|
Реферат: Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения (Технология)
Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
КУРСОВАЯ РАБОТА
по предмету “Взаимозаменяемость, стандартизация
и технические измерения”
Студент:
Преподаватель:
г. Екатеринбург
2001 год
Часть 1. ЧЕТЫРЕ ПОСАДКИ
|Вариант |Посадки |
|15 |20H7/g6 |45H6/m5 |60H6/p5 |80D9/h9 |
1) Определить наибольшие, наименьшие предельные размеры и допуски размеров
деталей, входящих в соединение;
1.1 Для посадки 20H7/g6
20H7: ES = +21 мкм EI = 0 мкм
20g6: es = -7 мкм ei = -20 мкм
Предельные размеры отверстия:
Dmax = D + ES = 20 + 0,021 = 20,021 мм
Dmin = D + EI = 20 + 0 = 20,000 мм
Допуск на размер отверстия:
TD = Dmax - Dmin = 20,021 – 20,000 = 0,021 мм
Предельные размеры вала:
dmax = d + es = 20 + (-0,007) = 19,993 мм
dmin = d + ei = 20 + (-0,020) = 19,980 мм
Допуск на размер вала:
Td = dmax - dmin = 19,993 – 19,080 = 0,013 мм
1.2 Для посадки 45H6/m5
45H6: ES = +16 мкм EI = 0 мкм
45m5: es = +20 мкм ei = +9 мкм
Предельные размеры отверстия:
Dmax = D + ES = 45 + 0,016 = 45,016 мм
Dmin = D + EI = 45 + 0 = 45,000 мм
Допуск на размер отверстия:
TD = Dmax - Dmin = 45,016 – 45,000 = 0,016 мм
Предельные размеры вала:
dmax = d + es = 45 + 0,020 = 45,020 мм
dmin = d + ei = 45 + 0,009 = 45,009 мм
Допуск на размер вала:
Td = dmax - dmin = 45,020 – 45,009 = 0,011 мм
1.3 Для посадки 60H6/p5
60H6: ES = 19 мкм EI = 0 мкм
60p5: es = +45 мкм ei = +32 мкм
Предельные размеры отверстия:
Dmax = D + ES = 60 + 0,019 = 60,019 мм
Dmin = D + EI = 60 + 0 = 60,000 мм
Допуск на размер отверстия:
TD = Dmax - Dmin = 60,019 – 60,000 = 0,019 мм
Предельные размеры вала:
dmax = d + es = 60 + 0,045 = 60,045 мм
dmin = d + ei = 60 + 0,032 = 60,032 мм
Допуск на размер вала:
Td = dmax - dmin = 60,045 – 60,032 = 0,013 мм
1.4 Для посадки 80D9/h9
80D9: ES = +174 мкм EI = +100 мкм
80h9: es = 0 мкм ei = -74 мкм
Предельные размеры отверстия:
Dmax = D + ES = 80 + 0,174 = 80,174 мм
Dmin = D + EI = 80 + 100 = 80,100 мм
Допуск на размер отверстия:
TD = Dmax - Dmin = 80,174 – 80,100 = 0,074 мм
Предельные размеры вала:
dmax = d + es = 80 + 0 = 80,000 мм
dmin = d + ei = 80 + (-0,074) = 79,926 мм
Допуск на размер вала:
Td = dmax - dmin = 80,000 – 79,926 = (-0,074( = 0,074 мм
2) Определить наибольшие, наименьшие, средние зазоры и натяги и допуски
посадок;
2.1 Для посадки 20H7/g6
Зазоры:
Smax = Dmax - dmin = 20,021 - 19,980 = 0,041 мм
Smin = Dmin - dmax = 20,000 - 19,993 = 0,007 мм
Sm = (Smax + Smin)/2 = (0,041+0,007)/2 = 0,024 мм
Допуск посадки:
TS = Smax - Smin = 0,041 - 0,007 = 0,034 мм
2.2 Для посадки 45H6/m5
Максимальный зазор:
Smax = Dmax - dmin = 45,016 – 45,009 = 0,007 мм
Максимальный натяг:
Nmax = dmax - Dmin = 45,020 – 45,000 = 0,020 мм
Допуск посадки:
TS(TN) = TD + Td = 0,016 - 0,011 = 0,027 мм
2.3 Для посадки 60H6/p5
Натяги:
Nmax = dmax - Dmin = 60,045 – 60,000 = 0,045 мм
Nmin = dmin - Dmax = 60,032 – 60,019 = 0,013 мм
Nm = (Nmax - Nmin)/2 = (0.045 – 0.013)/2 = 0,016 мм
Допуск посадки:
TN = Nmax - Nmin = 0.045 – 0.013 = 0,032 мм
2.4 Для посадки 80D9/h9
Зазоры:
Smax = Dmax - dmin = 80,174 - 79,926 = 0,248 мм
Smin = Dmin - dmax = 80,100 - 80,000 = 0,100 мм
Sm = (Smax + Smin)/2 = (0,248+0,100)/2 = 0,174 мм
Допуск посадки:
TS = Smax - Smin = 0,248 - 0,100 = 0,148 мм
полученные данные занести в таблицу (мм);
[pic]
3) Построить схемы расположения полей допусков деталей, входящих в
соединения;
[pic]
4) Назначить средства для контроля (измерения) размеров деталей, входящих в
соединения (тип производства назначает и обосновывает студент);
Назначаем тип производства – серийное
Тогда:
. для контроля размера вала (20H7+0.021 будем использовать калибр -
пробку с проходными и непроходными губками.
