Выбор и расчет электростартера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Областное бюджетное профессиональное образовательно учреждение

«Курский электромеханический техникум»

Курсовой проект по МДК 3.01 Участие в разработке технологических процессов производства и ремонта изделий транспортного электрооборудования и автоматики

Тема: «Выбор и расчет электростартера»

Разработал студент группы; ЭТЭА31 И.Ф.О

Руководитель проекта: Косоруков А.С.

Курск 2015



Содержание

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Теоретическая часть

1.1 Анализ работы системы электростартерного пуска

2. Расчетная часть

2.1 Выбор стартера

2.1.1 Расчёт моментов сопротивления двигателя

2.1.2 Расчёт мощности стартера

2.2 Расчёт стартерного электродвигателя

2.2.1 Определение размеров электродвигателя стартера

2.2.2 Расчёт обмотки якоря

2.2.3 Размеры зубцов, пазов и проводников обмотки якоря

2.2.4 Расчёт коллектора и щёточного аппарата

2.2.5 Расчёт магнитной цепи

2.2.6 Расчёт обмотки возбуждения

3. Технологическая часть

3.1 Балансировка и механическая обработка якорей

Заключение

Список использованных источников

Введение

Современный этап развития автомобилестроения характеризуется повышением требований к надежности, экономичности и снижению токсичности отработавших газов в течение всего жизненного цикла транспортных средств. К числу важнейших задач обеспечения надежности и эффективности работы автомобиля в значительной мере его эксплуатационных качеств относится правильный выбор системы пуска двигателя.

Пуск автомобильных двигателей вызывает особое затруднение в зимний период, особенно в холодных климатических зонах, когда требуются значительные трудовые и энергетические затраты, весьма продолжительные по времени и которые могут быть причиной больших простоев автомобиля. Для нормального функционирования автотранспорта в северных районах идут по пути улучшения пусковых качеств ДВС за счет технических характеристик систем электростартерного пуска (СЭП).

Чем ниже предельная температура надежного пуска и меньше затрат времени на подготовку двигателя к принятию нагрузки, тем выше производительность и полезная занятость автомобиля.

Проблемы пуска ДВС особенно сложны при безгаражном хранении автомобилей, так как во время стоянки автомобиля на открытой площадке детали двигателя, охлаждающая жидкость и моторное масло быстро достигают температуры окружающей среды.

С целью снижения низкотемпературного предела пуска используют все возможности для улучшения пусковых качеств автомобильных двигателей за счет выбора наивыгоднейших для пуска режимов работы смазочной системы, систем зажигания и топливоподачи, установки на автомобилях технически совершенных и эффективных систем пуска и вспомогательных пусковых устройств, правильного согласования характеристик двигателя и его систем пуска.

Применяемые на автомобилях СЭП постоянно совершенствуются за счет оптимизации конструкций стартеров, его магнитных систем, использования новых материалов, снижения материалоемкости, улучшения выходных характеристик. Разработаны и находят все более широкое применение электростартеры с возбуждением от постоянных магнитов и со встроенными редукторами, а также необслуживаемые стартерные свинцовые аккумуляторные батареи (АБ) и емкостные накопители энергии (НЭ). Это позволило повысить надежность пуска автомобильных двигателей, обеспечить значительную экономию и достичь высокой степени унификации СЭП.



1. Теоретическая часть

1.1 Анализ работы системы электростартерного пуска

Тип системы пуска определяет используемая энергия и конструкция основного пускового устройства (стартера). Для пуска автомобильных двигателей используют системы электростартерного пуска. Они надежны в работе, обеспечивают дистанционное управление и возможность автоматизации процесса пуска двигателей с помощью электротехнических устройств.

Структуры схем систем электростартерного пуска отличаются между собой незначительно (рис. 1). В системах управления электростартером предусмотрены электромагнитные тяговые реле, дополнительные реле и реле блокировки, обеспечивающие дистанционное включение, автоматическое отключение стартера от аккумуляторной батареи после пуска двигателя и предотвращение включения стартера при работающем двигателе.

Источником энергии в системах электростартерного пуска является стартерная свинцовая аккумуляторная батарея -- химический источник тока, поэтому в электростартерах используют электродвигатели постоянного тока. Характеристики стартерного электропривода с электродвигателями постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения хорошо согласуются со сложным характером нагрузки, создаваемой поршневым двигателем при пуске.

