Почему пропорции размеров всегда одинаковы ?

[74LS00]

Не так давно столкнулся с тем, что электрические моторы большие и тяжёлые из за железа. Получается что чем больше масса, тем больше и силы и никаким иным способом мощность не увеличить. Можно избавится от тяжёлой меди, но даже неодим не поможет уменьшить массу. Хотя это оспаривалось.

Но вот сейчас смотрю на мощный зарядник и на батарею для которой такая мощность максимальная, и они одинаковых размеров.
Вспоминаю зарядники от телефонов, а ведь они тоже по размеру аккумулятора.

Это чтож получается мощность пропорциональна массе, а эта масса пропорциональна размеру, и как не мудри, кусок получается одинаковым.

Может я чегото не знаю, может есть какаято теория которая всё это объясняет.
Тут ведь есть и неточно, ведь есть иные батареи у которых ёмкость в 1.5 раза больше этой, но или масса в 1.5 раза меньше при такой ёмкости.
Получается что для современного технического уровня, есть некий пропорциональный индекс мощности, массы и размера, и с ростом технологий этот кусок уменьшается, но сейчас он во всём одинаковый.

Чёт мне кажется разделом ошибся

[сэм]

Конечно, мощность пропорциональна массе, только по нелинейной зависимость,. тут вмешиваются технологии и материалы.

[74LS00]

Похоже я случайно нашёл ответ 14:30 https://youtu.be/SF9yunc4e50
мощность мотора равна количеству зарядов в веществе.
Осталось это както посчитать, потому как теорий об этом деле не знаю, но у газа явно этот параметр хуже. Хотя скорее всего всё это зависит только от давления

[Муркиз]

Черт бы побрал эти физические законы - ну не дают они никак волшебную палочку сделать !!!

Разделом точно ошибся. Про вечные двигатели в другом разделе.

[ПростоНуб]

74LS00, заряды приплели... Тут, в первую очередь, обычный сопромат рулит. Если на валу ротора нужно иметь момент в 10 тыс. Н/м, то между ротором и статором нужно усилие порядка 1 млн. Н (при 1000 об./сек). И такое же усилие - между статором и корпусом/рамой/станиной. Соответственно, конструкция ротора и статора должна выдерживать этот миллион Ньютон без деформаций и при этом еще и обладать ферромагнитными свойствами. В результате получаем стальные элементы статора и ротора с соответствующими габаритами и массой. А вклад медной обмотки в массу электродвигателя не так уж велик.

[gsmart]

мощность мотора равна количеству зарядов в веществе

Ты это, завязывай с веществами...

[Муркиз]

Нуб, сопромат здесь на втором месте. В первую очередь габариты лимитируют магнитные силы в двигателе.

Например, двигатели с катящимся ротором, в которых отсутствует магнитный зазор между ротором и статором, крутящий момент имеют минимум в 5 раз выше для того же габарита. Ну а если туда будет встроена волновая передача, то момент увеличится до 200 раз при том же габарите корпуса.
Вал лишь будет потолще.

( Насчёт мощности - тут будет иначе, они тихоходные, но сопромату на мощность несколько наплевать, не так ли ? )

[ПростоНуб]

Муркиз, Вы не заметили, что сами себе противоречите? Габариты можно уменьшать, но массу особо не уменьшишь, так как момент сил все равно нужно передавать. И тольще будет не только вал, но и ротор, который передает усилие на вал, и статор, который по третьему закону Ньютона испытывает такую же нагрузку.

[gsmart]

Ну а если туда будет встроена волновая передача, то момент увеличится до 200 раз при том же габарите корпуса.
Вал лишь будет потолще.

Это с пьяну что-ли?
Вот что бывает, когда такие инженеры-конструкторы сидят в КБ:

Спойлер

[Муркиз]

В месте облома даже на этой плохой фотографии ясно видно наличие концентратора напряжения в месте облома, и облом идет четко по нему.
Это ошибка не конструктора, а либо токаря, либо технолога.

