የከፍተኛ ፍጥነት ሞተር ሮተሮች የጭንቀት ማረጋገጫ፡ ከ 'ማስላት የሚችል' ወደ 'በትክክል ማስላት'

I. ለምን ባለከፍተኛ ፍጥነት ሞተሮች የጭንቀት ማረጋገጫ ማለፍ አለባቸው?

ለ በ 30,000 r / ደቂቃ የማሽከርከር ፍጥነት ያለው ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ሞተር , በ rotor ውጫዊ ዲያሜትር ላይ ያለው የሴንትሪፉጋል ማጣደፍ የስበት ፍጥነት በአስር ሺዎች ጊዜ ሊደርስ ይችላል. በእንደዚህ ዓይነት ከባድ የአሠራር ሁኔታዎች ውስጥ፣ በቋሚ ማግኔቶች የሚጋፈጠው የመሸከምና የመሸከም ውጥረቱ የመሸከምያ ገደቡ ይጠጋል ወይም አልፎ ተርፎም ያልፋል - እና የ NdFeB ቋሚ ማግኔቶች የመሸከም አቅም ከጨመቅ ጥንካሬያቸው አንድ አስረኛ ብቻ ነው። አንዴ የመለጠጥ ውጥረቱ ከገደቡ ካለፈ፣ ቋሚ ማግኔቶች ሊሰበሩ ይችላሉ፣ እና በከፍተኛ ፍጥነት የሚሽከረከሩ ፍርስራሾች ሙሉውን ሞተር በሚሊሰከንዶች ውስጥ ለማጥፋት በቂ ናቸው።

በተመሳሳይ ጊዜ, ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ሞተርስ ደረጃ የተሰጠው ፍጥነት ብዙውን ጊዜ ወደ rotor ወሳኝ ፍጥነት ይደርሳል, እና የማስተጋባት አደጋ በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል. የጭንቀት ማረጋገጫው 'ይሰበር አይሁን' ብቻ ሳይሆን የ rotor ግትርነት ዲዛይን አደገኛ የማስተጋባት ክልሎችን ማስወገድ ስለመቻሉም ጭምር ነው።

በዚህ ምክንያት የኤሌክትሮማግኔቲክ ዲዛይኑን ከጨረሱ በኋላ የመጀመርያው እርምጃ በከፍተኛ ፍጥነት በሚንቀሳቀሱ ሞተሮች ዲዛይን ሂደት ውስጥ የማሽከርከር ጭንቀትን ትንተና በማካሄድ በእያንዳንዱ የ rotor ክፍል ላይ ያለውን የከባቢያዊ ጭንቀት እና ቮን Mises የጭንቀት ስርጭትን በመፈተሽ እና ከተዛማጅ ቁሳቁሶች ጥንካሬ ኢንዴክሶች ጋር ማነፃፀር ነው ።

II. Rotor ምን ያስገድዳል?

የከፍተኛ ፍጥነት የሞተር ሮተሮች የጭንቀት ምንጮች በሦስት ምድቦች ይከፈላሉ ፣ እነዚህም ብዙውን ጊዜ በሱፐርላይዜሽን ውስጥ ይሠራሉ ፣ ይህም ውስብስብ የጭንቀት መስክ ይመሰርታሉ።

ሴንትሪፉጋል ኃይል - በጣም አስፈላጊው ጭነት. የ rotor በከፍተኛ ፍጥነት ሲሽከረከር እያንዳንዱ የጅምላ ነጥብ ወደ ውጭ ወደ ውጭ የሚመራ ወደ ሴንትሪፉጋል ኃይል ይገዛል፣ እና መጠኑ ከመዞሪያው ፍጥነት ካሬ ጋር ተመጣጣኝ ነው።

F = ρω⊃2;r⊃2;

የት ρ የቁስ እፍጋት፣ ω የማዕዘን ፍጥነት ነው፣ እና R ራዲያል ርቀት ነው። ቁሱ ከሚሽከረከረው ዘንግ በጣም ርቆ ሲሄድ, የሚሸከመው ማዕከላዊ ጭነት ይበልጣል. ይህ ማለት በእጅጌው ውጫዊ ጠርዝ ላይ ያለው የከባቢያዊ ጭንቀት አብዛኛውን ጊዜ በጠቅላላው rotor ውስጥ ከፍተኛው ነው.

