第三章机械系统的载荷特性和动力机选择(new).ppt

任何机械系统都要承受各种外力的作用，这些外力称为载荷。载荷不仅是计算强度和刚度的重要依据，而且也是进行动力计算和选用动力系统的主要依据之一。载荷通常用力、力矩、压力、功率等参量表示。 载荷—时间历程图 例：峰值计数法（全部峰谷值进行计数） 例：穿级计数法 例：幅程计数法 工作载荷需要根据机械系统所要完成的功能来确定，同时还要考虑该产品的规格、系列或标准。通常有三种确定方法： 类比法、计算法、实际测量法 类比法——参照同类或相近的机械，通过相似理论的分析、设计，来拟定其工作载荷及其他参数。通常采用几何尺寸类比法和动力类比法。 几种常见载荷的确定方法 1. 以摩擦阻力为主的工作载荷 2. 以切削力为主的机床载荷 （1）实测法：选一台在传动和结构上同所设计机床相近似的机床，进行特定或典型的工序，测出电动机在一定时间内的输入功，则可算出其平均功率： （2）计算法 主运动电机功率： 其中： 机床主运动电机的功率为 当空载功率实测困难时，可按下式粗略计算： 电动机的额定功率： 工作机在运行过程中其运动参数（速度、位移等）与动力参数（转矩、功率等）的变化规律称为工作机的负载特性。 机械系统在运行过程中不断处于加速、减速和稳定运转状态。为使其运行性能良好，动力机的机械特性必须与工作机的负载特性相匹配。 现以他励电动机驱动——具有恒转矩负载特性的工作机为例，来分析其稳定运行的条件。 电动机 优点：驱动效率高，与工作机便于联接，调速性能好，起动、制动、反向、调速的控制简便，种类、型号多，可满足不同工作要求，便于集中管理和生产过程自动化，可实现远距离测量和控制。 缺点：需有相应的电源，因而不适于野外工作的机械及移动式机械。 液压马达 优点：可获得的转矩和机械力大，与电动机相比较，在相同功率时尺寸小、重量轻，快速反应的灵敏度高，容易实现无级调速，操作、控制简便，易于实现复杂的工艺动作。 缺点：需有高压油供给系统，液压元件的制造、装配精度要求高，否则因漏油而影响工作效率、运动精度并污染环境。 气动马达 优点：工作介质为空气，易获得，且排除的气体不污染环境，动作迅速，成本低，对易燃、易爆、多尘等恶劣工作环境的适应性好。 缺点：因工作的可压缩性而使工作稳定性差，噪声大，因工作压力较低，其输出的转矩不大。 通常适用于小型机械。 内燃机 优点：功率范围宽，操作简便，便于移动。 缺点：需用柴油或汽油做燃料，且要求较高，排气污染环境，噪声大，多用于野外工作的机械，如农用机械、工程机械和船舶车辆等。 （三）电动机的选择和计算 电动机选择要确定： 类型、额定功率、额定电压、额定转速等。 2）. 电动机功率的选择 选择电动机的功率时需考虑三个主要因素： 电机发热，允许的过载能力和起动能力，其中发热因素最为重要。 电动机的温升及其工作制 电动机的温度与环境温度之差称为温升。电动机在使用过程中其温升应不超过其额定温升。 电动机的温升与其负载持续时间的长短（即工作制）密切相关。 断续工作制用负载持续率ZC表示： 用于断续工作制的电动机，我国规定的标准持续率有15%，25%，40%，60%。 因此应尽可能选择与工作机械相同或相近工作制的电动机，并通过发热计算。 1. 工作机的负载特性和要求，如载荷性质、工作制、 结构布局和工作环境等。 2. 分析动力机的机械特性，动力机的特性应与工作机的 负载特性相匹配。 3. 动力机容量计算，通常是指计算动力机功率的大小。 4. 经济性，如价格、能耗、运行和维修费用等。 5. 作业环境的要求。 二、动力机的选择依据： 动力机的机械特性（或称输出特性）是选择动力机的主要依据之一。所谓动力机的机械特性是指其输出转矩 M 同其相应转速n之间的关系。 动力机的机械特性 恒转矩负载特性：负载转矩于其转速无关 恒功率负载特性：转速变化时负载功率基本保持不变 负载转矩随转速变化而变化： 离心式鼓风机、水泵 负载转矩是行程或转角函数：如活塞式空气压缩机 、曲 柄压力机等 负载转矩变化无规律： 如破碎机、球磨机等 恒转速负载特性：内燃机、驱动发电机 工作机的负载特性 n T Trs2 Trs1 1 2 3 系统稳定运行的条件是： 动力机与工作机两者的机械特性曲线必须具有交点，且在交点对应的转速之上应保证T＜Trs，而在这一转速之下，则必须T＞Trs 系统稳定运行的条件 三、 各类动力机的主要特点 四、电动机的种类、机械特性及选择 （一）电机的种类 交流电机 直流电机 电动机 异步电机 同步电机 他 励 并 励 串 励 复 励 三相异步电动机的种类及其机械特性 ? 按转子结构分类