Рис. 1



Стартерный электродвигатель получает питание от аккумуляторной батареи через замкнутые контакты 2 (рис. 2) тягового электромагнитного реле. При замыкании контактов выключателя 5 приборов и стартера, дополнительного реле или реле блокировки втягивающая 3 и удерживающая 4 обмотки тягового реле подключаются к аккумуляторной батарее СВ. Якорь 5 тягового реле притягивается к сердечнику электромагнита и с помощью штока 6 и рычага 7 механизма привода вводит шестерню 10 в зацепление с зубчатым венцом 11 маховика двигателя.

В конце хода якоря 5 контактная пластина 2 замыкает силовые контактные болты 1, и стартерный электродвигатель 12, получая питание от аккумуляторной батареи, приводит во вращение коленчатый вал двигателя.

После пуска двигателя муфта свободного хода 9 предотвращает передачу вращающего момента от маховика к валу якоря электродвигателя. Шестерня привода не выходит из зацепления с венцом маховика до тех пор, пока замкнуты контактные болты 1. При размыкании выключателя 5 втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле подсоединяются к аккумуляторной батарее последовательно через силовые контактные болты 1. Так как число витков у обеих обмоток одинаково по ним при последовательном соединении проходит один и тот же ток, обмотки при разомкнутом выключателе 5 создают два равных, но противоположно направленных магнитных потока. Сердечник электромагнита размагничивается, возвратная пружина перемещает якорь 5 реле в исходное нерабочее положение и выводит шестерню 10 из зацепления с зубчатым венцом маховика. При этом размыкаются и силовые контактные болты 1.

Недостатком систем электростартерного пуска с дистанционным управлением является большое количество элементов и необходимость применения сложных конструкций стартеров. Однако их использование позволяет уменьшить длину силовых электроцепей стартерного электродвигателя и тягового реле, уменьшить продолжительность пуска, расход энергии на пуск и тем самым увеличить срок службы аккумуляторной батареи и стартера.

Рис. 2. Схема включения электростартера: 1 -- контактный болт; 2 -- подвижный контактный диск; 3,4 -- соответственно втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле; 5 -- якорь тягового реле; 6 -- шток; 7 -- рычаг привода; 8 -- поводковая муфта; 9 -- муфта свободного хода; 10 -- шестерня привода; 11 -- зубчатый венец маховика; 12 -- стартерный электродвигатель

Электростартер получает питание от аккумуляторной батареи -- автономного источника электроэнергии ограниченной мощности. Вследствие внутреннего падения напряжения в батарее напряжение на выводах электростартера не остается постоянным, а уменьшается с увеличением нагрузки и силы потребляемого тока.

Сила тока электростартеров может составлять несколько сот и даже тысяч ампер. При такой силе тока на характеристики стартерного электродвигателя большое влияние оказывает падение напряжения в стартерной сети, т. е. в стартерном проводе и «массе».

Характеристики стартерных электродвигателей зависят от емкости и технического состояния аккумуляторной батареи. «Семейству» вольт-амперных характеристик батареи соответствует «семейство» рабочих и механических характеристик стартерного электродвигателя.

Для стартерного электропривода двигателя характерна значительная неравномерность нагрузки, обусловленная резким изменением момента сопротивления от сил давления газов в цилиндрах и сложной кинематикой кривошипно-шатунного механизма. При переменной нагрузке снижается мощность и КПД системы пуска, что необходимо учитывать при выборе мощности стартерного электродвигателя и емкости аккумуляторной батареи.

Режим работы электростартеров -- кратковременный с длительностью включения до 10 с при температуре 20 °С. При отрицательных температурах допускается длительность работы до 15 с для стартеров бензиновых двигателей и до 20 с для стартеров дизелей.

Длительное время по отношению к периоду прокручивания коленчатого вала двигателя стартер может работать в режимах полного торможения и холостого хода. Якорь стартера должен без повреждений в течение 20 с выдерживать нагрузки, возникающие при частоте вращения коленчатого вала, на 20 % превышающей частоту его вращения в режиме холостого хода.

Якорь стартера должен иметь надежный привод к коленчатому валу при пуске двигателя и автоматически отключаться от него после осуществления пуска. Конструкция стартера и зубчатая передача должны обеспечивать надежный ввод шестерни в зацепление и переда-коленчатому валу двигателя вращающего момента. Шестерня привода стартера не должна самопроизвольно входить в зацепление с венцом маховика, что приведет к разрушению деталей. Муфта свободного хода привода должна защищать якорь от механических повреждений.

