123910 (592874), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

где Ф_б – базисное значение магнитной индукции.

Из условия подобия магнитных полей, следует равенство величин индукции в сходных точках поля. Так как относительная индукция не должна зависить от абсолютных размеров, базисное значение должно быть постоянной величиной, В_б=const. Полагаем В_б=1Тл., при этом относительная величина магнитного потока станет равной относительному значению индукции якоря Ф_х=В_х и окажется независящей от абсолютных размеров для геометрически подобных систем.

2.3 Расчет магнитных проводимостей

Определим магнитную проводимость потоков рассеяния на единицу длины обмотки.

,

где r_1а – радиус якоря, r_1а=0,01 м.;

r_2a – внешний радиус обмотки, r_2а=0,017 м.;

μ₀ – магнитная проницаемость в вакууме, μ₀=4π*10 ^–7 Гн/м;

G_s =4,74*10 ^–7 Гн.

Проводимость рабочего зазора в относительной форме:

_,

где r_са – радиус направляющего стержня;

δ – начальный рабочий зазор.

,

Рассчитаем проводимость нерабочего зазора:

,

где l_b – ширина магнитопровода, l_b=0,01 м;

– зазор между сердечником и магнитопроводом, = 0,0002 м.

Определим относительное значение G_II магнитной проводимости нерабочего зазора:

,

Рассчитаем относительные значения магнитных проводимостей для двух точек при х=0,015 м., G_I(х)=64,52;

при х=0,005 м., G_I(х)=192,5.

Найдем производную:

; .

Так как производная по нерабочему зазору равна нулю, можно сделать вывод, что сила тяги создается только в рабочем зазоре.

2.4 Рассчитаем положение нейтрали

L_I= ,

где l_k – длина обмотки, l_k =0,05 м.

L_I=5 м.

- перевод в базисные величины.

Функции для расчета коэффициентов уравнения для определения нейтрали:

,

,

где r_m – магнитное сопротивление.

Напряженность в относительной форме:

A/м,

где α, β,γ – коэффициенты аппроксимации; α=625; β=19,5; γ=44,5.

; r_m1=2,822*10 ^–3 Гн ^–1.

B₁=B_I – индукция не насыщенной «стали 3»;

B_c=2 Тл – индукция потоков рассеяния;

B₂=1,75 Тл – индукция насыщенной «стали3»;

Ф_с=r_с²*В_с – поток рассеяния;

r_m1 – магнитное сопротивление не насыщенной «стали3»:

Гн ^–1;

r_m2 – магнитное сопротивление насыщенной «стали3»:

Гн ^–1.

Коэффициент, входящий в уравнение нейтрали:

.

Рассчитаем положение нейтрали для рабочего зазора δ=0,015 м.

=0,01 м.; l₂=0,02 м.; l₃=0,02 м.

Определим магнитные потоки:

Результирующий поток:

Удельное МДС:

f _I=6,963*10 ^–3 A/м.

iω=2,77*10 ⁴ A/витков.

Рассчитаем число витков обмотки

Выбираем 1 если импульсы питания короткие и частота небольшая f ≤ 2 Гц.

Е _I=0,1

Е=27 В-напряжение питания.

Число витков обмотки:

W=270 витков.

Ток обмотки в коротком импульсе:

i=20A.

Сечение окна обмотки:

r_1а=0,01 м.,

r_2а=0,0125 м.,

перевод в метры,

Коэффициент заполнения обмотки: k_z=0,4

Сечение меди: S_мед=k_z*S; S_мед=50.24 мм .

Сечение провода .

Диаметр провода: d_пр=0,48 мм.

Округляем до ближайшего большего числа и получаем: d_пр=0.5 мм.

Длина провода, выраженная через радиус витка:

; l_пр=19.07 м.

Сечение, выраженное через средний радиус витка:

.

Сопротивление обмотки: ,

ρ=0,01 Ом – удельное сопротивление провода обмотки (справочные данные).

R=2.1*10 ^–5 Ом.

Расчет коэффициентов для уравнения динамики ЛЭМД:

δ=0,015 м. – начальный рабочий зазор.

δ _I=1,5 – перевод в относительную форму.

- базисное значение силы тяги; F_δ=2,5*10 ² Н.

Тяговое усилие от притяжения в рабочем зазоре

,

Тяговое усилие от потоков рассеяния:

F_е2a=0,145 H.

Полное тяговое усилие, в исходном положении якоря:

F_la=275,145H.

- приведенное значение.

Якорь располагается эксцентрично в круглом отверстии фланца, в следствие чего возникает сила одностороннего магнитного притяжения, вызывающая трение между направляющим стержнем и фланцем; найдем ее:

– функция преобразования абсолютного значения в относительное.

