Способ изготовления электрических катушек

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электротехнической промышленности при изготовлении каркасных катушек для аэродинамических вибраторов, предназначенных для испытания изделий на воздействие вибрации. Цель изобретения является повышение надежности путем компенсации теплового расширения провода и каркаса. Для этого намотку провода 1 на каркас 2 осуществляют при его постоянном натяжении силой F= @

H, где δТ - максимальное приращение температуры провода и каркаса при функционировании вибратора, °С

α N, α*K - температурные коэффициенты расширения материала провода и каркаса, 1/град

Е N, Е к - модули упругости материала и каркаса, Н/м 2

S N- площадь поперечного сечения провода, м 2

Q-толщина каркаса, м

B- ширина в направлении намотки, м.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

f51)5 Н 01 F 41 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтогском г свидаткльствм з t (/n ) ЕкЕпБпЯ b

Еп8п +ЕкК Ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

21) 4374523/24-07

° ° (22) 13. 11.87 (46) 23.07.90 . Бюл. Р 27 (72) Г.N.Ïóøêàðåâ, В.П.Смиренский, В.А.Фатькин и A.Н.Бузулуков (53) 621.318.44 (088.8), (56) Патент СНА - 3194992, кл. 310-27, опублик. 1962.

Авторское свидетельство СССР

Р 1032488, кл. Н 01 F 41/04, 1981. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАТУШЕК (57) Изобретение относится. к электротехнике и может быть использовано в.электротехнической промышленности при изготовлении каркасных катушек для электродинамических вибраторов, предназначенных для испытания изделий на воздействие вибрации, Целью

„„SU„„! 580448 А1

2 изобретения является повышение надежности путем компенсации теплового расширения провода и каркаса, Для этого намотку провода 1 на каркас 2 осуществляют при его постоянном натяжении силой где dt — максимальное приращение температуры провода и каркаса при функционировании вибратора, С; о а „, Ык — температурные коэффициенты расширения материала провода и каркаса, 1/град; Е „, Е к- модули упругости материала и каркаса,. Н/м

S — площадь поперечного сечения про- М

П вода, м ; 8 — толщина каркаса, м;

Ь вЂ” ширина провода в направлении намотки м, (:

1580448 (2) lк Р

dl

Э

rk S„ (3) гдеа1„

1к

Е п

d1

En Sn (5) где d„

Eï d, = d„at(<„- „).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электротехнической промышленности для изготовления каркасных катушек для электродинамических вибраторов, предназначенных для испытаний èçäåлий на воздействие вибрации.

Цель изобретения — повышение надежности путем компенсации теплового щ расширения провода и каркаса.

На фиг.1 показана подвижная катуш1 ка, разрез; на фиг.2 — схема расчета силы натяжения провода.

Способ осуществляют следующим 15 образом

Предлагаемый способ основан на предварительном натяжении провода

1:, наматываемого на металлический каркас 2. Натяжение придает проводу 2О

1 упругое удлинение, а каркас 2 в процессе обмотки упруго сжимается.

Рабочие температуры катушки 120-150 С значительно меньше температуры обжига .Материала каркаса 2 и поэтому предва- g$ рительное упругое напряжение сохраНяется в течение всего периода эксплуатации .подвижной катушки.

При нагревании в процессе эксплуатации провода 1 и каркаса 2 темпера- 30 турное расширение, материала провода

1, существенно превышающее температур"

Ное расширение металла каркаса 2, комПенсируется предварительным натяжением провода 1 и .сжатием каркаса 2.

Сила натяжения провода выбрана таким

Образом, что в диапазоне температур до 150 С сохраняется некоторая сила

Притяжения провода. 1 к каркасу 2 и поэтому разрушение клеевого слоя 3 и отслоение провода 1 не происходит.

Поскольку температурные коэффициенты расширения / титанового сплава к и нержавеющей стали соответственно

8,4 10 и 11.10 1/град соответствен- gg но существенно ниже коэффициента рас" ширения проводниковой меди, составляющего Н„=16,4 .10 1/град, то в

Ь случае предельной температуры 150 С при диаметре каркаса 200 мм зазор меж- О цу поверхностью каркаса и поверхностью провода определяется известным выражением:

При вненнем диаметре каркаса d Ä=

= 0,2 м и температуре cfog=- 130 С для каркаса из титанового сплава зазор между проводом и поверхностью каркаса

М„/2 составит О,?1 мм. При каркасе из нержавеющей стали gdz/2=0,14 мм.