. для контроля размера отверстия (20g6-0.007 будем использовать
пневматический ротаметр. -0.020
5) выполнить эскиз одного из 4 соединений (по выбору студента) с
обозначением посадки в соединении и эскизы деталей, входящих в это
соединение, с указанием на них обозначения точности размеров (номинальный
размер, обозначение поля допуска и квалитета, предельные отклонения).
[pic]
Часть 2. ФОРМА И РАСПОЛОЖЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ
1) Изобразить эскиз детали с указанием на заданных поверхностях обозначений
отклонений формы и расположения поверхностей;
[pic]
2) Охарактеризовать заданные поверхности;
а) – плоская, полуоткрытая поверхность
b) – цилиндрическая, внутренняя, открытая поверхность
3) Расшифровать обозначения отклонений формы и расположения заданных
поверхностей , в том числе указать размерность числовых отклонений;
[pic]
Допуск перпендикулярности – обозначает наибольшее допускаемое значение
отклонения от перпендикулярности (мм).
[pic]
Допуск параллельности – обозначает наибольшее допускаемое значение
отклонения от параллельности.
Размерность допусков формы и расположения поверхностей задается
в миллиметрах.
4) По допуску формы или расположения установить степень точности;
Определяем по справочнику табл. 2.11 [3, стр. 381]
[pic]
При h = 240 степень точности – 9
[pic]
При L = 380 степень точности – 10
5) Изобразить схемы измерения отклонений;
Для контроля допуска перпендикулярности:
[pic]
Для контроля допуска параллельности:
[pic]
Часть 3. ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ
1. Изобразить эскиз детали с указанием заданных обозначений шероховатости
поверхностей;
[pic]
2. Охарактеризовать заданную поверхность;
Наружная полуоткрытая поверхность заданного профиля
3. Расшифровать обозначение шероховатости поверхностей и в том числе
указать размерность числового значения шероховатости;
Такое обозначение шероховатости предъявляет следующее требование к
поверхности: поверхность должна быть образована удалением слоя материала,
при этом шероховатость поверхности по Ra не должна превышать соответственно
12,5 и 3,2 (мкм).
Размерность задается в микрометрах.
4. Указать - предпочтительные или нет числовые значения шероховатости
поверхностей;
Соответственно ГОСТ 2789-73 параметры шероховатости 12,5 и 3,2
являются предпочтительными.
5. Указать метод обработки для получения шероховатости.
Для получения параметра шероховатости 12,5 выбираем фрезерование, а
для параметра 3,2 выбираем – зубодолбление.
Часть 4. РАСЧЕТ ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
[pic]
Исходные данные:
|Обозначение подшипника |– 6 |
|Размеры d x D |– 90 x 160 мм |
|Радиальная нагрузка |– 6000 Н |
1) Установить вид нагружения каждого кольца подшипника;
По чертежу наружное кольцо воспринимает радиальную нагрузку,
постоянную по направлению и ограниченную участком окружности дорожки
качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной
поверхности корпуса, следовательно характер нагружения – местный.
Внутреннее кольцо воспринимает радиальную нагрузку последовательно
всей окружностью дорожки качения и передает ее последовательно всей
посадочной поверхности вала, следовательно характер нагружения –
циркуляционный.