Тяговое реле стартера должно обеспечивать ввод шестерни в зацепление и включение стартера при снижении напряжения до 9 В для = 12 В и до 18 В для = 24 В при температуре окружающей среды (20±5) С. Контакты тягового реле должны оставаться замкнутыми при снижении напряжения на выводах стартера до 5,4 и 10,8 В при номинальных напряжениях соответственно 12 и 24 В.

Автомобильные электростартеры имеют степень защиты не ниже 1РХ4 (по ГОСТ 14254-80), кроме полости механизма привода.

Пусковой цикл (попытка пуска) на двигателе (на стенде) не должен превышать 15 с при температуре окружающей среды (20+5) °С. Допускается не более трех пусковых циклов подряд с перерывами между ними не менее 30 с. После охлаждения стартера до температуры окружающей среды допускается еще один пусковой цикл.

Не допускается нагружать стартер более чем на номинальную мощность (перемещать автомобиль стартером). Повышение температуры обмоток ротора стартера во время пусковых циклов не должно приводить к каким-либо изменениям, отрицательно влияющим на его работоспособность.

Рациональному использованию аккумуляторной батареи, имеющей в системе пуска относительно большую массу и в наибольшей степени подверженной влиянию эксплуатационных факторов, способствуют правильное согласование характеристик элементов системы пускаска и обоснованный выбор ее схемы и параметров, при которых расходуется минимальное количество энергии источника тока.

Для уменьшения длины стартерных проводов, имеющих большое сечение (что приводит к большому расходу дефицитной меди), уменьшения габаритных размеров и массы "стартера и батареи, а также для удобства их установки и технического обслуживания важно предусмотреть рациональное размещение элементов системы пуска двигателя на автомобиле.

Параметром, определяющим рациональное согласование мощностной характеристики пускового устройства с пусковыми характеристиками двигателя, является передаточное число привода. При изменении передаточного числа привода меняется наклон механической характеристики стартерного электродвигателя, приведенной к коленчатому валу двигателя. И повышением передаточного числа приведенный вращающий момент увеличивается, приведенная частота вращения вала уменьшается. Максимальное значение мощности электростартера смещается в сторону меньшей частоты вращения коленчатого вала. Для каждого типа двигателя и заданных условий пуска существуют наивыгоднейшие передаточные числа, при которых наилучшим образом используются мощностные характеристики стартерного электродвигателя.

Автомобильные электростартеры должны обеспечивать номинальные параметры при нормальных климатических условиях: температура окружающего воздуха (25±10) °С; относительная влажность (45-80) %; атмосферное давление (84-106) кПа.



2. Расчетная часть

2.1 Выбор стартера

2.1.1 Расчет моментов сопротивления двигателя

Находят значение среднего давления трения РТ для данного типа двигателя. Среднее значение давления определяется при скорости прокручивания коленчатого вала 50 об/мин. Значения средних давлений трения приведены в таблице 1.

Таблица 1 ? Значения средних давлений трения для различных двигателей.

Тип двигателя	Скорость прокручивания коленчатого вала, об/м	Среднее давление КГ/см2
Карбюраторный ряд четырехцилиндровый	50	3,0
Карбюраторный V-образный восьмицилиндровый	50	2,2-2,4
Дизельный V-образный шестицилиндровый, восьмицилиндровый	100 100	3,8 2,3-2,9

Из данной таблицы выбираем значение РТ, соответствующее выбранному типу двигателя

РТ=2,2 Кг/см² (1)

Далее рассчитывают момент сопротивления для масла вязкостью 1500 сст и скорости прокручивания коленчатого вала 50 об/мин, кГ·м

, (2)

(кг/м)

где Р_Т ? среднее давление трения, кГ/см2;

V_h ? рабочий объём двигателя, л;

1,257 ? постоянная величина.

Строят график m_н= f(н), где m_н?относительный момент сопротивления, н ? вязкость масла (рисунок 3), по данным, приведенным в таблице 2.