Величина нерабочего зазора Δа=0,0002 м.

Δ=О(Δa); Δ=0.002 м.

Толщина фланца h_na=0,005 м.

h_n=O(h_na); h_n=0,5 мм.

Коэффициент трения якоря о втулку k=0,022.

Индукция направляющего стержня: В_с=2 Тл.

Радиус стержня: r_са=2*10 ^–3 м.; r_c=0,2 м.

Сила трения F_т: F_т=7,34*10 ^–3 H.

Сила сопротивления пружины в обобщенной форме:

- жесткость пружины.

- начальная глубина внедрения якоря в обмотку.

F_p=0,535 H.

Найдем демпфирующую силу:

- диаметр сердечника;

- зазор между сердечником и магнитопроводом.

Коэффициент демпфирования вычислим по формуле:

где v = 0,9 м/с. – усредненное значение скорости за время движения якоря.

F_d=0.004 H,

где F_d – демпфирующая сила, зависящая от скорости движения якоря.

Рассчитаем коэффициенты выведения в пункте 1.3:

p₁=2,411*10⁵, p₂=10,592

Подставляя эти коэффициенты в систему уравнений (1.3.3) можно рассчитать любые динамические параметры ЛЭМД.

2.5 Расчёт напряжений, возникающих при ударе бойка по наковальне и жёсткости амортизирующей пружины

Исходные данные:

, модуль упругости стали 40;

U = 1.54 м/сек, скорость бойка перед ударом;

Qб =0.11707 кг, масса бойка с сердечником;

Qp = 0.0186 кг, масса наковальни с долотом.

Определим максимальную силу удара в месте контакта бойка и наковальни, которая может возникнуть при работе прибора, если долото оперто в достаточно жёсткий материал (например чугунную плиту), используем формулы, выведенные на основе формул Герца.

– коэффициент Пуассона.

R1 – радиус сферической поверхности бойка;

R2 – радиус сферической поверхности наковальни.

Для удобства обозначим:

m1= Qб,

m2 = Qp.

Найдём m – приведённую массу системы

г

Определим промежуточный коэффициент

Зная , найдём x макс – наибольшее сближение тел во воемя удара, соответствующее наибольшему значению ударной силы.

Теперь определим время соударения t cjel

Вычислим напряжения, возникающие при ударе в месте контакта, используя формулы, приведённые выше, определив радиус пятна контакта:

- напряжения, возникающие во время удара.

Допускаемое напряжение на усталость материала стали , отсюда запас

Вычислим коэффициент жёсткости пружины, установленной между корпусом и наковальней (эта пружина исключает передачу удара на корпус прибора при ненормальных режимах работы), например при холостом ударе, когда долото не опирается на кость.

Исходные данные для расчёта:

m = Qб = 0.00707 кг – масса бойка;

m = Qр = 0.0186 кг – масса наковальни с долотом.

Начальную кинетическую энергию бойка определим из выражения:

а максимальное перемещение наковальни при холостом ходе определим

Используя полученные данные, приравняем следующие выражения:

Выразив из него , получим:

Найдя , определим жёсткость пружины k

Максимальное усилие, возникающее в пружине в процессе удара:

2.6 Расчёт и обоснование элементов принципиальной схемы блока питания

Для обеспечения эксплуатационных характеристик рассматриваемого модернизируемого устройства – трепанатора, его необходимо питать от автономного источника питания (аккумулятора) или от сети 220 В с хорошей гальванической развязкой; для обеспечения безопасности пациента и медицинского персонала.

Из анализа возможных схем питания устройства следует, что обеспечить требуемую развязку можно только использованием трансформатора. С другой стороны, для работы инструмента требуется значительная импульсная мощность (20 А, 50 В), что исключает применение прямого простого подключения через трансформатор, т. к. габариты и масса трансформатора на 1 кВт исключает его применение в качестве переносной аппаратуры. Поэтому необходимо сконструировать источник питания, удовлетворяющий противоречивым требованиям.

В качестве элемента, обеспечивающего согласование противоречивых требований возможно в данном случае применение конденсатора – накопителя, обеспечивающего необходимую импульсную мощность.

Таким образом, схема блока питания будет содержать три основных элемента: Трансформатор с выпрямителем, накопительный конденсатор, прерыватель – формирователь импульсов.

В соответствии с этим расчёты проводятся в нижеприведённой последовательности.

2.7 Расчёт трансформатора с выпрямителем

Определение мощности трансформатора производится исходя из мощности импульсов на выходе и скважности. Скважность q определяется соотношением:

где – период следования импульсов;

– длительность импульсов.

В данном случае

Мощность импульса определяется

В данном случае ,

Характеристики

Список файлов ВКР