Расчетно-пояснительная записка. Выполнил: студент СП – 111 Г.В.Мальцев

 

Выполнил: студент СП – 111 Г.В.Мальцев

^{Группа Подпись, дата инициалы, фамилия}

Руководитель: Д.И. Бокарев

^{Подпись, дата инициалы, фамилия}

Нормоконтролёр: Д.И. Бокарев

^{Подпись, дата инициалы, фамилия}

Защищена Оценка

^Дата

 

Воронеж 2014

Содержание

 

Задание........................................................................................................................ 3

Замечания руководителя............................................................................................ 4

Введение...................................................................................................................... 5

1 Описание конструкции изделия и условия её работы............................................ 6

2 Проектирование сварного соединения................................................................... 7

3 Выбор материала и конструкции электродов........................................................ 8

4 Выбор и расчёт параметров режима сварки.......................................................... 9

5 Расчёт сварочного трансформатора и выбор сварочной машины..................... 15

Заключение............................................................................................................... 31

Список используемой литературы.......................................................................... 32

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ВГТУ»)

Кафедра оборудования и технологии сварочного производства

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по дисциплине технология и оборудование контактной сварки

Тема работы проектирование технологического процесса и оснастки контактной сварки

Студент группы Мальцев Григорий Валерьевич

Номер варианта 13/3431

Технические условия: материал конструкции: МУС (малоуглеродистая сталь), габаритные размеры: l =1250, a=25, b=800, δ =0,5, односторонняя сварка.

 

Перечень вопросов, подлежащих разработке: выбор материала, способа сварки, оборудования, проектирование технологического процесса и оснастки применительно к контактной сварке.

Содержание и объём работы: пояснительная записка – листов

Срок выполнения курсовой работы: до 23.12.2014

Срок защиты курсовой работы: до 15.1.2015

Руководитель ___________________ Д.И. Бокарев

Подпись, дата Инициалы, фамилия

Задание принял студент ___________________ Г.В. Мальцев

Подпись, дата Инициалы, фамилия

Замечания руководителя

 

Введение

 

В данной курсовой работе рассматриваются методы расчёта технологических параметров контактной сварки, методика подбора режима в зависимости от материала и конфигурации детали.

Так же в работе проводится расчёт геометрических параметров сварочного трансформатора в зависимости от величины номинального сварочного тока, заявленного, как оптимальный для сварки конкретного изделия.

Даная работа позволяет студенту выработать некоторые алгоритмы применения теоретических знаний к простым конкретным практическим задачам.

 

1 Описание конструкции изделия и условия её работы

 

Данная конструкция представляет собой составную часть трёхслойной сотовой панели, состоящей из верхней и нижней обшивок и сотового наполнителя между ними.

К преимуществам конечной конструкции следует отнести высокую жёсткость, лёгкость, повышенную удельную статическую прочность, устойчивость при продольном сжатии, повышенные термоизоляционные свойства. Недостатками данной конструкции являются трудоёмкость изготовления, сложность контроля качества, относительно высокая стоимость изготовления.

Каждый отдельно взятый элемент состоит из двух листов малоуглеродистой стали, сваренных точечной контактной сваркой.

Как известно из курса «расчёт и проектирование сварных соединений», соединения, полученные при точечной контактной сварке плохо работают на “отрыв”, однако при работе на срез проявляют высокие прочностные свойства. Поэтому, учитывая общий характер нагрузок, испытываемых конечным изделием, и соотнося их с особенностями конструкции в целом, приходим к выводу, что данный способ сварки приемлем и технологичен.

Материал конструкции – малоуглеродистая сталь. Имеет хорошую свариваемость. Не требует особых подготовительных мероприятий и дополнительного оборудования под сварку.

 

2 Проектирование сварного соединения

 

Сварное соединение должно обеспечивать заявленную прочность, соответствующую условиям эксплуатации а так же иметь обоснованную конфигурацию.

Для рационального расположения точек воспользуемся следующими базовыми понятиями:

- минимальная величина нахлестки – наименьшая ширина сопрягаемой части соединяемых деталей без радиуса закругления соседних элементов (стенки, полки). При радиусе закругления r < 2s в нахлестку включают не только радиус, но и толщину стенки (табл. 1);

- расстояние от центра точки или оси шва до края нахлестки должно быть не менее 50% от величины нахлестки. Расстояние между осями соседних рядов выбирают на 20 % больше шага точек.