Таблица 2 ? Значение m_н при вязкости масла

Тип двигателя	Значения mv при вязкости масла сст
	500	1000	2000	3000	4000	6000	8000	10000	12000
Карбюраторный ряд четырехцилиндровый и V-образный восьмицилиндровый	0,64	0,78	1,0	1,22	1,36	1,66	1,8	2,07	2,1
Дизельный V-образный шестицилиндровый, восьмицилиндровый	-	0,85	1,0	1,14	1,26	1,5	1,72	1,9	2,0

Рисунок 3 ? Зависимость относительного момента сопротивления от вязкости масла.

Для выбранных значений температур по графику определяют значение . Диапазон температур от минус 10°С до минус 25°С.

При пуске двигателей при температуре минус 20°С, рекомендуется применять масла: АСЗп-6, АСЗп-10, МТ-14п.

При температуре минус 20єС н=1500сст, =0,9кГ·м.



Момент сопротивления двигателя при n=Const и выбранных температурах пуска определяется по формуле, кГ·м.

Мн=М1500·mн (3)

Подставив ранее найденные значения М1500 и m_н в формулу (3), находят

Мн=2,270,9=2,043 кг/м

Определяется значение относительного коэффициента сопротивления m_n, используя таблицу 3.

Таблица 3 ? Зависимость коэффициента m_n от скорости вращения коленчатого вала

Тип двигателя	Значение mn при скорости вращения коленчатого вала, об/мин
	25	50	75	100	125	150	175	200
Карбюраторный ряд четырехцилиндровый	0,77	1,0	1,17	1,29	1,38	1,45	-	-
Карбюраторный V-образный восьмицилиндровый	0,81	1,0	1,14	1.28	1,38	1,48	1,56	1,62
Дизельный V-образный шестицилиндровый, восьмицилиндровый	-	0,88	0,94	1,0	1,06	1,12	1,17	1,23

Находится момент сопротивления для скоростей, отличных от 50 об/мин, по формуле, кГ·м.

(4)

Подставив в формулу (4) значение Мн и табличные значения mn, находят Mn при разных скоростях прокручивания коленчатого вала.

при n=25 об/мин

при n=50 об/мин

при n=75 об/мин

при n=100 об/мин

при n=125 об/мин

при n=150 об/мин

при n=175 об/мин

при n=200 об/мин

По полученным значениям моментов сопротивления строится график Mn=f(n) (рисунок 4). электростартерный коллектор двигатель балансировка

Рисунок 4 ? Зависимость момента сопротивления от скорости вращения коленчатого вала

2.1.2 Расчет мощности электростартера

Рассчитывают необходимую мощность электростартера по формуле, л.с

(5)

где MC ? момент сопротивления, Н·м;

?минимальная пусковая частота, об/мин;

? коэффициент полезного действия (КПД) зубчатой передачи, имеет значение в промежутке от 0,85 до 0,9.

Минимальная пусковая частота при заданной температуре пуска =70об/мин, момент сопротивления при данной частоте МС=3,37 Н·м. Выбрав КПД зубчатой передачи равным 0,85 и подставив все значения в формулу (5), находят

,

Чтобы перевести мощность электростартера из лошадиных сил в ватты, используют следующую формулу,

(л.с.) (6)

Находят

(Вт)

2.2 Расчёт стартерного электродвигателя

2.2.1 Определение размеров электродвигателя стартера

Находят частоту вращения стартера по формуле, об/мин

, (7)

где? пусковая частота, задана 39 об/мин;

i ? передаточное число, задано 14,56.

Подставив значение находим частоту вращения

,

Далее находят отношение мощности стартера к его частоте вращения,

(8)

,

Для найденного отношения магнитная индукция в зазоре соответствует,

(9)

Линейная токовая нагрузка равна,

AS=16200 (A/м), (10)

Коэффициент полюсной дуги

(11)

Отношение длины якоря к его диаметру выбирают,

(12)

где L₀ ? длина якоря, м;

Da? диаметр якоря, м.

КПД стартера зависит от мощности и режима работы. Для указанных выше значений КПД стартера равен

(13)

Рассчитывается машинная постоянная, /Вт·м

(14)

Подставив значения магнитной индукции, линейной токовой нагрузки и коэффициента полюсной дуги в формулу (13), получают,

(/Вт·м)

Далее определяется расчётная мощность якоря по формуле, Вт

(15)

Подставив в формулу (14) значения КПД и мощности стартера, имеют

,

Рассчитывается диаметр якоря по следующей формуле, м

(16)

Соответственно, подставив все необходимые значения в формулу (15), определяют

(м)

Расчёт длины якоря. Из формулы (11) следует

(17)

Так как отношение длины якоря к его диаметру произвольно было взято равным 1, то

(м)

Далее необходимо рассчитать окружную скорость вращения якоря. Она определяется по формуле, м/с

(18)



(м/с)

Находят полюсное деление, м

(19)

где 2р ? число полюсов, равно 4.

