В помощь студентам БНТУ - курсовые, рефераты, лабораторные !


Разработка конструкции электромагнита 2

Разработка конструкции электромагнита - Курсовой 2

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÷+30)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.Технические характеристики изделия

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 = 0,8*10-4 Вб/см3

5 Индуктивное сопротивление RL = 105 Ом

6 Потребляемая мощность Р = 946 Вт

7 Тяговое усилие 10 кг

8 Режим работы – повторно-кратковременный

9 Рабочее положение – любое

3. Описание и обоснование выбранной конструкции электромагнита

Электромагнит состоит из корпуса 6, внутри которого находятся катушка, сердечник 8 и якорь 3. Сердечник и корпус соединены винтами 12. К корпусу присоединены также кольцо 5 и гайка 4, служащая для регулировки и ограничения хода якоря.

В сердечнике выполнено дренажное отверстие (d = 5 мм) для сообщения области рабочего зазора с окружающей средой и снижения демпфирования, увеличения полезной работы, быстродействия. Форма стопа сердечника коническая.

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

Клеммы 1 крепятся к сердечнику 8 винтами 13. Клемма 1 отлита из пластмассы ПСМ-11 ГОСТ 20282-86 вместе с лепестком (латунь Л90 ГОСТ 15527-70). Катушка состоит из втулки 9, шайбы 7 и обмотки 2.

Втулка используется в качестве каркаса катушки и направляющей якоря. Изготовлена из латуни Л63, 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 – текстолит 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 5 мм.

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

Втулка 10 изготовлена из пластмассы ПСМ-11 ГОСТ 20282-86.

4 Расчеты подтверждающие работоспособность и надежность конструкции

4.1 Расчет параметров электромагнита

Расчётное усилие электромагнита:

Qp=(1,1÷1,15)*Qз;

Qp=1,12*10=11,2(кгс);

где Qз – заданное усилие.

Амплитуда движений сердечника:

А=5(мм);

Напряжение сети питания:

U=220B;

Расчётное эффективное напряжение в сети при котором должно быть обеспечено расчётное усилие электромагнита:

Up=Ku*U;                                Ku=0,9;

Up=0,9*220=198;

где Ku – коэффициент учитывающий возможное изменение напряжения в сети.

Определение конструктивного фактора электромагнита:

Кcр.=√2Qp/0,1Sµ;

Кcр=√2*11,2/0,1*5,3=4,733/0,53=9;

Sµ=A+(0,1÷0,5);

Sµ=5+0,3=5,3(мм);

где Sµ - магнитный зазор.

Маx значение индукции Вт в зависимости от конструктивного фактора, по графику изображённому на рис.6.23. В случае если конструктивный фактор больше или равен 200, значение Вт=1,5*10-4:

Вт=0,8*10-4 Вб/cм2;

Сечение и предварительные размеры магнитопровода (рис.6.3):

S=Qp/2,01*106*Вт2

S=11,2/2,01*106*(0,8*10-4)2=875(мм)2;

Определение приведенного значения магнитной индукции и для электромагнита работающего без выпрямителя приведенная индукция выбирается равной:

В=Вт;

В=0,8*10-4 Вб/cм2;

Определение числа витков провода в катушке:

ω=200√2*Up/2πfэ*В*S;

ω=200√2*198/2*3,14*50*0,8*10-4*875=56003/21,98=2548;

где fэ – частота сети.

 

Определить индуктивное сопротивление электромагнита:

 

ωL0=9,8*10-8*Sω2/Sµ;

ωL0=9,8*10-8*875*25482/5,3=105(Oм);

 

Определение эффективного значения тока:

iэ=√1+0,5(А/ Sµ)2*U/ ωL0;

iэ=√1+0,5(5/ 5,3)2*220/105=2,5A;

где А/ Sµ - отношение амплитуды колебания к магнитному зазору.

 

Определить диаметр провода без изоляции обмотки катушки:

d=√1,27iэ/ΔI;

d=√1,27*2,5/6=0,73(мм);

где ΔI – допустимое значение плотности тока, ΔI=2÷6(А/мм2)

 

Определить расчётное сечение катушки:

Sk=πd2ω/4Rзс;

Sk=3,14*0,752*2548/4*0,71=4899,4/2,84=1725мм

где Rзс=0,71 – коэффициент заполнения сечения катушки. Для катушек прямоугольного сечения наматываемых проводом с эмалевой изоляцией приведены в таблице 6.1.

