Расчет и конструирование электронно-оптической системы для сварки меди.

Длинная магнитная катушка создает магнитное поле, которое почти однородно в средней части катушки. Вблизи концов катушки поле постепенно уменьшается. В "длинной" магнитной линзе объект и изображение находятся в активном поле линзы [16-18].В последнее время для решения ряда задач в электроннолучевых трубках и других приборах формируют пятно, размеры которого в одном направлении существенно больше, чем в другом. Для формирования такого вида пятен используются не осесимметричные линзы — цилиндрические и четырехполюсные.Цилиндрические и четырехполюсные магнитные линзы выполняют одинаковую задачу – формирование пятна в виде штриха, так называемого штрих – фокуса.Длинная линза не может служить для создания увеличенных или уменьшенных изображений. Поэтому в электроннолучевых технологических установках длинные магнитные линзы используются с целью сохранения постоянным диаметра пучка при проведении его на большие расстояния в пространстве, где отсутствует электрическое поле. При проектировании системы для сварки меди целесообразно использовать магнитную фокусирующую линзу с экраном (рисунок 3.1)Рисунок3.1 — Магнитная катушка с экраном:1 — катушка; 2 — магнитный экран; 3 — немагнитный зазорМагнитное поле концентрируется в области кольцевой щели и продольный размер линзы резко уменьшается. Сокращение продольного размера поля линзы сопровождается ростом индукции магнитного поля при тех же ампер-витках, создающих линзу. Очень сильные магнитные линзы с фокусными расстояниями порядка миллиметра можно создать путем введения полюсных наконечников. Такие линзы находят применение в электронных микроскопах.Для расчета фокусирующих катушек необходимо задаться следующими параметрами: Расстоянием от середины фокусирующей системы до середины отклоняющейВнутренним диаметром катушек Длина катушки Током, протекающим по катушке Плотностью тока в катушкеКоэффициент экранирования волн c=0.7.Рисунок 3.2 – Схема для расчёта отклоняющей системыНайдем фокусное расстояние магнитной фокусирующей линзы:(3.1)где L1 – расстояние от середины фокусирующей системы до середины отклоняющей;L2– расстояние от середины отклоняющей системы до обрабатываемой детали.Найдём число ампер – витков катушки: (3.2)с – коэффициент экранирования волн, обеспечивает экранирование частей конструкции от внешних и внутренних источников помех вблизи источника излучения электромагнитной энергии.Найдем число витков катушки при заданном токе:(3.3)Рассчитаем площадь поперечного сечения провода обмотки:(3.4)Рассчитаем диаметр поперечного сечения провода обмотки:(3.5)Зная длину катушки и радиус поперечного сечения провода обмотки, найдем, сколько витков укладывается в один ряд намотки:(3.6)В один ряд намотки укладывается 139 витков, следовательно, число рядов намотки будет равно числу витков отнесенных на число витков, укладывающихся в один ряд. Таким образом, число рядов намотки равно:(3.7)Исходя из числа рядов и диаметра поперечного сечения провода обмотки, найдем ширину катушки (толщина намотки провода катушки):(3.8)Вычислим нормировочный множитель L, зависящий от геометрических размеров зазора линзы: (3.9)где D – размеры канала.Оптимальным является соотношениеD/s = 2[4]. Примем D = 0,14 мм,Определим величину магнитного поля в центре линзы:(3.10)Угол поворота изображения определяется следующим выражением: (3.11)4 Отклоняющая системаВ большинстве электронно-лучевых приборов электронные пучки, сформированные линзами, необходимо отклонять по мишени (экрану). Как и для фокусировки, для отклонения пучков используются электрические или магнитные поля, которые создаются соответствующими отклоняющими устройствами.В случае магнитного отклонения используются однородные взаимоперпендикулярные магнитные поля, создаваемые двумя парами обтекаемых током отклоняющих катушек (рисунок 4.1).Рисунок 4.1 – Отклоняющая магнитная системаГоризонтально расположенные катушки соединяются последовательно, и по ним проходит ток, создающий магнитное поле В1, под действием которого пучок будет перемещаться в вертикальной плоскости. Вертикально расположенные катушки также соединяются последовательно и своим магнитным полем будут вызывать перемещение пучка по горизонтали.Рассмотрим подробнее отклонение пучка магнитным полем. Будем считать, что магнитное поле, созданное парой катушек, однородно и имеет индукцию В. Расстояние до экрана равно L.