Министерство общего ипрофессионального образования Российской Федерации
Саратовский государственный технический университет
Кафедра ПриборостроенияПояснительная записка к курсовой работе по курсу
“Теория, расчет и конструированиеэлектромеханических приборов и устройств медицинской техники”
Модернизация стоматологической установки типа«Хирадант 691»
Выполнила:
Проверил:
Саратов 2003
/>АННОТАЦИЯ
Цель курсового проекта: изучение конструкции ипринципа действия стоматологической установки «Хирадант-691», приобретениепрактических навыков по дисциплине “Теория, расчет и конструированиеэлектромеханических приборов и устройств медицинской техники”, а такженепосредственно модернизация стоматологического наконечника.
Область применения стоматологической установки:сфера стоматологических услуг для лечебных и ортопедических целей.
В данном курсовом проектепроизводится обзор патентной и технической литературы по данной теме,описывается конструкция и принцип действия стоматологической установки«Хирадант-691», выводятся уравнения движения турбинки наконечника, а такжерассчитываются параметры ротора, осуществляется проверка прочности, приводитсярасчет компрессора и делаются соответствующие выводы в соответствии споставленной целью.
/>Содержание
Введение
1Теоретическая часть
1.1 Обзорпатентной и технической литературы
1.2Описание конструкции и принципа действия стоматологической установки
1.3 Выводуравнения движения турбинки наконечника
2Расчетно-конструкторская часть
2.1Расчет ротора пневматического наконечника на прочность и долговечность
2.2Расчет параметров ротора пневматического наконечника
2.3Расчет компрессора
2.3.1Расчет пневматической части компрессора
2.3.2Расчет электропривода компрессора
/>/>/>Введение
Стоматологическая установка предназначена для оказаниявысококвалифицированной специальной стоматологической помощи в стационарныхусловиях стоматологического кабинета, отделения, поликлиники. Установкасмонтирована в одном агрегате, содержит комплекс аппаратов и приспособлений.
Основным лечебным мероприятием в клиникетерапевтической стоматологии является препарирование твердых тканей зубов припомощи вращающихся боров, приводимых в движение ножной, электрической илипневматической бормашинами.
Конструирование современных бормашин идет попути увеличения скорости вращения боров, уменьшения размеров и повышениянадежности бормашины в работе.
Бормашина пневматическая со встроеннымкомпрессором предназначена для препарирования твердых тканей зуба. Обладаяочень высокой скоростью вращения, турбинная (пневматическая) бормашинапозволяет быстрее препарировать ткани зуба, чем электрическая. Кроме того, припрепарировании со скоростью вращения бора 100000-300000 об/мин резкоуменьшаются болевые ощущения, что является результатом устранения давления борана ткани зуба, почти исключается появление боли от вибрации, снижаетсятеоретическое раздражение пульпы и сокращается время проведения всей процедуры.
Стоматологические наконечники служат длязакрепления режущих инструментов (боры, диски и др.) и передачи им вращения отбормашины. Выпускаются двух видов – угловые и прямые.
Наконечники угловые используются разнойконструкции: с фиксированной и поворотной головкой, позволяющей во время работыпридать этому инструменту удобное положение. Головка скрепляется с корпусомнаконечника при помощи зубчатых соединений, гайкой или закрепляется нажимнымрычагом с кнопкой. Бор в угловой головке закрепляется поворотной пружиной илизащелкой, передвигающейся вдоль наконечника.
/>/>/>1. Теоретическая часть
/>1.1/>Обзорпатентной и технической литературы
Патентный поиск производился по теме«Стоматология, гигиена рта и уход за зубами».
Цель поиска – определение уровня современныхразработок по интересующей теме. Поиск производился по фонду СГТУ и Internet.
Произведя анализ отобранной патентнойинформации, можно сделать вывод, что изобретательская мысль направлена анулучшение приборов для стоматологии и уход за зубами в следующих направлениях:
1. повышение КПД и улучшение условийработы;
2. повышение долговечности наконечника;
3. уменьшение дисбаланса элементоввращения и снижение трудоемкости при изготовлении наконечника с кнопочнымфиксатором;
4. повышение надежности изделия наподшипниках качения с сепараторами в форме короны;
5. создание наконечника с поворотнойголовкой, позволяющей проводить работы внутри зуба.
К первому направлению относится а.с. №1142928С. С целью повышения КПД и улучшения условий работы цилиндрический роторснабжен щелевидными криволинейными полостями, которые вогнутыми поверхностяминаправлены в сторону вращения ротора и соединены с межлопаточными каналами.Наконечник отличается тем, что цилиндрический ротор установлен симметричноотносительно оси головки наконечника.
