Расчет сопротивления контактных соединений машин контактной сварки

Не вдаваясь в физическую природу сопротивления контактных соединений, рассматриваемую в специальных руководствах и учебниках, установим необходимые для расчета понятия об элементах сопротивления контактного соединения.

Сопротивление контактного соединения состоит из сопротивления металлических частей контактного соединения и сопротивления контакта — площадок соприкосновения двух контактирующихся поверхностей и выражается формулой

,               (1)

где  — сопротивление контактного соединения, Ом;  — сопротивление металлических частей контактного соединения, Ом;  — контактов, Ом.

Сопротивление металлических частей контакта зависит от материала, температуры и формы соединения. Расчет этого сопротивления возможен только для отдельных простейших случаев, приведенных ниже, так как неравномерное распределение тока по контактной поверхности создает неравномерное распределение тока в металлических частях контактного соединения, что вызывает увеличение сопротивления контакта.

Сопротивление контакта зависит от материала соприкасающихся депо, талей, состояния поверхности, чистоты обработки, температуры и усилия, сжимающего контактные поверхности.

Вне зависимости от формы и размеров контактной поверхности сопротивление контакта  может быть выражено формулой

,                  (2)

где  — контактное сопротивление при усилии 1 даН, зависящее от материала и состояния поверхности, Ом;  — усилие, даН;  — показатель степени, зависящий от материала и состояния его поверхности.

Для прямоугольных медных и алюминиевых шин формула принимает вид:

для контакта медь-медь

;             (3)

для контакта алюминий-медь

              (4)

для контакта алюминий-алюминий

;             (5)

для контакта медь-медь с лужеными поверхностями

.             (6)

Если стяжные болты проходят через контактное соединение, то общее сопротивление контакта увеличивается. Это увеличение происходит в основном за счет уменьшения поперечного сечения для прохождения тока и учитывается увеличением полного сопротивления контакта, полученного по приведенным формулам, на коэффициент 1,1…1,15.

Сопротивление металлических частей контакта  зависит как от материала, поперечного сечения и длины контактных частей, так и от неравномерности распределения тока по сечению. Поэтому и в данном случае приходится пользоваться эмпирической формулой.

На рис. 1 показано распределение тока в контактном соединении.

Рис. 1. Схема распределения тока в контактном соединении

Сопротивление проводника, аналогичного по форме контактному соединению, может быть представлено формулой

           (7)

где  - удельное сопротивление материала контакта, Ом×м;  - длина контакта, м;  - сечение одной шины, м²;  — опытный коэффициент, определяемый по формуле

                   (8)

где  - толщина шины, м.

Для контактной поверхности, не имеющей формы плоскости (полуокружность, окружность и т.д.), сопротивления можно рассчитывать по приведенным выше формулам. Усилие зажатия контактного соединения в этом случае определяется исходя из конкретных условий задачи.

Для определения сопротивления контакта можно также пользоваться опытными данными, полученными в результате многих экспериментов. На рис. 2. даны зависимости полного сопротивления плоского контакта от усилия зажатия и характера обработки поверхности для различных материалов. На рис. 3 представлена зависимость сопротивления контакта медь-сталь от усилия зажатия. Данная кривая может быть использована при определении контактного сопротивления электрод—деталь для стыковых машин. На рис. 4 приведена зависимость сопротивления контакта плоских медных шин от способа обработки поверхности контакта и удельного давления.

Рис. 2. Зависимость полного сопротивления плоского контакта от усилия зажатия:

1 - медь-медь, поверхность окислена; 2 - медь-медь, поверхность чистая; 3 - БрХ05-БрХ05, поверхность обмаслена; 4 - медь-медь, поверхность чистая; 5-БРХ05-БрХ05, поверхность чистая

Рис. 3. Зависимость полного сопротивления контакта медь-сталь от усилия зажатия:

1 - поверхность свежеобработанная; 2 - поверхность окисленная, протертая; 3 - то же, не протертая

Рис. 4. Зависимость переходного сопротивления между плоскими медными шинами от удельного давления при различных способах обработки контактных поверхностей:

1 - поверхность посеребрена гальваническим способом; 2 - посеребрена методом натирания (порошковым серебром с приложением тока); 3 - пришабрена; 4 - прострогана начисто; 5 - прострогана начерно; 6 -полирована; 7 - пришабрена и слегка окислена; 8 - прострогана начисто и слегка окислена

Как видно из приведенных кривых, полное сопротивление контакта колеблется в довольно широких пределах и зависит от многих факторов. Однако при тех условиях зажатия, которые применяются при проектировании контактных соединений машин контактной сварки, полное сопротивление контакта в новых машинах не превосходит (1,0…2,0)·10^-6 Ом. Это значение проверено многократными опытами и используется при расчете. Большие значения принимаются для контактов из твердых сплавов меди, меньшие для меди.

Данные по расчету сопротивления контактных соединений были бы неполными, если не привести данных по механическому расчету контактного соединения.

Площадь контактной поверхности, как говорилось выше, определяется исходя из допустимой плотности тока, обеспечивающей приемлемую температуру контакта. Как правило, длину накладки стараются делать равной ширине подсоединяемой шины или больше ее; ширина накладки равна ширине шины.

Усилия в контакте создаются болтами, число и размер которых определяются исходя из необходимого сопротивления контакта, обеспечивающего его надежную работу. В таблице даны усилия, создаваемые одним болтом при зажатии его стандартным ключом.

Таблица

При выборе числа болтов необходимо учитывать, что увеличение числа болтов до 4…5 резко уменьшает сопротивление контакта. Увеличение числа болтов свыше  4…5 не дает заметного улучшения контакта и поэтому — не рекомендуется. Не рекомендуется также применять один болт вместо четырех, так как, несмотря на то, что общие усилия одинаковы, число точек касания будет разным и работа контактного соединения — ненадежной.

Это интересно

Кухонные стеллажи, изготавливаемые из нержавеющей стали, в зависимости от назначения могут иметь сплошные, решетчатые или перфорированные полки. Устанавливаются такие конструкции в помещениях общепита, складах, холодильных камерах и т.д. Современные кухонные стеллажи, как правило, имеют разборную конструкцию, которая позволяет регулировать высоту ножек, устанавливать борта и полки на различных уровнях.