2) Для кольца, имеющего циркуляционное нагружение, рассчитать интенсивность
радиальной нагрузки по учебнику [1, с.237-239] или по справочнику [3,
с.283];
По табл.4.92 [3, с.287] или по табл. 9.3 и 9.4 [1, с.238] установить
поле допуска для вала или корпуса;
Интенсивность нагрузки подсчитывают по формуле
[pic]
где Ff — радиальная нагрузка на опору; k1, k2, k3 — коэффициенты; b —
рабочая ширина посадочного места; b = В — 2 r (В — ширина подшипника; r —
координата монтажной фаски внутреннего или наружного кольца подшипника).
Динамический коэффициент посадки k1 зависит от характера нагрузки: при
перегрузке до 150 %, умеренных толчках и вибрации K1 = 1; при перегрузке
до 300 %, сильных ударах и вибрации k1 = 1,8.
Коэффициент k2 учитывает степень ослабления посадочного натяга при
полом вале или тонкостенном корпусе: при сплошном вале k2 = 1.
Коэффициент k3 учитывает неравномерность распределения радиальной
нагрузки Ff между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках
или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки Ff на
опору.
В нашем случае k1 = k2 = k3 = 1
По ГОСТ 8338-75 определяем для нашего подшипника 90 х 160:
В = 30мм; r = 1.5мм
Рассчитываем интенсивность нагрузки:
[pic]
По табл. 9.3 из справочника [1, с.238] устанавливаем поле допуска для вала:
(90js6((0.011)
3) Для кольца, имеющего местное нагружение, поле допуска присоединительной
поверхности (вал или корпус) выбрать по табл. 4.89 справочника [3, с.28б]
или табл. 9.6 [1, c.239];
По табл. 9.6 из справочника [1, c.239] устанавливаем поле допуска для
корпуса: (160H7(+0.025)
4) В случае колебательного нагружения кольца подшипника поле допуска
присоединительной поверхности (вал или корпус) устанавливается также по
табл. 4.95 справочника [3, с.289-290];
–
5) Построить схему расположения полей допусков колец подшипника и
присоединительных поверхностей вала и корпуса. Числовые значения предельных
отклонений посадочных размеров колец подшипников берутся из таблиц
справочника [3, c.273-281] или из других справочников по подшипникам
качения;
Предельные отклонения:
|для внутреннего кольца |– 90(-0,020) |
|для наружного кольца |– 160(-0,025)|
[pic]6) Выполнить эскизы посадочных мест вала и корпуса. Шероховатость
поверхности вала и корпуса и допуски формы и расположения поверхности
берутся из справочника [3, с.288-296] или из другой справочкой литературы
по подшипникам качения.
[pic]
Эскизы посадочных мест
[pic]
Часть 5. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПОСАДОК
ШПОНОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ И ЕГО КОНТРОЛЬ
[pic]
Исходные данные:
|Шпоночное соединение |– 16 |
|Номин. размер соединения |– 8 мм |
1) Установить и обосновать тип шпоночного соединения (свободное, нормальное
или плотное);
Устанавливаем тип соединения – нормальное т.к. производство –
серийное.
2) Назначить поля допусков и квалитеты для деталей, входящих в соединение:
шпонка, паз вала, паз втулки. Для этого воспользоваться рекомендациями в
[1, с.334] или [3, с.237,238];
По табл. 4.64 справочника [3, с.235] выбираем сечение шпонки для
диаметра вала (8 – b(h = 2(2 мм.
По табл. 4.65 справочника [3, с.237] выбираем предельные отклонения:
|- для ширины шпонки |- h9 |es = 0, ei = -25 мкм |
|- для ширины паза на валу |- N9 |ES = 0, EI = -25 мкм |
|- для ширины паза во втулке |- Js9 |ES = +13, EI = -13 мкм |
[pic]
Вычисляем предельные зазоры и натяги.
В соединении шпонки с пазом вала (N9/h9)
Smax= ES – ei = 0 – (-25) = 25 мкм
Nmax= es – EI = 0 – (-25) = 25 мкм
В соединении шпонки с пазом втулки (Js9/h9)
Smax= ES – ei = 13 – (-25) = 38 мкм
Nmax= es – EI = 0 – (-13) = 13 мкм
3) Вычертить в масштабе (поперечный разрез) вал и втулку с указанием
номинального размера по ширине шпоночных пазов, квалитета, поля допуска и
предельных отклонений, а также шероховатости, допусков формы и расположения
поверхностей;
4) Назначить средства для контроля деталей шпоночного соединения. Калибры
для шпоночных соединений установлены в ГОСТ 24109-80, 24121-80,
рекомендации по контролю даны в [3, с.248,249].
Контроль шпоночных соединений в серийном и массовом производстве
осуществляют специальными предельными калибрами: ширина пазов вала и втулки
Ь проверяется пластинами, имеющими проходную и непроходную сторону (рис.
