Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электромеханические системы относятся к большому классу устройств, которые широко используются в различных автоматических системах и средствах автоматики. При проектировании электромеханических систем (ЭМС) и входящих в них устройств разработчики сталкиваются со значительными трудностями, связанными главным образом с отсутствием литературы, обобщающей накопленный опыт проектирования и достаточно простых методов расчёта и проектирования подобных устройств.

Основные типовые конструкции исполнительных устройств ЭМС с поступательным перемещением подвижных частей:

Исполнительное устройство втяжного типа с независимой регулировкой хода якоря и возвратной пружины. Электромагнит имеет плоский стоп и состоит из корпуса, стопа, якоря, обмотки, намотанной на немагнитный каркас, возвратной пружины, выходного штока. Колодка с контактами предназначена для подпайки выводов обмотки. В качестве габаритных размеров приводятся: наружный диаметр D, полная длина исполнительного устройства L1 и максимальный ход якоря . Начальное усилие указывается без учёта силы пружины.

Электромагнит тянущего и толкающего действия с неизменным рабочим ходом и регулируемой силой возвратной пружины. Он имеет усечённый конический стоп ( ) и состоит из корпуса, обмотки, намотанной на составной каркас (жестко соединённые фланец и втулка), якоря, возвратной пружины. В якоре с обеих сторон жестко закреплены тянущий и толкающий штоки. Рабочий ход выставляется посредством прокладки и ограничивается крышкой.

Электромагнит тянущего и толкающего действия с постоянным рабочим ходом, без возвратной пружины имеет стоп и якорь, которые в области рабочего зазора выполнены в виде ферромагнитного шунта (ФМШ). ФМШ обеспечивает электромагниту сравнительно пологую тяговую характеристику.

Электромагнит втяжного типа с коническим якорем не имеет возвратной пружины. Характерная особенность электромагнита: соприкосновение стопа и якоря в конце хода происходит не по конической поверхности, а по плоским торцевым поверхностям стопа и якоря.

Электромагнит с постоянным рабочим ходом не имеет возвратной пружины и отличается комбинированной формой рабочего зазора (сочетание плоского стопа с коническим). Электромагнит включает якорь с внутренним конусом (для уменьшения массы) и наружными продольными пазами (уменьшение вихревых токов, увеличение быстродействия), стоп, корпус, катушку. Поступательное движение якоря осуществляется в направляющей развитого фланца. Ход якоря ограничивается упором и регулируется прокладкой. Серьга служит для сопряжения электромагнита с нагрузкой. Тяговая характеристика объединяет достоинство конического и плоского стопов: повышенное начальное усилие и достаточно высокое усилие отрыва.

Цель курсового проекта - закрепление и углубление студентами теоретических знаний, приобретение практических навыков по проектированию электромеханических систем. Указанная цель определила следующие задачи курсового проектирования [2]:

овладение методиками проектировочного расчёта электромеханических систем; получение практического опыта применения ЭВМ для решения инженерных задач; получение начальных навыков разработки и оформления конструкторской документации; изучение требований ЕСКД, ЕСТД, и др.; приобретение навыков инженерного творчества.

Тематика курсового проекта посвящена разработке электромеханических систем, используемых в качестве исполнительных устройств в автоматических системах и системах управления.

Основными объектами курсового проекта являются электромеханические системы с электромагнитами постоянного тока, имеющими поступательное перемещение подвижных частей (с дисковым якорем, с втяжным якорем различной формы стопа, с ферромагнитным шунтом).

При проектировании втяжных электромагнитов (ЭМ) можно выделить два основных типа расчётов: проектный и поверочный. В зависимости от технического задания проектный расчёт проводится по двум методикам:

по заданному усилию, ходу якоря, тепловому режиму рассчитываются размеры магнитопровода и параметры катушки, обеспечивающие заданные параметры при минимальных габаритах;

по заданным габаритам, ходу якоря, тепловому режиму рассчитываются размеры магнитопровода и параметры катушки, обеспечивающие максимально возможное тяговое усилие при заданных параметрах.

Поверочный расчёт позволяет по известным размерам магнитопровода, параметрам катушки, ходу якоря определить тяговое усилие электромагнита, его тепловой режим, потребление тока, степень насыщенности магнитопровода. Выбор конструктивного типа и формы стопа.

В инженерной практике широкое распространение получил способ выбора типа электромагнита и формы стопа по конструктивному фактору (КФ)

где Р - тяговое усилие, - ход якоря.

Для количественного сопоставления экономичности основных типов электромагнитов (с дисковым якорем, втяжным якорем с различной формой стопа, ферромагнитным шунтом) с различными конструктивными факторами и выбора соответствующего типа электромагнита

Электромагниты с коническим и плоским стопами конструктивно различаются только формой исполнения стопа. Различие в их расчёте обусловлено разными выражениями тяговых сил, которые достаточно сложны, особенно для усечённо-конического стопа. Поэтому на этапе синтеза применяются упрощённые выражения для тяговых сил:

для плоского стопа

для конического стопа

где - угол конуса при вершине (для плоского стопа = ).

При этом электромагнит с плоским стопом можно рассматривать как частный случай электромагнита с коническим стопом.

Расчёт электромагнита с дисковым якорем проводится аналогично расчётам электромагнитов с плоским стопом.

