double arrow

Логика разработки конструкторской части проекта


Под логикой разработки конструкторской части проек­та понимается последовательность этапов разработки конс­трукции ТС, их взаимозависимость и взаимообусловленность [81-84]. Каждый этап включает определённые действия конструктора по изучению литературы, компоновке, созда­нию общего вида устройства и т.п. Начинается работа конс­труктора над проектом с изучения ТЗ и принципиальной схемы устройства, если она приведена в нем. Конструктор в первую очередь должен выявить наиболее полную формули­ровку конечной цели, которая перед ним ставится. Если ТС является частью более общей ТС, то цель должна быть сфор­мулирована на основе понимания места и роли этой части в системе, способствующей обеспечению оптимального функ­ционирования системы в целом.

При анализе принципиальной схемы ТС проверяется в первую очередь возможность её конструктивной реализа­ции и обеспечения необходимой надежности работы (оце­нивается возможность резервирования элементов схемы, возможность использования готовых элементов и стандар­тизованных деталей, обеспечения требуемой безопасности обслуживающего персонала и др.), а также технологичность и цена реализации отдельных элементов ТС.




Далее конструктор должен рассмотреть все важнейшие взаимосвязи ТС с внешним окружением. Полнота учёта их в значительной мере определяет надежность работы ТС. К внешним условиям её работы относятся: температура окру­жающей среды, давление, загазованность, запылённость, взрывобезопасность и т.п. Кроме ТТ, входящих в ТЗ, фор­мулируются дополнительные ТТ, выявленные в результате анализа взаимодействия ТС с окружением. В дополнитель­ных требованиях учитываются условия производства, сооб­ражения технологического и экономического характера.

Рациональность конструктивного решения оцени­вается на основе рассмотренных ранее критериев - техно­логичности, эффективности и т.п. Но наиболее важным и характерным критерием рациональности конструкции на всех этапах проектирования являются масса и габариты ТС. Стремление к их снижению - основная тенденция при про­ектировании большинства ТС. Это придает процессам про­ектирования единообразие - при проектировании любой ТС цель одна.

Наиболее важным этапом в проектировании является компоновка общего вида ТС. Описать процесс компоновки во всём его объёме чрезвычайно затруднительно, так как для каждого конкретного случая он состоит из перебора и анали­за разнообразных конструктивных вариантов с целью выбо­ра наиболее рационального из них в соответствии с приняты­ми для сравнения критериями качества.

В первую очередь должны быть рассмотрены ТС или их узлы, прошедшие практическую проверку в эксплуатации. Это обеспечивает высокую надёжность проектируемой ТС. Однако такой путь не всегда может быть реализован из-за постоянного повышения заказчиком требований к ТС, чаще всего заключающихся в необходимости снижения её массы и габаритов, повышения надёжности, прочности, экономич­ности и т.п.



Компоновка ТС обычно содержит два этапа: эскизная компоновка и рабочая. Эскизная компоновка включает в себя разработку или уточнение принципиальной схемы ТС и общей его конструкции, иногда в нескольких вариантах [83]. На основе обсуждения и выявления недоработок эс­кизной компоновки разрабатывается рабочая компонов­ка, в соответствии с которой разрабатываются чертежи деталей и узлов ТС. Компоновку лучше всего начинать с решения основных вопросов (не вдаваясь глубоко в детали конструкции) - таких, как разработка кинематической и силовой схемы ТС, определение основных форм и разме­ров деталей, определение их целесообразного взаимного расположения. Подробности конструкции на этом этапе работы могут только отвлекать от главных проблем и сби­вать с логического хода разработки ТС. Желательно в ходе эскизной компоновки рассмотреть не один, а несколько вариантов, чтобы не упустить наиболее подходящий. При­чем зачастую полная конструктивная разработка вариан­та необязательна, так как бесперспективность его может стать очевидной после первых же набросков. В процессе компоновки должны выполняться расчёты деталей на про­чность и жесткость. Выбор размеров типа «на глаз», без расчётов, приводит к утяжелению деталей и конструкций ТС в целом, так как при таком подходе чаще всего закла­дываются повышенные запасы на прочность (хотя может быть и другая крайность - слишком малые запасы или даже их отсутствие). Целесообразно при выборе размеров учитывать опыт эксплуатации подобных конструкций в аналогичных условиях работы.



