Задается температура среды (температура внутри машины), равная 50°С, тепловой поток на площади контакта ламели со щетками и коэффициент конвективной теплоотдачи (КТО). КТО входит в граничное условие 3 рода и оказывает в большинстве случаев решающее воздействие на результаты теплового расчета.

В результате расчета получаем распределение температурного поля в коллекторной пластине (см. рис. 4)

Импортируя температурные поля из выполненного ранее анализа, решаем статическую задачу, определяя деформации и напряжения пластины под воздействием тепловых нагрузок. Здесь граничными условиями являются:

1. Зафиксированные поверхности ласточкиного хвоста, контактирующие с зажимными конусами при сборке коллектора.

2. Перемещение поверхностей в направлении, им перпендикулярном, принимаем равным нулю, так как коллекторные пластины могут в процессе эксплуатации двигателя независимо перемещаться лишь в радиальном направлении (выползать).

Результатом будет являться деформированная форма коллекторной пластины (см. рис. 5) и распределение напряжений (см. рис. 6).

Из рисунка 5 видно, что максимальное перемещение ламели вследствие разогрева в радиальном направлении равно 0,0284 мм. Для нормальных коммутационных процессов радиальное биение коллектора не должно превышать 0,03-0,04 мм.

Выводы:

Решение дифференциальных уравнений, описывающие теплоперенос совместно с процессами деформации представляет большую сложность или не всегда возможно без значительных упрощений расчетной модели, что зачастую уводит от реальных результатов. Применение программного расчета, реализующего конечно-элементный метод в данном случае наиболее эффективно и оправдано.

Очевидное преимущество COSMOSWorks состоит в том, что между постановкой задачи (в случае, когда геометрическая модель уже имеется) и получением результатов проходит очень незначительное время.

Представление задачи в COSMOSWorks позволяет с достаточной прозрачностью увидеть параметры, изменяя которые, можно добиться лучшего конструкторского результата (материал изделия, способ и организация охлаждения машины, режим работы).

Список литературы:

1. А. А. Алямовский. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. — М.: ДМК Пресс, 2004. - 432 с.

2. О. Д. Гольдберг, Я. С. Гурин, И. С. Свириденко. Проектирование электрических машин.-М.: Высшая школа, 1984.-431 с.