அதிவேக மோட்டார் ரோட்டர்களின் அழுத்த சரிபார்ப்பு: 'கணக்கிட முடியும்' முதல் 'சரியாக கணக்கிடுதல்' வரை

I. அதிவேக மோட்டார்கள் ஏன் அழுத்த சரிபார்ப்பை மேற்கொள்ள வேண்டும்?

ஒரு 30,000 r/min சுழலும் வேகம் கொண்ட அதிவேக மோட்டார் , சுழலியின் வெளிப்புற விட்டத்தில் மையவிலக்கு முடுக்கம் பல்லாயிரக்கணக்கான மடங்கு ஈர்ப்பு முடுக்கம் அடையும். இத்தகைய தீவிர இயக்க நிலைமைகளின் கீழ், நிரந்தர காந்தங்கள் எதிர்கொள்ளும் இழுவிசை அழுத்தமானது அவற்றின் இழுவிசை வரம்பை நெருங்கும் அல்லது மீறும் - மேலும் NdFeB நிரந்தர காந்தங்களின் இழுவிசை வலிமை பொதுவாக அவற்றின் சுருக்க வலிமையில் பத்தில் ஒரு பங்கு மட்டுமே. இழுவிசை அழுத்தம் வரம்பை மீறியதும், நிரந்தர காந்தங்கள் உடைந்து போகலாம், மேலும் அதிவேக சுழலும் துண்டுகள் மில்லி விநாடிகளுக்குள் முழு மோட்டாரையும் அழிக்க போதுமானது.

அதே நேரத்தில், அதிவேக மோட்டார்களின் மதிப்பிடப்பட்ட வேகம் பெரும்பாலும் ரோட்டரின் முக்கியமான வேகத்தை நெருங்குகிறது, மேலும் அதிர்வு ஆபத்து கடுமையாக உயர்கிறது. அழுத்த சரிபார்ப்பு என்பது 'அது உடைந்து விடுமா,' என்பது மட்டுமல்ல, ரோட்டரின் விறைப்பு வடிவமைப்பு ஆபத்தான அதிர்வு வரம்புகளைத் தவிர்க்குமா என்பது பற்றியது.

இந்த காரணத்திற்காக, அதிவேக மோட்டார்களின் வடிவமைப்பு செயல்பாட்டில், மின்காந்த வடிவமைப்பை முடித்த பிறகு முதல் படி சுழற்சி அழுத்த பகுப்பாய்வு, சுழலியின் ஒவ்வொரு பகுதியிலும் சுற்றளவு அழுத்தம் மற்றும் வான் மைஸ் அழுத்த விநியோகத்தை சரிபார்த்து, அவற்றை தொடர்புடைய பொருட்களின் வலிமை குறியீடுகளுடன் ஒப்பிடுவது.

II. ரோட்டார் என்ன சக்திகளை தாங்குகிறது?

அதிவேக மோட்டார் சுழலிகளின் அழுத்த ஆதாரங்கள் முக்கியமாக மூன்று வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன, அவை பெரும்பாலும் சூப்பர்போசிஷனில் செயல்படுகின்றன, இது ஒரு சிக்கலான அழுத்த புலத்தை உருவாக்குகிறது.

மையவிலக்கு விசை - மிக முக்கியமான சுமை. சுழலி அதிக வேகத்தில் சுழலும் போது, ​​ஒவ்வொரு வெகுஜன புள்ளியும் கதிரியக்கமாக வெளிப்புறமாக இயக்கப்படும் ஒரு மையவிலக்கு விசைக்கு உட்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் அதன் அளவு சுழற்சி வேகத்தின் சதுரத்திற்கு விகிதாசாரமாக இருக்கும்:

F = ρω⊃2;r⊃2;

இதில் ρ என்பது பொருள் அடர்த்தி, ω என்பது கோண வேகம் மற்றும் r என்பது ஆர தூரம். சுழலும் தண்டிலிருந்து பொருள் எவ்வளவு தூரம் இருக்கிறதோ, அந்த அளவுக்கு மையவிலக்கு சுமை அதிகமாக இருக்கும். இதன் பொருள் ஸ்லீவின் வெளிப்புற விளிம்பில் உள்ள சுற்றளவு அழுத்தம் பொதுவாக முழு ரோட்டரிலும் அதிகமாக இருக்கும்.