Ко второму направлению относятся а.с. №1208323, А1, АС1108, 1/12, Россия. С целью повышения долговечности наконечникав него введен вентилятор для направления потока воздуха из внутреннего объемакорпуса, установленный в нем в непосредственной близости от опоры. При этом вкорпусе выполнен зазор относительно вала инструмента для обеспечения выходавоздуха из внутреннего объема корпуса.
К третьему направлению относятся а.с. № 2056807АС1, 6А61, С1/12, Россия. Цель достигается тем, что зажимной патрон выполнен ввиде полого валика, внутри которого установлена цилиндрическая втулка сцентральным отверстием под инструмент, имеющая со стороны крышки с кнопкойпродольные пазы, а также внутреннюю опорную плоскость, кольцевую расточку изажимной участок, причем диаметр расточки больше диаметра зажимного участка, акнопка имеет центральный стержень с конусным окончанием, обращенным острием квыходному отверстию втулки. Согласно второму варианту изобретенияцилиндрическая втулка имеет выходное конусное отверстие, переходящее в зажимнойучасток, диаметр которого меньше диаметра отверстия под инструмент.
К четвертому направлению относится а.с. №203626 С1, 6А61, С1Л2, Россия. Цель достигается тем, что на валикенепосредственно у торца каждого подшипника с противоположной короне сторонысепаратора, установлена отражательная шайба, наружный диаметр которой большедиаметра отверстия сепаратора.
К четвертому направлению относится а.с. №2030903 С1, 6А61, С1/12, Россия. Цель достигается тем, что головка установленас возможностью поворота посредством угла поворота, выполненного в видеподвижной гильзы, установленной в корпусе наконечника с возможностью контакта содной стороны с червячной передачей./>/>/>1.2 Описание конструкции и принципа действия стоматологическойустановки
Стоматологическая установка «Хирадант-691» состоит из двухотдельных рабочих мест: рабочего врача-стоматолога, которое представляет собойблок бормашины, и рабочего места медсестры-ассистента – гидроблок, крепящийся кполу; к боковой стенке гидроблока крепится стойка, удерживающаястоматологический светильник и инструментальный трей-столик.
В состав блока бормашины входят приборы,необходимые для оказания стоматологической помощи, т.е. турбинный наконечник,два электрических микродвигателя, комбинированный стоматологический пистолетдля подачи воды и воздуха, прибор для удаления зубного камня и устройство дляотвердения стоматологических материалов для пломбирования.
Вода для охлаждения боров подаетсяавтоматически из водопроводной сети, после нажатия соотприбора для удалениязубного камня подается автоматически после нажатия ногой на пусковую педаль.
С блока бормашины врач может включатьустройство набора воды в стакан для полоскания полости рта пациента ислюноотсос.
Работой микродвигателей, турбинного наконечникаи прибора для удаления зубного камня врач управляет с помощью пусковой педали.Частота вращения микродвигателей и частоту вибраций прибора для удалениязубного камня врач регулирует посредством ручки потенциометров. Изменениенаправления вращения микродвигателей задается с помощью клавиши реверсирования.Продолжительность работы устройства для отвердения материалов для пломбированияустанавливается с помощью соответствующей клавиши.
Вода для охлаждения боров, подаваемая вкомбинированной пистолет, подогревается. Расход воды для охлаждения бороврегулируется посредством поворачивания ручек, регулирующих вентиль.
Гидроблок охватывает плевательницу с обмываемойчашей, отсасывателем слюны и узлом набора воды в стакан для полоскания полостирта. Внутри корпуса гидроблока размещен компрессор с резервуаром сжатоговоздуха для привода турбинного наконечника микродвигателей. Из боковой стенкигидроблока выведен шланг слюноотсоса с наконечником; на этой же стенкеразмещены выключатели, с помощью которых медсестра включает устройство обмывачаши плевательницы, устройство набора воды в стакан и слюноотсос. К другойбоковой стенке гидроблока крепится стойка, удерживающая консоль со светильникоми консоль с инструментным столиком. Светильник включается с помощьювыключателя, расположенного на нижней части его головки. Уровень освещенностиплавно регулируется, посредством ручки спереди головки светильника.
На инструментный столик медсестра кладетинструменты, необходимые для оказания стоматологической помощи данномупациенту. Столик можно закрепить в необходимом положении с помощью фиксатора.