а); размер (d + t2 у отверстия) — пробками со ступенчатой шпонкой (рис. б);
глубина паза вала (размер t1) — кольцевыми калибрами, имеющими стержень с
проходной и непроходной ступенью (рис. в). Допуски этих типов калибров
принимаются равными допускам гладких калибров, имея и виду зависимые
допуски расположения.
Симметричность пазов относительно осевой плоскости проверяют комплексными
калибрами: у отверстия — пробкой со шпонкой (рис. г), а у вала —
накладной призмой с контрольным стержнем (рис. д).
Проектирование комплексных калибров для шпоночных соединений необходимо
производить с учетом максимальных размеров сопрягаемых деталей.
После сборки контроль шпоночного соединения производят путем установления
биения охватывающей детали, покачиванием охватывающей детали на валу и
перемещением охватывающей детали вдоль вала (в случае подвижного
соединения).
[pic]
Часть 5. НАЗНАЧЕНИЕ ПОСАДОК ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
И ИХ КОНТРОЛЬ
[pic]
Исходные данные:
|Шлицевое соединение |– 9 |
|Размер 2(d(D |– 10(42(52 мм |
1) Назначить метод центрирования соединения;
Назначаем неподвижное центрирование по наружному диаметру.
2) Назначить посадки по центрирующим и не центрирующим элементам
соединения. Посадку выбирают из табл. 4.72, 4.73, 4.74, 4.75 справочника
[3,c.252-253] в зависимости от принятого метода центрирования и характера
соединения (подвижное или неподвижное), в первую очередь назначить
предпочтительные посадки;
Для центрирующего диаметра D=52 выбираем посадку [pic]
По боковым сторонам зубьев b=6 выбираем посадку [pic]
Для не центрирующего диаметра втулки d=42 выбираем посадку H11, а
диаметр вала d1=36,9.
Предельные отклонения сводим в таблицу:
| |Предельные отклонения и допуски шлицевых соединений, мкм |
| |Втулка |Вал |
| |D=52H7 |B=5F8 |d=42h11 |D=52g6 |b=6js7 |d1 ( d |
|Верхнее |ES=+30 |ES=+28 |ES=+160 |es=-10 |es=+6 |d1=36.9 |
|отклонение| | | | | | |
|Нижнее |EI=0 |EI=+10 |EI=0 |ei=-29 |ei=-6 | |
|отклонение| | | | | | |
|Допуск |TD=30 |TB=18 |Td=160 |Td=19 |Tb=12 | |
3) Построить схемы расположения полей допусков шлицевых деталей по
соединяемым элементам;
Вычисляем зазоры по центрирующим и нецентрирующим поверхностям:
|По D: |Smax = ES - ei = 30 – (-29) = 59 мкм |
| |Smin = EI - es = 0 – (-10) = 10 мкм |
|По d: |Smax = dmaxвт – d1 = 42 + 0.160 – 36.9 = 5.26 мм |
| | |
|По b: |Smax = ES - ei = 28 – (-6) = 32 мкм |
| |Smin = EI - es = 10 – 6 = 4 мкм |
[pic]
[pic]
4) Выполнить чертеж шлицевого соединения (поперечный или продольный разрез)
и нанести на нем условное обозначение соединения по ГОСТ 1139-80. Чертеж
выполняется на листах формата А4;
5) Выбрать средства для контроля заданных шлицевых деталей.
Для контроля шлицевого вала выбираем комплексный проходной колибр.
[pic]
Часть 5. РАСЧЕТ СБОРОЧНЫХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ
[pic]
Исходные данные:
|Предельные отклонения А( |А( = 0, ES = +1.1, EI = +0.3 |
|Размер d |= 40 |
|Подшипники качения |ES = 0, EI = -120 мкм |
|Толщина прокладок |= 2-0.1 мм |
|Толщина стопорных колец |= 3–0.1 мм |
1. Определяем масштаб рисунка:
М = d / x = 40 / 12 = 3,3
2. Определяем увеличивающие (А2, А3, А4) и уменьшающие (А1, А5,
А6, А7, А8, А9, А10, А11, А12, А13, А14) звенья, обозначив их начиная с А(
по часовой стрелке от А1 до Аn (у нас А14)
[pic]
Общее число звеньев размерной цепи равно 15. Замыкающее звено А( = 0,
ES = +1,1, EI = +0,3. Составляющие звенья размерной цепи определяем
согласно масштаба: А1=26, А2=2-0,1, А3=500, А4=2-0,1, А5=26, А6=36-0,12,
А7=15, А8=53, А9=32, А10=50, А11=50, А12=71, А13=100, А14=10.
