Manatokonga Ake o nga Rotor Motika Tere-Tiketike: Mai i te 'Ka taea te tatau' ki te 'Te Tatau Tika'

I. He aha te take e tika ai kia uru nga motopaika tere tere ki te whakamana i te taumahatanga?

Mo a motika tere-tere me te tere hurihuri o te 30,000 r / min, ko te whakaterenga centrifugal i te diameter o waho o te rotor ka tae ki te tekau mano nga wa te tere o te tere. I raro i enei ahuatanga whakahaere tino nui, ka tata te ahotea e pa ana ki nga aukume tuturu, ka neke ake ranei i to tepee toka—a ko te kaha o nga aukume pumau NdFeB he kotahi hautekau noa iho o te kaha kopeke. Ka eke te ahotea ki runga ake i te tepe, ka pakaru nga aukume tuturu, ka ranea nga kongakonga hurihuri tere-tere ki te whakangaro i te motini katoa i roto i nga manomano.

I te wa ano, ko te tere whakatau o nga motuka tere-tere ka tata ki te tere nui o te rotor, ka piki ake te tupono o te resonance. Ko te manatoko taumaha ehara i te mea anake mo te 'mehemea ka whati,' engari mo te mea ka taea e te hoahoa maro o te rotor te karo i nga awhe ohooho kino.

Mo tenei take, i roto i te mahinga hoahoa o nga motuka tere-tere, ko te mahi tuatahi i muri i te whakaoti i te hoahoa hikohiko ko te mahi tātari ahotea hurihanga, te tirotiro i te ahotea porohita me te tohatoha ahotea von Mises i ia waahanga o te rotor, me te whakataurite ki nga tohu kaha o nga rauemi e rite ana.

II. He aha te kaha o te Rotor?

Ko nga puna ahotea o nga rotors motopaika tere-tere te nuinga ka taka ki roto i nga waahanga e toru, he maha nga wa e mahi ana i roto i te superposition, ka hanga he mara ahotea uaua.

Te kaha centrifugal —te kawenga tino nui. Ka huri te rotor i te tere tere, ka tukuna nga tohu papatipu katoa ki te toi awhiowhio ki waho, a ko tona nui ka rite ki te tapawha o te tere hurihuri:

F = ρω⊃2;r⊃2;

ko te ρ te kiato rawa, ko te ω te tere koki, ko te r te tawhiti pūtoro. Ko te tawhiti atu o te rauemi mai i te kaaka hurihuri, ka nui ake te kawenga centrifugal e mau ana. Ko te tikanga ko te ahotea porowhita i te taha o waho o te ringaringa ko te mea teitei rawa i roto i te rotor katoa.

Ko te ahotea o mua i puta mai i te urunga pokanoa —he ' hoari mata-rua.' Ko nga aukume tuturu o nga motini aukume tuturu e mau ana ki te mata he iti te kaha toka, a, e kore e taea e ia te tu atu i te kaha centrifugal anake. Na reira, me whakauru he ringaringa kaha-kaha ki waho o nga aukume pumau, me te tono i mua i te kopeketanga ki nga aukume pumau na roto i te urunga pokanoa ki te whakatiki i te kaha tensile centrifugal i te hurihanga. Heoi, ko te nui o te pokanoa kare i te nui rawa atu: na te nui o te pokanoa ka uru mai te ahotea toka ki roto i nga aukume pumau, a ahakoa he kaha ake te kaha o nga aukume pumau i te kaha toka, ehara i te mea mutunga kore.

Te ahotea waiariki —he 'kaipatu huna' ka warewarehia. I te wa e mahi ana te motuka, ka piki ake te pāmahana ka puta te roha waiariki o nga momo waahanga, a he rereke nga whakareatanga o nga rauemi rereke mo te roha raina, no reira ka nui pea te ahotea wera. I te mata kahui i waenganui i te ringaringa me te aukume tuturu, ka rerekee ano nga huringa pāmahana i te nui o te pehanga whakapiri: ka piki te pāmahana, ka piki te pehanga whakapiri, ka piki ano te ahotea o te ringaringa. I raro i nga ahuatanga iti-pamahana, ka taea te whakamahi i te rereketanga o te whakareatanga o te roha raina ki te whakatutuki i te kaupapa tukanga o te 'whakahuihuinga iti-mahana, wawaotanga i te rūma-mahana.'

III. Nga Tikanga Manatoko: Tikanga Analytical me te Tikanga Huanga Mutu

3.1 Tikanga Analytical: He Utauta Koi mo te Tatau Tere

Ko te whakaaro matua o te tikanga tātari ko te whakangawari i ia wahanga rotor ki roto i te tauira rango-taiepa matotoru (te mowhiti taiapa matotoru ranei), me te whakatu i tetahi tauira pangarau whakakotahi o te mara ahotea i roto i nga taunga polar ahu-rua. Mo te rakau, te aukume pumau, me te ringaringa, ka whakarārangihia motuhaketia nga hononga ahotea me te paanui, a ka whakatauhia nga whārite i te wa kotahi ma te ahua o te nekehanga me te ahua o te taurite kaha i te atanga.