Выбираем величину нахлёстки – 8 мм.

Длина ряда точек – (500 - 8) = 492 мм.

Шаг точек = 12 мм.

Количество точек – 41 шт.

 

3 Выбор материала и конструкции электродов

 

Материал электродов выбирают в зависимости от типа свариваемого материала по ГОСТу и литературным данным.

Форму и размеры рабочей поверхности электродов выбирают в зависимости от толщины и типа материала, траектории движения электродов (табл. 1).

Для листовых плоских или слегка изогнутых деталей применяют электроды с плоской рабочей поверхностью.

Таблица 1 – Рекомендуемые размеры электродов и роликов

Толщина деталей	Размеры электродов	Размеры роликов
Углеродистые, коррозионно-стойкие, жаропрочные стали	Алюминиевые, магниевые и медные сплавы
dЭ	DЭ	RЭ, RР	SР	fР	DЭ	SР	RЭ, RР
0,3			15-25
0,5			25-50
0,8			50-75					50-75
1,0			75-100
1,2			75-100
1,5			100-150					75-100
2,0			100-150
2,5			150-200
3,0			150-200					100-150
3,5			200-250
4,0			200-250

 

Выбираем электроды с плоской рабочей поверхностью, бронзовые. d_э=4 мм, D_э=12 мм.

 

4 Выбор и расчёт параметров режима сварки

 

Определим сопротивление зоны сварки r_ээ.:

 

(мкОм) (1)

 

где к_э ~ 0,4; ρ – удельное электросопротивление; - шаг точек; s – толщина деталей; - приведенная с учетом растекания тока ширина шунта, равная (d_к + d_п)/2 (d_к – диаметр контакта деталь – деталь и электрод – деталь, d_п – диаметр пластического пояска). Зная

 

Рассчитаем усилие сжатия:

 

Р_СВ = Кр·s=2000·0,5=1 (кН) (2)

 

где Кр – коэффициент, зависящий от материала (для низкоуглеродистой стали принимаем Кр=2000 Н/мм), s – толщина деталей, мм.

 

 

Рассчитаем время сварки.

Так как детали одной толщины, то предпочтительнее выбрать сварку на мягком режиме, соответственно:

 

t_СВ = (0,8 – 1,0)s=0,8·0,5=0,4 (с) (3)

 

Расчёт сварочного тока.

Детали нагреваются теплом, выделяемым при прохождении тока через них и контакты. При сварке двух деталей из одного и того же металла и равной толщины общее сопротивление r_ЭЭ (Ом) металла между электродами составляет:

 

r_ЭЭ = 2r_Д + 2r_ЭД + r_ДД , (4)

 

где r_Д – собственное активное сопротивление деталей; r_ЭД – контактное сопротивление между электродом и деталью; r_ДД – контактное сопротивление между деталями (рис. 1).

Экспериментально установлено, что в условиях контактной точечной сварки сопротивления r_ЭД и r_ДД очень быстро снижаются в процессе нагрева и у стали практически становятся равными нулю при температуре 600 ⁰С (для малоуглеродистой стали).

Таким образом, общее омическое сопротивление участка цепи между электродами в процессе контактной сварки будет определяться собственным сопротивлением свариваемых деталей. Оно может быть найдено, исходя из допущения, что физический контакт между электродом и деталью в конце сварки распространяется на всю площадь диаметром d_К, зависящим от приложенного к электродам усилия и толщины деталей (рис. 3).

Для стали d_К = d_Э + αs (мм), где s – толщина более тонкой детали, мм; α – коэффициент, зависящий от усилия сжатия электродов. При сварке на «жестких» режимах α = 1,5 ÷ 1,7; на «мягких» - 1,0.

Таким образом, к концу сварки ток к каждой детали будет подводиться через площадки с диаметрами d_К и d_Э. Для определения сечения объема, в котором находится поле линий тока, из концов диаметров проводятся прямые под углом 45⁰. При этом деталь условно разбивается на две пластинки неравной толщины δ₁ и δ₂.