/>
/>
Рис.1 Габаритный чертеж
/>
Рис.2 Стоматологическая установка
Блок бормашины (рис.2) состоит из коробчатойконструкции 1, установленной на тележке 2, передвигаемой на поворотных роликах3. В блоке размещаются системы электропитания, распределения сжатого воздуха иводы, в т.ч. и комплексатор давления воды для охлаждения боров микродвигателей,турбинного наконечника и комбинированного пистолета. Доступ ко всем указаннымсистемам открывается после снятия передней и задней панели 4,5.
На передней стенке блока бормашины находитсяпанель управления 6, на которую выведены органы управления (слева направо): клавишивыключателей реверсирования хода микродвигателей 8, охлаждения микродвигателя I 10,охлаждения микродвигателя II 11, включения слюноотсоса 12, включения устройства набораводы в стакан 13.
Под клавишами размещены ручки регулирования(слева направо): расхода охлаждающей воды для микротурбинки 14, расходаохлаждающей воды микродвигателя I 15 и для микродвигателя II 16, частота вращениямикродвигателей 17, частоты вибрации прибора для удаления зубного камня 18.
В левой части панели управления находится зеленаялампочка, сигнализирующая включение стоматологической установки в сеть 7, подклавишей реверсирования – красная лампочка 9, загорающаяся при реверсивномвращении микродвигателя.
Под панелью управления расположен держатель 24с гнездами для крепления приборов (слева направо): комбинированного пистолета25, турбинного наконечника 26, микродвигателя I 27, микродвигателя II 28, приборадля удаления зубного камня 29. Держатель снабжен на обоих концах рукоятками.
На правой боковой стенке блока бормашины располагаетсяпанель устройства для отвердения материалов для пломбирования 19. На панелиразмещен держатель со вставленным в нем пистолетом 20 и клавиши для заданияпродолжительности включения лампочки накаливания 21, 22, 23.
Гидроблок состоит из корпуса гидроблока 2,смонтированном на основании 1, через которое гидроблок подсоединяется кводопроводной, канализационной и электрической сетям. В гидроблоке размещенысистемы электропитания, распределения воды и воздуха, а также сточныйтрубопровод с сифоном.
В гидроблоке расположен также воздушныйкомпрессор. На верхней панели установлены чаша плевательницы с обмывом 5, 6 иустройство для набора воды в стакан для полоскания рта 7. На боковой стенкенаходятся клавиши выключателей узла набора воды в стакан 8, слюноотсоса 9 иустройства обмыва чаши плевательницы 10. На той же боковой стенке размещеногнездо для крепления шланга слюноотсоса с наконечником 11. На противоположнойстенке установлен главный выключатель 12 стоматологической установки. На той жестенке размещены розетка электропитания стоматологического кресла 13, вентильподачи воды к стоматологической установке 14 и вентиль спуска конденсата изкомпрессора 15. Из боковой стенки гидроблока выведен шнур пусковой педали.
Стойка светильника и инструментального столика(рис.4) крепится с помощью винтов к левой боковой стенке гидроблока. В верхнейчасти стойки 1 установлен откидной кронштейн 2, к которому крепитсяпантографический рычаг 3, удерживающий головку светильника 5, с галогеннойлампой. Самотормозящий шарнир в задней части корпуса светильника даетвозможность устанавливать головку светильника в нужное положение. Внизуразмещена ручка для регулирования освещенности. В середине стойки установленоткидной кронштейн 6, к которому крепится с помощью шарнира пантографическийрычаг 7, удерживающий инструментальный трей-столик 9.
/>
Рис.3 Пневмогидравлическая схема
По пневматической схеме (рис.3) можнопроследить принцип действия бормашины. Электродвигатель 1 приводит в действиекомпрессор 2. Сжатый воздух от компрессора проходит через масловодосборник 3,регулятор подачи воздуха 8 и фильтр 11. Из фильтра воздух расходится по двумканалам: по первому каналу на турбинку наконечника 14 через масленку 12 инагреватель 13, по второму каналу в стакан для воды 4, через смеситель 7 инагреватель воды 9 на инструмент и обрабатываемый зуб.
Для уменьшения болезненных ощущений, вызванныхчувствительностью пульпы к холодной воде, для охлаждения зуба подается вода илираспыленная вода, подогретая до температуры 30-40 0С. Подогрев происходит внагревателе 9.
Регулятор подачи воздуха служит длярегулирования рабочего давления, поступающего в систему. Избыток воздухавыпускается в атмосферу.
Основание бормашины представляет собой сварнуюконструкцию с установленными на ней двумя самоориентирующимися роликами иразъемом для подключения педали.
