Расчет и проектирование элементов измерительных устройств

 

При ν=0,7 предельное отношение  λкр/Н0 = 3,74. Так как отношение Н0/D для вариантов 3, 4, 5 не превышает 3,74, то данные пружины будут устойчивы при любых λ.

 

 

 

Значение λкр для варианта 1 не превышает λmax, данное крепление для этого варианта не подходит. Для варианта 2 крепление подходит.

 

При ν=0,5 предельное отношение  λкр/Н0 = 5,24. Так как отношение Н0/D для вариантов 2, 3, 4, 5 не превышает 5,24, то данные пружины будут устойчивы при любых λ.

Значение λкр для варианта 1 не превышает λmax, данное крепление для этого варианта не подходит.

Таблица 1.1 – результаты проверки пружин на устойчивость.

Тип крепления	Вариант
	1	2	3	4	5
ν=2	-	-	-	-	+
ν=1	-	-	-	+	+
ν=0,7	-	-	+	+	+
ν=0,5	-	+	+	+	+

 

1.10. Расчет нелинейности статической характеристики (добротность пружины).

По формуле (1.15) рассчитывается относительное перемещение конца пружины:

123

По формуле (1.16) рассчитывается шаг навивки витков нагруженной пружины:

 

Угол подъема винтовой линии определяется по формуле (1.17):

В соответствии с графиками, представленными на рисунке 1.3, определяем, что нелинейность статической характеристики не превышает 1%.

Рисунок 1.3 – определение нелинейности статической характеристики.

 

1.11. Итоговая таблица расчетов.

Параметр		Номер варианта
	1		2	3	4	5
С	6		8	10	12	14
	1,238		1,172	1,135	1,111	1,094
d, мм	1,059		1,337	1,619	1,902	2,185
	1,1		1,3	1,6	1,9	2,2
D, мм	6,6		10,4	16	22,8	30,8
	7,7		11,7	17,6	24,7	33
	41		22	14	10	7
	70,73		49,88	42,72	39,2	35,42
	9,2		4,3	2,4	1,6	1,1
Q, Н				13,38		28,66
m, гр	0,56		0,86	1,36	2,09	2,92
k	1,25		1,16	1,15	1,11	1,15
, МПа	437		395	316	263	225
	10,71		4,79	2,67	1,74	1,15
	0,01		0,012	0,0121	0,0123	0,0129
t, мм	1,6		2,09	2,7	3,35	4,11
	4,41		3,66	3,07	2,67	2,43

 

2. Расчет электромеханического элемента.

Исходные данные:

схема включения – рисунок 2.1

сопротивление обмотки датчика R0 = 1,35 КОм;

минимальное сопротивление нагрузки Rн = 10 КОм;

напряжение питания U0 = 12 В;

длина намоточной части потенциометра l0 =39 мм;

температура окружающей среды -50…+600 С;

необходимо, чтобы сила поджатия щетки была минимальна.

 

Рисунок 2.1 – схема включения потенциометра.

2.1. Определение погрешности, обусловленной нагрузкой.

Требуемая жесткость упругого элемента рассчитывается по формуле (2.1):

где

 

2.2. Определение номинальной и действительной мощностей.

Номинальная мощность определяется по формуле (2.2):

 

Действительная мощность определяется по формуле (2.3):

 

2.3. Выбор материала.

Исходя из условий эксплуатации и требований к потенциометру, в качестве материала проволоки выбираем сплав ПДС-40, в качестве материала каркаса – сплав АМГ. При этом допустимая плотность тока – j = 50 А/мм2.

 

2.4. Определение диаметра проволоки.

Диаметр проволоки определяется по формуле (2.4):

Принимаем dст = 0,02 мм. При этом диаметр стандартной проволоки с изоляцией dизол = 0,045 мм.

 

2.5. Определение числа витков и шага намотки.

Шаг намотки определяется по формуле (2.5):

Число витков определяется из выражения (2.6):

 

2.6. Определение витковой погрешности.

Витковая погрешность определяется по формуле (2.7):

 

2.7. Определение длины обмоточного провода.

Длина обмоточного провода рассчитывается по формуле (2.8):

где - удельное электрическое сопротивление сплава ПДС-40 при температуре 200С.

 

2.8. Определение средней длины одного витка.

Средняя длина витка lср рассчитывается по формуле (2.9):

2.9. Расчет параметров каркаса.