Муркиз, Вы не заметили, что сами себе противоречите? Габариты можно уменьшать, но массу особо не уменьшишь, так как момент сил все равно нужно передавать. И тольще будет не только вал, но и ротор, который передает усилие на вал, и статор, который по третьему закону Ньютона испытывает такую же нагрузку.

Я НЕ писал о уменьшении габаритов, я не писал об уменьшении массы, я написал лишь, что выходной момент для тех же массо-габаритных показателей может быть намного выше "стандартного", и это возможно при полном соблюдении сопромата - но читать надо и то, что написано в скобках, а не выбрасывать, как неудобное.

Единственно, что достаточно четко привязано к массо-габаритным показателям двигателей - это удельная мощность на кг веса, или наоборот, удельный вес на единицу мощности. Вот его значение конструкторскими хитростями изменить крайне тяжело, поскольку именно в соответствии с сопроматом прочностные показатели материалов достаточно жестко ограничены в своих группах.

Что же касается диаметра валов, то в первую очередь этот показатель определяется не прочностью на крутящий момент, где он имеет боольшой запас, а его жесткостью и срезом от действия консольной нагрузки, что и произошло с двигателем на фото.

Ну а конструкции волновой передачи тоже неплохо было бы знать... Для начала хотя бы то, что минмальное передаточное отношение у них начинается с 50 - и идет до 400 для одноступенчатого варианта. И что он является многопоточным, причем все зубья передачи расположены на большом радиусе, что резко уменьшает действующие в зубчатом зацеплении силы. А выходным валом может являться и корпус мотор-редуктора - напримет встроенного в канатный барабан лебедки. Либо руль подводной лодки, поскольку он заодно и реализует герметичность привода.

[ПростоНуб]

Муркиз, тогда я вообще не понимаю смысл Ваших сообщений. Я изначально указал, что деформирующие усилия в двигателе зависят не только от момента на валу, но и от количества оборотов:

Если на валу ротора нужно иметь момент в 10 тыс. Н/м, то между ротором и статором нужно усилие порядка 1 млн. Н (при 1000 об./сек).

А к чему Вы к вопросу о массо-габаритных свойствах электродвигателей еще и трансмиссию приплели - для меня совсем загадочно.

[Муркиз]

Увы, я хоть и стараюсь не использовать терминологию механиков, и описывать все на уровне не специалиста, но это мне , значит, не удалось.

Извини, но если получишь инженерное образование по механике и электроприводу, тогда все станет понятным.

[74LS00]

Муркиз, о вечных и не говорилось, мне интересно как сделать максимально лёгким при номинальной мощности.

ПростоНуб, В древние времена, лет так 80 назад, было железо, а именно трубы из прочной тонкой стали. Хотя не такая уж и прочная сталь была тогда.
Не так чтоб у них был большой вес, но тоньше сам метал сделать было нельзя, он просто мялся и рвался от внешних воздействий, например щебёнка тукнула и вмятинка, а потом чуть нагрузка и ломается. Но тогда ещё не было китайцев делающих трубы из фольги, а теперь такие одноразовые консервные рамы много где можно встретить, и зонтик не самое худшее применение.

Сейчас немного сдвинулись и применили дюраль, но сама по себе она или мягкая или хрупкая, поэтому увеличили толщину метала, что привело к тому что вес сравнялся с железом. И вот уже тут как компромисс начали уменьшать толщину до такого что рама стала менее прочной чем самая слабая стальная, но всё ещё достаточно прочной чтоб справляться с задачей, и уже на этом получилось немного сэкономить в весе.

Вопрос не в том как удержатся за раму и скрутить вал, а в том как эту мощность получить. Пока есть только сложный магний который дальше авиации не пошёл, да и там не везде и дорогой титан который ещё дороже хоть и более распространён.
Но остаётся проблема с материалами самого электромагнита.