Ko te tango i te 250 kW, 25 kr/min teitei-tere nekeneke aukume tuturu hei tauira: ko te radius o waho aukume pumau he 44 mm, he 8 mm te matotoru, he 2 mm te matotoru o te ringaringa muka waro, he 0.3 mm te pokanoa i waenga i te ringaringa me te aukume tuturu. I te 1.2 nga wa te tere whakatau (30 kr/min), ko te nekehanga o te radial rotor, te ahotea radial, me te tohatoha ahotea tangential kua tatauhia e te tikanga tātari he tino rite ki nga hua tātari huānga mutunga.

Ko nga painga o te tikanga wetewete ko te tere o te tatauranga me te maaramatanga o te tinana, na te mea e tino pai ana mo te matawai tawhā me te arotautanga i te timatanga o te hoahoa. Heoi ano, ka kitea ano ona herenga: he uaua ki te hapai i nga ahua hangahanga uaua (pērā i te hanganga piriti autō o roto rotors) me te whanonga kore raina o nga rawa anisotropic.

3.2 Tikanga Huanga Mutu: Te Iari mo te Manatoko Tika

Ka taea e te tikanga huānga mutunga (FEM) te whakahaere i nga hangahanga ahua ahua, nga huinga rawa maha, me nga tikanga rohe uaua, a ko te 'paerewa koura' mo te manatoko ahotea.

Ko te mea nui ki te whakatauira ko te maimoatanga o nga papanga whakapiri. Ko te wawaotanga i waenga i te ringaringa me te aukume tuturu ka whakatauritehia i roto i te tātari huānga mutunga ma te whakamahi i nga huānga whakapā, me te tika te whakarite i te maro o te whakapiri, te whakarea waku, me te nui o te pokanoa. Mo nga taonga anisotropic penei i te muka waro, me whakauru ano te waahanga elastic me te ōwehenga o Poisson i ia ahunga.

He mea nui ano te kowhiringa o nga tikanga whakamana. I roto i nga mahi miihini, ko nga huinga e whai ake nei me whakamanahia:

• Te kaha o te ringaringa : von Mises te ahotea i te pāmahana teitei + 1.2 nga wa i whakatauhia te tere;

• Te kaha tensile aukume tuturu : te nui o te ahotea matua i te iti o te pāmahana + 1.2 nga wa i whakatauhia te tere;

• Te pēhanga whakapā : te pēhanga whakapā iti i te pāmahana iti + 1.2 wa whakatau tere, ki te whakarite kia kore te ringa e wehe i te aukume pūmau.

Ko enei momo manatoko e toru e kapi ana i te whakakotahitanga tino kino o nga tikanga whakahaere, a kaore tetahi o enei e taea te waiho.

IV. Hoahoa Manga: Ko te Rotor 'Seatbelt'

Ko te karekau te waahanga whakamarumaru tino nui o te rotor motuka aukume tuturu tere. I tenei wa, ka taka nga taonga karekau auraki ki nga waahanga nui e rua:

Ko nga karekau whakarewa  (te koranu Titanium, te koranu Inconel, me etahi atu) he pai te kawe hiko, a ka puta nga mate o naianei eddy i roto i te papa autō tauutuutu, ka whakaiti i te pai o te motuka; heoi, he pai to ratou kawe werawera nui mo te werawera. He pai ake nga karekau whakarewa mo nga ahuatanga me nga whakaritenga hau-aputa me te iti o nga tikanga tohanga wera.

Ko nga karekau hiato muka waro  te mea tino pai mo nga motuka tere-tere. Ko te kaha o te kaha ki te neke atu i te 3500 MPa (i runga i nga whakaritenga a te roopu), he kotahi hauwhā noa iho o te koranu titanium, he kore-whakahaere, kaore hoki e whakaputa i nga mate o naianei. Heoi, ko te anisotropy o nga karekau muka waro ka nui ake te uaua ki te tātari ahotea, me whakamahi te ariā elasticity ahu-toru hei tātari.

Ko te tino tautohetohe i roto i te hoahoa ringaringa kei te matotoru: te matotoru o te ringaringa, ka kaha ake te herenga ki te aukume tuturu me te heke iho o te ahotea rotor; engari ka piki ake te matotoru o te ringaringa ka nui ake te mokowhiti o te hau rite, ka ngoikore te mahi hiko. Na reira, ko te hoahoa ringaringa he raruraru arotautanga whainga-maha-he mea tika kia kitea te toenga tino pai i waenga i te kaha o te hanganga me te mahi hiko.