Собственное сопротивление пластинки толщиной δ₁ + δ₂, неравномерно нагретой в условиях точечной сварки с контактами неодинакового размера, можно приближенно рассчитать по формуле как полусумму сопротивлений двух пластинок толщиной 2 δ₁ и 2 δ₂, зажатых соответственно между равными электродами d_К и d_Э:

 

, (5)

d_К = d_Э + αs=4+0,5·1=4,5 (мм) (6)

d_Э = 4 (мм) ( 7)

 

(8)

(9)

(10)

(11)

 

где - удельное сопротивление металла при 20 ⁰С (для малоуглеродистой стали = 15·10^-6 Ом·м; = 0,004 ⁰С^-1),

 

 

(12)

 

где А₁ и А₂ – коэффициенты, зависящие соответственно от соотношений и , учитывающие, что фактическое сопротивление детали меньше сопротивления цилиндра металла, зажатого между электродами диаметром d_К и d_Э, определяются по графику, представленному на рис. 2; и - удельные электрические сопротивления при температурах Т₁ и Т₂ соответственно для пластинок δ₁ и δ₂ (при сварке стали к концу процесса Т₁ = 1200 ⁰С (0,8 Т_ПЛ) и Т₂ = 1530 ⁰С (Т_ПЛ)); к – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева пластинок толщиной δ₁ и δ₂. При сварке большинства сплавов к = 0,85.

Удельные электрические сопротивления определяют по формулам:

При сварке деталей равной толщины общее сопротивление между электродами равно 2 r_Д, при сварке деталей разной толщины производится расчет для обеих деталей и берется их сумма.

 

 

 

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента А от отношения

 

Количество тепла, необходимого для сварки отдельной точки Q, может быть определено из уравнения теплового баланса

 

Q = Q_ПОЛ + Q₁ + Q₂ + Q₃ (Дж) (13)

 

где Q_ПОЛ – тепло, расходуемое на нагрев условно выделенного центрального столбика металла диаметром d_Э, зажатого между электродами (рис. 5); Q₁ – потери тепла на нагрев деталей вне центрального столбика; Q₂ – потери тепла в электроды; Q₃ – потери тепла лучеиспусканием с поверхности свариваемых деталей и конвективным теплообменом (теплообмен с окружающей средой).

 

(Дж), (14)

 

где с – средняя теплоемкость при нагреве до температуры Т_ПЛ (для стали с = 0,15 Дж/г·град); γ – плотность (для стали γ = 7,85 г/см³).

В металле, окружающем центральный столбик, температура постепенно понижается от Т_ПЛ до комнатной (рис. 5). Средняя температура нагреваемого кольца шириной х₁ приближается к Т_ПЛ /4. Ширина кольца х₁ растет с увеличением продолжительности нагрева и повышением температуропроводности свариваемого металла:

 

(см) (15)

 

Потери тепла на нагрев деталей вне центрального столбика при сварке двух деталей толщиной s равны

, (16)

 

где - объем условного кольца; к₁ – коэффициент, учитывающий что действительная средняя температура кольца меньше Т_ПЛ /4 (к₁ ≈ 0,8).

 

Потери тепла в электроды можно приближенно определить, принимая температуру на их контактной поверхности равной Т_ПЛ /2. При этом средняя температура интенсивно нагреваемого участка электродов длиной х₂ (объем ) равна Т_ПЛ /8 (рис. 11). Область распространения тепла в электроды х₂ определяют из выражения:

 

, (17)

 

где а_Э – теплопроводность материала (для бронзы БрБ2 – а_Э =0,24 см²/с).

 

Сумма потери тепла в два электрода:

 

(Дж), (18)

 

где к₂ – коэффициент, учитывающий форму электрода (для конического электрода с плоской контактной поверхностью к₂ = 1,5, для цилиндрического электрода 1, электрода со сферической рабочей поверхностью 2); и - теплоемкость и плотность материала электродов (для медных электродов = 0,095 Дж/г·град; = 8,9 г/см).