Но ведь и с источниками питания примерно также


Не в тему будет, но такой моторчик с трёхгранным якорем мне бы самое оно для одной поделки, но технически реализовать сложно, а управлять ещё сложнее, да и как я понял это не более чем теория
https://studref.com/311581/tehnika/sinh ... m_rotorami

[Муркиз]

Это плагиат, а не реферат.
Переписано с книги "Электрические машины с катящимся ротором."

Что же касается сравнения замены стали на алюминий или магний, то этот вопрос надо разбирать со всех сторон, а не только по прочности. Так как разные детали конструкций работают в разных условиях нагрузки.

И если для провода воздушной линии электропередачи провод равного веса со сталью выдержит более вдвое длинный пролет и пропустит втрое больший ток, то для подземного кабеля прочностные показатели его уже не представляют интереса, а медь выиграет по плотности допустимого тока.

То же самое будет и по жёсткости колоны из разных материалов - по прочности на сжатие эти материалы не сильно отличаются друг от друга, но устойчивость, или жёсткость конструкции зависит от четвертой степени радиуса, и поэтому для одного и того же веса алюминиевая конструкция будет "прочнее" стальной из-за в почти в три раза большего возможного диаметра сечения её. Или при равной жёсткости - будет иметь меньший вес.

Про валы - тоже отдельный вариант, поскольку там появляется ещё и момент кручения, и знакопеременная консольная нагрузка, что вводит ещё потребность учёта количество циклов нагрузки на вал.

Так что тут вам не дважды два, а немного посложнее.

ЗЫ. А прочность стальных водопроводных труб все время уменьшается - усовершенствование технологии производства позволяет уменьшать толщину стенки, а увеличение скорости протяжки труб требует более мягкого материала, поскольку запас прочности этих труб по давлению воды с большим запасом идёт.

А доморощенные кустарные производства используют их вместо конструкционных труб ради бо́льшей прибыли. Да и нищему населению не по карману настоящие конструкции.

[gsmart]

Сейчас немного сдвинулись и применили дюраль, но сама по себе она или мягкая или хрупкая, поэтому увеличили толщину метала, что привело к тому что вес сравнялся с железом.

Дюраль давным давно применяют, те-же картера мотоциклетных моторов дюралевые.
Допустим в ряде случаев одна и таже болванка из дюрали ДТ-16 будет прочнее, чем из стали СТ3.

[74LS00]

Муркиз, сталь она тоже разная. В древние времена не могли сделать нужную и делали просто больше металла, как результат даже советские ключи мягче современных, а их реальных примеров у меня есть редуктор от скважины, размеры огромные во всём и он идеально крутится. Возможно он 50 годов, и только у нас на улице лет 20, а до 70 годов просто валялся в поле. Крутили его скорее всего дизелем с ленточным ремнём, хотя вродебы к нему даже линия была протянута.
Противоположность ему калёные автомобильные оси которые раза в 4 тоньше и они ломались и уезжали. В то время как у современных внедорожников оси ещё тоньше в 4 раза и такое чтоб отваливалось колесо в 21 веке скорее редкость.

Просто метал деталей стал неоднородным для улучшения прочности и уменьшения веса. Но это всё не наши технологии, особенно замудрили тут японцы, поговаривают что весь Р6М5 у них куплен, а когда были политические проблемы, наши свои сплавы придумали похуже, но решив проблему продолжили покупать ихний.
Тут стоит вспомнить и советские копии импортных магнитофонов, у них пружины были нужные и всё работало чётко, у нас все одинаково дубовые и всё равно не работало, но тут спишем на износ.
Если посмотреть современное китайское, или вообще корейское, то там такие тонкости что их вообще нереально повторить. Но в общем то оно и отрабатывает не пол века, а ровно сколько задумано, зато оно маленькое.

gsmart, после войны дюраль появилась, до того чугун был. Но я бы не сказал что оно повсюду было, много где её заменяло железо, железо было повсюду до пластиков. И только сейчас дюраль и нержавейка начали пихать повсюду и по цене оно чаще дешевле железа.
Сравнивая цену вообще бардак, по весу пластики дороже метала, просто станки на них изнашиваются меньше.
Мне кажется корпуса моторов самое время делать из пластика, делают же электроинструмент.

