Электромагнитный расчет стартера
Введение
Машиностроение - отрасль тяжелой промышленности,
занимающаяся производством всевозможных машин, приборов, предметов потребления
пользующихся большим спросом, а также технику оборонного назначения.
Автомобилестроение - отрасль промышленности,
осуществляющая производство транспортных средств, преимущественно с двигателями
внутреннего сгорания.
Автомобилестроение зародилось в 80 - 90х годах
девятнадцатого века во Франции и Германии. Оно получило своё развитие благодаря
потребности людей перевозить грузы и пассажиров транспортным средством
безрельсового типа, вытесняя из данной области использование привычной для того
времени животной силы.
Применение на автомобиле электроники началось в
1930-х годах с ламповых автомобильных радиоприёмников. Однако электронные лампы
плохо переносили нагрузку, возникающие на автомобиле в весьма неблагоприятных
условиях их работы: изменение температуры в широких пределах, значительные
вибрации, изменение напряжения питания. Поэтому лампы не нашли широкого
применения.
Изобретенный в 1948 году транзистор нашёл самое
широкое распространение сначала в транзисторных ключах (регуляторах напряжения,
коммутаторах систем зажигания), а затем и в других электронных устройствах.
Интегральные микросхемы на полупроводниковых
элементах совершили революцию в автомобилестроении, особенно в управлении
автомобильными агрегатами и автомобилем в целом. Сейчас нигде в мире не
выпускается ни одного автомобиля без электронных приборов. Основные из них -
регуляторы напряжения, устройства управления трансмиссией, впрыском топлива,
тормозной системой, рулевым управлением, подвеской.
На современных автомобилях электронные
устройства управляют системой зажигания, впрыскиванием топлива, осуществляют
контроль за работоспособностью всех узлов и агрегатов, предоставляя водителю
информацию о состоянии транспортного средства. Значительно улучшилась
информативность о работе и состоянии узлов и агрегатов автомобиля, чему
способствовало появление бортовой системы контроля и системы встроенных
датчиков.
Электрооборудование автомобилей постоянно и
существенно изменяется. Усложнение электрооборудования автомобилей имеет и
отрицательную сторону, связанную с увеличением числа отказов. В современном
автомобиле уже более 30% отказов приходится на электрооборудование.
Увеличение энергопотребителей на автомобиле
потребовало значительного увеличения мощности электрогенераторов без изменения
их массы и размеров. Система электроснабжения предназначена для питания
электрической энергией всех потребителей. Источниками электрической энергии на
автомобиле являются генератор и аккумуляторная батарея, включенные параллельно.
При работающем двигателе генератор является
основным источником электроэнергии и обеспечивает электроснабжение потребителей
и аккумуляторной батареи. При не работающем двигателе функции источника
электроэнергии переходит к аккумуляторной батарее, которая также должна
обеспечивать надежный пуск двигателя.
Целями и задачами проектирования является
закрепление, расширение и углубление теоретических знаний, укрепление
практических навыков при выполнение самостоятельной работы, а также применять
полученные знания при решении ответственных задач.
Расчет сопротивлений участков
стартерной цепи
Определяем Мощность на валу якоря стартера:
Переводим мощность стартера из
лошадиных сил в ваты:
Находим внутреннее сопротивление
аккумуляторной батареи:
Определяем общее сопротивление
стартера:
Определяют сопротивление обмотки
якоря:
Определяем сопротивление обмотки
возбуждения:
Находим ток полного торможения
(короткого замыкания):
Определяем ток при максимальной
мощности:
Определение основных размеров
электродвигателя стартера
По таблице №1 определяем наружный
диаметр корпуса:
Определяем диаметр якоря стартера:
Расчет обмотки якоря стартера
По таблице №2 выбираем количество
пазов:
Находим количество активных
проводников:
Определяем линейную нагрузку якоря:
Находим длину якоря:
Определяем полюсное деление
стартера:
Находим длину проводника:
Определяем сечение провода обмотки
якоря:
По ГОСТу 434-78 подбираем провод.
Находим размер паза якоря:
=1,2 (мм), b=2 (мм)
Расчет магнитной цепи
Находим частоту вращения якоря:
= 10-20пуcк= 50-70 мин-1 - для
карбюраторных двигателей,пуcк= 120-150 мин-1 - для дизельных двигателей,
Находим длину полюсной дуги:
Определяем длину воздушного зазора:
Определяем площадь воздушного
зазора:
Магнитный поток стартера
определяется из следующего выражения:
Магнитная индукция в воздушном
зазоре определяется:
Определяем минимальную ширину зубца якоря:
Находим зубцовое деление якоря:
Определяем диаметр вала:
Находим высоту тела якоря:
Магнитная индукция в теле якоря
определяется:
Находим ширину полюса:
Находим высоту полюса:
Находим длину корпуса стартера:
Определяем магнитную индукцию в
корпусе:
Расчет намагничивающей силы
Определяем намагничивающую силу
воздушного зазора:
Определяем намагничивающую силу
зубцового слоя:
Находим длину средней магнитной линии:
Определяем намагничивающую силу тела
якоря:
Находим высоту полюса:
Определяем намагничивающую силу
полюсов:
Определяем намагничивающую силу
стыка:
Находим длину средней магнитной
силовой линии корпуса:
Определяем намагничивающую силу корпуса
Расчеты обмотки возбуждения
Определяем суммарную намагничивающую
силу стартера:
=AWб+AWz+Awa+AWm+AWст+AWJ=1083 (А)
Определяем намагничивающую силу с
учетом реакции якоря:
Находим количество векторов обмотки
возбуждения:
Определяем среднею длину витка
обмотки возбуждения:
Определяем сечение провода обмотки
возбуждения:
Определяем внутренний диаметр корпуса:
Находим диаметр под катушку обмотки
возбуждения:
Находим высоту катушки обмотки
возбуждения:
Находим высоту провода катушки:
Находим ширину провода катушки:
Находим толщину катушки обмотки
возбуждения:
Находим ширину окна под катушку:
Расчет коллектора и щеток
стартер электродвигатель
ход обмотка
Находим диаметр коллектора:
Определяем шаг коллектора:
Находим ширину щетки:
Определяем площадь сечения щетки:
Находим длину щетки:
Находим длину коллектора:
Расчеты рабочих характеристик
Определяем рабочие токи:
Определяем противо-ЭДС обмотки
якоря:
Находим мощность стартера:
Находим магнитный поток в воздушном
зазоре:
Определяем частоту вращения вала
якоря:
Определяем крутящий момент стартера:
Вывод
При проектировании стартера были
произведены расчеты для получения основных габаритных размеров и некоторых
деталей стартера. С помощью этих данных были получены следующие параметры:
токи, мощность, крутящий момент, частота вращения вала якоря, магнитная цепь,
намагничивающие силы. По этим данным был построен график рабочих характеристик
и начерчен сборочный чертеж стартера в масштабе 1:1.
Литература
1.
Электрооборудование автомобилей Ю.П. Чижков, С.В. Акимов - М., «За рулем»,
2006.
.
Конспект лекций по дисциплине «Электроэнергетические системы транспортного
электрооборудования».
.
А.Г. Морозов. Расчет электрических машин постоянного тока. «Высшая школа», М.,
1988.
.
Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования. Под редакцией
д.т.н., проф. М.Н. Фесенко. М.: «Машиностроение», 1993.