በጣልቃገብነት የሚመጥን ቅድመ-ጭንቀት የተፈጠረ -- 'ሁለት አፍ ያለው ጎራዴ።' ቋሚ ማግኔቶች በላይኛው ላይ የተጫኑ ቋሚ ማግኔት ሞተሮች ዝቅተኛ የመጠን ጥንካሬ አላቸው እና ሴንትሪፉጋልን ብቻውን መቋቋም አይችሉም። ስለዚህ ከፍተኛ ጥንካሬ ያለው እጀታ በቋሚ ማግኔቶች ውጫዊ ክፍል ላይ መጫን አለበት, በማሽከርከር ወቅት የሴንትሪፉጋል ጥንካሬን ለማካካስ ጣልቃገብነት በቋሚ ማግኔቶች ላይ ቅድመ-መጭመቅ ይተግብሩ. ይሁን እንጂ የጣልቃ ገብነት መጠኑ በተቻለ መጠን ትልቅ አይደለም፡ ከመጠን ያለፈ ጣልቃገብነት ከመጠን በላይ የመጨናነቅ ጭንቀትን ወደ ቋሚ ማግኔቶች ያስተዋውቃል፣ እና ቋሚ ማግኔቶች ከመሸከም አቅም የበለጠ ጠንካራ የመጨመቅ አቅም ቢኖራቸውም ያልተገደበ አይደለም።

የሙቀት ጭንቀት -በቀላሉ ችላ የማይባል 'ድብቅ ገዳይ።' በሞተር በሚሠራበት ጊዜ የሙቀት መጨመር የተለያዩ ክፍሎች የሙቀት መስፋፋትን ያስከትላል ፣ እና የተለያዩ ቁሳቁሶች የተለያዩ የመስመሮች መስፋፋት ቅንጅቶች አሏቸው ፣ ስለሆነም የሚያስከትለው የሙቀት ጭንቀት ከፍተኛ ሊሆን ይችላል። በእጅጌው እና በቋሚው ማግኔት መካከል ባለው የመጋባት ወለል ላይ የሙቀት ለውጦች የግንኙነት ግፊቱን መጠን ይለውጣሉ፡ የሙቀት መጠኑ ሲጨምር የግፊት ግፊቱ ይጨምራል፣ እና የእጅጌው ጭንቀትም በዚሁ መሰረት ይጨምራል። በዝቅተኛ የሙቀት ሁኔታዎች ውስጥ ፣ የመስመራዊ መስፋፋት ልዩነቶች ልዩነት 'ዝቅተኛ የሙቀት መጠን መሰብሰብ ፣ የክፍል-ሙቀት ጣልቃገብነት' የሂደቱን መርሃ ግብር እውን ለማድረግ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል።

III. የማረጋገጫ ዘዴዎች፡ የትንታኔ ዘዴ እና የመጨረሻ ኤለመንት ዘዴ

3.1 የትንታኔ ዘዴ፡ ለፈጣን ግምት የሚሆን ሹል መሣሪያ

የትንታኔ ዘዴው ዋና ሀሳብ እያንዳንዱን የ rotor አካል ወደ ወፍራም ግድግዳ ሲሊንደር (ወይም ወፍራም ግድግዳ ቀለበት) ሞዴል ማቃለል እና የጭንቀት መስክ አንድ ወጥ የሆነ የሂሳብ ሞዴል በሁለት አቅጣጫዊ የዋልታ መጋጠሚያዎች ውስጥ ማቋቋም ነው። ለዘንጉ፣ ቋሚ ማግኔት እና እጅጌው ራዲያል እና ታንጀንቲያል ውጥረት-ውጥረት ግንኙነቶች ለየብቻ ተዘርዝረዋል፣ እና እኩልታዎቹ በአንድ ጊዜ በመፈናቀል ቀጣይነት ሁኔታ እና በይነገጹ ላይ ሚዛናዊ ሁኔታን በማስገደድ ይፈታሉ።