Фильтр 11 предназначен для осушения воздуха иочистки его от механических примесей.
Масленка 12 служит для создания масленоготумана. Воздух, проходя через масленку, подхватывает частицы масла и доносит ихдо турбины наконечника. Масло связывает подшипники турбинки. Масленкапредставляет собой корпус, к которому крепятся стакан и колпачок. В стакан 12заливается оливковое масло или масло МП-704. Воздух проходит через эжектор,увлекает масло, которое проходит через капельницу (изогнутую трубку,расположенную внутри колпачка), и проходя через распылитель, распыляет масло ввиде тумана.
Количество падающих капель масла видно черезпрозрачный колпачок 12 и регулируется от 10 до 30 капель в минутуповорачиванием винта, который расположен в углублении сверху корпуса масленки.Вращение регулятора по часовой стрелке увеличивает количество масла.Регулировка масленки должна производиться при давлении 3 атм, котороеустанавливается по монометру бормашины, с присоединенным наконечником.
Стакан для воды служит для полученияраспыленной воды. Из стакана 4, благодаря давлению воздуха, вода проходит черезрегулятор количества вод и попадает в смеситель. В смеситель подается воздух,количество которого регулируется регулятором. Из смесителя распыленная водапопадает в нагреватель. Смеситель и оба регулятора расположены в корпусе, ккоторому через прокладку прижимается стакан с водой. Прижим осуществляетсямаховиком 14, в донышко стакана рукоятки регулятора количества воды, подаваемоена охлаждение, расположен на лицевой панели бормашины.
Количество воздуха, подаваемого на охлаждение,регулируется поворотом ос со шлицем 15; ось расположена в корпусе стакана состороны задней дверцы бормашины.
Медицинская практика показала, что наиболееслабым звеном в стоматологическом наконечнике бормашины является местосоединения бора с фракционным соединением шайбы. Поэтому суть модернизациисводится к введению дополнительных колец, которые обеспечивают увеличениеплощади соприкосновения рабочей поверхности бора с вращающейся частьюмеханического наконечника. Характерной особенностью модернизации являетсяизготовление соприкасающегося с бором колец, которые выполнены в виде разрывныхшайб, при этом по мере сжатия колец увеличивается сила трения и соприкосновениеэтих колец с бором. Чистота технологической силы сжатия этих колец регулируетсяс шайбами поз 9, которые сдавливаются или убавляются по мере износа колец поз.7./>/>/>1.3 Вывод уравнения движения турбинки наконечника
Дифференциальное уравнение собственноговращения турбинки наконечника имеет вид:
/>,
где /> - полярный момент инерциитурбинки;
/> - вращающий момент;
/> -момент сил сопротивления.
Момент сил сопротивления определяется поформуле:
/>,
где /> - момент сопротивления;
/> - момент трения.
Момент сопротивления определяется по формуле:
/>,
где /> - коэффициент постоянный дляданной турбинки, зависящий от его геометрической формы и тщательности обработкиповерхности;
/> - плотность среды;
/> - скорость вращениятурбинки.
Момент трения определяется по формуле:
/>,
где /> - осевая нагрузка на подшипник;
/> — радиальная нагрузка наподшипник;
/> — коэффициент тренияскольжения;
/> — диаметр окружности центровшариков;
/>диаметр шариков;
/> — момент тренияненагруженного шарикоподшипника, определяемый по эмпирической зависимости /> Нмм.
Вращающий момент определяется по формуле:
/>
где /> - площадь поперечного сечения;
/> — скорость истечения струи;
/> — окружная скорость лунок ротора;
/> — растояние от оси вращения досредней точки поверхности лунок.
С учетом выше приведенныхсоотношений получим окончательное уравнение собственного вращения турбинки.
/>
/>/>/>2. Расчетно-конструкторская часть
/>/>/>2.1 Расчет ротора пневматического наконечника на прочность идолговечность
Во вращательном движении ротора с угловойскоростью /> участвуютмаховик ротора, беличьи колеса и другие конструктивные элементы наконечника.
Основными элементами ротора, которые испытываютнаибольшее напряжения при вращении ротора с большой угловой скоростью, являютсясобственно ротор и беличье колесо.
Соединение маховикаротора с беличьим колесом обычно осуществляется по прессовой посадке: беличьеколесо и маховик изготовляются отдельно по заданным допускам, затем роторнагревается до определенной температуры и надевается на беличье колесо; послеохлаждения ротора должно быть обеспечено соединение маховика с беличьим колесомпо прессовой посадке, при этом маховик в нерабочем состоянии испытываетравномерное давление со стороны беличьего колеса.