Проектный расчёт 1-го типа

Допустим, заданы следующие основные параметры проектируемого электромагнита: Р - тяговое усилие, которое должен развивать электромагнит в начале хода якоря, Н - ход якоря, м; U - напряжение источника питания, В; - допустимое превышение температуры электромагнита при продолжительном режиме работы .

Требуется определить размеры магнитопровода и параметры катушки, обеспечивающие заданные характеристики при минимальных габаритах.

Расчёт электромагнита производим в следующей последовательности.

1. Уточнение формы стопа. Форма стопа уточняется по значению конструктивного параметра КФ

Электромагнит с дисковым якорем.

где = - рабочий зазор, м; - толщина немагнитной прокладки, м; обычно , причём большему ходу соответствует меньшее значение коэффициента и наоборот. В некоторых случаях немагнитная прокладка может отсутствовать ().

2. Определение основных размеров электромагнита.

диаметр якоря электромагнита

где - магнитная индукция в рабочем зазоре.

Для получения минимальных габаритов, объёма, массы, потерь магнитодвижущей силы значение необходимо принимать 0.7…1.1 Тл (для электромеханических сталей марки 29895).

наружный диаметр электромагнита

длина электромагнита

r - удельное сопротивление провода, Омм; определяется для заданного превышения температуры Q по формуле ; - удельное сопротивление провода при , для медного провода Омм; - температурный коэффициент металла провода, для медного провода =0.004 1/; - удельная мощность рассеяния, Вт/, определяется по графику Q = f();

отношение габаритных размеров электромагнита и их оценка.

Наиболее удачное конструктивное оформление электромагнитов с дисковым якорем - при = 0.4…0.8. Если полученное отношение габаритных размеров электромагнитов не соответствует желаемому, то расчёт повторяют, задаваясь при этом другим значением магнитной индукции, в нашем случае:

по принятому диаметру якоря уточняется значение магнитной индукции

по графику определяется значение поправочного коэффициента

максимальное значение магнитной индукции

Определение остальных размеров магнитопровода:

внутренний диаметр магнитопровода

толщина фланца: для дискового якоря - толщина якоря и толщина фланца

толщина фланца на периферии

длина окна магнитопровода под катушку

Определение параметров катушки:

средний диаметр катушки

где b - толщина каркаса, b = 0.1·10м; = зазор между катушкой и корпусом, М,

диаметр провода

Диаметр провода округляется до стандартного значения в соответствии с таблицей проводов. Выбираем провод ПЭВ-1 с диаметром 0,15мм. И для принятой марки провода находится его диаметр в изоляции d=0,18мм;

высота намотки катушки

длина катушки



число витков катушки

сопротивление катушки при нормальных условиях ()

длина намоточного провода

Поверочный расчёт.

Проверочный расчёт производится при известных конструкции, размерах и параметрах электромагнита:

а) размерах магнитопровода ;

б) размерах и параметрах катушки

в) других параметрах

Требуется определить тяговое усилие электромагнита, его тепловой режим, потребление тока, степень насыщенности магнитопровода

Расчёт электромагнита проводится в следующей последовательности:

1.Проверка размеров магнитопровода и параметров катушки:

а)

б)

в)

г)

д)

е) сечение якоря

ж) средний диаметр катушки

з) высота намотки

и) число витков катушки

к) сопротивление катушки

л) значение потребляемого тока

2. Определение тягового усилия, развиваемого электромагнитом при расчётном напряжении:

а) полная магнитодвижущая сила

б) максимальная магнитная индукция

в) по графику (рис. 4) находится значение поправочного коэффициента ,

г) тяговое усилие, развиваемое электромагнитом:

3. Проверка правильности выбора формы стопа или типа электромагнита:

4. Определение превышения температуры электромагнита:

а) удельная мощность рассеяния

б) по графику Q = для найденной удельной мощности рассеяния определяется превышение температуры электромагнита Q=80оС.

Разработка программ расчёта и анализ статических характеристик системы.

Расчёт статических и динамических характеристик электромеханической системы рассматриваемого класса использует нелинейную математическую модель.

К основным статическим характеристикам относятся: уравнения связи , внешняя характеристика X=f(i), механическая характеристика

.

Где Ф - магнитный поток

I - ток в обмотке электромагнита

Fдв - движущая сила, действующая на якорь

Для получения выражений, позволяющих рассчитать статические характеристики, необходимо составить схему замещения магнитной цепи исполнительного устройства и записать нелинейное алгебраическое уравнение (уравнение Кирхгофа для магнитной цепи).

Для данной электромеханической системы, работающей в релейном режиме, характерны следующие явления:

-насыщение материала магнитопровода

-наличие потоков рассеяния и выпучения, соизмеримых с рабочим потоком

-наличие сравнительно однородного поля внутри катушки и пренебрежимо малого по длине катушки из-за потоков рассеяния

-наличие нелинейных характеристик элементов усилителя мощности (транзистора и стабилитрона)

Представим данную ЭМС схемой замещения магнитной цепи при следующих допущениях:

-МДС обмотки считаем сосредоточенной

-поля рассеяния и выпучивания учитываем с помощью эквивалентных сопротивлений Rр Rв.

-сопротивление статора и якоря электромагнита учитываем эквивалентными магнитными сопротивлениями Rс, Rя

-влияние гистерезиса магнитных материалов на характеристики системы пренебрегаем

-потери на вихревые токи статора и якоря не учитываем, т.к. для определения статических характеристик используют медленно изменяющийся входной сигнал.

