В помощь студентам БНТУ - курсовые, рефераты, лабораторные !


Разработка конструкции электромагнита

Разработка конструкции электромагнита

Введение

Электромагнитным устройствам (ЭМУ) принадлежит заметная роль в современной радиоэлектронной аппаратуре и средствах автоматики при решении широкого круга технических задач в приводных, программных, переключающих, тормозных, фиксирующих, блоки­ровочных и многих других устройствах. На основе ЭМУ построены самые раз­нообразные конструкции реле, контакторов, пускателей, клапанов, гидро- и пневмовентилей, движителей, искателей, расцепителей, дистанционных переклю­чателей и фиксаторов положений, муфт, ударных, пробивных и прессовых ме­ханизмов, тормозных, подъемных, тянущих, толкающих и других устройств, построенных на основе таких исполнительных элементов, как электромагниты, соленоиды, электромагнитные муфты.

ЭМУ являются одним из видов двигателей (источников движения), одним из основных элементов средств автоматики и автоматизации. Сегодня трудно на­звать отрасль промышленности, где бы не использовались те или иные ЭМУ.

Относительная простота, компактность конструкций, широкие функциональ­ные возможности электромагнитных устройств обусловили применение их в си­стемах автоматики и телемеханики, управления, сигнализации, контроля, защи­ты, информационных и других отраслях техники, науки, производства.

Широкое применение ЭМУ обусловлено возможностью получения значительных сил (моментов) и относительной легкостью реализации требуемых характеристик, высокой точностью и стабильно­стью установки в фиксированных положениях, большим сроком службы, про­стотой управления.

С ростом уровня автоматизации и функциональным усложнением аппара­туры, с повышением плотности компоновки ее увеличивается число применяемых электромагнитных устройств. К электромагнитным устройствам и их исполни­тельным элементам предъявляются все более высокие конструктивно-техноло­гические, экономические и эксплуатационные требования (в частности, простоты и технологичности конструкций, уменьшения габаритных размеров, массы, по­требляемой энергии, простоты обслуживания, удобства эксплуатации, сокраще­ния сроков разработки).

Вместе c тем ЭМУ по таким показателям, как быстродействие, уступают электронным устройствам. Поэтому в последние годы успехи электронной, ра­диоэлектронной, вычислительной техники и других смежных с ними областей позволили при решении некоторых задач заменить ЭМУ электронными. Напри­мер, отдельные электромеханические временные и программные механизмы за­менены электронными. Однако в большинстве случаев электронные устройства в принципе не могут заменить электромагнитные устройства. Многие технические задачи наиболее удачно могут быть решены только с помощью ЭМУ, доля ко­торых, несмотря на имеющуюся тенденцию к такой замене, в современной РЭА и системах автоматики достаточно высока.

 

1 Назначение и область применения конструкции

Электромагнит М-2 относится к простейшим электромагнитным приводам, которые осуществляют поступательное, вращательное или сложные движения, в основном, тянущего или толкающего действия. Они сопрягаются с нагрузкой напрямую без каких-либо элементов сопряжения, и нашли применение в электромагнитных клапанах, контакторах, реле, фиксаторах, стопорах, замках т.п.

Электромагнит М-2 используется в качестве привода клапана в системе регулирования уровня жидкости. При подаче управляющего напряжения на катушку электромагнита якорь втягивается и обеспечивается заданный рабочий ход, при этом, в зависимости от конструктивного исполнения, открывается или закрывается клапан.

Условия эксплуатации электромагнита М-2 предполагают его использование в помещениях, а также на открытом воздухе при температурах (-30÷+40)м/span>С, влажность 75%. Условия эксплуатации также накладывают требования к материалам конструкции, которые должны обеспечить надежную работу устройства в течение всего периода эксплуатации.

2 Техническая характеристика электромагнита М-2

1 Габаритные размеры, мм – 305×110×84

2 Напряжение питания Uпит = 220 В

3 Частота напряжения питания f = 50 Гц

4 Максимальное значение магнитной индукции Bm = 0,94*10-4 Вб/см3

5 Индуктивное сопротивление RL = 61,12 Ом

6 Потребляемая мощность Р = 946 Вт

7 Тяговое усилие 20 кг

8 Режим работы – повторно-кратковременный

9 Рабочее положение – любое

3 Описание и обоснование выбранной конструкции электромагнита

 

Электромагнит состоит из корпуса 7, внутри которого находятся катушка, сердечник 8 и якорь 10. Сердечник и корпус соединены винтами 13. К корпусу присоединены также кольцо 6 и гайка 5, служащая для регулировки и ограничения хода якоря.

В сердечнике выполнено дренажное отверстие (d = 4 мм) для сообщения области рабочего зазора с окружающей средой и снижения демпфирования, увеличения полезной работы, быстродействия. Форма стопа сердечника плоская.

Для уменьшения вихревых токов (повышения быстродействия) якорь по наружной поверхности имеет узкие продольные пазы.

Клеммы 1 крепятся к сердечнику 8 винтами 12. Клемма 1 отлита из пластмассы ПСМ-11 ГОСТ 20282-86 вместе с лепестком (латунь Л90 ГОСТ 15527-70). Катушка состоит из втулки 3, шайбы 9 и обмотки 2.

