機械系統(tǒng)的載荷特性及動力機的選擇

1、機械系統(tǒng)的載荷特性及動力機選擇原則 本章介紹機械系統(tǒng)的載荷特性及動力機選擇，掌握機械系統(tǒng)的載荷特性及動力機選擇原則  載荷類型 機械設計中載荷的組合及其類別工作載荷的確定方法 1）按作用形式分 直接作用載荷-載荷以力或力矩形式直接作用在機器上；如由工作阻力產生的載荷、慣性載荷、風載荷、驅動力、制動力等。間接作用載荷-以變形的形式間接作用在機器上；如溫度、地震的作用引起的載荷。對于絕大多數的機器來說，直接作用的載荷是主要的。 2）按照載荷產生的來源分(1) 工作載荷 由機器工作阻力產生的載荷。工作載荷是各種機器最重要最基本的載荷。(2) 動力載荷 動力載荷

2、包括慣性載荷、振動載荷和沖擊載荷。當機器或機器的某機構運動速度的大小或方向發(fā)生變化時(如起動或制動)將產生慣性載荷。(3) 自重載荷 設備自身重量產生的載荷。(4) 風載荷 具有一定質量的空氣以一定速度流動被結構物表面阻擋時，對結構物產生壓力。(5) 溫度載荷 溫度變化使構件熱脹冷縮，當構件的脹縮受到約束時，在構件中產生附加力。(6) 水力載荷 水對構件產生的壓力和流動阻力等。 3）按載荷是否隨時間變化分靜載荷 指大小，位置和方向不變的載荷。在工程中大多數機械承受的都是變載荷，嚴格意義的靜載荷是很少見的，但在設計上常把變化不大或變化速度緩慢的載荷，近似地作為靜載荷來處理變載荷 指隨時

3、間有顯著變化的載荷。一般機械承受的變載荷主要有周期載荷，沖擊載荷和隨機載荷等幾種。a）周期載荷載荷的大小是隨時間作周期性變化的，它可用幅值、頻率和相位角三個要素來描述。b）沖擊載荷載荷作用時間短，而且幅值較大，例如，鍛錘在錘打坯料時所受的載荷就屬于沖擊載荷。在設計中對于數值較小，頻率較高的多次沖擊載荷，常按一般的周期載荷來處理。c）隨機載荷載荷的幅值和頻率都是隨時間變化的，且變化規(guī)律不能用一個函數確切地進行描述，只能應用數理統(tǒng)計方法才能獲得它們的統(tǒng)計規(guī)律。26.1.2 動力機的種類及其機械特性  電動機液壓馬達  氣動馬達內燃機 電動機在額定電壓和額定頻率下工作，

4、并按規(guī)定的接線方法，定子和轉子電路中不外接電阻，此時獲得的機械特性稱為電動機的固有機械特性。右圖是電動機的機械特性曲線。根 據轉矩增加使電動機轉速下降的程度不同，電 動機的機械特性分為硬特性和軟特性兩類。同 步電動機、一般交流異步電動機和直流并激電動機屬于硬特性， 即其負載轉矩在允許范圍內變化時，電動機轉 速變化不大，而且同步電動機的轉速可保持恒定。轉子回路串電阻的交流繞線型異步電動機和直流串激電動機則屬于軟特性，即隨負載轉矩的增加，電動機的轉速顯著下降，但是它們的起動轉矩比較大。 電動機改變某些參數時獲得的機械特性稱為人為機械特性。可通過降低供電電壓、在轉子或定子電路內串接對稱電阻及在轉于電