குறுக்கீடு பொருத்தத்தால் உருவாக்கப்படும் முன்-அழுத்தம் —ஒரு 'இரட்டை முனைகள் கொண்ட வாள்.' மேற்பரப்பில் பொருத்தப்பட்ட நிரந்தர காந்த மோட்டார்களின் நிரந்தர காந்தங்கள் குறைந்த இழுவிசை வலிமை கொண்டவை மற்றும் மையவிலக்கு விசையை மட்டும் தாங்க முடியாது. எனவே, நிரந்தர காந்தங்களின் வெளிப்புறத்தில் அதிக வலிமை கொண்ட ஸ்லீவ் பொருத்தப்பட வேண்டும், சுழற்சியின் போது மையவிலக்கு இழுவிசை விசையை ஈடுசெய்ய இடையூறு பொருத்தம் மூலம் நிரந்தர காந்தங்களுக்கு முன்-அமுக்கத்தைப் பயன்படுத்துகிறது. இருப்பினும், குறுக்கீடு அளவு முடிந்தவரை பெரியதாக இல்லை: அதிகப்படியான குறுக்கீடு நிரந்தர காந்தங்களில் அதிகப்படியான அழுத்த அழுத்தத்தை அறிமுகப்படுத்தும், மேலும் நிரந்தர காந்தங்கள் இழுவிசை திறனை விட வலுவான அமுக்க திறனைக் கொண்டிருந்தாலும், அது வரம்பற்றது அல்ல.

வெப்ப அழுத்தம் - எளிதில் கவனிக்கப்படாத 'மறைக்கப்பட்ட கொலையாளி.' மோட்டார் செயல்பாட்டின் போது, ​​வெப்பநிலை உயர்வு பல்வேறு கூறுகளின் வெப்ப விரிவாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது, மேலும் வெவ்வேறு பொருட்கள் நேரியல் விரிவாக்கத்தின் வெவ்வேறு குணகங்களைக் கொண்டுள்ளன, இதனால் ஏற்படும் வெப்ப அழுத்தம் கணிசமானதாக இருக்கலாம். ஸ்லீவ் மற்றும் நிரந்தர காந்தத்திற்கு இடையில் உள்ள இனச்சேர்க்கை மேற்பரப்பில், வெப்பநிலை மாற்றங்கள் தொடர்பு அழுத்தத்தின் அளவையும் மாற்றும்: வெப்பநிலை உயரும் போது, ​​தொடர்பு அழுத்தம் அதிகரிக்கிறது, மேலும் ஸ்லீவ் அழுத்தமும் அதற்கேற்ப உயர்கிறது. குறைந்த வெப்பநிலை நிலைமைகளின் கீழ், நேரியல் விரிவாக்கத்தின் குணகங்களில் உள்ள வேறுபாடு 'குறைந்த வெப்பநிலை அசெம்பிளி, அறை-வெப்பநிலை குறுக்கீடு' என்ற செயல்முறை திட்டத்தை உணர கூட பயன்படுத்தப்படலாம்.

III. சரிபார்ப்பு முறைகள்: பகுப்பாய்வு முறை மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு முறை

3.1 பகுப்பாய்வு முறை: விரைவான மதிப்பீட்டிற்கான ஒரு கூர்மையான கருவி

பகுப்பாய்வு முறையின் முக்கிய யோசனை, ஒவ்வொரு ரோட்டார் கூறுகளையும் ஒரு தடித்த சுவர் உருளை (அல்லது தடித்த சுவர் வளையம்) மாதிரியாக எளிமையாக்கி, இரு பரிமாண துருவ ஆயங்களில் அழுத்த புலத்தின் ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட கணித மாதிரியை நிறுவுவதாகும். தண்டு, நிரந்தர காந்தம் மற்றும் ஸ்லீவ் ஆகியவற்றிற்கு, ரேடியல் மற்றும் தொடுநிலை அழுத்த-திரிபு உறவுகள் தனித்தனியாக பட்டியலிடப்பட்டுள்ளன, மேலும் சமன்பாடுகள் இடைமுகத்தில் இடப்பெயர்ச்சி தொடர்ச்சி நிலை மற்றும் சக்தி சமநிலை நிலை மூலம் ஒரே நேரத்தில் தீர்க்கப்படுகின்றன.