Величину сварочного тока рассчитывают по закону Джоуля – Ленца:

 

(А) (19)

 

где m_r – коэффициент, учитывающий изменение r_ЭЭ в процессе сварки (для низколегированных сталей m_r = 1, для алюминиевых и магниевых сплавов - 1,15, коррозионно-стойких сталей - 1,2, сплавов титана - 1,4).

Принимаем сварочный ток =5000 (А).

 

5 Расчёт сварочного трансформатора и выбор сварочной машины

 

Расчет трансформатора контактных машин имеет специфические особенности по сравнению с другими типами трансформаторов. В частности, рассчитываются напряжения по ступеням трансформатора, размеры сердечника, сечение консолей и обмоток, мощность, КПД трансформатора и другие величины. На основе расчетных данных производится построение внешней характеристики машины на номинальной (предпоследней) ступени.

Исходные данные для расчета:

1. Напряжение питающей сети (обычно 380 В).

2. Частота переменного тока (обычно 50 Гц).

3. Продолжительность включения ПВ (выбирается в зависимости от типа соединения и способа сварки).

4. Ориентировочная мощность Р_НОМ, кВА.

5. Величина сварочного тока.

6. Потребный вылет консолей и раствор электродов в соответствии с размерами деталей.

7. Марка и толщина свариваемого материала.

Расчет трансформатора производится в следующей последовательности.

Рассчитанный сварочный ток I_СВ округляют до ближайшего обязательно большего значения номинального тока из рекомендуемого ряда сварочных токов для контактных машин (А): 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3200, 4000, 5000, 6300, 8000, 10000, 12500, 16000, 20000, 25000, 32000, 40000, 63000, 80000, 100000, 125000, 160000, 200000, 250000, 320000.

Номинальное вторичное напряжение холостого хода сварочной машины U_20НОМ (В) определяется по формуле

 

 

U_20НОМ = I_СВ ·Z_М^’, (20)

где I_СВ – номинальный сварочный ток, А; Z_М^’ – полное сопротивление сварочной машины, приведенное к вторичной цепи, включая сопротивление свариваемых деталей, мкОм.

 

, (21)

 

где R_K – суммарное активное сопротивление сварочного контура машины, мкОм (обычно 40 – 50 мкОм); x_K – индуктивное сопротивление сварочного контура машины (выбирается по площади рабочего пространства), мкОм; R_ТР – активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной цепи, мкОм (обычно 12 – 18 мкОм); x_ТР – индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной цепи, мкОм (обычно 15 – 20 мкОм); R_СВ – активное сопротивление зоны сварки, мкОм.

Активное сопротивление внешнего контура R_K складывается из активных сопротивлений отдельных элементов контура и сопротивлений контактов между ними. На первой стадии проектирования суммарное активное сопротивление сварочного контура приближенно может быть определено по эмпирической формуле:

 

R_K = 30 + 2 , (22)

 

 

где S_K = Н·L – площадь, охватываемая сварочным контуром, см².

 

Индуктивное сопротивление сварочного контура приближенно определяется по формуле:

x_K = , (23)

 

где Z_K = 50 + 0,1S_K + 4

Приведенные активное R_ТР и индуктивное x_ТР сопротивления обмоток трансформатора в зависимости от типа машины и номинального сварочного тока выбираются по таблице 2.

 

Таблица 2 - Параметры I, R трансформаторов типовых машин

 

№	Тип сварочной машины	Номинальный сварочный ток, А	Приведенные к вторичной цепи сопротивления трансформатора, мкОм
RТР	xТР
1.	Машины точечные стационарные	до 2500
до 5000
до 10000
до 20000
до 30000
до 40000
более 40000	7,5
2.	Машины точечные подвесные	до 10000
до 20000
3.	Машины шовные	до 10000
до 20000
более 20000

 

Тип сварочной машины – точечная стационарная.

I_ном=5000(А)

 

Определим номинальную мощность трансформатора

 

P_НОМ = I_СВ·U_20ном =5000·1,25=6200(Вт) (24)

 

Определение пределов регулирования вторичного напряжения холостого хода трансформатора. Регулирование вторичного напряжения при контактной сварке осуществляется изменением коэффициента трансформации путем секционирования первичной обмотки.

Число ступеней регулирования выбирается таким, чтобы коэффициент нарастания напряжения по ступеням был не более 1,2.

