:

Условие выполняется, значит расчет проведен верно.

2.6 Определение параметров обмотки и токов ВИД

Принимаем число элементарных проводников:

Принимаем число параллельных ветвей:

Число катушек в фазе:



Число последовательно соединенных катушек в ветви:

Действующее значение тока на входе инвертора:

,

где - падение напряжения в вентиле инвертора, - ориентировочное значение КПД ВИД

При одиночной коммутации и прямоугольной форме тока амплитудное значение тока катушки:

Действующее значение тока катушки для прямоугольной формы катушки:

При одиночной коммутации и треугольной форме тока:



2.7 Токи в фазах

Принимаем количество витков

,

длину сердечников

,

падение напряжения на активном сопротивлении обмоток:

Напряжение на индуктивности фазы обмотки:

Максимальное значение тока в катушке:

Должно выполняться следующее условие:



Условие выполняется, значит расчет проведен верно

Максимальное значение потока в ВИД имеет место в момент отключения фазы:

Поэтому амплитудное значение индукции в зубце статора:

,

где - коэффициент заполнения сердечника сталью

Должно выполняться условие:

Условие выполняется, значит расчет проведен верно

Ток в катушке при перекрытии зубцов в момент при ее отключении:

На интервале от начала включения фазы при до начала перекрытия зубцов при ток нарастает по линейному закону до величины . На интервале от до ток изменяется в соответствии с изменением потокосцепления и индуктивности от до .

Индуктивность фазы на этом участке может быть описана выражением:

,

где

На интервале действия отрицательного напряжения ток уменьшается от до нуля. Характер его изменения зависит от частоты вращения и соотношения и L. Здесь для упрощения предположим, что ток на интервале действия отрицательного напряжения уменьшается линейно.

С учетом принятой аппроксимации окончательно определяем действующее значение тока катушки:



Начальный ток фазы:

2.8 Момент и мощность ВИД

Средний момент ВИД:

где

Номинальный момент:

Мощность ВИД:

Рассчитанная мощность равна мощности требуемой по заданию, значит расчет проведен верно.

2.9 Коэффициент заполнения паза

Действующее значение плотности тока в катушке принимаем:

Сечение меди катушки:

Сечение провода:

Диаметр провода:

Принимаем провод марки ПЭТВ:

Коэффициент заполнения паза медью:

Должно выполняться следующее условие:

Условие выполняется, значит расчет проведен верно.

2.10 тУчёт активного сопротивления фазы

Средняя длина лобовой части катушки:

Средняя длина витка катушки:

Активное сопротивление катушки при :

где - удельное сопротивление провода при . Активное сопротивление катушки при температуре обмотки :

,

где - температура обмотки

Падение напряжения на активном сопротивлении фазы:

Уточненное напряжение питания:

Уточненное значение совпадает с требуемым по заданию. Значит расчет проведен верно.

2.11 Расчёт массы активных материалов

Частота тока в фазе:

Частота вращения поля:

Частота перемагничивания ротора:

Выбираем сталь марки 1513 с толщиной листа 0,35 мм, плотностью:

И удельными потерями:

Масса меди:

где - плотность меди. Масса стали зубцов статора:

Масса стали ярма статора:

Масса стали зубцов ротора:



Масса стали ярма ротора:

Масса стали статора:

Масса стали ротора:

Масса стали:

Суммарная масса активных частей:

2.12 Расчёт потерь и КПД

Электрические потери в обмотках ВИД:



Индукция в ярме статора:

Индукция в зубцах ротора:

Индукция в ярме ротора:

Потери в стали статора:

где - коэффициенты учитывающие увеличение потерь в стали ярма и зубцов ВИД вследствие влияния технологических факторов. - индукция и частота при определении потерь

Потери в стали ротора:

Потери в стали:

Механические потери в ВИД можно не учитывать ввиду их малых значений.