При вращении ротора наконечник с большойугловой скоростью, маховик ротора находится в сложном напряженном состоянии; навнутреннюю полость маховика действует равномерное давление со стороны беличьего(рисунок). Вследствие собственного вращения элементарный объем, выделенный втеле маховика, будет подвергаться растяжению в направлении перпендикулярном коси собственного вращения.
Масса элементарного объема, выделенного в телебеличьего колеса определяется по формуле:
/>
где /> - условная величина среднейплотности беличьего колеса;
/> — расстояние центра тяжестиэлементарного объема от оси вращения ротора;
/> — ширина беличьего колеса.
На рис. 6 изображена схема к определению силы,действующей на ротор.
/>
Рис.6 Схема к определению силы, действующей наротор
Центральная сила инерции, действующая наэлементарную массу, определяется по формуле:
/>
Следовательно, центробежная сила инерции, действующаяна все беличье колесо, определяется выражением:
/>
Давление Р на маховик, обусловленное силамиинерции, действующим на беличье колесо, равно:
/>,
где /> - площадь соприкосновениябеличьего колеса и маховика ротора.
/>
Следовательно
/>
Наибольшие напряжения испытывает участокмаховика, ограниченный плоскостями аа и бб (рис.6), т.к. на этом участке наэлементарный объем, выделенный в теле маховика, действуют силы давления состороны беличьего колеса и инерционные центробежные силы, обусловленныевращением ротора с угловой скоростью />.
Центральная сила, действующая на элементарныйобъем ротора, равна:
/>
Участок маховика, ограниченный плоскостями аа ибб, находится в состоянии равновесия под действием трех сил: силы давления состороны беличьего колеса, центробежной силы инерции и двух растягивающих сил.
Сила давления со стороны беличьего колесаравна:
/>,
где />.
Уравнение равновесия части ротора в проекции наось OY имеет вид:
/>
Разрывающее усилие определяется по формуле:
/>
где /> - удельная плотность материаласобственно ротора.
Разрывающее усилие для ротора равно:
/>
/> для D16T.
Разрывающее усилие для валика равно:
/>
/> для 20Х13..
Если технологический процесс посадки маховикаротора на беличье колесо будет нарушен, давление на маховик со стороныбеличьего колеса может достигнуть значительных величин, возникающее при этомнапряжение может допускаемое превысить и произойдет разрыв ротора. Поэтому приразработке технологического процесса соединения маховика ротора с беличьимколесом необходимо учитывать, что в рабочем состоянии напряжение в телемаховика ротора будет обуславливаться двумя факторами: равномерным давлением состороны беличьего колеса и центробежными силами, появляющимися при вращенииротора угловой скоростью />/>.
Для того, чтобы оценить ротор на долговечностьпроведем расчет долговечности шарикоподшипника № 2076084, т.к. они частовыходят из строя.
Долговечность шарикоподшипников на усталостноеразрушение определяем по формуле
/>
где /> - долговечность, г;
n –частота вращения ротора, об/мин;
С – динамическая грузоподъемность, Н;
Р – эквивалентная динамическая нагрузка, Н;
t=3– показатель усталости для шарикоподшипника.
Запишем динамическуюгрузоподъемность по справочным данным, равную (220 Н) для шарикоподшипника №2076084.
Эквивалентная динамическая нагрузкаопределяется по формуле:
/>,(*)
где /> - радиальная нагрузка, Н;
/> - осевая нагрузка, Н;
V –коэффициент вращения кольца при внутреннем вращении кольца, V=(0, 1);
Y –коэффициент осевой динамической нагрузки;
/> - коэффициент безопасности;
/> - температурныйкоэффициент, />=1.25 для спокойной нагрузки безтолчков, при температуре 1250С.
Радиальная нагрузка определяется из величиндвижущего момента из формулы:
/>
Осевая нагрузка по экспериментальным даннымстоматологической лаборатории равна 3Н.
Тогда
/>
и значения коэффициентов принимают
Х=0.5; Y=0.37.
Величина эквивалентной динамической нагрузки поформуле (*) равна:
/>
Долговечность шарикоподшипников № 2076084:
/>
При вычислительном износе долговечностьшарикоподшипников определяется по формуле:
/>
где /> - константа напряжения, МПа;
n –частота вращения, об/мин;
i –размерный износ, мкм.