Габаритный эскиз каркаса представлен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – габаритный эскиз потенциометра.

Ширина потенциометра определяется из неравенства (2.10):

Высота потенциометра определяется из выражения (2.11):

Принимаем H = 1,3 мм.

 

 

3. Расчет электромагнитного элемента.

Исходные данные:

механизм используется в обычном реле управления постоянного тока с продолжительным режимом работы;

минимальное напряжение питания U = 27В;

максимальная температура окружающей среды tc = +350С;

допустимое превышение температуры катушки tдоп = +500С;

тип механизма – клапанный (однокатушечный с одним сердечником и внешним притягивающимся якорем);

сердечник имеет полюсный наконечник и круглое сечение;

катушка каркасная;

характеристика противодействующей силы упругого элемента задана в виде графика Fм = f(δ) (δ – воздушный зазор между полюсным наконечником и якорем):

Рисунок 3.1 – характеристика противодействующей силы

δ0 = 2,3 мм, Fм0 = 1Н, Fмк = 2Н.

 

3.1 Расчет значения тяговой  силы и воздушного зазора.

Определение значения воздушного зазора производится по формуле (3.1):

 

Определение критического значения тяговой силы производится по формуле (3.2):

Определение значения тяговой силы производится по формуле (3.3):

где коэффициент запаса по силе - для обычных реле управления.

 

3.2 Выбор оптимальной конструктивной  формы.

Расчет оптимальной конструктивной формы производится по формуле (3.4):

Рассчитанная величина Г входит в необходимый диапазон (630…63000 ) для однокатушечного ЭМ с одним сердечником и внешним притягиваемым якорем, следовательно данный тип ЭМ является оптимальным с точки зрения минимума массы.

 

3.3 Выбор магнитного материала магнитопровода.

Для заданных условий наиболее подходящим материалом является электротехническая сталь Э.

 

3.4 Выбор магнитных характеристик  ЭМ.

Требуемые магнитные характеристики: Вδ, Вc max, σ.

Для заданного типа электромагнитного механизма (кривая 1 для механизмов с внешним притягивающим якорем) и полученной величины конструктивного фактора Г по графику зависимости Вδ =f (Г) – рисунок 3.2, определяем индукцию в рабочем зазоре. Индукция в зазоре при отпущенном якоре:

Рисунок 3.2 – график зависимости Вδ =f (Г)

 

Вδ =f (Г) Вδ = 0,2 Тл.

Величину максимальной индукции в сердечнике при притянутом якоре Вmax для магнитопровода из стали марки Э (кривая 1) определяем по графику зависимости Вmax=f (Н)- рисунок 3.3:

Рисунок 3.3 – кривые намагничивания для наиболее распространенных магнито-мягких материалов.

Примем Вс max =f (Н) Вс max = 1,5 Тл.

Предварительную величину коэффициента рассеивания σ рекомендовано брать в диапазоне (1,5…2,5). Примем σ = 1,5.

 

3.5 Определение основных  размеров и параметров ЭМ.

Определение площади полюсного наконечника производится по формуле (3.5):

Определение площади сечения сердечника производится по формуле (3.6):

 

3.6 Определение диаметра  сечения сердечника и диаметра  полюсного наконечника производится  по формуле (3.7):

В существующих конструкциях ЭМ диаметр полюсного наконечника превышает диаметр сечения сердечника в 1,1…2 раза:

Отношение диаметров удовлетворяет рекомендации.

Определение основных размеров ярма.

Пусть сечение ярма квадратное, тогда толщина ярма будет равна:

Принимаем = 7 мм.

Определение площади сечения якоря производится по формуле (3.8):

Определение требуемой МДС производится по формуле (3.9):

Определение площади сечения обмотки производится по формуле (3.10):

где

Определяем длину и высоту обмотки.

Для заданного ЭММ Так как Из этого выражения выводится формула для расчета (3.12):

Рассчитаем по формуле (3.11):

 

3.7 Определение высоты полюсного наконечника.

Определение высоты полюсного наконечника производится по формуле (3.13):

 

3.7 Выбор и определение  параметров обмотки провода.

Выбор материала проволоки.

Материалом проволоки выбираем медь, так как у этого материала относительно высокая проводимость, также присутствует такой фактор, как дешевизна. Удельное сопротивление меди