Суммарные потери в ВИД:

Коэффициент полезного действия ВИД:

Ток на входе инвертора (окончательно)

3. Технологическая часть

3.1 Описание конструкции

Корпус (станина) асинхронного двигателя выполнен со степенью защиты IP23. При аксиальной системе вентиляции отверстия в нем отсутствуют (отверстия располагаются в нижней части подшипниковых щитов). Корпус машины со способом монтажа IM1001 имеет опорные лапы, отливаемые заодно с ним. Для размещения коробки выводов в корпусе предусмотрено прилитое основание с окном для выводных проводов обмотки. Отверстие располагается на опорных лапах.

Для обеспечения посадки и центрирования подшипниковых щитов на торцах станины предусмотрены кольцевые цилиндрические заточки (замки), а для крепления щитов - ушки с нарезанными отверстиями для болтов (в верхней части корпуса) и резьбовые отверстия в лапах (в нижней его части).

3.1.1 Назначения корпуса

Корпус предназначен для:

1) Закрепления и координирования машины относительно привода;

2) Закрепления и координирования сердечника статора и подшипниковых щитов в аксиальном и радиальном направлениях;

3) Защиты обмоток, сердечников и подшипников от воздействий окружающей среды;

4) Отвода тепла от активных частей машины в окружающую среду;

5) Размещения и закрепления коробки выводов и заводской таблички;

6) Обеспечения электрической безопасности и исключения прикосновений к вращающимся частям;

3.1.2 Требования, предъявляемые к корпусу

1) Предельные отклонения высоты оси отверстия под пакет статора должны соответствовать ГОСТ 13267-73; предельные отклонения расстояний между осями отверстий под крепежные болты - ГОСТ 8592-79; диаметры и предельные отклонения отверстий в лапах - третьему ряду ГОСТ 11284-75.

2) Размеры сборочных баз (расточка под сердечник и проточки (замки) под посадку щитов) должны быть выполнены не ниже 8 квалитета и обеспечивать необходимый характер сопряжения (неподвижное соединение сердечника статора с корпусом и сопряжение корпуса со щитами с нулевым зазором). Допуски на взаимное расположение сборочных баз, в том числе торцов корпуса должны соответствовать 7 или 8 степени точности. Допуски торцевого биения

- таблица 29. Допуски радиального биения - таблица 30. При назначении допусков торцевого биения под номинальным размером понимается номинальный больший диаметр торцевой поверхности. При назначении допусков радиального биения под номинальным размером понимается номинальный диаметр рассматриваемой поверхности.

Все обрабатываемые поверхности должны быть вынесены за пределы литых необрабатываемых поверхностей (замки под посадку щитов).

Опорная поверхность лап должна быть параллельна оси отверстия под пакет статора. Допуск параллельности - таблица 29. При назначении допусков параллельности под номинальным размером понимается номинальная длина большей стороны (длина корпуса). Общие допуски - ГОСТ 30893.2-mK.

3) Для обеспечения механической прочности и жесткости корпус должен быть изготовлен из чугуна марки СЧ20 ГОСТ 1412-85 или сплава по литейным и механическим свойствам не ниже СЧ20

(материал замены СЧ25 ГОСТ1412-85, GG-20 DIN 1691). Толщина стенки корпуса и угол расположения лап назначаются согласно расчетам и требованиям к литым конструкциям в соответствии с ГОСТ 26358-84. Сквозные поры в литой заготовке не допускаются.

4) Внешняя поверхность охлаждения корпуса должна быть согласно тепловому расчету машины. Для обеспечения высокой теплопроводности корпуса шероховатость и цвет поверхности должны соответствовать условиям интенсивного теплового излучения. Отливка должна быть очищена от формовочной смеси и пригара. Отливка не должна иметь дефектов, ухудшающих ее внешний вид. Технические требования к отливке по ГОСТ 26358-84. Отклонения размеров отливки по ГОСТ 26645-85 (кроме указанных особо). Допускаются незначительные дефекты в соответствии с ГОСТ 19200-80. Неуказанные литейные радиусы 3...5 мм, литейные уклоны до 1 °. Сбег и фаски резьбы по ГОСТ 10549-80. Знак заземления 10 ГОСТ 21130-75 нужно покрыть красной эмалью.

