Пример расчета магнитострикционного преобразователя.

Задание:

Рассчитать магнитострикционный преобразователь на мощность Р = 1,5кВт и рабочую частоту f = 21кГц.

Решение:

1. В качестве материала преобразователя берем никель, как обладающий наилучшими магнитострикционными свойствами.

2. По приложению 11 удельная допустимая мощность для никеля р₀ = 80Вт/см².

3. Площадь сечения стержней из никеля:

4. Ширина окна (прил. 12) принимается с₀ = 15мм.

5. Ширина пластин из никеля:

принимаем b = 50мм.

6. Толщина пакета принимается равной ширине:

7. Ширина стержней:

8. Ширина перемычки ярма:

принимаем d_п = 20мм.

9. Определение параметра θ':

10. Высота окна:

где v₃ - скорость звука в материале преобразователя (прил. 11).

11. Акустическая мощность:

где: η_эа = 0,5 - электроакустический коэффициент:

где: η_эм - К.П.Д. преобразователя электрической энергии в механическую;

η_ам - К.П.Д. преобразования механической энергии в акустическую.

12. Число витков обмотки возбуждения:

где: U = 200В - рабочее напряжение;

f = 21000Гц - частота питающего напряжения;

B = 0,15×Т - индукция, при которой наступает насыщение материала

13. Ток возбуждения:

14. Величина тока подмагничивания:

где: Аω=0,8Н₀l

l - длина средней линии магнитопровода;

Н₀ - оптимальная напряженность поляризующего поля.

Длина средней линии магнитопровода^

Оптимальную напряженность поляризующего поля выбирают по графику В = f(H). В месте перегиба кривой намагничивания до насыщения H₀ = 12А×в/см. Тогда:

15. Эффективное значение тока возбуждения:

16. Полный ток (при совмещенной обмотке вибратора):

17. Сечение провода обмотки вибратора:

где: j = 2,5А/мм² - допустимая плотность тока.

Примем провод сечением 16мм² марки БПВЛ16.

18. Диаметр круглого провода (без изоляции):

19. В качестве переходных концентраторов в трех полуволновых колебательных системах могут быть использованы ступенчатые (рис. 14) и экспоненциальные (рис. 15) концентраторы.

Рис. 14. Ступенчатый концентратор

Длина полуволнового ступенчатого концентратора определяется по формуле:

где Е_упр - модуль упругости, Н/м².

20. Диаметр торца верхней части концентратора должен быть не менее

При b = δ

21. Диаметр нижнего торца переходного концентратора следует брать в пределах

22. Фланец соединяется с концентратором на расстоянии от верхнего торца (рис. 14)

Рис. 15. Экспоненциальный концентратор

Ступенчатые концентраторы обладают существенным недостатком: в сопряжениях звеньев на месте царапин и подрезов в переходе могут возникать усталостные трещины. Поэтому в магнитострикционных вибраторах мощностью более 1,5кВт целесообразно использовать экспоненциальные переходные концентраторы.

Длина полуволнового экспоненциального конуса:

где: ξ - коэффициент формы, определяемый по графику, изображенному на рисунке 16, в зависимости от , отсюда ξ = 0,51.

Расчет сечения следует вести по номограмме (рис. 17).

Рис. 16. График для определения коэффициента формы экспоненциального конуса.

Рис. 17. Номограмма для расчета сечений экспоненциального конуса.

23. Место расположения фланца относительно верхнего торца концентратора определяется из выражения

где: γ_е – коэффициент, определяемый по графику на рисунке 18.

Рис. 18. График для определения расположения фланца

24. В качестве материала следует применять конструкционные углеродистые стали 40X, 50 и др.

Дата добавления: 2017-02-01