Тахометр индукционный 
b>2.3. Технические требования2.3.1 Состав изделияИндукционный тахометр содержит: корпус, крышку корпуса, П-образный сердечник с двумя намотанными на него катушками, вставленный в пазы корпуса и закрепленный с помощью фиксирующей скобы, вал, на котором надета зубчатая шестерня. Вал крепится в двух радиально-упорных подшипниках, вставленных в крышку корпуса. Между подшипниками располагается распорная втулка. Для предотвращения передвижения вала внутри подшипников на нем установлено стопорное кольцо. Для предотвращения перемещения подшипников внутри крышки корпуса в ней также установлено стопорное кольцо. Окончательное закрепление подшипников внутри крышки корпуса производится с помощью навинчивания запорной крышки. Также на крышке корпуса располагаются выводы катушек. Скрепление двух корпуса и его крышки осуществляется с помощью винтов.Измерение осуществляется следующим образом: вал преобразователя с помощью шпоночного соединения присоединяется к измеряемому объекту. На катушку подмагничивания подается постоянное напряжение. Между выводами вторичной катушки измеряется переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна скорости вращения вала и с откалиброванной в об·мин-1 шкалы вольтметра снимаются показания.2.3.2 Технические параметрыДиапазон измерений преобразователя 100ч1000 об·мин-1.Чувствительность преобразователя 10 об·мин-1Погрешность преобразователя не превышает 5%.Стабильное постоянное напряжение на катушке подмагничивания составляет 1±0,05В.Общая потребляемая мощность преобразователя не превышает 0,02 Вт.2.3.3 Принцип работыВращение вала передается зубчатой шестерне, расположенной между стержнями сердечника. На обмотку подмагничивания сердечника подается постоянное напряжение, что наводит в сердечнике магнитный поток. При вращении зубчатой шестерни изменяется магнитное сопротивление цепи, образованной сердечником и зубьями и впадинами шестерни, что ведет к периодическому изменению магнитного потока через сердечник, вследствие чего во вторичной обмотке наводится ЭДС, амплитуда которой пропорциональна скорости вращения вала. Между выводами вторичной обмотки измеряется амплитудное значение переменного напряжения и с откалиброванной в об·мин-1 шкалы вольтметра снимаются показания.2.3.4 Условия эксплуатацииДопускаемая окружающая температура от -20 до +40 °СОтносительная влажность до 98% (при 20±5°С)Атмосферное давление 84 - 106,7 кПаВо время эксплуатации, датчик должен находится в обогреваемом или охлаждаемом помещении без непосредственного воздействия осадков, песка и пыли. 3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ3.1 Разработка структурной схемыСтруктурная схема преобразователя представлена на листе 3 графической части курсового проекта.На рисунке 7 изображена структурная схема индукционного тахометра.Рисунок 8 - Структурная схема преобразователяВращающийся объект воздействует на вал 6, который закреплен в двух радиально-упорных подшипниках 20. Вращение вала 6 непосредственно передается зубчатой шестерне 7. На обмотку подмагничивания 3 подается постоянное напряжение, которое создает в цепи, образованной магнитопроводом 11 и зубчатой шестерней 7, магнитный поток. При вращении зубчатой шестерни 7 изменяется магнитное сопротивление цепи, образованной магнитопроводом 11 и зубьями и впадинами шестерни 7, что ведет к периодическому изменению магнитного потока через сердечник, вследствие чего во вторичной обмотке 5 наводится ЭДС, амплитуда которой пропорциональна скорости вращения вала. Подшипники 20 вставлены в крышку корпуса 4, между ними на валу 6 располагается распорная втулка 9, для предотвращения их передвижения внутри крышки корпуса 4 служит стопорное кольцо 18. Для предотвращения передвижения подшипников по валу 6 на нем устанавливается стопорное кольцо 19. Окончательное закрепление подшипников внутри крышки корпуса 4 осуществляется навинчиванием на нее запорной крышки 10. Также в крышке корпуса 4 установлены выводы обмоток 8. Магнитопровод 11 вставлен в пазы корпуса 1 и закреплен с помощью фиксирующей скобы 2, соединенной с корпусом винтами 12 с гайками 13. Во избежание повреждения фиксирующей скобы 2 под гайку 13 подкладывается шайба 14. Скрепление крышки корпуса 4 и корпуса 1 осуществляется при помощи винтов 15 и гаек 16. Во избежание повреждения корпуса 1 под гайку 16 подкладывается шайба 17.3.2 Расчет функции преобразованияВ соответствии с законом электромагнитной индукции амплитудное значение ЭДС, наводимой магнитным полем во вторичной катушке равно, (8)где - число витков вторичной катушки;щ - круговая частота, Гц; - амплитудное значение переменной составляющей магнитного потока, ВбКруговая частота щ определяется частотой вращения ротора и числом зубцов ротора k, причем,Гц (9) Магнитный поток в магнитопроводе, создаваемый катушкой подмагничивания определяется как , Вб (10)где - ток, протекающий в катушке подмагничивания, А; - число витков катушки подмагничивания; - полное магнитное сопротивление магнитопровода, 1/Гн.