电磁铁的设计计算1原始数据YDF-42电磁铁为直流电磁铁工作制式为长期根据产品技术条件已知电磁铁的工作参数额定工作电压UH=24V额定工作电压时的工作电流IH<1A2测试数据测试参数工作行程8=1mm吸力F=7.5kg根据已测绘出的基本尺寸通过理论计算确定线圈的主要参数并验算校核所设计出的电磁铁性能4.1确定衔铁直径dc电磁铁衔铁的工作行程比较小因此电磁吸力计算时只需考虑表面力的作用已知工作行程8=1mm时的吸合力F=7.5kg则电磁铁的结构因数K=^F=^75=27（i）80.1电磁铁的结构形式应为平面柱挡板中心管式根据结构因数查参考资料，可得磁感应强度BP=10000高斯当线圈长度比衔铁行程大的多时,可以不考虑螺管力的作用,认为全部吸力都由表面力产生由吸力公式=F(B/5000)2xn)dc⑵P4c()式中Bp磁感应强度(高斯)dc活动铁心直径(毫米)可以求得衔铁直径为d=580*^==1.59cm=15.9mmcBp10000取dc=16mm4.2 确定外壳内径D2在螺管式电磁铁产品中它的内径D2与铁心直径dc之比值n约为2〜，选取n=2.7D2=nxdc=2.76x16=28.16毫米(3)式中D2外壳内径毫米4.3 确定线圈厚度bk=D2-dc"A(4)式中bk线圈厚度毫米A------线圈骨架及绝缘厚度毫米今取A=1.7毫米bk=^-1，7=4.38毫米今取bk=5毫米4.4 确定线圈长度线圈的高度lk与厚度bk比值为则线圈高度\=叫⑸lk线圈长度毫米B值根据参考资料选取经验数据为B=3.4则线圈高度lk=Pxbk=3.4X=17毫米4.5 确定导线直径导线直径(6)d=、/4xPxDcpXIWU式中平均直径Dcp=dc+bk=0.016+0.005=0.021(米)IW线圈磁势(安匝)IW=(IWz)+(IWcm)+(IWk)式中(IWz)消耗在气隙中的磁势BxS(IW)=x10-8z卩0(IW)cm和(IW)消耗在铁心中和非工作气隙中磁势的安匝数约为总磁势的15〜30%,即(IW)cm+(IW)=ax(IW)式中a=0.15~0.3由此可得线圈的磁势为(安匝)(7)(IW)=Bpx5X10-8卩oX(1-a)式中Bp单位为高斯，§单位为厘米空气导磁系数％=1.25x10-8亨/厘米电磁铁在实际应用时电压可能降低至85%UH为了保证在电压降低后电磁铁仍然能够可靠地工作上式计算所得安匝数应该是指电压降低至0.85Uh时的磁势用(IW)】表示(IW)】=10000X0.1X10-8=1143安匝11.25x10-8x(1-0.3)显然，电源电压为额定值时的磁势为IW=-(|W)1=1344安匝0.85电磁铁容许最高工作温度240T，由参考资料选取电阻系数p=0.03208欧.毫米2/米4p*Dcp*IW一u7d=、查线规表其最邻近的直径为d=0.41毫米d=0.45毫米4.6确定线圈匝数WW=1・28(IW)4X0.03208X0.021X1344一0.388毫米24带绝缘后的直径jd2(8)2222式中j---容许电流密度(安/毫米2)j=1一4UqnRd24x24nx3.5x0.4121.28(IW)W一'丿JO2=51安/毫米2(9)1.28x1344一51x0.412200匝22224.7确定电阻线圈平均匝长lcp=n(DH+Di)2DH一D1+2bkD=d+2A1c式中DH---线圈外直径D1---线圈内直径D=d+2A=16+2x1.7一19.4毫米1cD=D+2b一194+2X4.38一27.4毫米H1klcP一"(Dh+DJ一n(27.4+13.4)=64毫米一0.064米(10)(11)(12)2222线圈电阻22R=p*G*w=0.01991X°.°64^1°93=28欧40n*d2nx0.25244现在已初步确定了电磁铁的结构尺寸绘制电磁铁结构草图如图2图2电磁铁结构草图5特性验算虽然根据设计要求已完成了初步设计但是由于在初步设计中作了不少简化有些参数的选择和估计是极其近似的因此为了电磁铁的工作可靠起见还需要根据初步设计的结构尺寸和数据做进一步详细的验算5.1吸力计算F=(-^)2*1(14)5000S(1+a5)忽略铁磁阻和漏磁通这样气隙中的磁通①Z=IW*GZ*10-8(15)ZZ式中磁导式中空气导磁系数卩0=1-25X10-8亨/厘米^0*ndC=1.25x10-8xnX1-°2=15X10-8亨0484X0.065①7=IW*G,*10-8=961X15X10-8X108=14415麦ZZ式中a修正系数取口=4S铁心截面积——nxl.0244=0.785厘米2(17)F=(①)2*=(14415)2*=8.4公斤5000S(1+a5)50000.785x(1+4x0.065)可见吸力是满足设计要求的5.2线圈温升计算线圈容许温升9=110T，查参考资料可得散热系数为Hm=12.89x10-4瓦/厘米2金属骨架线圈其传导能力较强nm〜1.7线圈的散热表面S=n(D+nD)l=(2.74+1.7x1.34)x2.38=37.5厘米2Hm1k线圈温升9=P=4=82.7°C(18)|!mS12.89x10-4x37.5温升小于110C可见是合格的。
6结论到目前为止虽然设计电磁铁的方法有许多种但是都还没有一套既严谨准确又使计算简便的方法很大部分还只能依靠经验数据来选择经过某些理论计算最后试制样品加以验证证实所设计的结构参数是否合理必要时作适当修改本产品试验数据如下电压V工作行程mm吸合力kg电阻电流A270.656.729.730.91经试验证明该电磁铁的设计满足使用要求。