Схема замещения магнитной цепи:

где - сопротивление рабочего зазора

B	H	B	H	B	H
0,05	29,4	0,75	170	1,45	1400
0,1	41,2	0,8	185	1,5	1720
0,15	58,2	0,85	200	1,55	2000
0,2	64,2	0,9	218	1,6	2480
0,25	76,4	0,95	235	1,65	5000
0,3	82,3	1	255	1,7	8000
0,35	88,2	1,05	285	1,75	10000
0,4	96,5	1,1	300	1,8	11480
0,45	100	1,15	400	1,85	19000
0,5	114,3	1,2	520	1,9	25300
0,55	128,6	1,25	625	1,95	29000
0,6	132	1,3	800	2	31000
0,65	142	1,35	1000	2,05	35000
0,7	155	1,4	1200	2,1	40000

Значения H и Ф заданы в таблице;

сила, действующая на якорь



Программа:

program statika;

uses crt,graph;

const mu=1.256637e-6;

n=1;

ddx=2;

ddy=2;

type mas=array[0..2000] of real;

mas1=array[1..43] of real;

var DeltaYak,DeltaNem,DeltaPar,Delta,DeltaRab,nn:real;

Dmal,D,D1,C,C1,Lk,hk,Tok,R0,S1,S2,db,dh:real;

i,j,W,U,x0,y0,maxx,maxy,bb,y1,y2:integer;

aD,aF:mas;

b,h:mas1;

Dprov,Diz,G1,G2,dG,Gpar:real;

L,Lcp,x,y,Fdv,Shag,ShagPech,Dsred:real;

a,x1,x2,miny1,maxy1,cx,cy,dx,dx1,dy,dy1:real;

tab:file of real;

f:text;

s:string;

function p(z:real):real;

begin

i:=1;

while aD[i]<z do

i:=i+1;

a:=(aD[i]-z)/(aD[i]-ad[i-1]);

p:=aF[i]-a*(aF[i]-aF[i-1]);

end;

function PrCh(var r,t:real):real;

begin

PrCh:=(Lcp-DeltaNem-DeltaRab)*t+r*s1/G1+r*s2/G2;

end;

procedure Mashtabing;

var grDriver,grMode,e:integer;

label 1;

begin

grDriver:=Detect;

InitGraph(grDriver,grMode,'c:\pascal\bgi');

e:=graphresult;

if e <> grOK then

writeln(grapherrormsg(e));

if e=grOK then

cleardevice;

miny1:=p(x1);

maxy1:=miny1;

x:=x1;

while x<=(x2+shag/10) do

begin

if maxy1<p(x) then maxy1:=p(x);

if miny1>p(x) then miny1:=p(x);

x:=x+shag;

end;

maxx:=getmaxx;

maxy:=getmaxy;

y0:=(maxy div 2)-10;

if abs(x2-x1)<7 then dx:=(maxx*3 div 9)-20

else dx:=(maxx*6 div 9);

dy:=maxy*3 div 5;

dx1:=(x2-x1)/ddx;

dy1:=(maxy1-miny1)/ddy;

cx:=dx/dx1;

cy:=dy/dy1/1.7;

nn:=0;

1: if ((cx*x1) > (getmaxx-400)) and ((cx*x2) > (getmaxx-450)) or (abs(cx*x1) < 0) then

begin

nn:=nn+0.2;

cx:=(dx/dx1)/nn;

goto 1;

end

else cx:=dx/dx1;

bb:=abs(trunc(cx*x1));

if (y0-trunc(maxy1*cy) < 0) or (y0-trunc(miny1*cy) > getmaxy)

then for i:=1 to 4 do

cy:=(dy/dy1)/i

else cy:=dy/dy1;

if (x1*cx) > 0 then x0:=20

else x0:=bb+29;

setcolor(Lightblue);

setlinestyle(solidln,0,thickwidth);

line(0,y0,maxx-160,y0);

line(x0,20,x0,maxy-100);

outtextxy(maxx-180, y0+15,'X');

outtextxy(x0+15,25,'Y');

settextstyle(7,0,2);

for i:=round(x1) to round(x2) do

begin

setcolor(LightCyan);

str(i,s);

outtextxy(x0+i*round(cx)-5,y0+4,s)

end;

setcolor(LightCyan);

str(miny1:0:1,s);

outtextxy(x0-35,y0-round(cy*miny1)+2,s);

str(maxy1:0:1,s);

outtextxy(x0-30,y0-round(cy*maxy1)-10,s);

settextstyle(7,0,2);

setlinestyle(solidln,0,normwidth);

setcolor(Lightgreen);

outtextxy(70, maxy-180,'min(X)=');

str(x1:0:6, s);

outtextxy(170,maxy-180,s);

outtextxy(70,maxy-150,'max(X)=');

str(x2:0:6, s);

outtextxy(178,maxy-150,s);

rectangle(60,maxy-190,250,maxy-110);

settextstyle(7,0,2);

setcolor(Lightmagenta);

outtextxy(maxx-295,maxy-180,'min(Y)=');

x:=round(miny1);

str(x:0:0,s);

outtextxy(maxx-200,maxy-180,s);

outtextxy(maxx-295,maxy-150,'max(Y)=');

y:=round(maxy1);