Рассчитывают

(м)

Далее определяется расчётная полюсная дуга, м

(20)

(м)

Определяют частоту перемагничивания по формуле, Гц

(21)

где р ? число пар полюсов. Если 2р=4, то следовательно р=2.

Находят

,

Воздушный зазор выбирается минимально возможным, однако для того чтобы магнитное поле не меняло знак на протяжении полюсной дуги, необходимо выполнение условия

(22)



где и ? магнитодвижущие силы (МДС) воздушного зазора и зубцовой зоны при номинальном токе, А.

=(0,15 ? 0,25) (23)

Воздушный зазор определяется по формуле, м

(24)

(м)

2.2.2 Расчёт обмотки якоря

При числе полюсов 2р=4 применяется простая волновая обмотка. Вначале рассчитывают полезный поток одного полюса машины, Вб

(25)

Получают

(Вб)

Далее определяют ток якоря для стартера по формуле, А

(26)

где Р_СТ ? мощность стартера, Вт;

U_н ? номинальное напряжение, равно 12 В;

з ? КПД стартера;

Iв ? ток возбуждения, равен (10 ч 20)%Iн,

где Iн ? номинальный ток.

Номинальный ток Iн определяется по формуле, А



(27)

(А)

Определяют ток возбуждения

(А)

Так как значения номинального тока и тока возбуждения найдены, то, подставив их в формулу (26), находят ток якоря

(А)

Число параллельных ветвей ? равно числу пар полюсов

2а=р=2. (28)

Рассчитывают число проводников обмотки якоря (предварительное)

, (29)

где Е ? электродвижущая сила (ЭДС) обмотки якоря, В.

ЭДС обмотки якоря определяется по следующей формуле, В

(30)

(В)

Подставив полученные значения в формулу (29), получают

,

Число пазов якоря определяется



(31)

,

Число коллекторных пластин

(32)

где Uп ? напряжение на коллекторной пластине, выбирается в промежутке от 1 до 3 В.

Взяв произвольно Uп=1, получают

К=1

Находят число витков секции обмотки

, (33)

,

Определяют уточнённое число проводников якоря по формуле

(34)

,

Число проводников в пазу

(35)

Подставив значения, получают

,

Далее рассчитывают шаги обмотки. Шаг по коллектору определяют по формуле

, (36)

К+1 рассчитывают, если применяется правоходовая обмотка, К-1 ? если левоходовая. Выбрав для расчета правоходовую обмотку, получают

,

Далее необходимо рассчитать первый частичный шаг по формуле

(37)

где Zэ? число элементарных пазов, равно числу коллекторных пластин в коллекторе Zэ=К;

2р ? число полюсов;

е ? некоторое число, меньше единицы, прибавляя которое, получают целое значение второго частичного шага.

Подставив значения в формулу (37), получают

,

Второй частичный шаг определяют по формуле

(38)

,



2.2.3 Расчёт размеров зубцов и пазов якоря

В машинах постоянного тока использую пазы круглой, овальной и трапецеидальной формы. Наиболее простые пазы ? круглой формы, поэтому сначала проверяют возможность применения круглых пазов.

Рассчитывают интенсивность нагрева, Вт/

(39)

где

? окружная скорость якоря, м/с;

б ? коэффициент теплоотдачи поверхности якоря, выбирается из предела от 14 до 18 Вт/К·;

? предельно допустимое превышение температуры корпуса над температурой окружающей среды, єС.

Для изоляции проводов предельная температура =105єС. Температура окружающей среды задана минус 20єС. Следовательно, находят

(40)

Подставляют значения в формулу (39). Получают

(Вт/)

Определяют плотность тока, А/

(41)

(А/)

Рассчитывают предварительное сечение проводников обмотки якоря по формуле,

(42)

()

Согласно найденному значению предварительного сечения проводников, уточнённое табличное значение будет равно

(43)

Также из найденного значения по таблице находят диаметр проводника

(44)

и диаметр изолированного проводника

(45)

Предварительная величина площади паза определяется по формуле,

(46)

где ? сечение изолированного провода, ;

Nп ? число проводников в пазу;

? коэффициент заполнения паза, выбирается из предела от 0,3 до 0,46.