3.2 Технические решения при отработке конструкции на технологичность

При простановке размеров за базу принимают замок, который находится на стороне выходного конца вала. От него проставляют размер до другого замка и до отверстия в лапе. От замка также проставляются другие размеры, которые определяют положение выводной коробки, грузового болта, болта заземления.

Рисунок 1 - Установочные и присоединительные размеры машин

К каждому значению h привязаны определенные установочные и присоединительные размеры, регламентированные ГОСТ 18709 -73 для h = 50-400 мм.

Предельное отклонение высоты оси вращения h составляет -0,5 мм по ГОСТ 13267-73.

Предельные отклонения на установочные и присоединительные размеры регламентированы ГОСТ 8592-79. Диаметры и предельные отклонения отверстий в лапах d10 - Н14 по 3 ряду ГОСТ 11284-75.

Расстояние от нижней части корпуса машины до опорной поверхности лап 4 мм, толщина стенки станины 8 мм.

Шероховатость поверхности лап Ra 12,5 мкм по таблице 25 стр.344.

Шероховатости внутренней поверхности корпуса под сердечник статора и проточек для посадки щитов назначаются Ra 3,2 мкм, свободной внутренней поверхности корпуса Ra 12,5 мкм по таблице 23 стр.340, в соответствии с полями допусков этих поверхностей.

Конструкция и размеры бобышки под резьбовое отверстие для болта заземления соответствуют ГОСТ 21130-75. Шероховатость контактной поверхности бобышки Ra 12,5 мкм.

Диаметры отверстий под нарезание метрической резьбы по ГОСТ 19257-73. Поля допусков резьбы в отверстиях в ушках и в коробке выводов принимаем 6H , остальные 7H по ГОСТ 16093-2004.

Места под гаечные ключи в лапах для зева ключа S=24 мм и в ушках для S=17 мм по ГОСТ 13682-80.

Знак заземления 10 ГОСТ 21130--75 выполнен методом литья в металле.

Размеры расточки под сердечник и проточек (замков) под посадку щитов выполняются 8 степени точности. Допуски на взаимное расположение сборочных баз, в том числе торцов корпуса соответствуют 8 степени точности. Допуски торцевого биения 0,05 мм по таблице 29. Допуски радиального биения - 0,08 мм по таблице 30. При назначении допусков торцевого биения под номинальным размером понимается номинальный больший диаметр торцевой поверхности. При назначении допусков радиального биения под номинальным размером понимается номинальный диаметр рассматриваемой поверхности.

Допуск плоскостности опорной поверхности лап 0,15 мм, нормальной точности по ГОСТ 8592-79.

Опорная поверхность лап должна быть параллельна оси отверстия под пакет статора. Допуск параллельности 0,08 по таблице 29. При назначении допусков параллельности под номинальным размером понимается номинальная длина большей стороны (длина корпуса).

3.3 Технологические процессы изготовления корпуса

3.3.1 Принцип литья в облицованный кокиль

Принцип литья в облицованный кокиль заключается в том, что на рабочую поверхность кокиля наносится слой толщиной 4--8 мм одноразовой песчано-смоляной облицовки на термореактивном связующем. Для этого используют нагретую до 200--220°С и покрытую разделительным составом металлическую модельную плиту 1 с моделью 2 (рисунок 1), которые перекрывают нагретой до 150-- 170°С половиной кокиля 3, и через имеющиеся в ней отверстия с помощью пескодувной головки 4 вдувают смесь. Эта смесь после затвердевания образует на кокиле прочную облицовку 5 слоем от 4 до 8 мм. Вторая половина кокиля облицовывается аналогичным способом.



Рисунок 1- Схема нанесения облицовки на кокиль: а -- надув смеси, б -- съем кокиля с модельной плиты, в -- кокиль в сборе; 1 -- модельная плита, 2 -- модель, 3 -- половина кокиля, 4 -- пескодувная головка, 5 -- слой облицовки, 6 -- электронагреватели.