Даже учитывая некоторую эластичность тонкого изоляционного слоя при воздействии значительных динамических нагрузок, которым и соответствует высокая температура подвижной катушки, происходит отслоение провода и выход катушки из строя. . На участке каркаса 2, на который намотано и витков провода 1, натянутого с силой f стенки каркаса сжимаются в направлении намотки силой

Применяя закон Гука, получают уменьшение длины окружности каркаса

2 при намотке натянутого провода 1 — уменьшение длины окружности каркаса, м; — длина окружности каркаса,м; — модуль упругости материала каркаса Н/м

У У

S площадь сечения каркаса по образующей на участке намотки, м

Из формулы (3) получают 1к=

lldк (4)

Е„8 Ъ где d внешний диаметр каркаса, м;

g — толщина каркаса, м;

Ъ вЂ” ширина провода в направлении намотки, м.

Однако при натяжении упруго вытягивается и наматываемый провод — средний диаметр катушки, м; — модуль угругости материала провода, Н/и

S д — площадь сечения провода, м l

Поэтому увеличение длины окружнос ти провода 1 от нагревания, определяемое .формулой (1), умноженной на П, должно соответствовать сумме приращения длины "одного витка натянутого провода согласно выражению (5) и сжатия окружности каркаса под воздействием намотки натянутого провода согласно выражению (4);

1580448

tdyc f — +

Е,gb

nd к 1" (и п(к)

ТС и „ f

Eï 8п (6) откуда, приняв с1 и и „, получают

Ек 8 Е л я» (о(п-о к) й

E„S„+ E„g Ь (7) Поскольку модули упругости нержавеющей стали Е=18,6 10 о Н м и ти2 тановых сплавов Е=.19,8 -10 Н/м близ 4 г ки друг другу, .принимают Е =19,7х 0 2

К к10 Н/м . Модуль упругости меди провода Г „„=12, 5 .10 о П/м 2.

Принимают также, что как для нержавеющей стали, так и для титанового сплава произведение »=0,3 Sä, тогда о при g t=130 С получают для медного провода

f =5,14 -10 Sп(16,,4 ° 10 ) . (8) Таким образом, сила натяжения медного провода сечением S =2,346х х10 м при намотке подвижной катуш-о 2 ки с каркасом диаметром d „=0,262 м, изготовленным из титанового сплава, обладающего температурным коэффициен- том расширения cl„=8,4 .10 1!град, будет равна 97 Н.

Каркас перед намоткой провода бып изолирован слоем стеклоткани, приклееной к титану эпоксидной смолой

ЭД-5. Медный провод сечением 2,8 х> 0,9 мм намотан "на ребро" с натяжением 90 Н. ь случае применения каркаса, изготовленного из нержавеющей стали, обладающей температурным коэффициен; том расширения с/ =11 )О 1/град потребуется сила,.равная 65 Н, Подвижной катушкой, снабженной каркасом, изготовленным из титанового сплава типа ВТ-6, и намотанной медным проводом с натяжением,. оснащен вибростенд типа УР-.100, вышедший из строя вследствие расслоения фирменной лодвижной катушки с каркасом, изготовленным из стеклотекстолита.

Размеры катушки соответствуют размерам в ранее приведенном примере. формула изобретения

Способ изготовления электрических катушек, согласно которому провод при намотке на каркас деформируют, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем компенсации теплового расширения провода и каркаса, деформацию провода осуществляют его постоянным натяжением с силой

d t (rr n -o() E q E n S n p b

40 ю

Еп SÎ+ Е к g.» где, t — максимальное приращение температуры провода и каркаса при работе катушо ки, С; — температурные коэффициенты расширения материалов провода и каркаса, 1/град; — модули упругости материалов провода и каркаса, Н/м, — площадь гоперечного сечег ния провода, м; — толщина каркаса, м;, — ширина провода по направлению намотки, м.

45 о к

Е, Е

Выход катушек из строя, происходящий в среднем один раз в 2-3 года, проходит лишь .вследствие механичес5 кого усталостного излома .нижнего конца провода в районе токопровода.

Многочисленные эксперименты показали воэможность функционирования указанных вибростендов на частоте высокочастотного резонанса, т.е. продольного резонанса подвижных катушек. В. этом случае,виброустановки развивают ускорение до 1 — 2 тыс.g. Даже при таких сверхтяжелых режимах подвижные катушки не выходят из строя, что подтверждает их высокую прочность и надежность.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения не только повы20 шает долговечность и надежность подвижных катушек, а вместе с ними и виброустановок в 2-2,5 раза, но и значительно расширяет функциональные возможности виброустановок, позволяя

25 получать ускорения до 1-2 тыс.g путем использования резонансов подвижной системы.

1580448

Составитель И.Белая

Редактор Л.Зайцева

Техред И.Ходанич Корректор Л.Бескид

Заказ 2017 Тирам 464 Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101