Сечение изолированного провода находят по формуле,



(47)

,

Зная все необходимые значения и подставив их в формулу (46), определяют площадь паза

()

Высоту щели выбирают

=1ч1,5 (мм). (48)

Ширина щели

=1ч8 мм. (49)

Определяют диаметр вала якоря, м

(50)

Зубцовое деление, м

(51)

Находят

(м)

Далее рассчитывают диаметр паза по формуле, м



(52)

(м)

Максимальная ширина зубца, мм

(53)

(м)

Производят проверку паза

(54)

Если в_z2?0,0013 м, то, следовательно, паз круглый.

Рассчитывают

(м)

Найденное значение вz2 удовлетворяет условию, следовательно, получился круглый паз.

2.2.4 Расчёт коллектора и щёточного аппарата

Коллекторы стартерных электродвигателей выполняют с пластмассовой изоляцией. Щётки и прижимные пружины размещены в трубчатых или коробчатых щеткодержателях.

Различают радиальные и реактивные щеткодержатели. В радиальных щеткодержателях щётки располагаются перпендикулярно к коллектору, а в реактивных ? под некоторым углом.

Толщина кольца коллектора определяется, м



(55)

0,0572=0,00572(м)

Находят диаметр коллектора по формуле, м

D_K =(0,10,9)D_a (56)

Получают

D_K =0,50,0572=0,028(м)

Ширина коллекторной пластины выбирается

в_к=0,0020,005(м)

Толщина изоляции между пластинами

в_из=0,00060,0008(м)

Рассчитывают коллекторное деление, м

(57)

,

Ширина щётки, м

в_щк=(23)в_к (58)

в_щк=20,002=0,004(м)

Найденному значению ширины щётки соответствуют табличные значения осевого размера

а_щк=6,3(мм)

и высоты щётки

h_щк=12,5(мм)



Далее рассчитывается активная длина коллектора по формуле, м

(59)

,

Полная длина коллектора определяется, м

(60)

(мм)

Окружная скорость коллектора, м/с

(61)

=0,8(м/c)

2.2.5 Расчёт магнитной цепи

Магнитопровод машины постоянного тока (МПТ) малой мощности изготавливается чаще всего шихтованным из электротехнической стали. Полюса прессуются из порошковых ферромагнитных материалов.

Определяются геометрические размеры магнитной системы.

Воздушный зазор (уточнённый) определяют по следующей формуле, м

(62)

где К_д ? коэффициент воздушного зазора, или коэффициент картера.

Этот коэффициент определяется по формуле



(63)

Рассчитывают

=0,61 (м)

Определяют воздушный зазор

0,610,000243=0,000148(м)

Высота сердечника полюса принимается равной

h_пл=(0,240,4)D_a (64)

h_пл=0,40,052=0,022(м)

Осевая длина полюса принимается равной длине якоря

l_пл=l_o

Далее определяют сечение сердечника полюса, м²

(65)

где у ? коэффициент рассеивания магнитного потока, у=1,08ч1,12; Впл ? магнитная индукция в сердечнике полюса, для машин коротковременного режима работы Впл=1,4ч1,6 Тл.

Подставив значения в формулу (65), получают

()

Рассчитав площадь сердечника, определяют его ширину по формуле, м

(66)



где Кзс? коэффициент заполнения стали. Если полюс выполнен сплошным, то Кзс=1.

Определяют

(м)

Сечение магнитопровода станины рассчитывают по формуле, м²

(67)

где Вст? магнитная индукция станины, не более 1,5 Тл.

Получают

(

Высота сердечника станины, м

(68)

где lст? длина станины, lст=l₀+(3ч5) (мм);

Кзс=1

Определяют длину станины

l_ст=0,0572+0,003=0,0602(м)

Рассчитав длину станины и подставив значения в формулу (70), находят высоту сердечника станины

(м)

Далее рассчитывают магнитодвижущие силы (МДС) машины.

МДС воздушного зазора, А

(69)



где м₀ ? магнитная проницаемость вакуума, м₀=4р·10^-7=12,56·10^-7 Гн/м.

Подставив значения в формулу (69), рассчитывают

,

МДС зубцовой зоны, А

AW_z=2H_z·h_п (70)

где h_п ? высота паза, м;

Hz? напряжённость магнитного поля в зубце, А/м.