В отдельных зонах кокиля толщина облицовки может быть большей или меньшей, в зависимости от условий охлаждения различных частей отливок. Таким образом, можно получать отливки с дифференцированной структурой.

Технология получения отливок в облицованных кокилях сочетает в себе преимущества кокильного литья и литья в оболочковые формы. По сравнению с литьем в чистый (необлицованный) кокиль литье в облицованный кокиль имеет следующие преимущества: повышенную стойкость кокилей (до 30 000 заливов), исключение из технологического процесса операций отжига отливок, упрощенную конструкцию кокиля (его можно изготавливать с литыми рабочими гнездами, не требующими механической обработки, что снижает стоимость кокиля), возможность получения отливок с выступающими частями и глубокими полостями, точных отливок любой конфигурации, и оптимальных условий их затвердевания.

3.3.2 Механическая обработка

Для данного изделия применяется токарный вариант обработки. В условиях серийного производства станины обрабатываются на универсальном металлорежущем оборудовании.

За черновую базу принимают внутренний диаметр корпуса и торец, а чистовую базу создают, обрабатывая предварительно один из замков, который в дальнейшем служит чистовой базой, также в этой операции обрабатывается окончательно другой торец и предварительно половина внутренней поверхности корпуса, которая смежна с этим замком (операция 1). На базе предварительной обработанного половина внутренней поверхности корпуса обрабатываются предварительно второй замок, второй торец и другая половина внутренней поверхности корпуса (операция 2). На базе второго замка и торца, с закреплением на поверхности первого замка, обрабатывают окончательно внутреннюю поверхность корпуса (операция 3). После этого на базе наружного диаметра пакета статора и его торца производят окончательную обработку замков (операция 4). На базе окончательно обработанного базового замка и внутреннего диаметра сердечника фрезеруют плоскости лап, верхнюю поверхность коробки выводов, прилива под болт заземления (операция 5) ,сверлят все в отверстия в корпусе (операция 6), нарезают резьбу в отверстиях (операция 7).

Примечание: Припуски при операциях:

Токарная черновая - 4 мм;

Токарная чистовая - 2 мм.

3.4 Оборудование, используемое для механической обработки

Токарный станок с ЧПУ CKE 6156Z

Токарный станок с ЧПУ CKЕ 6156Z предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения ступенчатого и криволинейного профиля, нарезания резьб, сверление, зенкерование и др. Обработку можно производить в один или несколько проходов в замкнутом полуавтоматическом цикле одновременно по двум координатам.

Базовая комплектация:

-6-позиционной револьверная головка;

-освещение рабочей зоны;

-3-х кулачковый механический патрон;

-набор ключей и инструмента;

-механическая задняя бабка с конусом Морзе №4;

Станок сверлильно-фрезерно-расточный с ЧПУ 500V/2

Станок сверлильно-фрезерно-расточный с автоматической сменой инструмента (АСИ) и числовым программным управлением (ЧПУ) 500V/2 предназначен для комплексной обработки деталей из различных конструкционных материалов в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства. Станок сверлильно-фрезерно-расточный с ЧПУ 500V/2 имеет две рабочие зоны, в каждой из которой установлен неподвижный стол. Возможна обработка в двух рабочих зонах или обработка заготовок длинной до 1900 мм. Выполняет операции сверления, зенкерования, развертывания, получистового и чистового растачивания отверстий, нарезания резьбы метчиками и фрезами, фрезерования.

Область применения станка сверлильно-фрезерно-расточного с ЧПУ 500V/2: машиностроительные предприятия различных отраслей промышленности.

- Две рабочие зоны или обработка длинномерных заготовок

- Высокоскоростная обработка

- Возможность установки различных инструментальных магазинов

- Возможность оснащения поворотным столом для четырех- и пяти- координатной обработки

- Возможность оснащения щупами для измерения детали и инструмента

Размещено на Allbest.ru

...