str(y:0:0,s);

outtextxy(maxx-200,maxy-150,s);

rectangle(maxx-300,maxy-190,maxx-160,maxy-110);

end;

procedure Picture;

begin

x:=x1;

outtextxy(x0+round(cx*x),y0-round(p(x)*cy),'');

while x<=x2 do

begin

setcolor(LightCyan);

lineto(x0+round(cx*x),y0-round(p(x)*cy));

x:=x+shag;

end;

setcolor(LightGray);

setlinestyle(dashedln,0,normwidth);

y:=miny1*cy+4;

while y< maxy1*cy+6 do

begin

line(x0+round(cx*x1),y0-round(y)+2,x0+round(cx*x2),y0-round(y)+2);

y:=y+cy*120;

end;

x:=x1*cx;

while x<x2*cx+1 do

begin

line(x0+round(x),y0-round(miny1*cy),x0+round(x),y0-round(maxy1*cy)-1);

x:=x+cx*shagpech;

end;

end;

Procedure Raschet;

begin clrscr;

DeltaYak:=0.0002;

DeltaNem:=0.1*DeltaYak;

Delta:=DeltaYak+DeltaNem;

ShagPech:=DeltaYak/10;

Shag:=ShagPech/n;

Dmal:=0.02214;

D:=2*Dmal;

D1:=0.87*D;

Dsred:=0.03033;

L:=0.02764;

C:=0.12*D;

C1:=0.06*D;

Lk:=0.01504;

hk:=0.00619;

U:=27;

{write('Dprov=');

readln(Dprov);

write('Dizol=');

readln(Diz);}

Dprov:=0.00015;

Diz:=0.00017;

W:=round(0.865*Lk*hk/(Diz*Diz));

R0:=7e-8*Dsred*W/(Dprov*Dprov);

Tok:=1.1*U/R0;

S1:=pi*(D*D-D1*D1)/4;

S2:=pi*(Dmal*Dmal-0.05*Dmal*Dmal)/4;

Lcp:=2*L-2*C-C1+Dmal+2*sqrt(C1*C1+D1*D1/4);

{ writeln(w);}

assign(f,'tabl.txt');

reset(f);

i:=1;

writeln;

while not eof(f) do

begin

read(f,b[i]);

readln(f,h[i]);

i:=i+1;

end;

close(f);

{Gpar:=mu*S2/DeltaPar; }

DeltaRab:=DeltaNem;

nn:=DeltaRab;

j:=1;

while DeltaRab<=(Delta+shag/5) do

begin

i:=1;

G1:=mu*s1/DeltaRab;

G2:=mu*s2/DeltaRab;

dG:=(-1)*mu*(s1+s2)/(DeltaRab*DeltaRab);

while ((Tok*W)>PrCh(b[i],h[i])) do

i:=i+1;

x:=b[i];

y:=h[i];

db:=x-b[i-1];

dh:=y-h[i-1];

while abs(((Tok*W)-PrCh(x,y))/(Tok*W))>=0.01 do

begin

if (Tok*W)<PrCh(x,y) then

begin

db:=db/2;

dh:=dh/2;

end;

while (Tok*W)<PrCh(x,y) do

begin

x:=x-db;

y:=y-dh;

end;

if (Tok*W)>PrCh(x,y) then

begin

db:=db/2;

dh:=dh/2;

end;

while (Tok*W)>PrCh(x,y) do

begin

x:=x+db;

y:=y+dh;

end;

end;

Fdv:=(-0.5)*sqr(x*(S1+S2))*dG/sqr(G1+G2);

aD[j]:=DeltaRab;

aF[j]:=Fdv;

j:=j+1;

if DeltaRab>=(nn-shag/100) then

begin

writeln('D=',DeltaRab:4:6,' F=',Fdv:6:2,' B=',x:5:4,' H=',y:10:4);

nn:=nn+ShagPech;

end;

DeltaRab:=DeltaRab+Shag;

end;

end;

begin

raschet;

x1:=DeltaNem;

x2:=Delta;

readkey;

mashtabing;

picture;

readkey;

closegraph;

end.

График статической характеристики имеет вид:

Расчёт динамических характеристик системы.

Основными динамическими характеристиками электромеханической системы являются переходные характеристики по току в обмотке и перемещению якоря электромагнита. Расчёт этих характеристик сводится к решению нелинейной математической модели:



U =

В математической модели используются следующие обозначения:- координата и скорость якоря, - движущая сила, - сила нагрузки, -коллекторная ЭДС, i - ток в обмотке, В - индукция в минимальном сечении магнитопровода , m - масса подвижных частей, С - жёсткость пружины, h - коэффициент вязкого трения, - вихревой ток, - сопротивление обмотки и эквивалентные сопротивления путей вихревых токов, - проводимость рассеяния, - напряжение стабилизации стабилитрона, - сопротивление открытого и закрытого транзистора. Для получения динамических характеристик необходимо, пользуясь методикой и алгоритмами, составить программу и расчитать переходные процессы по току в обмотке электромагнита, перемещение якоря, скорости перемещения якоря, индукции в минимальном сечении и движущей силе в зависимости от времени переключения транзистора выходного каскада усилителя мощности.

Используя полученные данные и при необходимости повторяя потребное число раз расчёт динамических характеристик, подобрать пружину, используя методику, изложенную выше.