Для круглого паза

h_п=d_п+h_щ (71)

h_п=2,22+1=3,22(мм)

Значение напряжённости определяется по кривым намагничивания. Это представляет собой либо график, либо таблицу. Чтобы определить

Магнитная индукция определяется по формуле, Вб

(72)

,

Найденному значению магнитной индукции соответствует табличное значение напряжённости

H_z=236 (А/м)

Подставив найденные выше значения в формулу (70), определяют МДС зубцовой зоны

AW_z=22360,00322=1,51 (A)

МДС сердечника якоря, А



AWa=Ha·La (73)

где Ha? напряжённость поля якоря, выбирается в зависимости от магнитной индукции в якоре Ва;

La? средняя длина магнитной силовой линии, м.

Взяв значение магнитной индукции в якоре В_а=1,5 Тл, находят табличное значение напряжённости поля якоря

H_a=620 (A)

Средняя длина магнитной силовой линии определяется по формуле, м

(74)

где h_а? высота спинки якоря.

Высота спинки якоря определяется по формуле, м

=, (75)

Коэффициент теплоотдачи поверхности якоря б принимают равным 14 Вт/К·м², полюсное деление ф по формуле (19) равняется 0,044 м.

Следовательно, можно определить

(м)

Далее находят значение средней магнитной силовой линии

(м)

Зная напряжённость поля якоря и среднюю магнитную силовую линию и подставив данные значения в формулу (73), определяют

AW_a=6200,058=36(А)

МДС полюсов машины, А



AW_пл=2H_пл·в_пл (76)

AW_пл=26207,3810³=0,09 (А)

МДС станины, А

AW_ст=H_ст·L_ст (77)

где L_ст? средняя длина магнитной силовой линии в станине, м.

Средняя длина магнитной силовой линии в станине определяется по формуле

(78)

(м)

Подставляют значения в формулу (79) и определяют

AW_ст=6200,01=6,2(А)

Рассчитав все МДС машины, находят результирующую МДС

AW=AW_д+AW_z+AW_a+AW_пл+AW_ст (А).

AW=+1,51+36+0,09+6,2=107 (А)

2.2.6 Расчёт обмотки возбуждения

Сила тока возбуждения, А

I_в=(5ч10)%Iа (79)

I_в=0,0513,36=0,6(А)



Плотность тока выбирается в зависимости от номинального момента.

(80)

где n_max=5000 об/мин

Определяют

(Н·м)

Найденному значению номинального момента соответствует плотность тока

j_в=11·10⁶(А/м²)

Рассчитывают сечение провода обмотки возбуждения, м²

(81)

,

В соответствии с найденным значением сечения провода обмотки возбуждения находят значения диаметра провода обмотки возбуждения d_в=0,25(мм) и диаметра изолированного провода обмотки возбуждения d_{в из}=0,285(мм)

Определяют число витков обмотки возбуждения на один полюс

(82)

,

Площадь окна для размещения обмотки возбуждения (предварительная), м²



(83)

где f₀ ? технологический коэффициент, учитывающий промежутки между проводниками и изоляцию провода, f₀=0,8ч0,84.

Подставив значения, получают (. Фактическая площадь должна быть увеличена на 10 ? 20% для учёта возможности неточностей намотки

(84)

,



3. Технологическая часть

3.1 Балансировка и механическая обработка якорей

К ротору, который поступает на сборку электрической машины, предъявляется ряд требований. Он является вращающимся узлом электрической машины. Вращение происходит в подшипниках, которые внутренней обоймой крепятся на валу, а наружной -- в подшипниковом щите. Между вращающимся ротором и неподвижным статором имеется небольшой воздушный зазор.

Воздушный зазор в машине должен быть равномерным по всей окружности статора. Неравномерность его оговаривается в чертежах и, как правило, не должна превышать 10% величины самого зазора. Таким образом, при зазоре 0,3 мм допускаемая неравномерность не более 0,03 мм.

Неравномерность воздушного зазора в машине приводит к появлению шума и вибрации, что снижает надежность ее работы и может быть причиной выхода из строя, вредно воздействует на здоровье обслуживающего персонала, снижает надежность работы приводного механизма. Неравномерность зависит от точности механической обработки деталей и сборки. При механической обработке должна быть обеспечена:

1. в подшипниковом щите -- соосность отверстия под посадку наружной обоймы подшипника и отверстия замка для надевания щита на корпус;

2. в статоре -- соосность замков на корпусе и внутреннего отверстия сердечника;

3. в роторе -- соосность наружной поверхности сердечника и поверхностей на валу для надевания подшипников. При сборке не должно быть перекосов в сопрягаемых деталях.