250 ኪሎ ዋት ፣ 25 ከር / ደቂቃ ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ቋሚ ማግኔት ሞተርን እንደ ምሳሌ መውሰድ-የቋሚ ማግኔት ውጫዊ ራዲየስ 44 ሚሜ ፣ ውፍረቱ 8 ሚሜ ፣ የካርቦን ፋይበር እጅጌ ውፍረት 2 ሚሜ ነው ፣ እና በእጅጌው እና በቋሚው ማግኔት መካከል ያለው ጣልቃገብነት 0.3 ሚሜ ነው። በ 1.2 ጊዜ ደረጃ የተሰጠው ፍጥነት (30 kr / ደቂቃ) ፣ የ rotor ራዲያል መፈናቀል ፣ ራዲያል ጭንቀት እና በትንታኔ ዘዴ የሚሰላው የታንጀንቲያል ውጥረት ስርጭት ከተወሰነው የንጥል ትንተና ውጤቶች ጋር በጣም የተጣጣመ ነው።

የትንታኔ ዘዴው ጥቅሞች ፈጣን ስሌት ፍጥነት እና ግልጽ የሆነ አካላዊ ትርጉሙ ናቸው, ይህም በተለይ በቅድመ ንድፍ ደረጃ ላይ ለፓራሜትር ቅኝት እና ለማመቻቸት ተደጋጋሚነት ተስማሚ ያደርገዋል. ሆኖም ፣ ውስንነቱም ግልፅ ነው-ውስብስብ የጂኦሜትሪክ ቅርጾችን (እንደ የውስጥ rotors መግነጢሳዊ ድልድይ መዋቅር) እና የአኒሶትሮፒክ ቁሳቁሶችን መደበኛ ያልሆነ ባህሪን ለመቆጣጠር አስቸጋሪ ነው።

3.2 የተጠናቀቀ ኤለመንት ዘዴ፡ ለትክክለኛ ማረጋገጫ መለኪያው

ውሱን ንጥረ ነገር ዘዴ (FEM) የዘፈቀደ የጂኦሜትሪክ ቅርጾችን፣ በርካታ የቁስ ውህዶችን እና ውስብስብ የድንበር ሁኔታዎችን ማስተናገድ የሚችል ሲሆን ለጭንቀት ማረጋገጫ 'ወርቅ ደረጃ' ነው።

ሞዴሊንግ ለማድረግ ቁልፉ የግንኙነት ንጣፎችን አያያዝ ላይ ነው። በእጅጌው እና በቋሚው ማግኔት መካከል ያለው የጣልቃገብነት መገጣጠም አብዛኛውን ጊዜ የእውቂያ አካላትን በመጠቀም በመጨረሻው የንጥል ትንተና የተመሰለ ነው፣ እና የግንኙነቱ ግትርነት፣ የግጭት መጠን እና የጣልቃ ገብነት መጠን በትክክል መቀመጥ አለበት። እንደ ካርቦን ፋይበር ላሉ አኒሶትሮፒክ ቁሶች፣ የላስቲክ ሞጁሎች እና የፖይሰን ጥምርታ በእያንዳንዱ አቅጣጫ እንዲሁ ግብዓት መሆን አለበት።

የማረጋገጫ ሁኔታዎች ምርጫም እንዲሁ አስፈላጊ ነው. በምህንድስና ልምምድ ውስጥ፣ የሚከተሉት ውህዶች አብዛኛውን ጊዜ መረጋገጥ አለባቸው፡-