உதாரணமாக 250 kW, 25 kr/min அதிவேக நிரந்தர காந்த மோட்டாரை எடுத்துக் கொண்டால்: நிரந்தர காந்தத்தின் வெளிப்புற ஆரம் 44 மிமீ, தடிமன் 8 மிமீ, கார்பன் ஃபைபர் ஸ்லீவ் தடிமன் 2 மிமீ, மற்றும் ஸ்லீவ் மற்றும் நிரந்தர காந்தம் இடையே குறுக்கீடு 0.3 மிமீ. 1.2 மடங்கு மதிப்பிடப்பட்ட வேகத்தில் (30 kr/min), ரோட்டார் ரேடியல் இடப்பெயர்ச்சி, ரேடியல் அழுத்தம் மற்றும் பகுப்பாய்வு முறையால் கணக்கிடப்பட்ட தொடுநிலை அழுத்த விநியோகம் ஆகியவை வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு பகுப்பாய்வு முடிவுகளுடன் மிகவும் ஒத்துப்போகின்றன.

பகுப்பாய்வு முறையின் நன்மைகள் அதன் வேகமான கணக்கீட்டு வேகம் மற்றும் தெளிவான இயற்பியல் பொருள் ஆகும், இது ஆரம்ப வடிவமைப்பு கட்டத்தில் அளவுரு ஸ்கேனிங் மற்றும் தேர்வுமுறை மறு செய்கைக்கு மிகவும் பொருத்தமானது. இருப்பினும், அதன் வரம்புகளும் வெளிப்படையானவை: சிக்கலான வடிவியல் வடிவங்களை (உள் சுழலிகளின் காந்த பாலம் அமைப்பு போன்றவை) மற்றும் அனிசோட்ரோபிக் பொருட்களின் நேரியல் அல்லாத நடத்தை ஆகியவற்றைக் கையாள்வது கடினம்.

3.2 வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு முறை: துல்லியமான சரிபார்ப்புக்கான அளவுகோல்

வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு முறை (FEM) தன்னிச்சையான வடிவியல் வடிவங்கள், பல பொருள் சேர்க்கைகள் மற்றும் சிக்கலான எல்லை நிலைமைகளைக் கையாள முடியும், மேலும் இது அழுத்த சரிபார்ப்புக்கான 'தங்க தரநிலை' ஆகும்.

மாடலிங் செய்வதற்கான திறவுகோல் தொடர்பு மேற்பரப்புகளின் சிகிச்சையில் உள்ளது. ஸ்லீவ் மற்றும் நிரந்தர காந்தம் இடையே உள்ள குறுக்கீடு பொருத்தம் வழக்கமாக தொடர்பு உறுப்புகளைப் பயன்படுத்தி வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு பகுப்பாய்வில் உருவகப்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் தொடர்பு விறைப்பு, உராய்வு குணகம் மற்றும் குறுக்கீடு அளவு ஆகியவை சரியாக அமைக்கப்பட வேண்டும். கார்பன் ஃபைபர் போன்ற அனிசோட்ரோபிக் பொருட்களுக்கு, ஒவ்வொரு திசையிலும் உள்ள மீள் மாடுலஸ் மற்றும் பாய்சனின் விகிதம் ஆகியவை உள்ளீடு செய்யப்பட வேண்டும்.

சரிபார்ப்பு நிபந்தனைகளின் தேர்வு சமமாக முக்கியமானது. பொறியியல் நடைமுறையில், பின்வரும் சேர்க்கைகள் பொதுவாக சரிபார்க்கப்பட வேண்டும்:

• ஸ்லீவ் வலிமை : வான் மிசஸ் அதிக வெப்பநிலையில் அழுத்தம் + 1.2 மடங்கு மதிப்பிடப்பட்ட வேகம்;

• நிரந்தர காந்த இழுவிசை வலிமை : குறைந்த வெப்பநிலையில் அதிகபட்ச முதன்மை அழுத்தம் + 1.2 மடங்கு மதிப்பிடப்பட்ட வேகம்;

• தொடர்பு அழுத்தம் : குறைந்த வெப்பநிலையில் குறைந்தபட்ச தொடர்பு அழுத்தம் + 1.2 மடங்கு மதிப்பிடப்பட்ட வேகம், ஸ்லீவ் நிரந்தர காந்தத்திலிருந்து பிரிக்கப்படாமல் இருப்பதை உறுதிசெய்ய.