Технологический процесс изготовления деталей ротора и его сборки строится так, чтобы были выполнены все требования, указанные в чертежах.

Различают два вида валов: жесткие и нежесткие.

Жесткие валы (диаметром 70 -- 100 мм и более), как правило, имеют машины средней и большой мощности. При сборке вала с сердечником его искривления не происходит, поэтому вал изготовляют с окончательными размерами, а после сборки не подвергают механической обработке. В таких роторах производят только механическую обработку наружной поверхности сердечника. В крупных машинах роторы после сборки механически не обрабатывают.

Нежесткие валы, как правило, имеют машины малой мощности. При сборке вала с сердечником возможно его искривление, поэтому вал изготовляют, оставляя припуск, а после сборки производят механическую обработку вала и наружной поверхности сердечника, обеспечивая выполнение требований чертежа. Наиболее часто используемые технологические процессы сборки ротора рассмотрены ниже.

На работу машины оказывает большое влияние неуравновешенность вращающихся деталей (ротора, вентилятора, коллектора и др.), вызывающая повышенную вибрацию, поэтому до сборки детали подвергают операции балансировки.

Таким образом, сборка ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя включает следующие операции:

1. запрессование вала на сердечник;

2. механическую обработку;

3. окрашивание наружной поверхности сердечника;

4. балансировку;

5. надевание подшипников, крышек, вентилятора.

Последовательность операций менять нельзя во избежание получения некачественного ротора.

Последовательность изготовления якорей машин постоянного тока и фазных роторов асинхронных двигателей вследствие того, что в пазы уложена обмотка, которую пропитывают, несколько иная, а именно:

1. сборка сердечника на вал и скрепление его;

2. укладка обмотки;

3. пропитка обмотки;

4. надевание коллектора или контактных колец;

5. механическая обработка наружной поверхности вала;

6. окрашивание наружной поверхности сердечника;

7. балансировка;

8. надевание подшипников, крышек, вентилятора.

Собранные роторы (якоря) отправляют на сборку электрической машины.



Заключение

Курсовой проект закрепил и углубил теоретические и практические навыки, полученные за период обучение, развил и закрепил навыки самостоятельной работы с учебной и справочной литературой, нормативными документами, ГОСТами, а также навыков в выполнении технологических расчётов и графических работ.

Курсовой проект развил способности к исследовательской работе, научил правильно формулировать и обосновывать задачи проекта, основываясь на базовых теоретических положениях. Задачи, самостоятельно решаемые в ходе выполнения проекта, явились эффективным средством более глубокого усвоения теоретического материала.

В курсовом проекте проведены следующие расчёты: расчёт моментов сопротивления двигателя, расчёт мощности стартера, спроектирован стартерный электродвигатель, проведены расчёты обмотки якоря, размерам зубцов и пазов якоря, коллекторного и щёточного аппарата, магнитной цепи, обмотки возбуждения.

В итоге всех расчётов разработаны и выполнены два чертежа:

1. Схема обмотки стартера

2. Сборочный чертеж стартера



Список использованных источников

1 Туревский И.С., Соков В.Б., Калинин Ю.Н. Электрооборудование автомобилей. Учебное пособие. ? М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. ?368 с.

2 Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов. ? М.: ЗАО «КЖИ «За рулём», 2004. ? 384 с.

3 Калисский В.С., Манзон А.И., Нагула Г.Е. Автомобиль категории «С». Учебник водителя. ? М.: Транспорт, 1984. ? 349 с.

4 Трантер А. Электрооборудование автомобилей. Руководство. СПб.: Алфамер Паблишинг, 2003. ? 288 с.

5 Боровских Ю.И. Электрооборудование автомобилей. Справочник. ? М.: Транспорт, 1971. ? 179 с.

6 Морозов А.Г. Расчёт электрических машин постоянного тока. ? М.: Высшая школа, 1988, ?264 с.

7 Кацман М.М. Электрические машины. Учебник для студентов средних профессиональных учебных заведений. ? 3-е издание, исправленное. ? М.: Высшая школа, издательский центр «Академия», 2001. ? 463 с.

Размещено на Allbest.ru

...