5、路接入并聯(lián)電阻等方法，獲得人為機械特性。交流電動機根據電動機的轉速與旋轉磁場的轉速是否相同，分為同步電動機和異步電動機兩種。同步電動機是一種用交流電流勵磁建立旋轉的電樞磁場，用直流電流勵磁構成旋轉的轉子磁極，依靠電磁力的作用旋轉磁場牽著旋轉磁極同步旋轉的電動機。同步電動機的最大優(yōu)點是能在功率因數為1的狀態(tài)下運行，不需從電網吸收無功功率。三相異步電動機使用三相交流電源，是生產中廣泛應用的一種電動機，它的品種很多，主要分類如下：(1)按轉子結構型式分類 根據轉子的結構型式可分為籠型電動機和繞線型電動機。(2)按外殼結構形式分類 根據外殼結構形式可分為開啟式、防護式、封閉式和防爆式。(3)按安裝型式

6、分類 按不同的安裝型式可分為立式、臥式及帶有特殊安裝結構等型式，以適應各種不同的安裝需要。此外，還有齒輪減速異步電動機，電磁調速異步電動機、異步整流子變速電動機等多種類型。直流電動機需使用直流電源，與交流電動機相比，它具有調速性能好、調速范圍寬，起轉矩大等特點。26.1.3動力機的選擇  電動機作為動力機時具有以下特點：1、較其他動力機有較高的驅動效率。2、與被驅動的工作機械聯(lián)接簡便。3、種類和型號較多，并具有各種運行特性，可滿足不同類型機械的工作要求。4、電動機還具有良好的調速性能，起動、制動，反向和調速的控制簡便，可以實現(xiàn)遠距離的測量和控制，便于集中管理和實現(xiàn)生產過程的自動化。5

7、、但使用電動機必須具備相應的電源，對野外工作的機械及移動式機械常因缺乏所需電源而不能選用。液壓馬達作為動力機時具有以下特點：1、可以獲得很大的機械力或轉矩。2、與電動機相比在相同功率時的外形尺寸小、重量輕，因而運動件的慣性小，快速響應的靈敏度高。3、液壓馬達可以通過改變油量來調節(jié)執(zhí)行機構的速度，傳動比較大，低速性能好，容易實現(xiàn)無級調速，操作和控制都比較簡便，易于實現(xiàn)復雜工藝過程的動作并滿足其性能要求。4、但使用液壓馬達必須具有高壓油的供給系統(tǒng)，應使液壓系統(tǒng)元件有必要的制造和裝配精度，否則容易漏油，這不僅影響工作效率，而且還影響：工作機械的運動精度。使用氣動馬達作為動力機時具有以下特點：1、與液

8、壓馬達相比較，因用空氣作為工作介質，容易獲得，用后的空氣可直接排入大氣而無污染，壓縮空氣還可以進行集中供給和遠距離輸送。2、氣動馬達動作迅速、反應快、維護簡單、成本比較低，對易燃，易爆、多塵和振動等惡劣工作環(huán)境的適應性較好。3、但因空氣具有可壓縮性，因此氣動馬達的工作穩(wěn)定性差，氣動系統(tǒng)的噪聲較大，又因工作壓力較低，輸出的轉矩不可能很大，一般只適用于小型和輕型的工作機械。使用內燃機作為動力機時具有以下特點：1、具有功率范圍寬，操作簡便，起動迅速和便于移動等優(yōu)點，大多用于野外作業(yè)的工程機械、農業(yè)機械以及船舶，車輛等。2、主要缺點是需要柴油或汽油作為燃札通常對燃料的要求也比較高，特別是高速內燃機需使用潔凈度高的汽油和輕質柴油，內燃機的排氣污染和噪聲都較大，在結構上也比較復雜，而且對零部件的加工精度要求較高。在設計機械系統(tǒng)時，應選用何種形式的動力機，主要應從以下三個方面進行分析比較：1）分析工作機械的負載特性和要求，包括工作機械的載荷特性、工作制度，結構布置和工作環(huán)境等。2)分析動力機本身的機械特性，包括動力機的功率、轉矩、轉速等特性，以及動力機所能適應的工作環(huán)境。應使動力機的機械特性與工作機械的負載特性相匹配。3)進行經濟性的比較，當同時可用多種類型的動力機進行驅動時，經濟性的分析是必不可少的，包括能源的供應和消耗，動力機的制造，運行和維修成本的對比等。除上述三方面外，有些