இந்த மூன்று வகையான சரிபார்ப்பு இயக்க நிலைமைகளின் மிகக் கடுமையான கலவையை உள்ளடக்கியது, மேலும் அவற்றில் எதையும் தவிர்க்க முடியாது.

IV. ஸ்லீவ் வடிவமைப்பு: ரோட்டரின் 'சீட்பெல்ட்'

ஸ்லீவ் என்பது அதிவேக நிரந்தர காந்த மோட்டார் ரோட்டரின் மிக முக்கியமான பாதுகாப்பு கூறு ஆகும். தற்போது, ​​பிரதான ஸ்லீவ் பொருட்கள் இரண்டு முக்கிய வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன:

மெட்டல் ஸ்லீவ்கள்  (டைட்டானியம் அலாய், இன்கோனல் அலாய் போன்றவை) நல்ல மின் கடத்துத்திறன் கொண்டவை மற்றும் மாற்று காந்தப்புலத்தில் சுழல் மின்னோட்ட இழப்புகளை உருவாக்கி, மோட்டார் செயல்திறனைக் குறைக்கும்; இருப்பினும், அவற்றின் உயர் வெப்ப கடத்துத்திறன் வெப்பச் சிதறலுக்கு நன்மை பயக்கும். மெட்டல் ஸ்லீவ்கள் காற்று-இடைவெளி தேவைகள் மற்றும் மட்டுப்படுத்தப்பட்ட வெப்பச் சிதறல் நிலைமைகளைக் கொண்ட காட்சிகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானவை.

கார்பன் ஃபைபர் கலப்பு ஸ்லீவ்கள்  தற்போது அதிவேக மோட்டார்களுக்கான முக்கிய தேர்வாக உள்ளன. அவற்றின் இழுவிசை வலிமை 3500 MPa க்கும் அதிகமாக (குழு தரநிலைகளின்படி தேவை) அடையலாம், அவற்றின் அடர்த்தி டைட்டானியம் கலவையை விட கால் பங்கு மட்டுமே, மேலும் அவை கடத்துத்திறன் இல்லாதவை மற்றும் சுழல் மின்னோட்ட இழப்புகளை உருவாக்காது. இருப்பினும், கார்பன் ஃபைபர் ஸ்லீவ்களின் அனிசோட்ரோபி அழுத்த பகுப்பாய்வுக்கு கூடுதல் சிக்கலைக் கொண்டுவருகிறது, பகுப்பாய்விற்கு முப்பரிமாண நெகிழ்ச்சிக் கோட்பாட்டைப் பயன்படுத்த வேண்டும்.

ஸ்லீவ் வடிவமைப்பில் உள்ள முக்கிய முரண்பாடு தடிமனில் உள்ளது: தடிமனான ஸ்லீவ், நிரந்தர காந்தத்தின் மீது வலுவான கட்டுப்பாடு மற்றும் ரோட்டார் அழுத்தத்தை குறைக்கிறது; ஆனால் ஸ்லீவ் தடிமன் அதிகரிப்பது சமமான காற்று இடைவெளியை அதிகரிக்கும் மற்றும் மின்காந்த செயல்திறனை பலவீனப்படுத்தும். எனவே, ஸ்லீவ் டிசைன் என்பது அடிப்படையில் பல-நோக்கு தேர்வுமுறை சிக்கலாகும்-கட்டமைப்பு வலிமை மற்றும் மின்காந்த செயல்திறனுக்கு இடையே உகந்த சமநிலையைக் கண்டறிவது அவசியம்.