В нашем случае при допустимом износе 0.2 мкм, n=300000 об/мини />=1290МПа долговечность равна 300 Н./>/>/>2.2 Расчет параметров ротора пневматического наконечника
В пневматических наконечниках ротор приводитсяв движение воздухом или нейтральным газом, подаваемым под давлением на еголопасти; угловая скорость собственного вращения такого ротора через крутящиймомент связана с давлением воздушной струи пропорциональной зависимостью.
Дифференциальное уравнение собственноговращения ротора имеет вид:
/>,
где /> - полярный момент инерциитурбинки;
/> - вращающий момент;
/> -момент сил сопротивления.
Вращающий момент зависит от скорости истечениявоздуха из сопла и расхода воздуха.
Перепад давлений, имеющий место в современныхпневматических приборах, лежит в пределах 1.6-3 кг/см2.
Определяем момент инерции ротора по формуле
/>,
где /> - момент инерции;
m1,m2– массы тела вращения;
R, r –расстояниецентра тяжести плоской фигуры до оси вращения.
Определяется масса простейших тел вращенияпутем умножения объема соответствующего тела с плотностью материала:
/>
где /> - плотность материала, г/см3;
V-объем тела
/>,
где D – диаметр тела вращения;
h –ширина тела вращения.
/>
/>
Кинематический момент определяется по формуле:
/>
где /> - угловая скорость вращения;
J –момент инерции.
/>
Скорость истечения струи для таких перепадовможет быть определена по формуле Горичелли:
/>,
где /> - перепад давлений, 100 мм рт ст;
/> — плотность единицы объемавоздуха.
Расход воздуха определяется по формуле:
/>
где v — скорость истечения струи, м/сек;
S — площадь поперечного сечения сопла, м2.
Расход воздуха можно измерить в л/мин поформуле:
/>
Для обеспечения равномерности вращенияпневматического наконечника лунки на поверхности ротора делают полукруглыми,при этом используется плавное изменение направления вектора скорости струивоздуха.
Сила давления струи на лунку может быть определенапо теореме импульса:
/>
где /> - масса воздуха, истекающего изсопла за одну секунду;
/> - изменение скорости.
Но />,
где /> - окружная скорость лунок.
Вращающий момент может быть определен поформуле:
/>
Для уточнения величины вращающего моментавводят опытный коэффициент удара струи b, в этом случае:
/>
Для роторов, у которых происходит плавноеизменение направление вектора скорости струи воздуха, коэффициент b=2.
Определение момента сопротивления вращенияротора
Момент сопротивления вращения пневматическогоротора складывается из аэродинамического момента сопротивления /> и момента сил трения вглавных опорах />.
Аэродинамическое сопротивление возникаетвследствие трения поверхности наконечника о окружающую его среду.
Сила аэродинамического сопротивления,создаваемое элементарной площадкой поверхности ротора, определяется по формуле:
/>
где /> - коэффициент аэродинамическогосопротивления единичной площадки поверхности ротора;
/> — плотность среды;
v –линейная скорость точек площадки относительно среды;
dS– площадь элементарной площадки.
Момент сопротивления />, создаваемый силой />, равен:
/>,
где r – расстояние от центра тяжести площадки dS до осивращения.
Из рис.7 получим:
/>.
На рис.7 представлена схема к определениюмомента аэродинамического сопротивления
/>
Рис.7 Схема к определению момента аэродинамическогосопротивления
/>
Обозначим:
/>,
тогда />,
где А – коэффициент постоянный для данногоротора и зависящий от его геометрической формы и тщательности обработкиповерхности.
Коэффициент />, зависящий от скорости вращения,размеры ротора и чистоты обработки его поверхности, может быть в первомприближении вычислен по формуле:
для ламинарного режима:
/>;
для турбулентного режима:
/>;
где />
v –кинетический коэффициент вязкости среды.
Динамическая вязкостьвоздуха:
/>.
Плотность воздуха:
/>.
Кинематическая вязкость воздуха:
/>.
/>.
для ламинарного режима:
/>;
для турбулентного режима:
/>;
Критическое число />, при котором происходит переход кламинарному или турбулентному режимам составляет 485000.
Определение сечения сопла лунок устанавливаетмомент сил сопротивления, т.е. выполняется равенство:
/>.
Тогда
/>(**)
где S – поперечное сечение сопла.
Подставив значение />, получим зависимости скоростивращения ротора /> от разности давлений /> и плотностисреды /> изуравнения (**), пренебрегая малой величиной, после преобразований получаем:
/>.