Согласно схемам размерных цепей:
[pic],
где [pic] – номинальный размер замыкающего звена,
[pic] и [pic]– номинальные размеры увеличивающих и уменьшающих размерных
звеньев цепи.
[pic]
Но у нас А(= 0
Для выполнения равенства корректируем звено А3:
[pic]
3. Определим число единиц допуска
При решении задачи способом допусков одного квалитета предполагаем,
что все составляющие цепь размеры выполняются по одному и тому же квалитету
точности. А каждому квалитету точности соответствует вполне определенное
число единиц допуска а. То есть а одинаково для всех звеньев размерной
цепи.
Величина допуска каждого составляющего размера
[pic]
где:
aj - число единиц допуска соответствующего звена размерной цепи;
ij - единица допуска. Величина i зависит от интервала размеров, в
котором располагается соответствующий размер, и может быть определена по
таблицам.
Так как по условии задачи принято одинаковое число единиц допуска для
каждого звена, то среднее число единиц допуска для каждого звена можно
обозначить am.
Для определения am используем формулу:
[pic]
4. Определяем квалитет точности.
Принимаем am =16, тогда квалитет точности – 7.
5. Назначаем допуски.
Назначаем допуски согласно 7-го квалитета точности по табли-цам
допусков и вносим их в графу [5] табл.1.
В графу [6] записываем размер звена с отклонениями, в графу [7] –
середину поля допуска, [8] и [9] соответственно – верхнее и нижнее
отклонения.
Табл.1
|Исходны|Категори|Единиц|Категори|Допус|Размер |Середин|Верхне|Нижнее|
|е |я звена:|а |я звена:|к |звена с|а поля |е |откло-|
|данные |увеличив|допуск|вал, |звена|отклоне|допуска|откло-|нение,|
| |. |а |отверсти|(по |-ниями,|, мм |нение,|мм |
| |уменьш. | |е, |ГОСТ |мм | |мм | |
| | | |уступ. |25347| | | | |
| | | | |-82),| | | | |
| | | | |мм | | | | |
|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |
|А1=26 |Умен. |1,31 |Уступ |0,021|26(0,01|0 |+0,010|-0,010|
| | | | | |05 | |5 |5 |
|А2=2 |Увел. |– |Вал |0,1 |2 -0,1 |-0,05 |0 |-0,1 |
|–0,1 | | | | | | | | |
|А3=489 |Увел. |3,89 |Вал |0,063|489 |-0,0315|0 |-0,063|
| | | | | |-0,063 | | | |
|А4=2 |Увел. |– |Вал |0,1 |2 -0,1 |-0,05 |0 |-0,1 |
|–0,1 | | | | | | | | |
|А5=26 |Умен. |1,31 |Уступ |0,021|26(0,01|0 |+0,010|-0,010|
| | | | | |05 | |5 |5 |
|А6=36-0|Умен. |– |Вал |0,12 |36 |-0,06 |0 |-0,12 |
|,12 | | | | |-0,12 | | | |
|А7=15 |Умен. |1,08 |Вал |0,018|15 |-0,009 |0 |-0,018|
| | | | | |-0,018 | | | |
|А8=53 |Умен. |1,86 |Вал |0,030|53 |-0,015 |0 |-0,030|
| | | | | |-0,030 | | | |
|А9=32 |Умен. |1,56 |Вал |0,025|32 |-0,0125|0 |-0,025|
| | | | | |-0,025 | | | |
|А10=50 |Умен. |1,56 |Вал |0,025|50 |-0,0125|0 |-0,025|
| | | | | |-0,025 | | | |
|А13=100|Умен. |2,17 |Вал |0,035|100 |-0,0175|0 |-0,035|
| | | | | |-0,035 | | | |
|А14=34-|Умен. |– |Вал |0,12 |34 |-0,06 |0 |-0,12 |
|0,12 | | | | |-0,12 | | | |
|А(=[pic|Умен. |– |– |0,8 |[pic] |+0,7 |+1,1 |+0,3 |
|] | | | | | | | | |
|АРЕГ=50|Умен. |1,56 |Вал |0,092|[pic] |-0,63 |-0,584|-0,676|
6. Предварительная проверка решения.
Проверим зависимость замыкающего звена от составляющих:
[pic]
[pic]
7. Назначение регулирующего звена.