Программа:

program Dunamika;

uses crt;

const mu=1.256637e-6;

n=100;

h1=0.001;

var Dprov,Diz,G,dG,Gpar:real;

L,Lcp,x,y,Fdv,Shag,ShagPech,Dsred:real;

a,x1,x2,miny1,maxy1,cx,cy,dx,dx1,dy,dy1:real;

tab:file of real;

b,h:array [0..43] of real;

f:text;

s:string;

u1,w,i,j,Ek,Uct,Fn,Q:integer;

u,Rtr,Rtr_z,R,E,x0,Tok0,Xc,Xc0,t,k,m,t1:real;

ch:char;

DeltaYak,DeltaNem,DeltaPar,Delta,DeltaRab,nn:real;

Dmal,D,D1,C,C1,Lk,hk,Tok,R0,S1,S2,db,dh:real;

function PrCh(var r,t:real):real;

begin

PrCh:=(Lcp-DeltaNem-DeltaRab)*t+r*s1/G+r*s2;

end;

Procedure Statika;

begin

Shag:=DeltaYak/n;

S1:=pi*Dmal*Dmal/4;

S2:=pi*c*Dmal;

i:=1;

b[0]:=0;

h[0]:=0;

G:=mu*(pi*Dmal*Dmal/(4*x)+0.58*Dmal);

dG:=(-1)*mu*pi*Dmal*Dmal/(4*x*x);

while ((Tok*W)>PrCh(b[i],h[i])) do

i:=i+1;

x1:=b[i];

y:=h[i];

db:=x1-b[i-1];

dh:=y-h[i-1];

while abs(((Tok*W)-PrCh(x1,y))/(Tok*W))>=0.01 do

begin

if (Tok*W)<PrCh(x1,y) then

begin

db:=db/2;

dh:=dh/2;

end;

while (Tok*W)<PrCh(x1,y) do

begin

x1:=x1-db;

y:=y-dh;

end;

if (Tok*W)>PrCh(x1,y) then

begin

db:=db/2;

dh:=dh/2;

end;

while (Tok*W)>PrCh(x1,y) do

begin

x1:=x1+db;

y:=y+dh;

end;

end;

Fdv:=(-0.5)*x1*x1*S1*S1*dG/(G*G);

end;

procedure uslovye;

begin

if u1>0 then u:=Tok*Rtr;

if u1<0 then if (Tok*Rtr_z-Ek)<=Uct then u:=Tok*Rtr

else u:=0;

if (Tok*Rtr_z-Ek)<=Uct then E:=Ek

else E:=-Uct;

end;

Procedure dinamika;

begin clrscr;

while ch<>#27 do

begin

Tok:=0;

u1:=10;

x0:=DeltaNem;

Xc0:=0;

x:=x0;

t:=0;

uct:=180;

k:=15000;

while x<=Delta do

begin

x:=x0+h1*Xc0;

G:=mu*(pi*Dmal*Dmal/(4*x)+0.58*Dmal);

uslovye;

Tok:=Tok0+h1*(E-U-Tok0*R)/((G+Gpar)*W*W);

if x<=0 then x:=0;

statika;

Xc:=Xc0+h1*(Fdv-k*x0-Fn)/m;

x0:=x;

Tok0:=Tok;

xc0:=Xc;

writeln('t=',t:6:5,'x=',x:6:5,'i=',Tok:6:5);

t:=t+h1;

end;

writeln(' ');

writeln(' ђҐ§г«мв вл');

writeln(' ўаҐ¬п ба Ў влў ­Ёп,б :',t);

t:=0;

x0:=Delta;

Xc0:=0;

x:=x0;

Tok0:=Tok;

DeltaRab:=x;

G:=mu*(pi*Dmal*Dmal/(4*x)+0.58*Dmal);

statika;

while x>=DeltaNem do

begin

u1:=-10;

x:=x0-h1*Xc0;

uslovye;

Tok:=Tok0+h1*(E-U-Tok0*R)/((G+Gpar)*W*W);

if (abs(Tok-Tok0)/Tok)<0.01 then t1:=t;

Xc:=Xc0+h1*(Fdv-k*x0+Fn)/m;

Tok0:=Tok;

x0:=x;

writeln('t=',t:6:5,'x=',x0:6:5,'i=',Tok0:6:5);

t:=t+h1;

end; плоский пружина электромагнит конструкция

writeln(' ўаҐ¬п бЇ ¤ в®Є ,б',t1);

writeln(' ўаҐ¬п ў®§ўа в пЄ®ап ў Ёб室­®Ґ б®бв®п­ЁҐ,б',t);

writeln(' ');

writeln(' ‚л е®вЁвҐ а ббзЁв вм ¤Ё­ ¬ЁЄг ҐйҐ а §?');

writeln(' …б«Ё ­Ґв,в® ­ ¦¬ЁвҐ,Ї®¦ «г©бв ,Esc!');

ch:=readkey;

end;

end;

begin clrscr;

DeltaYak:=0.0002;

DeltaNem:=0.1*DeltaYak;

Delta:=DeltaYak+DeltaNem;

Dmal:=0.0221;

D:=2*Dmal;

D1:=0.87*D;

Dsred:=0.0303;

L:=0.0276;

C:=0.12*D;

C1:=0.06*D;

Lk:=0.0150;

hk:=0.0061;

Dprov:=1.547e-4;

Diz:=0.18e-4;

W:=round(0.865*Lk*hk/(Diz*Diz));

R0:=7e-8*Dsred*W/(Dprov*Dprov);

Q:=60;

R:=R0*(1+0.004*Q);

S1:=pi*Dmal*Dmal/4;

S2:=pi*c*Dmal;

Lcp:=2*L-2*C-C1+Dmal+sqrt(C1*C1+D1*D1/4);

Rtr_z:=1.5e6;

Rtr:=0.5;

Ek:=60;

Fn:=25;

m:=0.303;

assign(f,'tabl.txt');

reset(f);

i:=1;

writeln;

while not eof(f) do

begin

read(f,b[i]);

readln(f,h[i]);

i:=i+1;

end;

close(f);

dinamika;

end.