Наименьшая разность давлений, необходимая дляприведения ротора во вращение, определяется из условия преодоления моментатрения в опорах. В этом случае />; из уравнения (**):
/>,
но />
Следовательно:
/>,
отсюда
/>
Из формулы (**), зная величины А, b, MT, v и выбирая /> и р, можноопределить необходимое сечение S сопла по формуле:
/>,
где />
МТ – момент трения, Нм,
b=1.
Момент трения определяем по формуле:
/>
где /> — осевая нагрузка на подшипник, Н
/> — радиальная нагрузка наподшипник, Н;
/> — коэффициент тренияскольжения, м /> (принять =/>);
/> — диаметр окружности центровшариков, мм;
/>диаметр шариков, мм;
/> — момент тренияненагруженного шарикоподшипника, определяемый по эмпирической зависимости
/> Нмм.
/> Нмм.
/>
Необходимое суммарное сечение сопел, подводящихвоздух к ротору будет равно:
/>
Подвод воздуха к ротору производится с помощьюдвух сопел, при этом сечение одного сопла будет равно:
/>.
Диаметр сопла определяется по формуле:
/>.
Минимально необходимое количество лунокрассчитываем по формуле (для />)
/> лунок,
где /> - угол поворота ротора (вградусах).
/>/>/>2.3 Расчет компрессора
В качестве конструктивной схемы компрессоравыбираем компрессор КП-2.
Расчет компрессора можно разделить на двечасти:
1. расчет пневматической части;
2. расчет электропривода./>/>/>2.3.1 Расчет пневматической части компрессора
Данный раздел начинается с расчета расходавоздуха в компрессоре:
/>
где Q – расход воздуха (50000 см3/мин);
S –площадь ротора (12,1 см2);
V –скорость лопатки;
Z –число лопаток (6).
При этом расчете площади ротора производится последующей формуле:S=l h
где l – длина лопатки (240 см);
h –средняя величина выхода лопатки (0.5 см)
Далее рассчитывается скорость вращения лопаткипо формуле:
/>
где /> - скорость ротора (275 об/мин);
/> - радиус ротора (2.5 см);
С учетом этого получаем:
/>
где /> - скорость вращения роторадвигателя.
Таким образом, используется выражение
/>
Получим соотношения для вычисления необходимойскорости вращения ротора двигателя:
/>/>/>/>2.3.2 Расчет электропривода компрессора
В качестве электропривода компрессора принятасинхронный двигатель, со следующими исходными данными для расчета:
/>¸/>
/>
Асинхронный, закрытый, малошумный, 2-хполюсный.
Корпус и подшипниковые щиты изготавливаются изалюминиевого сплава для работы в тяжелых условиях (вибрации – до 5g, ускорениепри ударах – до 10g).
1. количество пар полюсов
/>,
где f – частота питающей сети;
/> - синхронная частота вращения.
2. Главные размеры
1) DH1=105 мм – наружный диаметр сердечника статора (для высотывращения h=63 мм).
2) D1=0.61DH1-4=60 мм – внутренний диаметр сердечника статора (2р=1, h=63 мм).
3) /> - расчетная длина сердечникастатора.
Здесь /> - расчетная мощность.
/>
/> - отдаваемая механическаямощность;
/> - коэффициент мощности приноминальной нагрузке.
/>
/> - предварительная линейнаянагрузка обмотки статора;
/> - максимальное значение магнитнойиндукции в воздушном зазоре;
/> - коэффициент обмотки статораосновной гармонической кривой ЭДС.
/>
3. Сердечник статора
/>,
где /> - количество пазов;
/>
4. 3. Сердечник ротора
DH2=D1-2d,
где DH2– наружный диаметр сердечника ротора;
d=0.35 мм – воздушный зазор между статором и ротором.
DH2=59.3мм
D2/>0.19DH1,
где D2– внутренний диаметр листов ротора (для h=63 мм);
D2/>0.19DH1=20 мм,
Z2=19,
где Z2– количество пазов сердечника ротора на полюс и фазу (Z1=24, 2р=1).
5. Обмотка статора
/>,
где /> - коэффициент распределения пришести зонной обмотке статора.
/>
/>=4
/>,
/>,
где /> — коэффициент укорочения;
/>1 – укорочения шага приоднослойной обмотке (1).
/>=1
/>,
где /> - обмоточный коэффициент.
/>
где /> - предварительное значениемагнитного потока.
/>
/>,
где /> - предварительное количествовитков в обмотке фазы.
/>
/>,
где /> - предварительное количествоэффективных проводников в пазу;
/> - количество параллельныхветвей обмотки статора (1).