По предварительной проверке [pic] хотя при методе максимума-минимума,
обеспечивающем полную взаимозаменяемость, должна была получиться
максимальная величина допуска [pic]. Причиной разницы заданной и расчетной
величин ТАд является отличие среднего расчетного числа единиц допуска
(am =19,72) и стандартного числа единиц допуска для выбранного квалитета
(am =16).
Для компенсации разницы в расчетном и табличном числе единиц допуска
при расчете размерных цепей вводится регулирующее звено. В качестве
регулирующего звена целесообразно использовать наиболее легко выполнимое
звено, мы выбираем звено А3.
8. Определение допусков и предельных отклонений регулирующего
эвена.
Допуск регулирующего звена можно определить из зависимости (2), если
представить ее в виде:
[pic]
Отсюда:
[pic]
[pic]
Для определения положения поля допуска регулирующего звена определим
координату середины поля допуска этого звена [pic] по зависимости:
[pic]
где [pic] - координата середины поля допуска замыкающего звена; [pic] и
[pic] координаты середины поля допуска увеличивающих и уменьшающих звеньев
размерной цепи;
n - число увеличивающих звеньев размерной цепи;
Р - число уменьшающих звеньев размерной цепи.
Из зависимости (2) для регулирующего звена, назначенного из числа
уменьшающих звеньев:
[pic]
[pic]
9. Определяем верхнее и нижнее предельные отклонения
регулирующего звена:
[pic]
[pic]
10. Решение проверочной (обратной) задачи
Решение обратной задачи начинается с проверки правильности назначения
допусков по зависимости:
[pic]
[pic][pic]
Равенство выдерживается. Допуски назначены правильно. Для расчета
предельных отклонений используем зависимости:
Для верхнего предельного отклонения замыкающего эвена:
[pic]
где:
[pic] - верхнее отклонение замыкающего эвена;
[pic] - верхние отклонения увеличивающих звеньев размерной цепи;
[pic] - нижние отклонения уменьшающих звеньев размерной цепи.
[pic]
Равенство соблюдается.
Для нижнего предельного отклонения замыкающего ввена:
[pic]
[pic]
Равенство соблюдается.
Расчет размерной цепи полностью завершен.
Реферат на тему: Виды дугогосящих устройств, классификация их по способу воздействия на дугу
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уфимский государственный технический университет
Кафедра электротехники и электрооборудования предприятий
РЕФЕРАТ
по курсу “Электротехнические и электронные аппараты”
“Виды дугогосящих устройств, классификация их по способу воздействия на
дугу.”
Выполнил: ст. гр. АЭ-99-01 Лопатин А. В.
Принял: доцент. к.т.н. Гузеев Б.В.
Уфа - 2001
Условия возникновения и горения дуги
При замыкании контактов в цепи высокого напряжения возникает электрический
разряд в виде дуги. В дуге различают околокатодное пространство, ствол дуги
и околоанодное пространство. Все напряжение распределяется между этими
областями. Около катода наблюдается высокая напряженность электрического
поля (105—106 В/см). При таких высоких напряженностях происходит ударная
ионизация. Электроны, вырванные из катода силами электрического поля
(автоэлектронная эмиссия) или за счет нагрева катода (термоэлектронная
эмиссия), разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтралый атом
отдают ему свою кинетическую энергию. Образовавшиеся в результате
ионизации свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги. В
стволе дуги проходит большой ток и создается высокая температура.
Высокие температуры в стволе дуги приводят к интенсивной термоионизации,
которая поддерживает большую проводимость плазмы. Чем больше ток в дуге,
тем меньше ее сопротивление, поэтому требуется меньшее напряжение для
горения дуги, т. е. дугу с большим током погасить труднее.
Если дуга погашена теми или иными способами, то напряжение между
контактами выключателя должно восстановиться до напряжения питающей сети.
Однако поскольку в цепи имеются индуктивные, активные и ем-жюстные
сопротивления, возникает переходный процесс, появляются колебания
напряжения, амплитуда которых может значительно превышать нормальное
напряжение. Для отключающей аппаратуры важно, с какой скоростью
восстанавливается напряжение.
Таким образом, можно заключить, что дуговой разряд начинается за счет
ударной ионизации и эмиссии электронов с катода, а после зажигания дуга
поддерживается термоионизацией в стволе дуги.
Гашение дуги
В коммутационных аппаратах необходимо не только разомкнуть контакты, но и
погасить возникшую между ними дугу.
В цепях переменного тока ток в дуге каждый полупериод проходит черв нуль,
в эти моменты дуга гаснет самопроизвольно, но в следующий полупериод она
может возникнуть вновь. Как показывают осцилограммы, ток в дуге становится
близким нулю несколько раньше естественного перехода через нуль. Это
объясняется тем, что при снижении тока энергия, подводимая к дуге,
уменьшается, следовательно уменьшается температура дуги и прекращается
термоионизация. Длительность бестоковой паузы невелика (от десятков до
нескольких сотен микросекунд), но играет важную роль в гашении дуги. Если
разомкнуть контакты в бестоковую паузу и развести их с достаточной
скоростью на большое расстояние, чтобы не произошел электрический пробой,
то цепь будет отключена очень быстро.
Во время бестоковой паузы интенсивность ионизации сильно падает, так как
не происходит термоионизации. В коммутационных аппаратах, кроме того,
принимаются искусственные меры охлаждения дугового пространства и
уменьшения числа заряженных частиц.
Резкое увеличение электрической прочности промежутка после перехода тока
через нуль происходит главным образом за счет увеличения прочности
околокатодного пространства.
Задача гашения дуги сводится к созданию таких условий, чтобы
электрическая прочность промежутка между контактами была больше напряжения
между ними.
В отключающих аппаратах до 1 кВ широко используются следующие способы
гашения дуги.
Способы гашения дуги в коммутационных аппаратах до 1 кВ.
В отключающих аппаратах до 1 кВ широко используются следующие способы
гашения дуги.
1. Удлинение дуги при быстром расхождении контактов: чем длинее дуга, тем
большее напряжение необходимо для ее существования. Если напряжение
источника окажется меньше, то дуга гаснет.
2. Деление длинной дуги на ряд коротких дуг.
3. Гашение дуги в узких щелях. Если дуга горит в узкой щели, образованной
дугостойким материалом, то благодаря соприкосновению с холодными
поверхностями происходит интенсивное охлаждение и диффузия заряженных
частиц в окружающую среду. Это приводит к быстрой деионизации и гашению
дуги.
4. Движение дуги в магнитном поле. Электрическая дуга может
рассматриваться как проводник с током. Если дуга находится в магнитном
поле, то на нее действует сила, определяемая по правилу левой руки. Если
создать магнитное поле, направленное перпендикулярно оси дуги, то она
получит поступательное движение и будет затянута внутрь щели
дугогасительной камеры.
В радиальном магнитном поле дуга получит вращательное движение. Магнитное
поле может быть создано постоянными магнитами, специальными катушками или
самим контуром токоведущих частей
Быстрое вращение и перемещение дуги способствует ее охлаждению и
деионизации.
Последние два способа гашения дуги (в узких щелях и в магнитном поле)
применяются также в отключающих аппаратах напряжением выше 1 кВ.
Основные способы гашения дуги в аппаратах выше 1 кВ.
1. Гашение дуги в масле. Если контакты отключающего аппарата поместить в
масло, то возникающая при размыкании дуга приводит к интенсивному
газообразованию и испарению масла. Вокруг дуги образуется газовый пузырь,
состоящий в основном из водорода (70—80%); быстрое разложение масла
приводит к повышению давления в пузыре, что способствует ее лучшему
охлаждению и деионизации. Водород обладает высокими дугогасящими
свойствами; соприкасаясь непосредственно со стволом дуги, он способствует
ее деионизации. Внутри газового пузыря происходит непрерывное движение газа
и паров масла. Гашение дуги в масле широко применяется в выключателях.
2. Газовоздушное дутье. Охлаждение дуги улучшается, если создать
направленное движение газов — дутье. Дутье вдоль или поперек дуга
способствует проникновению газовых частиц в ее ствол, интенсивной диффузии
и охлаждению дуги. Газ создается при разложении масла дугой (масляные
выключатели) или твердых газогенерирующих материалов (автогазовое дутье).
Более эффективно дутье холодным неионизированным воздухом, поступающим из
специальных баллонов со сжатым воздухом (воздушные выключатели).
3. Многократный разрыв цепи тока. Отключение большого тока при высоких
напряжениях затруднительно. Это объясняется тем, что при больших значениях
подводимой энергии и восстанавливающегося напряжения деионизация дугового
промежутка усложняется. Поэтому в выключателях высокого напряжения
применяют многократный разрыв дуги в каждой фазе. Такие выключатели имеют
несколько гасительных устройств, рассчитанных на часть номинального
напряжения. Число разрывов на фазу зависит от типа выключателя и его
напряжения. В выключателях 500—750 кВ может быть 12 разрывов и более. Чтобы
облегчить гашение дуги, восстанавливающееся напряжение должно равномерно
распределяться между разрывами. Для выравнивания напряжения параллельно
главным контактам выключателя Г К включают емкости или активные
сопротивления.
4. Гашение дуги в вакууме. Высокоразреженный газ обладает электрической
прочностью, в десятки раз большей, чем газ при атмосферном давлении. Если
контакты размыкаются в вакууме, то сразу же после первого прохождения тока
в дуге через нуль прочность промежутка восстанавливается и дуга не
загорается вновь. Эти свойства вакуума используются в некоторых типах
выключателей.
5. Гашение дуги в газах высокого давления. Воздух при давлении 2 МПа и
более также обладает высокой электрической прочностью. Это позволяет
создавать достаточно компактные устройства для гашения дуги в атмосфере
сжатого воздуха. Еще более эффективно применение высокопрочных газов,
например шестифтористой серы SFg (элегаза). Элегаз обладает не только
большей электрической прочностью, чем воздух и водород, но и лучшими
дугогасящими свойствами даже при атмосферном давлении. Элегаз применяется в
выключателях, отделителях, короткозамыкателях и другой аппаратуре высокого
напряжения.
Гашение дуги в масляных выключателях.
В масляных выключателях контакты размыкаются в масле, однако вследствие
высокой температуры дуги, образующейся между контактами, масло разлагается
и дуговой разряд происходит в газовой среде. Приблизительно половину этого
газа (по объему) составляют пары масла. Остальная часть состоит из водорода
(70%) и углеводородов различного состава. Газы эти горючи, однако в масле
горение невозможно из-за отсутствия кислорода. Количество масла,
разлагаемого дугой, невелико, но объем образующихся газов велик. Один грамм
масла дает приблизительно 1500 см3 газа, приведенного к комнатной
температуре и атмосферному давлению.
Гашение дуги в масляных выключателях происходит наиболее эффективно при
применении гасительных камер, которые ограничивают зону дуги, способствуют
повышению давления в этой зоне и образованию газового дутья сквозь дуговой
столб.
Гашение дуги в элегазовых выключателях
Элегаз (SFg — шестифтористая сера) представляет собой инертный газ,
плотность которого превышает плотность воздуха в 5 раз. Электрическая
прочность элегаза в 2—3 раза выше прочности воздуха; при давлении 0,2 МПа
электрическая прочность элегаза сравнима с прочностью масла.
В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током,
который в 100 раз превышает ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях.
Способность элегаза гасить дугу объясняется тем. что его молекулы
улавливают электроны дугового столба и образуют относительно неподвижные
отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко
гаснет. В струе элегаза поглощение электронов из дугового столба происходит
еще интенсивнее.
В элегазовых выключателях применяют автопневматические дугогасительные
устройства, в которых газ в процессе отключения сжимается поршневым
устройством и направляется в зону дуги. Элегазовый выключатель представляет
собой замкнутую систему без выброса газа наружу.
Гашение дуги в вакуумных выключателях
Электрическая прочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем
воздушного промежутка при атмосферном давлении. Это свойство используется в
вакуумных дугогасительных камерах. Рабочие контакты имеют вид полых
усеченных конусов с радиальными прорезями. Такая форма контактов при
размыкании создает радиальное электродинамическое усилие, действующее на
возникающую дугу и заставляющее перемещаться ее через зазоры на
дугогасительные контакты. Контакты представляют собой диски, разрезанные
спиральными прорезями на три сектора, по которым движется дуга. Материал
контактов подобран так, чтобы уменьшить количество испаряющегося металла.
Вследствие глубокого вакуума происходит быстрая диффузия заряженных частиц
в окружающее пространство и при первом переходе тока через нуль дуга
гаснет. Подвод тока к контактам осуществляется с помощью медных стержней.
Подвижный контакт крепится к верхнему фланцу с помощью сильфона из
нержавеющей стали. Сильфон служит для обеспечения герметичности вакумной
камеры. Металлические экраны служат для выравнивания электрического
поля и для защиты керамического корпуса от попадания паров металла,
образующихся при гашении дуги.
Список использованой литературы
Чунихин А. А. Электрические аппараты: Учеб. пособие. – М.: Энергия, 1967. –
536 с.
Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов/А. А. Васильев,
И. П. Крючков, Е. Ф. Наяшкова и др., Под ред. А. А. Васильева – М.:
Энергоатомиздат, 1990.
Рожкова Л. Д., Козулин В.С. Электороборудование станций и подстанции:
Учебник для техникумов. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
| |