График срабатывания электромагнита

График возврата электромагнита в исходное состояние:

При расчёте динамической характеристики, получили следующие величины:



Расчёт плоской пружины

Расчёт плоских пружин обычно ведут по схеме расчёта балок, используя для определения перемещений и напряжений формулы сопротивления материалов. Так, для самой распространённой конструкции в виде прямой консольной балки, нагружённой осевой силой Р на свободном конце наибольшие напряжения (в сечении у заделки)

;

Где -момент сопротивления поперечного сечения;

( для прямоугольного сечения).

Перемещение нагруженного конца определяется по формуле

;

Где В - изгибная жёсткость;

;

Где Е - модуль упругости материала;

- момент инерции поперечного сечения;

Для пружины прямоугольного сечения

;

Наибольшее напряжение может быть найдено по известному перемещению по формуле

для прямоугольного сечения

Увеличение изгибной жёсткости тонкой широкой полосы при b>>h можно учесть введением коэффициента (), а увеличение напряжений - введением коэффициента (). Можно считать и при . При b>>h коэффициенты отличаются от единицы и их учёт может уточнить расчёт. При можно принимать , а (большинства применяемых для пружин металлов и сплавов ).

Плоские пружины приборов изготавливают обычно из ленты прямоугольного сечения и реже из круглой проволоки. Круглая проволока удобна в тех случаях, когда нагрузка и прогиб могут иметь произвольное направление. Иногда круглая проволока упрощает конструкцию пружины. Достоинством пружин прямоугольного сечения является возможность подбора допускаемой величины прогиба изменением толщины h и ширины b сечения при неизменных длине l, нагрузке Р, модуле Е материала и допускаемом напряжении .

Для пружины из ленты ;

Допускаемый прогиб и угол поворота конца пружины из ленты прямоугольного сечения увеличивается, если ширина пружины уменьшается по мере удаления от закрепления.

Предварительное проектирование пружины. Предварительное проектирование состоит в том, что вначале составляют схему закрепления и нагружения пружины, затем в соответствии с её назначением, условиями работы и стоимости выбирают материал и назначают величину допускаемого напряжения, после чего определяют длину и размеры сечения пружины. Решение задачи проектирования неоднозначно: заданным нагрузке, характеристике и условиям работы могут удовлетворять пружины из различных материалов и с различными сочетаниями длины и размеров сечения. Основой для подбора геометрических параметров пружины при проектировании служат формулы жёсткости и прочности:

и

Для консольной пружины прямоугольного сечения, нагруженной силой на свободном конце, эти формулы имеют вид:

и

Подбор длины, ширины и толщины такой пружины по заданным и известным величинам Е и (определяемым при выборе материала) упрощается, если формулы жёсткости и прочности представить в виде

;

и вычисляют предварительно величины отношений

и .

Задав отношение , найдём сначала ширину b, затем толщину h и, наконец, длину l пружины. Задаваясь затем другими значениями , найдём новые сочетания величин b, h и l.

Из полученного ряда пружин можно выбрать такую, сочетание размеров b, h и l которой наилучшим образом подходит для данной конкретной конструкции механизма. Следует, однако, иметь в виду, что полученные таким образом размеры пружины лишь в редких случаях можно считать окончательными. Дело в том, что сортимент пружинных лент, изготавливаемых промышленностью из сталей У8А,…У12А, 65Г, 60С2А, 70С2ХА, и Х05, ограничен толщиной. Толщина ленты должна выбираться из ряда: 0,08; 0,10; 0,11; 0,12; 0,14; 0,15; 0,16; 0,18; 0,20; 0,22; 0,25; 0,26; 0,30; 0,32; 0,36; 0,40; 0,45; 0,50; 0,55; 0,60; 0,70; 0,80; 0,90; 1,0; 1,1; 1,2; 1,4; 1,5 ММ.

Полученную предварительным расчётом толщину h пружины следует заменять ближайшим значением из установленного стандартом ряда толщины h*. Затем надо определить ширину b по формуле

При выборе b, h и l руководствуются определёнными ограничениями величин отношений и . Отношение не следует принимать меньше 3…5. Малые отношения обуславливают соизмеримость жёсткости пружин в поперечном и рабочем направлениях; появляется ощутимая чувствительность пружин к поперечным нагрузкам. Отношение >30…50 делает ощутимым влияние поперечных деформаций, увеличивающих изгибную жёсткость. Кроме того, при больших отношениях уменьшается крутильная жёсткость пружин, и приложение усилия не точно по центру поперечного сечения может привести к заметному скручиванию пружин, а это в свою очередь, - к изгибу пружин и в поперечном направлении.