V. பாதுகாப்பு காரணி எவ்வாறு தேர்ந்தெடுக்கப்பட வேண்டும்?

சரிபார்ப்பு முடிவு நம்பகமானதா என்பதை பாதுகாப்பு காரணியின் மதிப்பு நேரடியாக தீர்மானிக்கிறது. மதிப்பு மிகவும் சிறியதாக இருந்தால், அது ஆபத்தானது; இது மிகவும் பெரியதாக இருந்தால், அது அதிகப்படியான வடிவமைப்பு பணிநீக்கத்திற்கும், செயல்திறன் குறைவதற்கும் வழிவகுக்கிறது.

பொறியியல் நடைமுறையில், அதிவேக மோட்டார் ரோட்டர் சரிபார்ப்புக்கான பாதுகாப்பு காரணி பொதுவாக பின்வரும் கொள்கைகளின்படி தீர்மானிக்கப்படுகிறது:

• ஸ்லீவ் பொருள் : மகசூல் வலிமை அல்லது இழுவிசை வலிமையின் அடிப்படையில், 1.5-2.0 என்ற பாதுகாப்பு காரணி எடுக்கப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு குறிப்பிட்ட அதி-அதிவேக நிரந்தர காந்த மோட்டரின் ஸ்லீவின் அதிகபட்ச அழுத்தம் 967 MPa ஆக இருக்கும் போது, ​​2 க்கும் அதிகமான பாதுகாப்பு காரணி ஏற்றுக்கொள்ளத்தக்கதாகக் கருதப்படுகிறது.

• நிரந்தர காந்தம் : NdFeB ஒரு உடையக்கூடிய பொருள் மற்றும் அதன் இழுவிசை வலிமையின் பரவல் ஒப்பீட்டளவில் பெரியதாக இருப்பதால், 2.0-3.0 என்ற பாதுகாப்பு காரணி பொதுவாக எடுத்துக்கொள்ளப்படுகிறது. சில வடிவமைப்பு சந்தர்ப்பங்களில், நிரந்தர காந்தத்தின் பாதுகாப்பு காரணி 6 ஐ விட அதிகமாக இருக்கும், இது போதுமான அளவு விளிம்பை விட்டுச்செல்கிறது.

• தண்டு : தண்டு பொருட்கள் பொதுவாக அலாய் எஃகு, நல்ல கடினத்தன்மை மற்றும் அதிக வலிமை கொண்டவை, மேலும் மன அழுத்த அளவு அனுமதிக்கப்பட்ட மதிப்பை விட மிகக் குறைவாக உள்ளது, எனவே பாதுகாப்பு காரணி சுமார் 1.5 போதுமானது.

• தொடர்பு அழுத்தம் : ஸ்லீவ் மற்றும் நிரந்தர காந்தம் அதிக வேகத்தில் பிரிக்கப்படாமல் இருப்பதை உறுதி செய்ய, குறைந்தபட்ச தொடர்பு அழுத்தம் பொதுவாக பல மெகாபாஸ்கல்களுக்கு குறைவாக இருக்க வேண்டும். ஒரு குறிப்பிட்ட வடிவமைப்பு வழக்கில், குறைந்தபட்ச தொடர்பு அழுத்தம் மதிப்பிடப்பட்ட வேகத்தின் குறைந்த வரம்பில் 5.4 MPa க்கும் குறைவாகவும், மேல் வரம்பில் 2.7 MPa க்கும் குறைவாகவும் இருக்க வேண்டும்.

VI. சரிபார்ப்பிலிருந்து சரிபார்ப்பு வரை

அழுத்த சரிபார்ப்பு என்பது இறுதியில் 'காகித கணக்கீடு ஆகும்.' பொறியியல் நடைமுறையில், சரிபார்ப்பு முடிவுகளும் சோதனைகள் மூலம் சரிபார்க்கப்பட வேண்டும்.