За номинальную ступень принимается последняя, тогда максимальное вторичное напряжение холостого хода (на последней ступени) будет равно:

 

U_20НОМ =5000 (В). (25)

 

Отношение максимального вторичного напряжения к минимальному принимается равным двум:

. (26)

 

U_20МАХ = 1,2U_20НОМ=1,5(В) (27)

 

U_20МIN = U_20MAX /2=0,75(В) (28)

 

Определение максимального и минимального числа витков первичной обмотки трансформатора.

 

(витков) (29)

Ввиду того, что у многих трансформаторов для контактной сварки один вторичный виток:

(витков) (30)

где U₁ – напряжение на первичной обмотке трансформатора.

При использовании игнитронных контакторов необходимо учитывать падение напряжения на игнитронах (~ 20 В).

 

Электрическая схема переключения ступеней.

Распространена схема, позволяющая регулировать вторичное напряжение путем переключения секций первичной обмотки на параллельное и последовательное соединение. Вся первичная обмотка состоит из нескольких секций. Каждая секция состоит из двух частей, имеющих одинаковое количество витков, намотанных проводом одного размера и конструктивно уложенных в две совершенно одинаковые катушки. Только в этом случае активные и индуктивные сопротивление каждой части секции будут одинаковы и равномерно нагружены при их параллельном соединении. Части одной секции могут соединяться между собой последовательно и параллельно, а секции между собой всегда соединяются последовательно.

Определим первичный ток на номинальной ступени:

 

(А). (31)

Определим расчетный первичный ток на номинальной ступени:

 

(А). (32)

 

где ПВ – режим работы трансформатора (продолжительность включения), %, выбирается в зависимости от назначения трансформатора (примем 20%).

Определим расчетный вторичный ток:

 

(А) (33)

 

Расчет сечения проводов секции первичной обмотки:

 

(мм²) (34)

 

где - площадь поперечного сечения провода секции «х»; х – номер секции; - максимальный расчетный ток, протекающий через части секции «х». При определении максимального расчетного тока, ток на последней ступени в расчет не принимается; - допускаемая плотность тока для первичной обмотки (табл. 3).

Выбираем стандартный провод с сечением 2,43 мм².

 

 

Таблица 3 - Допустимые плотности тока для проводов и выводов катушек

первичной обмотки с изоляционными материалами класса «А»

№	Конструктивное исполнение катушек и их охлаждение	Допустимая плотность тока, А/мм2
для проводов обмотки	для выводов
алюми-ниевых	медных	алюминиевых армированных медными накладками	мед-ных
1.	Дисковые катушки при естественном воздушном охлаждении в зависимости от поверхности охлаждения	0,8–1,0	1,2 –1,4	1,2	2,0
2.	Дисковые катушки, плотно прижатые к дискам вторичного витка с водяным охлаждением:
а) вторичный виток медный, трубки охлаждения напаяны по наружному периметру;	1,6–1,8	2,5 – 3,0	2,0	3,5
б) вторичный виток литой из АЛ-2, трубки охлаждения залиты внутрь;	1,8–2,0	3,0 – 3,3	2,0	3,5
в) вторичный виток полый, сваренный из двух пластин	2,2	3,5	2,5	3,8
3.	Дисковые катушки с водяным охлаждением, изготовленные из трубок	30 - 60	50 –80	-	-

 

 

 

 

Расчет сечения вторичного витка и консолей:

 

(мм²) (35)

 

где - допустимая плотность тока во вторичном витке. Выбирается по табл.4 в зависимости от принятой схемы охлаждения трансформатора.

 

Таблица 4 - Допустимые плотности тока вторичной обмотки с изоляционными материалами класса «А», «Е», «В»

Конструктивное исполнение вторичной обмотки и ее охлаждение	Плотность тока, А/мм2
1. Виток из гибких медных лент с естественным воздушным охлаждением (в зависимости от толщины пакета)	1,7 – 2,1
2. Катушки первичной обмотки – дисковые плотно прижатые к дискам вторичной обмотки:
а) виток, сваренный из медных дисков, трубки водяного охлаждения напаяны по наружному периметру;	4,0 – 5,5
б) вторичный виток литой из АЛ-2, трубки охлаждения залиты внутрь;	2,1 – 2,6
в) вторичный виток полый, сваренный из двух медных пластин с дисковыми катушками первичной обмотки с водяным охлаждением	до 60

 

Определим суммарное сечение первичной обмотки и вторичного витка:

 

g = g₁ + g₂ = 2,43·518+883,7=2142,44(мм²) (36)

 

где ; к – количество секций в первичной обмотке.