V. Me pehea te Kowhiri i te Waahanga Haumaru?

Ko te uara o te take haumaru ka whakatau tika mena he pono te whakatau manatoko. Mena he iti rawa te uara, he morearea; ki te mea he nui rawa, ka nui rawa te whakarereketanga o te hoahoa me te paheketanga o te mahi.

I roto i nga mahi miihini, ko te take haumaru mo te whakamohiotanga miihini tere tere ka whakatauhia i runga i nga tikanga e whai ake nei:

• Rauemi ringaringa : i runga i te kaha tuku, te kaha ranei, ka tangohia he take haumaru 1.5–2.0. Hei tauira, ki te 967 MPa te taumahatanga teitei o te karekau o tetahi motuka aukume tuturu ultra-tiketike, ka kiia he take haumaru nui ake i te 2.

• Aukume tuturu : na te mea he mea pakarukaru te NdFeB me te mararatanga o tona kaha marara, ka tangohia he take haumaru 2.0–3.0. I etahi ahuatanga hoahoa, ko te take haumaru o te aukume pumau ka tae atu ki te 6, ka waiho he waahi nui.

• Rakau : Ko te nuinga o nga mea he koranu maitai, he pai te uaua me te kaha nui, a ko te taumata ahotea kei raro rawa atu i te uara e whakaaetia ana, no reira he rawaka te take haumaru mo te 1.5.

• Te pēhanga whakapā : kia kore e wehe te karekau me te aukume pūmau i te tere teitei, ko te nuinga o te waa e tika ana kia kaua e iti iho i te maha o nga megapascals te pehanga whakapiri iti. I roto i tetahi keehi hoahoa, ko te pehanga whakapiri iti e hiahiatia ana kia kaua e iti iho i te 5.4 MPa i te rohe o raro o te tere whakatau me te iti iho i te 2.7 MPa i te rohe o runga.

VI. Mai i te Manatoko ki te Whakamana

Ko te manatoko taumaha ko te 'te tatau pepa.' I roto i nga mahi miihini, me whakamana ano nga hua whakamana ma nga whakamatautau.

Ko nga tikanga whakamana noa ko:

Ko te whakamatautau hurihuri  ko te tikanga whakamana tino tika. Ka whakaterehia te rotor ki te tere tere (te nuinga o te 1.2 nga wa o te tere whakatau) ki te kite mena ka puta te korenga o te hanganga. Ko etahi o nga rangahau i hangaia he tauira e kore ai te ringaringa o te muka waro i te 30,000 r/min, kia kitea ai nga ahuatanga whanonga o te rotor i te wa o te korenga.

Ka taea e te ine riaka  te hopu i nga raraunga riaka ki nga waahi matua i roto i te waa tuuturu i te waa hurihuri. Ma te whakamahi i nga riipene riipene me nga punaha waea, ka taea te ine i te riu ki nga tuunga rotor matua ki te 18,000 r/min, teitei ake ranei te tere, a ka taea te whakamana hononga me nga hua tatau o te huānga mutunga.

Ko te whakamatautau tensile  he tikanga whakamana autaki engari he haumaru. Ma te mahi i nga whakamatautau tensile pateko i runga i te matua rotor, ka taea te karo i te kino o te hurihanga tere, me te tika o te tauira tātari me nga hua huānga mutunga ka taea te manatoko autaki.

Whakamutunga

Ko te whakamohiotanga ahotea motika rotor tere he mahi miihini nahanaha e whakauru ana i te elasticity, te pūtaiao rauemi, me te tatauranga tau. Mai i te mohio ki nga paanga o te kaha o te hau, te kaha pokanoa, me te ahotea waiariki, ki te kowhiri i nga tikanga manatoko tika me nga mea haumaru, ki te whakamana i te pono o te hoahoa ma nga whakamatautau, ka hono nga taahiraa katoa mena ka taea e te motuka te mahi i raro i nga tikanga tino o te tekau mano hurihanga ia meneti.

I te mea ko te tere o nga motuka taraiwa mo nga waka hiko hou kua neke ake i te 20,000 r / min me te tere o nga motuka rokiroki hiko hiko e tata ana ki te 70,000 r / min, ka piki haere tonu nga whakaritenga tika me te pai mo te whakamohio i te ahotea rotor. Ko nga hangarau hou penei i nga karekau hiato muka waro, nga hanganga karekau maha, me te arotautanga honohono maha kei te whakawhānui tonu i nga rohe mahi o nga motuka tere-tere, a ko te whakamohiotanga o te ahotea ko te rarangi haumaru mo enei mahi hou katoa.