Отношение следует принимать в пределах. При отношении <1, т. е. при широких и коротких пружинах, заметное влияние оказывает местные деформации в закреплении и месте приложении нагрузки. При >30…50 увеличиваются габариты пружины.

Расчёт плоской пружины. Предварительно необходимо выбрать материал для плоской пружины. Материал - пружинная лента из кремнистой стали 60С2А в термообработанном состоянии.

Характеристика механических свойств пружинной ленты 60С2А

Модуль упругости Е, МПа	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Толщина, мм
	1600	1400	0,08…3

1) Определяем допускаемое напряжение . Для этого назначаем коэффициент запаса прочности или текучести , исходя из условий эксплуатации пружины, характера нагрузки и возможности перегрузок, ответственности конструкции и т. д. Допускаемое напряжение определяется как или . Примем и .

2) Вычисляем



Где

где - начальное поджатие пружины;

- жёсткость пружины;

- ход якоря;

3) Зададимся рядом значений и по формулам (см. выше) находим b, h и l. Выбор той или иной пружины теперь определяется конструктивными соображениями удобством размещения и крепления пружины. Наиболее приемлемым вариантом пружины является пружина с размерами:

;

;

;

Перед выбором окончательного варианта пружины подсчитаем размеры h*, b, l, и определим для пружин из лент стандартных сечений.

В итоге получаем:

;

;

;

Выбор схемы и расчет усилителя мощности.

Для управления электромагнитными приводами используют усилители мощности управляющего сигнала с транзисторными выходными каскадами. Поскольку электромагнит имеет два стабильных фиксированных положения, транзистор усилител мощности работает в ключевом режиме с малым временем переключения состояний. При быстром закрытии транзистора (т.е. отключении обмотки электромагнита от источника питания) в ней возникает напряжение самоиндукции, направленное в одну сторону с напряжением источника питания. При достаточно больших индуктивностях обмоток электромагнитов, величина напряжеиня самоиндукции может достигать высоких значений, способных «пробить» транзистор выходного каскада. Для защиты транзистора от пробоя используют стабилитроны, ограничивающие напряжение на коллекторе транзистора.

Поскольку сопротивление закрытого стабилитрона и закрытого транзистора велики, ток в обмотке электромагнита будет мал. Следовательно, спад тока при отключении будет тем быстрее, чем больше предельно допустимое напряжение на коллекторе транзистора, защищенного от пробоя стабилитроном.



где - напряжение стабилизации стабилитрона

Ек - коллекторная ЭДС

I - ток в обмотке электромагнита

Таким образом, для обеспечения быстрого спада тока необходимо использовать высоковольтные транзисторы.

Время срабатывания электромагнита будет определяться лишь массой подвижных частей и жесткостью возвратной пружины, параметры элементов усилителя мощности практически не влияют.

Вывод: обеспечение заданного времени срабатывания осуществляется подбором жесткости возвратной пружины, а времени отпускания - подбором напряжения стабилизации защитного стабилитрона.

После проведения расчета динамических характеристик для выходного каскада усилителя мощности получили:

Uст=200В

Uкэ>570B

Iк>0.06A

Выберем стабилитрон и транзистор:

Стабилитрон Д817Б-кремниевый диффузионный

Транзистор КТ506Б-кремниевый, биполярный, n-p-n большой мощности низкой частоты.

Диод КД202Р-кремниевый диффузионный

Разработка источника питания.

Источник питания необходим для преобразования переменного напряжения электрической сети в постоянное напряжение питания электромагнита.

Расчет источника питания включает выбор трансформатора, выбор схемы элементов и расчет параметров выпрямителя, выбор типов фильтра.

1.Выбор сетевого трансформатора.

Сетевой трансформатор источника питания понижает переменное напряжение сети с 220В до величины, необходимой для получения требуемого постоянного напряжения. При выборе трансформатора необходимо учитывать параметры схемы выпрямителя .т.е. падение напряжения на его элементах

где UД - прямое напряжение диода , обычно 0.6…1 В , то UВ=2 В.

Амплитудное значение вторичного напряжения трансформатора должно быть не менее :



Действующее значение напряжения на вторичной обмотке найдем по формуле:

Мощность сетевого трансформатора при работе с выпрямителем по мостовой схеме должна быть не менее:

где U - напряжение питания электромагнита

I - ток потребляемый электромагнитом

При вычислении тока, потребляемого электромагнитом, необходимо учитывать, что сопротивление холодной обмотки меньше чем при перегреве, следовательно потребляемый ток при кратковременном включении электромагнита будет меньше чем при длительной работе.

Учитывая эти условия выбираем трансформатор: ТПП 242

Сердечник ШЛМ 20*20. Мощность 14,5В*А

Допустимый ток вторичной обмотки 0,825 А,

Ток первичной обмотки 0,175 А,

Конструктивная схема обмоток



Сетевое напряжение 220В подключается к 1 и 10 выводам трансформатора, при этом выводы обмоток 5 и 6 необходимо соединить между собой.

Выводы вторичной обмотки трансформатора соединим следующим образом: 12 с 13, 14 с15, 16 с 17, 18-19. Получим напряжение:

Для выпрямления напряжения , поставим диодный мост. Будем исходить из условий

Диодный мост КЦ407А из мезадиффузионных диодов:

(амплитудное значение)=300В;



Рассчитаем ёмкость фильтра, который ставится на выходе выпрямителя и обеспечивает сглаживание пульсации выпрямленного напряжения.