• የእጅጌ ጥንካሬ : ቮን በከፍተኛ ሙቀት + 1.2 ጊዜ የሚገመተው ፍጥነት ውጥረትን ያጣል;

• ቋሚ የማግኔት መጎተት ጥንካሬ : ከፍተኛው ዋና ጭንቀት በዝቅተኛ የሙቀት መጠን + 1.2 ጊዜ ደረጃ የተሰጠው ፍጥነት;

• የእውቂያ ግፊት : ዝቅተኛው የግፊት ግፊት በዝቅተኛ የሙቀት መጠን + 1.2 ጊዜ ደረጃ የተሰጠው ፍጥነት ፣ እጅጌው ከቋሚው ማግኔት የማይለይ መሆኑን ለማረጋገጥ።

እነዚህ ሶስት የማረጋገጫ ዓይነቶች በጣም ከባድ የሆኑትን የአሠራር ሁኔታዎች ጥምረት ይሸፍናሉ, እና አንዳቸውም ሊቀሩ አይችሉም.

IV. እጅጌ ንድፍ፡ የRotor's 'Seatbelt'

እጅጌው ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ቋሚ የማግኔት ሞተር rotor በጣም ወሳኝ የመከላከያ አካል ነው. በአሁኑ ጊዜ የዋና እጅጌ ቁሳቁሶች በሁለት ትላልቅ ምድቦች ይከፈላሉ፡-

የብረታ ብረት መያዣዎች  (ቲታኒየም ቅይጥ, ኢንኮኔል ቅይጥ, ወዘተ) ጥሩ የኤሌክትሪክ ምቹነት ያለው እና በተለዋዋጭ መግነጢሳዊ መስክ ውስጥ የኤዲዲ ወቅታዊ ኪሳራዎችን ይፈጥራል, የሞተር ቅልጥፍናን ይቀንሳል; ይሁን እንጂ የእነሱ ከፍተኛ የሙቀት አማቂነት ሙቀትን ለማስወገድ ይጠቅማል. የብረታ ብረት እጀታዎች የአየር ክፍተት መስፈርቶች እና ውሱን የሙቀት ማባከን ሁኔታዎች ላሏቸው ሁኔታዎች የበለጠ ተስማሚ ናቸው።

በአሁኑ ጊዜ የካርቦን ፋይበር የተቀናጀ እጅጌዎች  ለከፍተኛ ፍጥነት ሞተሮች ዋና ምርጫ ናቸው። የመለጠጥ ጥንካሬያቸው ከ 3500 MPa በላይ ሊደርስ ይችላል (በቡድን ደረጃዎች እንደሚፈለገው), መጠናቸው ከቲታኒየም ቅይጥ አንድ አራተኛ ያህል ብቻ ነው, እና የማይመሩ እና ወቅታዊ ኪሳራዎችን አያስከትሉም. ይሁን እንጂ የካርቦን ፋይበር እጅጌዎች anisotropy ለጭንቀት ትንተና ተጨማሪ ውስብስብነትን ያመጣል, ለመተንተን ሶስት አቅጣጫዊ የመለጠጥ ንድፈ ሃሳብን መጠቀም ያስፈልገዋል.

በእጀ ንድፍ ውስጥ ያለው ዋና ተቃርኖ ውፍረት ውስጥ ነው: ወፍራም እጅጌው, በቋሚ ማግኔት ላይ ያለውን ገደብ ጠንካራ እና rotor ውጥረት ዝቅተኛ; ነገር ግን የእጅጌው ውፍረት መጨመር ተመጣጣኝ የአየር ክፍተት እንዲጨምር እና የኤሌክትሮማግኔቲክ አፈፃፀምን ያዳክማል. ስለዚህ የእጅጌ ንድፍ በመሠረቱ ባለብዙ-ዓላማ የማመቻቸት ችግር ነው-በመዋቅራዊ ጥንካሬ እና በኤሌክትሮማግኔቲክ አፈፃፀም መካከል ያለውን ትክክለኛ ሚዛን ማግኘት ያስፈልጋል።