Ток связан с напряжением питания катушки подмагничивания выражением , А (11)где - активное сопротивление провода катушки подмагничивания.Активное сопротивление провода определяется выражением, Ом (12)где с - удельное сопротивление материала провода, Ом·м; - диаметр провода катушки подмагничивания без изоляции, м; - длина провода катушки подмагничивания, м.Длина провода катушки определяется как, м (13)где - средняя длина витка катушки, определяемая по формуле , м (14)где - ширина стержня магнитопровода П-образного сердечника, м; - толщина стержня магнитопровода П-образного сердечника, м.Подставим (14) в (13), затем (13) в (12), получим, Ом (15)Подставим (15) в (11), получим , А (16)Полное магнитное сопротивление магнитопровода определяется суммой магнитного сопротивления П-образного сердечника , магнитным сопротивлением воздушных зазоров и магнитным сопротивлением ротора : + , 1/Гн (17)Магнитное сопротивление П-образного сердечника определяется выражением, 1/Гн (18)где - длина средней магнитной линии в П-образном сердечнике, м;- площадь поперечного сечения стержня магнитопровода П-образного сердечника, ;- магнитная проницаемость П-образного сердечника, Гн/м.Площадь поперечного сечения стержня магнитопровода П-образного сердечника определяется как, (19)Подставив (19) в (18), получим, 1/Гн (20)Магнитное сопротивление воздушного зазора определяется выражением, Гн (21)где - магнитные проводимости отдельных участков воздушного зазора, Гн.Магнитная проводимость зазора между торцами магнитопроводов, образующих воздушный зазор, определяется по формуле, Гн (22)где д - величина воздушного зазора, м; - абсолютная магнитная проницаемость физического вакуума, Гн/м;c - ширина торца магнитопровода, м;d - длина торца магнитопровода, м.Магнитная проводимость между ребрами магнитопроводов определяется как, 1/Гн (23)Магнитная проводимость между углами магнитопроводов определяется как, Гн (24)Вычислим магнитную проводимость воздушного зазора, Гн , (25)откуда найдем магнитное сопротивление воздушного зазора , 1/Гн (26)Магнитное сопротивление ротора определим по формуле, 1/Гн (27)где - расстояние между противоположными торцами зубцов ротора, м - магнитная проницаемость ротора, Гн/м.Полное магнитное сопротивление магнитопровода будет определяться формулой , 1/Гн (28)Подставим выражения (28) и (16) в выражение (10), затем выражения (10) и (9) в выражение (8), получим, В (29)Упростив это выражение, получим, В (30)Учитывая, что ,где - число оборотов ротора за одну минуту, об/мин,получим,В (31)Подберем диаметр проволоки катушки подмагничивания, исходя из условия, что на каждый квадратный сантиметр наружной поверхности катушки должно приходиться мощность не более 0,02Вт.Вычислим площадь наружной поверхности катушки по формуле , (32)где - длина катушки, м.ПолучимТогда максимальная мощность, идущая на нагрев катушки, будет равнаМощность, идущая на нагрев катушки, определяется из выражения, Вт (33)где - напряжение питания катушки подмагничивания, ВПримем диаметр провода катушки подмагничивания без изоляции равным 0,15мм, тогда диаметр провода с изоляцией будет равен 0,17мм. Рассчитаем количество витков катушки по формуле , (34)где - диаметр провода катушки с изоляцией, мм.ПолучимРассчитаем сопротивление катушки подмагничивания по формуле (15), получим Учитывая, что напряжение питания катушки 1В, вычислим мощность, идущую на нагрев катушки, по формуле (33)Так как мощность, идущая на нагрев катушки не превышает макси-мальной, то оставляем выбранный диаметр провода, т.е. 0,15мм.Построим график функции преобразования в диапазоне от 0 до 1000об/мин.Рисунок 9 - Функция преобразования3.3 Расчет тепловых расширенийКоэффициент объемного теплового расширения можно найти по формуле (35), (35) где - коэффициент объемного теплового расширения,T - установившаяся температура,Т0 - первоначальная температура,Vt - объем тела при установившейся температуре Т,V0 - первоначальный объем тела.Из этой формулы выразим объем тела после изменения температуры (36)Так как данный преобразователь работает при температурах от минус 20°С до плюс 40°С, тоТ0=-20°СТ=40°СПереводим температуру в кельвины и получаемТ0=253 КТ=313 КРассчитаем тепловое расширение сердечника.Коэффициент объемного теплового расширения сталиV0=2·(50·10-3·10·10-3·2·10-3)=1·10-6 м3Рассчитаем тепловое расширение шестерни.Коэффициент объемного теплового расширения стали V0=р·(6·10-3)2·5·10-3 -р·(2·10-3)2·5·10-3+8·2·10-3·3,5·10-3·5·10-3)=0,783·10-6 м3Рассчитаем тепловое расширение вала.Коэффициент объемного теплового расширения сталиV0=р·(2·10-3)2·5·10-3+р·(8·10-3)2·8·10-3 + р·(3·10-3)2·35·10-3 -- 2·10-3·1,2·10-3·6·10-3=2,6465·10-6 м3Рассчитаем тепловое расширение распорной втулки.Коэффициент объемного теплового расширения сталиV0=р·(4·10-3)2·10·10-3-р·(3·10-3)2·10·10-3=0,2199·10-6м3 3.4 Соединение зубчатой шестерни и валаВал необходимо запрессовать шестерню. Соответственно и зубчатая шестерня (рисунок 10) и вал (рисунок 11) будут изготовлены из стали.Для изготовления шестерни используется Сталь 10895 ГОСТ 3836 - 83. Для изготовления вала используется Сталь 30 ГОСТ 10.50-88.Рисунок 10 - Шестерня зубчатаяРисунок 11 - ВалОтверстие в шестерне под вал должно составлять: Ш4P7 мм.Часть вала, которая будет запрессована в шестерню должна быть выполнена с допуском Ш4k7 мм.Таким образом, мы имеем посадку с натягом Ш.3.5 Расчет погрешностейОпределим погрешность индукционного тахометра. Основные погрешности будут возникать из-за величин, входящих в функцию преобразования, рассчитываемую по формуле (31),Определим коэффициенты влияния величин, входящих в функцию преобразования по формуле (38), (38)где Х - величина, для которой находится коэффициент влияния.Зададимся частными погрешностями,,,,,,Рассчитаем погрешность преобразователя г по формуле (30) (39)Подставив в формулу (39) значения, полученные по формуле (38), получаем погрешность преобразователя . ЗАКЛЮЧЕНИЕЦель курсового проекта была достигнута. Разработан индукционный тахометр, расчетные характеристики которого удовлетворяют заданным. В работе были рассчитаны основные элементы конструкции индукционного тахометра, построена функция преобразования, создана структурная схема преобразователя. Также в работе был произведен обзор преобразователей частоты вращения, выявлены их достоинства и недостатки. Сделана деталировка основных элементов индукционного тахометра. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1 Анурьев, В.И., Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.1. [Текст] / 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978 - 728 с., ил.2 Атамалян, Э. Г., Приборы и методы измерения электрических величин: Учеб. пособие [Текст] / Э. Г. Атамалян. - М.: Высш. школа, 1982 - 223 с., ил.3 Беляев, В.Н. Краткий справочник машиностроителя / В.Н. Беляев, Л.С. Борович, В.В. Досчатов и др. - М.: Машиностроение, 1966. - 775 с., ил.4 Боднер, В.А. Измерительные приборы / В.А. Боднер, А.В. Алферов. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 392 с.5 Воронцов, Л.Н. Теория и проектирование контрольных автоматов / Л.Н. Воронцов, С.Ф. Корндорф, В.А. Трутень и др. - М.: Высшая школа, 1980. - 560 с.6 Гжиров, Р.И. Краткий справочник конструктора / Р.И. Гжиров. - Л.: Машиностроение. 1984. - 464 с.7 Касаткин, А.С., Немцов, М.В., Электротехника: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 440 с., ил.8 Костенко, М. П., Пиотровский, Л. М., Электрические машины. В 2-х ч. Ч. 1 - Машины постоянного тока. Трансформаторы. Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. - Изд. 3-е, перераб. - Л.: Энергия, 1972.9 Лёвшина, Е.С., Новицкий, П.В., Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи): Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983.- 320 с., ил.10 Ногачева, Т.И., Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Физические основы получения информации» для специальности 200101 «Приборостроение» [Текст] / Т.И. Ногачева. - Орел: ОрелГТУ, 2006 - 18 с.11 Осадчий, Е.П. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П. Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979. - 480 с., ил.12 Проектирование электрических машин: Учеб для вузов / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф.Токарев; под ред. И.П. Копылова. - 3-е изд., испр. и доп. - Высш. шк., 2002. - 757 с.: ил.13 Справочное руководство по черчению / В.Н. Богданов, А.П. Малежик и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 864 с.: ил.14 Электрические измерения неэлектрических величин / А.М. Туричин, П.В. Новицкий, Е.С. Лёвшина и др. - Изд. 5-е, перераб. и доп. - Л.: «Энергия», 1975. - 576 с., ил. Приложение А Приложение Б Приложение В Приложение Г Приложение Д Приложение Е
Страницы: 1, 2
|
|