Пока не вижу проблемы с корпусом, проблема толкать медью железку, неужели без железки никак

[Муркиз]

Все, я пас.

[74LS00]

В связи с получением новых знаний продолжу мысль.

Обмотки мотают алюминькой и они чаще медных горят. У вас может и не чаще, а мне известно только так.
Смотря на поделки с алюминьки вот что выяснилось.
Както считал его в пропорции меди, но та тема потерялась.

Сначало не по электрике. Наткнулся на велосипедных форумах.

Спойлер

Рамы с алюминия с более толстых труб и более толстостенных, объём алюминия в рамах из него намного больше чем объём метала в стальных. Выходит что при равной прочности и вес метала одинаковый не зависимо это прочная тяжёлая железка или менее прочная лёгкая дюралька.
Но тут используется механический трюк. Стальные трубы максимально тонкие и прочные и дальше уменьшать толщину метала нельзя, но прочности при этом достаточно. В случае алюминьки трубы очень толстостенные при той же прочности, отсюда и высокий вес. Поэтому используя свойства жёсткости конструкции просто увеличивается сам диаметр трубы, а толщина его стенок уменьшается, вот именно поэтому алюминька легче железки. Ну а вообще не так уж они и легче стальных.
Как я понял сплавы там не супер авиационные, а именно бытовые, так что какойто супер прочности там нет

Примерно также и в электрике. если сравнить алюминьку с медью, то для равной потери тока, надо её сечение увеличить в 1.3 раза, что в общем то дофига. Увеличив обмотку, увеличивается и железка двигуна, получается что мотор на алюминьке становится больше, и тяжеле. Добавившееся железо в алюминевом моторе приближает его вес к медному мотору, где железа меньше.

Но и тут есть физический трюк.
(Тут можно вспомнить что медь хорошо принимает тепло и плохо отдаёт, алюминька наоборот лучше отдаёт.)
При увеличении сечения провода, (ведь у алюминьки сопротивление меньше), то увеличивается его внешняя площадь охлаждения, получается что чуть более толстый провод лучше отдаёт тепло, хотя нагреваться он может даже больше чем более тонкий медный.
У производителей ведь идёт экономическая гонка и борьба именно с перегревом обмоток, а не с потерей энергии.
Тогда вовсе и не надо увеличивать сечение в эти 1.3 раза, можно увеличить намного меньше, и пусть провод греется больше, он ведь и охлаждаться будет больше, тем более если это маленькие открытые обмотки или в масле или ещё какомто тепловоде хоть и плохом.
Вот потому они и горят что нагрев их больше, а стоит чуть ухудшится охлаждению, и их режим становится хуже чем у похожего медного, где по факту сопротивление обмоток меньше.
Ну и такая экономия на толщине провода ведёт и к уменьшению железа, вот так моторчик и становится легче, в нём просто больше электрических потерь

[Муркиз]

Роторы асинхронных двигателей всегда заливали алюминием, и не знаю ни одного примера, где сгорел бы ротор.

А горит в статоре не проводник, а его изоляция. А на алюминии покрытие ержиться намного хуже, чем на меди.

[mickbell]

Скажем, асинхронный двигатель привода ГЦН (главного циркуляционного насоса) для АЭС - такая штучка метров пять выстотой и метра три в диаметре (вал вертикальный) имеет в роторе медные шины и замыкающие медные кольца. В местах сварки шин с кольцами иногда происходят обрывы, спровоцированные нагревом и центробежной силой.