Рассчитаем активное и полное сечения сердечника магнитопровода. Активное сечение сердечника определяется по формуле:

(см²) (37)

где f – частота переменного тока, Гц; В – индукция в гауссах, выбирается для номинальной ступени в соответствии с табл.5; Е₁ – ЭДС первичной обмотки трансформатора, В. При расчетах можно принимать Е₁ = U₁ – при электромагнитном контакторе и Е₁ = U₁ – 20 – при игнитронном контакторе.

 

Таблица 5 - Рекомендуемые величины индукции стали

сердечников контактных трансформаторов

 

Назначение трансформатора	Мощность, кВА	Сталь	Величина индукции	Примечание
марка	тол-щина	на номинальной ступени	на последней ступени
1	2	3	4	5	6	7
Для точечных, стыковых и рельефных машин с ПВ = 20 %	5 - 20	Э11	0,5	10000 – 12000		Сердечники из стали Э310 витые, ленточные
Э310	0,35	13000 – 15000
20 - 50	Э11	0,5	12000 – 13000		Пластины из стали Э41 и Э11 - штампованные
Э311	0,35	16000 – 17000
50 - 100	Э11	0,5	13000 – 14000
Э310	0,35	18000 – 19000
Свыше 100	Э11	0,5	14000 - 14800
Для шовных и специальных машин с ПВ от 50 до 100 %	5 - 20	Э41	0,5	10000 – 12000		Сердечники из стали Э310 витые, ленточные
Э310	0,35	16000 – 17000
20– 50	Э41	0,5	12000 – 13000
Э310	0,35	16000 – 17000
50- 100	Э41	0,5	18000 – 14000
Э310	0,35	16000 – 19000

 

В трансформаторах стержневого типа расчетная величина активного сечения относится ко всем участкам магнитной цепи, а в трансформаторах броневого типа – к среднему стержню, на котором расположены обмотки.

При определении полного сечения сердечника необходимо учитывать коэффициент заполнения К_З, который показывает, какую часть геометрического сечения сердечника занимает активное сечение.

Коэффициент К_З зависит от толщины листов, от вида межлистовой изоляции и от плотности запрессовки.

Для лакированных сталей:

 

(38)

где S_Ж – толщина отдельных листов пакета, мм (выбирается в зависимости от марки стали по табл. 5).

 

Таким образом, полное сечение сердечника равно:

 

(39)

Определение размеров сердечника. Площадь окна сердечника определяется суммарной площадью обмоток g, которые необходимо разместить в окне:

 

(мм²) (40)

где К_ЗО – коэффициент заполнения окна(табличное значение, примем равным 0,28).

 

 

Определим толщину пакета сердечника:

 

(см) (41)

где S – полное сечение сердечника, см²; 2А – ширина среднего стержня, см.

Определим число пластин в пакете:

 

(штук) (42)

 

Разбивка первичной обмотки по катушкам:

1-я секция: 2 катушки по 37 витка

2-я секция: 2 катушки по 74 витка

3-я секция: 2 катушки по 148 витков.

Расчет размеров обмоточных проводов первичной обмотки:

 

(мм) (43)

 

где δ_пр=0,2 мм – толщина изоляционной прокладки между витками

 

Толщина голого обмоточного провода:

 

(мм) (44)

 

где δ_из=0,27 мм – толщина изоляции

 

Ширина голого провода каждой катушки:

 

(мм) (45)

 

Определим радиальный размер катушки:

 

(мм) (46)

 

где А_К – радиальный размер катушки, мм; 2 мм – толщина двух изоляционных прокладок (гильз), внутренней и наружной; 3 мм – толщина внутренней изоляции с двух сторон катушки с учетом зазоров между слоями и разбухания ее после пропитки; 2 мм – увеличение радиального размера катушки после снятия ее с оправки.