При компоновке необходимо не упускать из вида воп­росы изготовления и стремиться придавать деталям техно­логичные формы, если необходимо, то при этом консульти­роваться с технологами. Должны быть учтены все факторы обеспечения работоспособности ТС; разработана система смазки узлов с трущимися деталями; система охлаждения; рассмотрена возможность сборки-разборки; крепления ТС и присоединения к нему смежных узлов и деталей; удобство обслуживания, осмотра и регулирования механизмов, защи­та от коррозии; повышение долговечности ТС, допустимых перегрузок.

Компоновка - творческий процесс, при котором возни­кает много новых и сложных конструкторских задач, требу­ющих творческого подхода, поиска аналогий и различных примеров из практики работы ТС различных отраслей про­мышленности, а иногда и постановки экспериментов. Ком­поновку ТС лучше всего вести в масштабе 1:1. Это даёт более верное представление о соразмерности частей и деталей ТС, а также при деталировке возможно брать размеры для дета­лей непосредственно из проектного чертежа.

На всех стадиях разработки конструкции необходимо обес­печивать как можно более широкое обсуждение разрабатыва­емого проекта, особенно с производственниками и эксплуа­тационниками. Рассмотрим, для примера, процесс создания проектного чертежа коллекторного ТЭД электровоза.

Выбирается конструктивная схема тягового электро­двигателя (двигателя). Схемы могут отличаться, например, наличием или отсутствием компенсационной обмотки, доба­вочных полюсов, типом подвешивания ТЭД на электровозе, односторонней или двухсторонней передачей вращающего момента и т.п.

После выбора схемы (рис. 8.4) и изучения исходных дан­ных, приведённых в ТЗ (см. § 8.4), расчётчики должны вы­полнить электромагнитный расчёт, для чего необходимо на­метить хотя бы ориентировочно размеры магнитопровода.

Для этого необходимо учесть условия размещения ТЭД под электровозом (рис, 8.5), а также объём всех частей, из которых он состоит (рис. 8.6).

На рис. 8.6 представлен окончательно скомпонованный вариант ТЭД с опорно-осевой подвеской вместе с колёсной па­рой с роликовыми подшипниками и односторонней зубчатой передачей. На рис. 8.5 представлен колёсно-моторный блок с опорно-осевой подвеской ТЭД с моторно-осевыми подшип­никами скольжения и двухсторонней зубчатой передачей.

пи»1"11") «пар Рис. 8.4. Конструктивная схема ТЭД электровоза: LH - про­дольный габаритный размер; DH - наружный диаметр

 

Между ребордами колёс (расстояние В) должна размес­титься одно- или двухсторонняя зубчатая передача 3, уста­навливаемая для повышения частоты вращения ТЭД с целью снижения его массы и габаритов. Опорно-осевая подвеска ТЭД характеризуется тем, что с одной стороны он через под­шипники скольжения (рис. 8.5) или подшипники качения (рис. 8.6) опирается на ось колёсной пары 1, а с другой сторо­ны - на раму тележки 6 (рис. 8.5) через упругие элементы 5. Межцентровое расстояние зубчатой передачи (централь) Ц определяет допустимое значение наружного диаметра ТЭД, который должен быть меньше 2Ц на 80-100 мм. Осевая дли­на ТЭД Ьдв должна быть меньше размера В на ширину одного или двух кожухов зубчатой передачи в зависимости от при­нятого типа передачи. Обычно ширина зубчатого колеса рав­на 100 мм (при двухсторонней передаче), а с учётом кожу­ха зубчатой передачи и необходимых зазоров размер осевой ширины под зубчатую передачу обычно равен 150-170 мм. При односторонней передаче ширина зубчатого колеса при­близительно равна 140-160 мм.

 

Рис. 8.5. Конструкция колёсно-моторного блока электровоза при опорно- осевом подвешивании ТЭД: 1 - колёсная пара; 2 - ТЭД; 3 - зубчатая передача; 4 - кожух зубчатой передачи; 5 - подвеска ТЭД; 6 - дета­ли рамы тележки электро­воза

 

nt Рис. 8.6. Опорно-осевая подвеска ТЭД с роликовыми подшип­никами: 1 - роликовые подшипники; 2 - ось колесной пары; 3 - втулка; 4,5- накладки; 6 - прилив; 7 - кожух зубчатой передачи; 8 - щит подшипниковый; 9 - остов; 10- якорь

 

После определения предварительных значений размеров DH, Lde необходимо определить габариты основных черте­жей. Диаметр якоря Da предварительно может быть опре­делён из рис. 8.7 по величине относительной радиальной вы­соты магнитной системы ц для выбранного числа полюсов: обычно 2р = 4-6. Значение ц = (DH - Da) j Da.