V. የደህንነት ሁኔታ እንዴት መመረጥ አለበት?

የደህንነት ሁኔታ ዋጋ የማረጋገጫ መደምደሚያ አስተማማኝ መሆኑን በቀጥታ ይወስናል. እሴቱ በጣም ትንሽ ከሆነ, አደገኛ ነው; በጣም ትልቅ ከሆነ, ከመጠን በላይ የዲዛይን ድግግሞሽ እና የተበላሸ አፈፃፀምን ያመጣል.

በምህንድስና ልምምድ ውስጥ ለከፍተኛ ፍጥነት የሞተር rotor ማረጋገጫ የደህንነት ሁኔታ ብዙውን ጊዜ የሚወሰነው በሚከተሉት መርሆዎች ነው ።

• እጅጌው ቁሳቁስ : በምርት ጥንካሬ ወይም በጥንካሬ ጥንካሬ ላይ በመመርኮዝ ከ1.5-2.0 የሆነ የደህንነት ሁኔታ ይወሰዳል. ለምሳሌ፣ የአንድ የተወሰነ እጅግ በጣም ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ቋሚ ማግኔት ሞተር እጅጌው ከፍተኛው ጫና 967 MPa ሲሆን ከ 2 በላይ የሆነ የደህንነት ሁኔታ ተቀባይነት እንዳለው ይቆጠራል።

• ቋሚ ማግኔት ፡ NdFeB የተሰበረ ቁሳቁስ ስለሆነ እና የመጠን ጥንካሬው መበታተን በአንጻራዊነት ትልቅ ስለሆነ፣ የደህንነት ሁኔታ 2.0-3.0 በብዛት ይወሰዳል። በአንዳንድ የንድፍ ጉዳዮች ላይ የቋሚ ማግኔቱ የደህንነት ሁኔታ ከ 6 በላይ ሊደርስ ይችላል, ይህም ብዙ ትርፍ ያስገኛል.

• ዘንግ : የዘንጉ ቁሳቁሶች ብዙውን ጊዜ ቅይጥ ብረት ናቸው ፣ በጥሩ ጥንካሬ እና ከፍተኛ ጥንካሬ ፣ እና የጭንቀት ደረጃ ከሚፈቀደው እሴት በታች ነው ፣ ስለሆነም 1.5 ያህል የደህንነት ሁኔታ በቂ ነው።

• የእውቂያ ግፊት : እጅጌው እና ቋሚ ማግኔት በከፍተኛ ፍጥነት እንዳይለያዩ ለማረጋገጥ, ዝቅተኛው የግንኙነት ግፊት ብዙውን ጊዜ ከበርካታ megapascals ያነሰ መሆን አለበት. በተወሰነ የንድፍ ሁኔታ ውስጥ ዝቅተኛ የግንኙነት ግፊት ከ 5.4 MPa በታች ባለው ዝቅተኛ ገደብ እና በከፍተኛው ገደብ ከ 2.7 MPa ያነሰ መሆን አለበት.

VI. ከማረጋገጫ እስከ ማረጋገጫ

የጭንቀት ማረጋገጫ በመጨረሻው 'የወረቀት ስሌት ነው።' በምህንድስና ልምምድ፣ የማረጋገጫ ውጤቶቹ እንዲሁ በሙከራዎች መረጋገጥ አለባቸው።

የተለመዱ የማረጋገጫ ዘዴዎች የሚከተሉትን ያካትታሉ:

የማሽከርከር ሙከራ  በጣም ቀጥተኛ የማረጋገጫ ዘዴ ነው። መዋቅራዊ ብልሽት መከሰቱን ለመመልከት rotor ወደ ከመጠን በላይ የፍጥነት ሁኔታ (ብዙውን ጊዜ ከተገመተው ፍጥነት 1.2 እጥፍ) ይጨመራል። አንዳንድ ጥናቶች የካርቦን ፋይበር እጅጌው በ 30,000 r/ደቂቃ የማይሳካበትን ፕሮቶታይፕ ቀርፀዋል፣ ይህም በትክክለኛ ውድቀት ወቅት የ rotor ባህሪን ለመመልከት ነው።

የውጥረት ልኬት  በሚሽከረከርበት ጊዜ በእውነተኛ ጊዜ ቁልፍ ቦታዎች ላይ የውጥረት መረጃን ሊይዝ ይችላል። የጭረት መለኪያዎችን እና የቴሌሜትሪ ሲስተሞችን በመጠቀም በቁልፍ የ rotor ቦታዎች ላይ ያለው ጫና በ18,000 r/min ወይም ከፍ ያለ ፍጥነት ሊለካ ይችላል፣ እና የማዛመጃ ማረጋገጫው በውስን ኤለመንቶች ስሌት ውጤቶች ሊከናወን ይችላል።

የማይንቀሳቀስ የመለጠጥ ሙከራ  ቀጥተኛ ያልሆነ ነገር ግን ደህንነቱ የተጠበቀ የማረጋገጫ ዘዴ ነው። በ rotor ኮር ላይ የማይንቀሳቀሱ ሙከራዎችን በማካሄድ የከፍተኛ ፍጥነት መዞር አደጋን ማስቀረት ይቻላል, እና የትንታኔ ሞዴል እና ውሱን ንጥረ ነገሮች ትክክለኛነት በተዘዋዋሪ ሊረጋገጥ ይችላል.

መደምደሚያ

ባለከፍተኛ ፍጥነት የሞተር rotor ጭንቀት ማረጋገጫ የመለጠጥ ፣ የቁሳቁስ ሳይንስ እና የቁጥር ስሌትን የሚያዋህድ ስልታዊ የምህንድስና ተግባር ነው። የሴንትሪፉጋል ሃይል፣ የጣልቃ ገብነት ሃይል እና የሙቀት ውጥረትን ተደራቢ ተፅእኖ ከመረዳት ጀምሮ ተገቢ የማረጋገጫ ዘዴዎችን እና የደህንነት ሁኔታዎችን እስከ መምረጥ፣ የንድፍ አስተማማኝነትን በሙከራዎች ማረጋገጥ፣ እያንዳንዱ እርምጃ ሞተሩ በደቂቃ በአስር ሺዎች በሚቆጠሩ አብዮቶች ውስጥ በተረጋጋ ሁኔታ መስራት ይችላል ወይ የሚለው ጋር የተያያዘ ነው።

ለአዳዲስ ሃይል ተሸከርካሪዎች የማሽከርከር ፍጥነት ከ20,000 r/ደቂቃ ሲያልፍ እና የዝንብ ብሌሽ ሃይል ማከማቻ ሞተሮች ፍጥነት ወደ 70,000 r/ደቂቃ ሲቃረብ የ rotor ጭንቀትን ለማረጋገጥ ትክክለኛነት እና የውጤታማነት መስፈርቶች እየጨመሩ ይሄዳሉ። አዳዲስ ቴክኖሎጂዎች እንደ የካርቦን ፋይበር የተቀናበሩ እጅጌዎች፣ ባለ ብዙ እጅጌ መዋቅሮች እና መልቲፊዚክስ ማጣመጃ ማመቻቸት የከፍተኛ ፍጥነት ሞተርስ የአፈፃፀም ድንበሮችን በየጊዜው እያስፋፉ ነው፣ እና የጭንቀት ማረጋገጫ ለእነዚህ ሁሉ ፈጠራዎች ሁልጊዜ የደህንነት የታችኛው መስመር ነው።