/>
Выбираем />=140 и уточняем предварительноустановленные параметры
/>
/>/>
/>
где /> — предварительное значениеноминального тока
/>,
где /> - уточненная линейная нагрузкастатора.
/>
где /> - зубчатое деление по внутреннемудиаметру статора.
Обмотка статора с трапецеидальными полукрытымипазами.
/>,
где /> - ширина зубца;
/>=0.97 — коэффициентизоляции листов статора при оксидировании;
/>=1.85 – среднее значениеиндукции в зубцах статора при h=63 мм; 2р=1, Тл
/>
/>
где /> - высота спинки статора;
/>=1.65 – магнитная индукцияв спинке статора, Тл
/>
/>,
где /> - высота паза.
/>
/>
где /> - большая ширина паза.
/>
/>,
где /> - меньшая ширина паза;
/>=0.5 – высота шлица, мм;
/> - ширина шлица, мм.
/>
Проверим правильность определения b1 и b2, исходя изтребования />
/>
/>
где /> - площадь поперечного сеченияпаза в штампе.
/>
/>
где /> - площадь поперечного сеченияпазов свету;
/> - припуски на сборку сердечникастатора соответственно по ширине и высоте, мм.
/>
/>,
где /> - площадь поперечного сечениякорпусной изоляции;
/>=0.2 – среднее значениеодносторонней толщины корпусной изоляции
/>
/>
где /> - площадь поперечного сеченияпрокладок между верхней и нижней катушкой в пазу, на дне и под клином.
/>
/>
где /> - площадь поперечного сеченияпаза, занимаемого обмоткой.
/>
/>,
где /> - диаметр элементарногоизолированного провода;
С – количество элементарных (1) проводов вэффективном />
/>
Для класса нагреваемости F выбираемпровод марки ПЭТ-155 и коэффициент заполнения ручной укладкой />.
По справочнику находим ближайший диаметризолированного провода — />=0.675 мм; площадьпоперечного сечения неизолированного провода – S=0.3020 мм2; диаметрнеизолированного провода d=0.62 мм.
/>,
где /> - уточненный коэффициентзаполнения паза.
/>
где /> — уточненная ширина шлица.
Т.к. />, то принимаем />
/>
где /> - плотность тока в обмоткестатора.
/>
/>
/>
6. Размеры элементов обмотки
/>,
где /> — среднее зубчатое делениестатора.
/>
где /> - средняя ширина катушки обмоткистатора.
/>,
где /> - средняя длина одной лобовойчасти катушки.
/>,
где /> - средняя длина витка.
/>,
где />длина вылета лобовой частиобмотки.
7. Обмотка короткозамкнутого ротора
Обмотка ротора с овальными полузакрытымипазами.
/>=1.6 — среднее значение индукции взубцах ротора при h=63 мм, 2р=1, Тл.
/> - высота паза (DH2=105 мм)
/>,
где /> - расчетная высота стенки ротора.
/>,
где /> - магнитная индукция в спинкеротора.
/>,
где /> - зубцовое деление по наружномудиаметру ротора.
/>,
где /> - ширина зубца.
/>,
где /> - меньший радиус паза.
/>,
где /> - больший радиус паза, гдеполузакрытый паз />.
/>
где /> - расстояние между центрамирадиусов.
Проверим правильность определения /> и />, исходя изусловия />.
/>
где /> - площадь поперечного сечениястержня, равная площади поперечного сечения паза в штампе.
8. Короткозамыкающее кольцо обмотки ротора
/>
где /> - поперечное сечение кольца литойклетки.
/>
где /> - высота кольца литой клетки.
/>
где /> - длина кольца литой клетки
/>
где /> — средний диаметр кольца литойклетки.
Вылет лобовой части обмотки:
/>
где />=50 — длина лобовой части стержня,мм;
/>=0.8 — коэффициент, учитывающийизгиб стержня, мм.
/>
Заключение
Производство модернизированного наконечника,обладающего повышенным уровнем качества целесообразно применять по следующимпричинам:
· наличие соответствующейпроизводственной базы, т.е. производителей медицинских приборов и техники,обладающих соответствующими технологическими возможностями и квалифицированнымивкладами;
· относительная простота изготовления,что делает ненужными дополнительные затраты и вместе с тем дает полезныйэффект;
· наличие достаточного числа лечебныхстоматологических учреждений, тенденция к увеличению их числа;
· Более высокая стоимость импортныхизделий за счет уплаты таможенных платежей и расходов по доставке.