Рис. 8.7. Зависимость относительной радиальной высоты магнитной системы ТЭД (ц) от числа полюсов (2р): Da - диаметр якоря; DH - наружный диаметр

 

Диаметр коллектора DK (рис. 8.8) выбирается предвари­тельно [85], равным диаметру якоря по дну его пазов, т.е.

DK » Da - 2(4 - 5,5) см.

Обычно глубина пазов равна 4-5,5 см. Диаметр кол­лектора проверяется на максимальную окружную ско­рость по его наружному диаметру, которая не должна быть более 50-55 м/с. Длина его рабочей поверхности 1р определяется по допустимой плотности тока под щёткой, не превышающей 10-15 А/см2 при ширине щётки в пре­делах 1,6-2,5 см.

Ширина пылевой канавки I2 принимается равной 0,8-

1 см, а ширина петушка коллектора /3 - обычно равной 1,8-

2 см (исходя из допустимой плотности тока в его контакте с обмоткой якоря). Вылет изоляционного конуса lj, как и раз­мер 1в от угла катушки до сердечника якоря (см. рис. 8.8), зависит от выбранного напряжения изоляции ТЭД.

Рис. 8.8. Определение осевых размеров коллектора (а) и якоря (б)

 

Напряжение, В 500-800 800-1200 1200-2000 2000-3000
Размер мм
Размер 16, мм
Длину вылетов лобовых частей обмотки 1Л предваритель­но определяют следующим образом. Сумма скошенных учас­тков равна, см: я-Д,

 

/5 +/7= (0.4 + 0.45)-

2 р

Предварительно принимается I4 ~ 10 мм; — 25-30 мм. Далее необходимо определить осевой размер под подшин- никовый узел. Для этого надо знать диаметр шейки вала ТЭД. Предварительно его значение может быть определено по следующим формулам [83-86]:

- для односторонней передачи, мм

</=(16+20 ytfp/n;

- для двухсторонней передачи, мм

^ = (16+20)- lj\.25P/n> где Р - мощность ТЭД, кВт; п - частота вращения якоря, об/мин.

Для найденного d по рис. 8.9 находим габаритный размер Ьп подшипникового узла по оси ТЭД.

U


d, мм

Рис. 8.9. Габариты подшипниковых узлов: 1 - легкая серия; 2 ~ средняя серия; 3 - тяжелая серия

 

Наметив таким образом размеры основных узлов ТЭД, можно определить длину сердечника магнитопровода (дли­ну сердечника якоря). При этом вначале определяется пол­ная длина якоря 1»я, а затем длина сердечника магнитпро- вода:

1Я — Ья- lk~l4~h~ 2 ц -I7- h- Затем, зная длину магнитопровода и определив маг­нитный поток, задаются предварительными значениями индукции на участках магнитопровода и определяют сече­ния его участков в соответствии с эскизом магнитной цепи (рис. 8.10). На рисунке показано два варианта выполнения конструкции поперечного сечения ТЭД.

Рис. 8.10. Эскиз магнитной цепи двигателя: а) без компен­сационной обмотки; б) с компенсационной обмоткой

 

В последнее время чаще всего для повышения устойчи­вости работы ТЭД выполняется с компенсационной обмот­кой, но наиболее оправдано её применение при мощности более 600-700 кВт. Отметим, что рациональные размеры магнитопровода устанавливаются методом последователь­ных приближений, в процессе электромагнитного расчёта. Каждый элемент конструкции прорабатывается таким обра­зом, чтобы наиболее рационально использовать отведённое пространство под активные элементы. При вычерчивании эскиза учитываются технологические ограничения.

После вычерчивания предварительного варианта конс­трукции ТЭД выполняются:

-механические расчёты его основных элементов (под­шипников, валов, посадок и т.п.);

- вентиляционный расчёт;

— тепловой расчёт.

После уточнения по этим расчётам его размеров вновь выполняется электромагнитный расчёт и вновь уточняются размеры ТЭД. После этого вновь проводятся расчёты. Такое чередование вычерчивания конструкции и её расчёта про­должается до тех пор, пока не получится решение, полно­стью удовлетворяющее требованиям ТЗ и условиям работос­пособности машины. На рис. 7.18 приведена разработанная таким образом рациональная конструкция ТЭД.


КОНСТРУИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ







Сейчас читают про: