Введение 4
1. Анализ предметной области 5
1.1 Анализ электродвигателей применяемых в производстве 5
1.1.1. Асинхронные двигатели 5
1.1.2. Шаговые электродвигатели 9
1.2 Анализ материалов, применяемых в конструкции
электродвигателей 11
1.3 Патентный поиск 15
1.4 Применение программных комплексов для анализа
конструктивных решений, применяемых в машиностроении 17
2. Материалы и методы исследования 20
2.1 Исследуемые материалы 20
2.2 Методы исследования 27
2.3 Статистическая обработка экспериментальных данных 35
3. Исследование физико-механических и технических свойств материалов,
применяемых в конструкции электродвигателя 40
3.1 Исследование на массапоглощение 40
3.2 Исследование предела прочности при изгибе 41
3.3 Исследование предела прочности при одноосном сжатии 42
3.4 Исследование предела прочности при растяжении 42
3.5 Исследование теплопроводности 43
4. Разработка элементов конструкции гибридного электродвигателя из
композитных материалов 50
4.1 Техническое задание на конструкцию гибридного
электродвигателя 50
4.2 Разработка статора электродвигателя 52
4.2.1 Разработка обоймы статора 55
4.2.2. Разработка бобины катушки 56
4.3 Конструирование дисков ротора электродвигателя 62
4.4 Разработка промежуточной втулки 66
4.5 Разработка крайней втулки 68
4.6 Разработка крышек 69
4.7 Разработка корпуса 74
Заключение 80
Список литературы
Сегодняшний день почти невозможно представить без электричества. Электродвигатели распространились во всех сферах жизнедеятельности. Во многих областях промышленности используются классические асинхронные двигатели, достоинством которых является высокая надёжность. Недостатком двигателей является низкий КПД. Эти машины были изобретены ещё более ста лет назад. Существуют более совершенные шаговые электродвигатели, требующие дорогостоящих контроллеров управления, имеющих характерную полосу разгона. Достоинством двигателей является большой крутящий момент, импульсное управление, позволяющее точно задавать количество оборотов в минуту. Применение данных типов двигателей ограничено - станки, промышленное оборудование. С целью улучшение эксплуатационных характеристик рассматриваемых двигателей предложена концепция гибридного двигателя, использующего преимущества шагового и асинхронного электродвигателей. Но данный вид двигателя не может быть сконструирован с использованием стандартного набора материалов. Поэтому для разработки гибридного электродвигателя применены уже известные композитные материалы и разработаны новые, которые дали возможность получения нестандартные геометрические формы и высокий КПД.
Целью работы является разработка элементов конструкции гибридного электродвигателя из композиционных материалов.
.Задачи:
1. Проанализировать принципы работы электродвигателей;
2. Изучить материалы, применяемые в электродвигателях;
3. Провести патентный поиск;
4. Выбрать материалы для элементов гибридного электродвигателя;
5. Разработать материалы для элементов гибридного электродвигателя и провести испытания.
6. Разработать элементы конструкции гибридного электродвигателя из композиционных материалов.
Изучено конструкции двигателей, применяемых в промышленности. В основном это асинхронные и шаговые двигатели. Первый заслуживает внимание по своей простоте и надёжности, а второй по своим высоким показателям. Типы применяемых материалов в обоих двигателях схожи. В основном это электротехнический сталь, сталь 40Х и Ст3. Рассмотрев их особенности строения и применяемые материалы, разработан конструкция гибридного электродвигателя с применением композитных материалов, состоящих из полиэфирной смолы, стекловолокна, железной и алюминиевой порошков.
Детали двигателя, которые испытывают разнонаправленные нагрузки, рассчитаны на программных обеспечениях CAE систем.
Разработанные элементы гибридного электродвигателя соответствуют техническим требованиям. Для достижения технических задач применен ранее известный стеклопластик и разработаны новые композитные материалы: полиэфирная смола, наполненная с алюминевым порошком и полиэфирная смола, наполненная стружкой из электротехнической, стали. Новые материалы обеспечивают надёжность конструкции и дают возможность уменьшить габариты и вес, также увеличить КПД двигателя и ремонтопригодность. Разработанный материал, состоящий из эпоксидный смолы и стружки электротехнической стали, может быть применён и в других электротехнических изделиях. Например, в трансформаторах.
Использование стеклопластиковых деталей улучшило электромагнитные показатели двигателя на 22-23%.
Предполагается дальнейшее изучение возможность замены материалов корпусных элементов двигателя на более дешёвые и технологичные, чем реактопласты.