Для нормального размещения катушки в окне необходимо, чтобы Б – А_К ≥ 5 мм. Б(табличное значение)=73 мм, А_к=68 мм: Б – А_К=5.

 

Определение общих размеров катушки.

Внутренний размер катушки по ширине, мм:

 

(47)

 

где 2А – ширина стержня, на который одевается катушка, Ж – зазор между катушкой и стержнем.

Внутренний размер по длине мм:

 

(48)

где h – толщина пакета железа, Г(от 20 до 43мм) – зазор между катушкой и стержнем.

Внутренний радиус закругления принимается равным R_к=12 мм.

Определим сечение диска вторичного витка.

Число дисков вторичного витка вдвое меньше, чем количество катушек первичной обмотки. Сечение каждого диска составит:

 

(мм²), (49)

где g₂ – сечение вторичного витка, мм²; n – количество дисков вторичного витка.

Определение радиального размера диска совместно с трубкой:

 

(мм), (50)

 

где Б – ширина окна, мм; - зазор между диском и стержнем с одной стороны, мм; Н – зазор между трубкой и стержнем, принимается равным 4 – 5 мм, Ж=15.

Определим толщину диска:

 

(мм) (51)

 

Полученная величина округляется до целого значения. Наружный диаметр трубки выбирается равным толщине диска. Не рекомендуется выбирать диаметр трубки менее 5 мм.

Определим радиальный размер диска:

 

(мм) (52)

 

Уточнение сечения одного диска вторичного витка:

 

(мм²) (53)

 

Уточнение сечения вторичного витка:

 

(мм²) (54)

 

Проверка плотности тока во вторичном витке:

 

(А/мм²) (55)

 

Определение общих размеров диска вторичного витка. Внутренний размер диска по ширине равен:

(мм) (56)

Внутренний размер диска по длине:

 

(мм) (57)

Радиус закругления углов R по внутреннему диаметру принимается равным 10 – 15 мм, по наружному контуру R’ – не менее 50 мм.

 

Определим суммарный зазор в окне:

 

(58)

 

где В – высота окна, мм; - сумма аксиальных размеров катушек первичной обмотки, мм; - сумма аксиальных размеров дисков вторичного витка, мм; - сумма толщин изоляционных шайб между катушками и дисками. Шайбы выполняются из гетинакса толщиной 1 мм.

Сечение выводов каждой катушки определяется по формуле

 

(мм) (59)

 

где - максимальный ток в данной катушке, А; - допустимая плотность тока в выводах, А/мм², выбирается в соответствии с табл. 3.

Ширина вывода с изоляцией определяется по формуле

 

(мм) (60)

 

где - расстояние между соседними выводами, принимается равным на менее 10 мм; Б_К, R – размеры катушки, n – количество выводов в катушке.

Ширина голого провода вывода:

 

(мм) (61)

Толщина изоляции вывода с двух сторон принимается равной 3 мм. Толщина голого провода вывода:

(мм) (62)

 

Определим фактический зазор между выводами соседних катушек (рис. 14). Зазор между соседними выводами в случае, когда они располагаются друг против друга (рис. 14, а), будет равен:

 

(мм) (63)

 

где - зазор между катушками, мм (по формуле 58); - толщина изолированного вывода катушки №1, мм; - толщина изолированного вывода катушки №2, мм.

 

Определим вес сердечника по формуле:

 

(64)

 

где γ = 7,86 г/см³ – плотность материала магнитопровода; V_Ж – суммарный объем магнитопровода, см³.

 

Определение веса катушек первичной обмотки.

Вес провода катушек каждого типа подсчитывается отдельно по формуле

 

(65)

 

где γ – плотность материала провода, г/см³ (для медного провода γ = 8,9 г/см³); - число витков в катушке; - средняя длина витка катушки, см; g_K – сечение провода, см²; К_у = 1,03 ÷ 1,08 – коэффициент, учитывающий увеличение веса провода за счет изоляции.

Определим вес дисков вторичного витка:

 

(кг) (66)

 

где - число дисков вторичного витка; - сечение диска вторичного витка, см².

Определим вес трансформатора:

 

(кг) (67)

 

Заключение

 

Список используемой литературы