பொதுவான சரிபார்ப்பு முறைகள் பின்வருமாறு:

சுழற்சி சோதனை  மிகவும் நேரடி சரிபார்ப்பு முறையாகும். கட்டமைப்புச் செயலிழப்பு ஏற்படுகிறதா என்பதைக் கண்காணிக்க, ரோட்டார் ஒரு அதிவேக நிலைக்கு (வழக்கமாக மதிப்பிடப்பட்ட வேகத்தை விட 1.2 மடங்கு) துரிதப்படுத்தப்படுகிறது. சில ஆய்வுகள் குறிப்பாக கார்பன் ஃபைபர் ஸ்லீவ் 30,000 r/min இல் தோல்வியடையும் முன்மாதிரிகளை வடிவமைத்துள்ளன, உண்மையான தோல்வியின் போது ரோட்டரின் நடத்தை பண்புகளை அவதானிப்பதற்கு.

திரிபு அளவீடு  சுழற்சியின் போது உண்மையான நேரத்தில் முக்கிய நிலைகளில் திரிபு தரவைப் பிடிக்க முடியும். ஸ்ட்ரெய்ன் கேஜ்கள் மற்றும் டெலிமெட்ரி அமைப்புகளைப் பயன்படுத்தி, முக்கிய சுழலி நிலைகளில் உள்ள திரிபு 18,000 r/min அல்லது அதிக வேகத்தில் அளவிடப்படலாம், மேலும் வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்புக் கணக்கீட்டு முடிவுகளுடன் தொடர்பு சரிபார்ப்பைச் செய்ய முடியும்.

நிலையான இழுவிசை சோதனை  என்பது மறைமுகமான ஆனால் பாதுகாப்பான சரிபார்ப்பு முறையாகும். சுழலி மையத்தில் நிலையான இழுவிசை சோதனைகளைச் செய்வதன் மூலம், அதிவேக சுழற்சியின் அபாயத்தைத் தவிர்க்கலாம், மேலும் பகுப்பாய்வு மாதிரியின் துல்லியம் மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு முடிவுகளை மறைமுகமாக சரிபார்க்கலாம்.

முடிவுரை

அதிவேக மோட்டார் சுழலி அழுத்த சரிபார்ப்பு என்பது ஒரு முறையான பொறியியல் பணியாகும், இது நெகிழ்ச்சி, பொருள் அறிவியல் மற்றும் எண் கணக்கீடு ஆகியவற்றை ஒருங்கிணைக்கிறது. மையவிலக்கு விசை, குறுக்கீடு விசை மற்றும் வெப்ப அழுத்தத்தின் மிகைப்படுத்தப்பட்ட விளைவுகளைப் புரிந்துகொள்வது, பொருத்தமான சரிபார்ப்பு முறைகள் மற்றும் பாதுகாப்பு காரணிகளைத் தேர்ந்தெடுப்பது, சோதனைகள் மூலம் வடிவமைப்பின் நம்பகத்தன்மையை உறுதிப்படுத்துவது வரை, ஒவ்வொரு கட்டமும் ஒரு நிமிடத்திற்கு பல்லாயிரக்கணக்கான புரட்சிகளின் தீவிர நிலைமைகளின் கீழ் மோட்டார் நிலையானதாக இயங்க முடியுமா என்பது தொடர்பானது.

புதிய ஆற்றல் வாகனங்களுக்கான டிரைவ் மோட்டார்களின் வேகம் 20,000 r/min ஐ விட அதிகமாகவும், ஃப்ளைவீல் ஆற்றல் சேமிப்பு மோட்டார்களின் வேகம் 70,000 r/min ஐ நெருங்குவதால், ரோட்டார் அழுத்த சரிபார்ப்புக்கான துல்லியம் மற்றும் செயல்திறன் தேவைகள் தொடர்ந்து அதிகரித்து வருகின்றன. கார்பன் ஃபைபர் கலப்பு ஸ்லீவ்கள், மல்டிலேயர் ஸ்லீவ் கட்டமைப்புகள் மற்றும் மல்டிபிசிக்ஸ் கப்ளிங் ஆப்டிமைசேஷன் போன்ற புதிய தொழில்நுட்பங்கள் அதிவேக மோட்டார்களின் செயல்திறன் எல்லைகளை தொடர்ந்து விரிவுபடுத்துகின்றன, மேலும் இந்த கண்டுபிடிப்புகள் அனைத்திற்கும் அழுத்த சரிபார்ப்பு எப்போதும் பாதுகாப்பின் அடிப்பகுதியாகும்.