Получим зависимость для емкости.

где - коэффициент пульсаций.

период пульсаций.

- полное сопротивление нагрузки.

- ёмкость фильтра.



Пусть , тогда:

В качестве выберем электролитический алюминиевый конденсатор К50-35. То есть

Разработка конструкции электромеханической системы

Конструктивное исполнение магнитопровода. При конструкторской проработке и назначении технологии изготовления деталей магнитопровода следует по возможности строго выдерживать следующие требования: рабочие воздушные зазоры в собранном электромагните должны быть возможно ближе к расчётным, а паразитные - возиожно меньшими; магнитные характеристики материалов должны быть близкими к расчётным; шихтованные детали магнитопроводов не должны иметь заусенцев в воизбежании замыкания соседних пластин.

Детали магнитопровода изготавливают из прутков, полос, листов или отливают. При этом в основном используют обработку на металлорежущих станках и холодную штамповку. После механической обработки детали магнитопровода должны подвергаться термической обработке - отжигу, который необходим для восстановления магнитных свойств, нарушенных в процессе изготовления деталей.

Конструктивное исполнение катушек. В зависимости от конструктивного исполнения различают каркасный и безкаркасный. Каркасные катушки могут собираться на металлических или изоляционных каркасах. Металлические каркасы обычно выполняют в виде латунной или стальной трубы, на краях которой устанавливаются металлические шайбы, укрепляемые либо развальцовкой трубы, либо пайкой. Такие катушки отличаются хорошим теплоотводом, однако, требуют надёжной изоляции обмотки от каркаса, что делает их недостаточно технологичными. Каркасы из изоляционных материалов могут быть прессованными или сборными. Прессованные каркасы наиболее просты, технологичны и обладают хорошими изоляционными свойствами. Сборные каркасы более сложны и выполняются клееными.

Бескаркасные катушки по сравнению с каркасными значительно проще в производстве, поскольку не требуют каркаса, имеют лучший теплоотвод и изоляционные свойства, но допуски на их размеры больше, их неудобно крепить на сердечнике.

Обмотки бескаркасных катушек, а также каркасных в случае металлических каркасов изолируются от сердечника или каркаса плёнкой из фторопласта, стеклотканью, триацетатной плёнкой и т.д. Снаружи обмотки защищаются обычно кабельной бумагой, шёлковой или стеклянной лакотканью, лакированной бумагой.

Низковольтные обмотки выполняются лишь с наружной изоляцией, а в высоковольтных отдельные слои изолируются друг от друга. Толщина и количество слоёв изоляции выбирают в зависимости от величины рабочего напряжения обмотки.

Обмоточные провода. Для электромагнитов приборных устройств обычно применяются медные обмоточные провода круглого сечения. Рекомендуется избегать проводов очень малого диаметра (менее 0.1 мм), так как из-за малого сечения такой провод будет иметь очень низкую прочность и рваться при намотке.

В зависимости от выполнения изоляции различают обмоточные провода трёх видов: с эмалевой изоляцией (ПЭВ, ПЕЛ, ПЭТВ), с волокнистой изоляцией (ПЭЛШО) и комбинированной изоляцией.

Основные характеристики обмоточных проводов приведены в [7].

Квалитеты точности, допуски, посадки, классы шероховатости. В электромагнитах целесообразно использовать только часть квалитетов точности допусков и посадок. Их применение можно проиллюстрировать таблицей, приведённой в приложении 3[4].

Наиболее распространёнными в электромагнитах допусками и посадками сопрягаемых деталей являются допуски и посадки, выполненные по 8…13-му квалитетам точности. По 8, 9-му квалитетам точности рекомендуется изготавливать сопрягаемые детали, у которых зазоры в месте должны выдерживаться небольшими. В некоторых случаях применяются 6, 7-й квалитеты. Сопряжение деталей, не требующее точности, следует выполнять по 11…13-му квалитетам точности. Применение посадок с большими допусками особенно большое значение имеет в условиях массового производства.

Допуски и посадки деталей электромагнитов, сопрягаемых с шарико - и роликоподшипниками, выполняются в основном по 7-му квалитету точности.

Свободные размеры механически обрабатываемых деталей выполняются, как правило, по 14-му и 15-му, реже по 16-му квалитетам точности.

Допуски и посадки сопрягаемых плоских деталей принимаются такими же, как и для цилиндрических деталей, при условии, что поверхность сопрягаемой площади не превышает величину (р - сопрягаемый размер). Если же сопрягаемые плоскости велики, то необходимо принимать посадки более свободные для компенсации неизбежных температурных и прочих деформаций плоскостей.

При выборе класса шероховатостей поверхностей деталей электромагнита следует пользоваться рекомендациями, характерными для общего приборостроения. Для свободных несопряжённых обработанных поверхностей можно ограничиваться 4-м и даже 3-м классом шероховатости. Для подвижных сопряжений с линейными перемещениями при невысоких скоростях и нагрузке рекомендуется 5-й класс шероховатости. Для деталей, вращающихся при небольших нагрузках и скоростях, следует применять 7-й класс шероховатости, а при более тяжёлых условиях работы - 8-й класс.

Размещено на Allbest.ru