 

Определить длину катушки L и толщину намотки катушки h:

                  lcp=2*П*(D+Dmax/2)

                  Dmax=2-√Sk+S/3,14

                  D=2*√S/3,14

                  Vвит=П*d* lcp/4

                  Vk= Vвит* Sk

                  Lk= Vk/ Sk

                  Dmax=2*√1725+875/3,14=57,6 мм

                  D=2*√875/3,14=33,4 мм

                  lcp=2*3,14*((33,4+57,6)/2)=285,7 мм

                 Vвит=3,14*0,75*284,7/4=126,2 мм

                 Vk=126,2*2548=321441 мм

                 Lk=321441/1725=186 мм

  1. Определяется средняя длинна витка намотки катушки:

lcp=2*П*(D+Dmax/2)

lcp=2*3,14*((33,4+57,6)/2)=285,7 мм

 

Определить активное сопротивление намотки катушки:

R0=0,0023*(4*lcp/πd2)* ω*10-3;

R0=0,0023*(4*285,7/3,14*0,752)* 2548*10-3=3,6(Ом);

 

Определить мощность затрачиваемая на нагрев катушки:

p= iэ2R0;

p= 2,52*3,6=22,5(Вт);

 

Определение коэффициента охлаждения:

kожл=Sн/р;

kожл=33874,32/22,5=1505,5(мм2/Вт);

где Sн – общая площадь поверхности намотки.

      Sн=2*πr*L=2*3,14*29*186=33874,32(мм);

 

Определение полного сопротивления цепи электромагнита и для электромагнита работающего без выпрямителя

R=R0;

R=3,6(Ом);

 

определение отношение активного сопротивления к индуктивному:

q=R/ωL0;

q=3,6/105=0,035;

 

Согласно полученным значениям q по графику 6.25 определяем коэффициент усилия Сс:

 

Сс=0,5;

 

Производится уточнение усилия электромагнита:

Q0=Qp Сс/0,5;

Q0=11,2* 0,5/0,5=11,2;

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

В результате проведения расчета определены основные параметры электромагнита:

  • длина катушки 285,4мм;
  • сечение сердечника электромагнита 875 мм2;
  • сечение катушки 1500 мм2;
  • число витков 2548;
  • наружный диаметр катушки 57,8 мм;
  • внутренний диаметр катушки 33,4 мм;
  • провод обмотки ПЭЛ d = 0,75 мм.

Изоляционный ГОСТ 226615-85.

Провод ПЭВ-1 или ПЭВ-2 ГОСТ 7262-78

Номинальный Ǿ

ПЭВ1

ПЭВ2

Кэ

 

0,75

 

0,809

 

0,831

 

0,71

 5. Расчёт напряжения на заклинивание.

Ǿ 43 Н7/h6

 


Минимальный зазор на заклинивание:

Δmin=Dmin(1±αотв*Δt)-dmax(1±αвал*Δt)

Δt=t-t0

Δt +30=30-20=10

      Δt -30= -30-20= -50

   Δmin +30=43,00(1+0,000018*10)-43,000(1+0,000020*10)=43,00774-      

    -43,0086=0,00086мм.

   Δmin -30=43,00(1-0,000018*(-50))-43,000(1-0,000020*(-50))=43,0387-      

    -43,043=0,0043мм.

   где Dmin – минимальный диаметр отверстия.

         Δt – температурный диапазон.

         t0 – комнатная температура (20С0).

        dmax – максимальный диаметр вала.

     αотв – температурный коэффициент для отверстия.

                  αотв=0,000018;

αвал – температурный коэффициент для вала.  

                  αвал=0,000020;

Выбираем из двух минимальных зазоров наименьший Δmin +30=0,00086мм – при этом зазоре будет происходить наибольшее вероятное заклинивание.

 

Максимальный зазор при расчёте на перекос:

Δmax/l<l/(2h+l)*F

43 H7 (+25 – 0)

43 h6  (0 – -16 )   

0,041/60<60/(2*20+60)*0,14

0,00068<0,084

где F – коэффициент трения между материалами.

      F=0,12...0,15;

 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 59 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.