Втулка используется в качестве каркаса катушки и направляющей якоря. Изготовлена из бронзы БрАЖ9-4, обладающей повышенными показателями антифрикционности. Толщина выбирается конструктивно из условия обеспечения механической прочности. Для электромагнитов, работающих без избыточного давления, наружный диаметр направляющей втулки обычно составляет (1,1…1,15) от внешнего диаметра катушки.

Шайбы предназначены для фиксации катушки и ее изоляции от корпуса. Материал – гетинакс электротехнический толщиной 3 мм (ГОСТ 2118-74).

Выводы обмотки через отверстия в сердечнике подводятся к лепесткам клемм и припаиваются. К свободным концам лепестков подводится напряжение питания.

При прохождении тока форсировки якорь притягивается к сердечнику. После импульса форсирующего тока в катушке протекает ток удержания. Рабочий ход якоря составляет 4 мм.

Детали магнитопровода (корпус, якорь, сердечник) изготавливаются из низкоуглеродистой электротехнической стали марки 11895 (ГОСТ 11036-75).

Втулка 4 изготовлена из пластмассы ПСМ-11 ГОСТ 20282-86.

4 Расчеты подтверждающие работоспособность и надежность конструкции

4.1 Расчет параметров электромагнита

1 Исходными данными для расчета являются:

  • усилие электромагнита Q = 20 кг;
  • напряжение питания U = 220 В;
  • ход якоря A = 4 мм.

Рассчитываются конструктивные параметры электромагнита.

2 Конструктивный фактор определяется по формуле

где Qр – расчетное усилие электромагнита Qр = (1,1÷1,15)Q, кг;

       SM – магнитный зазор SM = A + (0,1÷0,5), мм.

3 Максимальное значение магнитной индукции Bm определяют исходя из значений конструктивного фактора по графику, оно составляет 0,94*10-4 Вб/см3.

4 Сечение сердечника электромагнита определяется по формуле (мм2)

мм2

 

5 Приведенное значение индукции B = Bm.

6 Число витков провода катушки определяется по формуле

где fЭ – частота сети, Гц;

UР – расчетное эффективное напряжение сети, при котором должно быть обеспечено расчетное усилие электромагнита UР = (0,75÷1)U, В.

fЭ – частота сети, Гц.

 

витков

 

7 Индуктивное сопротивление электромагнита определяется

Ом

8 Эффективное значение тока определяется как

А

9 Диаметр провода обмотки катушки без изоляции определяется по формуле

где ΔI – дополнительное значение плотности тока (2÷6), А/мм2.

мм

Для намотки катушки выбираем провод марки ПЭЛ d = 1 мм, dиз = 0,07 мм.

Диаметр провода с изоляцией dпр = 1,07 мм.

10 Расчетное сечение катушки определяется

где КЗС – коэффициент заполнения сечения катушки, который выбирается в зависимости от условий намотки катушки и диаметра провода

мм2

11 Длина катушки определяется по формуле

где VK – объем катушки.

Объем катушки можно найти по формуле

где VВИТ – объем одного витка, который определяется как

где Dmax и D – наружный и внутренний диаметры катушки.

мм

мм

мм

мм3

мм3

мм

12 Активное сопротивление катушки определяется по формуле

Ом

13 Мощность, затрачиваемая на нагрев, определяется как

Вт

14 Проверка правильности расчета электромагнита производится по коэффициенту охлаждения и уточнению усилия.

Коэффициент охлаждения рассчитывается по формуле

где Sпов – площадь поверхности катушки.

мм2

мм2/Вт

Значение коэффициента охлаждения должно быть не менее 1000 мм2/Вт. Рассчитанное значение соответствует требованию к величине Кохл.

15 Определяется отношение активного сопротивления к индуктивному, при R = R0.

Согласно значения q по графику значения коэффициента усилия определяется коэффициент усилия СС. Для q = 1,044 CС составляет 0,5.

16 Производится уточнение усилия электромагнита по значению Q0

кг

Значение Q0 должно быть не менее заданного тягового усилия, что подтверждается расчетом.

В результате проведения расчета определены основные параметры электромагнита:

  • длина катушки 208 мм;
  • сечение сердечника электромагнита 1266,8 мм2;
  • сечение катушки 1767 мм2;
  • число витков 1455;
  • наружный диаметр катушки 62 мм;
  • внутренний диаметр катушки 40мм;
  • провод обмотки ПЭЛ d = 1,07 мм.

Заключение

В курсовом проекте разработана конструкция электромагнита М-2, рассчитана катушка электромагнита, выбраны материалы деталей в зависимости от условий эксплуатации.

Разработаны чертежи деталей, сборочный чертеж электромагнита, техническое задание.

 

@reg

@support17

Сейчас 112 гостей онлайн

@(c)

Copyright © 2009-2011 Support17.com
Любое использование материалов, опубликованных на support17,
разрешается только в случае указания гиперссылки на Support17.com

@s

Родоначальницей всех приборостроительных специальностей явилась кафедра «Приборы точной механики», которая была открыта в 1961 г. на машиностроительном факультете.
В 1976 г. был организован оптико-механический факультет.