(см. рисунок 4.2)Для расчета отклоняющих катушек необходимо задаться следующими параметрами: Расстояние от середины отклоняющей системы до обрабатываемой деталиВнутренний диаметром катушекДлина отклоняющей системы (протяженность области поперечного магнитного поля)Величина отклонения луча, рассчитывается из радиуса кольцевой развёртки Ток, протекающий по катушкеПлотность тока в катушке Рисунок 4.3 – Схема для расчёта отклоняющей системыРассчитаем отклонение луча на детали:Рассчитаем число ампер-витков катушки, необходимое для получения требуемого угла отклонения пучка на детали: (4.1)Найдем число витков катушки при заданном токе: (4.3)Рассчитаем площадь поперечного сечения провода обмотки:(4.4)Из площади поперечного сечения провода обмотки, найдем диаметр поперечного сечения провода обмотки:(4.5)Зная длину катушки и радиус поперечного сечения провода обмотки, найдем, сколько витков укладывается в один ряд намотки: (4.6)В один ряд намотки укладывается 268 витка, следовательно, число рядов намотки будет равно числу витков отнесенных на число витков, укладывающихся в один ряд. Т.е. число рядов намотки равно: (4.7)Исходя из числа рядов и диаметра поперечного сечения провода обмотки, найдем ширину катушки (толщина намотки провода катушки):(4.8)Электроны, входя в поперечное магнитное поле, движутся по дуге окружности. Пройдя по дуге, пучок выходит из зоны магнитного поля под углом к оси Z, а затем движется по прямой линии до экрана.Следует отметить, что частотный диапазон системы магнитного отклонения значительно меньше, чем у системы электростатического отклонения, так как индуктивное сопротивление катушек имеет большую величину.Конструктивно отклоняющие катушки могут выполняться как с внутренним, так и с внешним магнитопроводом, а также и без магнитопровода.5 Расчет траектории электронов(MathCad)(к г ) // м а с с а э л е к т р о н а (К л ) // з а р я д э л е к т р о н а (Г н /м ) // м а г н и т н а я п о с т о я н н а я (м ) // с р е д н я я д л и н а к а т у ш к и (А *в и т ) // ч и с л о а м п е р в и т к о в (В ) // у с к о р я ю щ е е н а п р я ж е н и е // к о о р д и н а т а ц е н т р а к а т у ш к и // р а с п р е д е л е н и е м а г н и т н о й и н д у к ц и и н а о с и к а т у ш к и // н а ч а л ь н а я к о о р д и н а т а и н т е г р и р о в а н и я // к о н е ч н а я к о о р д и н а т а и н т е г р и р о в а н и я // к о л и ч е с т в о т о ч е к в к о т о р ы х и щ е т с я р е ш е н и е // в е к т о р п е р в ы х п р о и з в о д н ы х // ш а г и з м е н е н и я н а ч а л ь н ы х у с л о в и й // т е к у щ и й н о м е р , з а д а ю щ и й в е л и ч и н у н а ч а л ь н о г о у с л о в и я // в е к т о р н а ч а л ь н ы х у с л о в и й // п р и с в о е н и е п е р е м е н о й z з н а ч е н и й а р г у м е н т а , в к о т о р ы х и щ е т с я р е ш е н и е // п р и с в о е н и е п е р е м е н о й r з н а ч е н и й н а й д е н н о г о р е ш е н и я п р и н а ч а л ь н о м у с л о в и и , с о о т в е т с т в у ю щ е м н о м е р у t// з а д а н и е т е к у щ е г о н о м е р а Рисунок 5.1 –График зависимости r(z) с различными начальными условиямиЗаключениеВ результате выполнения данного курсового проекта был произведен расчет электронно-оптической системы для сварки меди электронным лучом. В ходе выполнения проекта был изучен материал по электронным пушкам, а также по оптико-электронным системам формирования электронного пучка.Для сварки меди в данном проекте выбрана высокопервеансная пушка Пирса. Первеанс пушки составляет . Для фокусирования электрононого пучка в электронно-оптической системе используется магнитная линза.Спроектированная электронно-оптическая система полностью отвечает заданным техническим параметрам.Список использованных источниковПанковец Н.Г., Литвинов Р.В., Аксенов А.И., Злобина А.Ф. Вакуумные и плазменные приборы и устройства: Методические указания по курсовому проектированию. — Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 509. — 65 с.Башенко В.В. Электронно-лучевые установки. — Л.: Машиностроение, 1972. — 168 с.Назаренко О.К. Электронно-лучевая сварка. — К.: Науковая думка, 1965.Вендик О.К., Горин Ю.Н, Попов В.Ф. Корпускулярно-фотонная технология. — М.: Высшая школа, 1984. — 240 с.Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. — М.: Высшая школа, 1988. — 252 с.Шерстнев Л. Г. Электронная оптика и электронно-лучевые приборы. — М.: Энергия, 1971. — 357 с.Царев Б.М. Расчет и конструирование электронных ламп. — М.: Энергия, 1967. — 367 с.Жигарев А.А. Электронно-лучевые приборы. — М.: Энергия, 1965. — 335 с.Молоковский С. И., Сушков А. Д. «Интенсивные электронные и ионные пучки» - Л.: «Энергия», 1972.;