第3章 機械系統(tǒng)的載荷特性和動力機的選擇

1、第三章第三章 機械系統(tǒng)的載荷特性和動力機選擇機械系統(tǒng)的載荷特性和動力機選擇 第一節(jié)第一節(jié) 工作機械工作機械( (指執(zhí)行系統(tǒng)指執(zhí)行系統(tǒng)) )的載荷和工作制的載荷和工作制 設(shè)計機械系統(tǒng)時，設(shè)計機械系統(tǒng)時，載荷的分析和確定載荷的分析和確定非常重要。分析的過程中應(yīng)非常重要。分析的過程中應(yīng)分清載分清載荷主次荷主次，對量值較小的載荷可忽略不計，對較復(fù)雜的載荷應(yīng)進行適當?shù)暮喕?。，對量值較小的載荷可忽略不計，對較復(fù)雜的載荷應(yīng)進行適當?shù)暮喕?一、載荷類型一、載荷類型 作用在機械上的外力作用在機械上的外力稱為載荷稱為載荷。載荷的。載荷的種類很多種類很多，如起重機中提升物體，如起重機中提升物體的重量、變速運行的慣

2、性力、機械本身的自重、作用在機械上的風(fēng)力和落在的重量、變速運行的慣性力、機械本身的自重、作用在機械上的風(fēng)力和落在機械上其他雜物的重量等等都是載荷。機械上其他雜物的重量等等都是載荷。載荷的類型和大小決定于對機械的功載荷的類型和大小決定于對機械的功能要求、工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)間的約束關(guān)系能要求、工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)間的約束關(guān)系。 載荷的載荷的表示形式：表示形式：可用可用力、力矩或轉(zhuǎn)矩力、力矩或轉(zhuǎn)矩表示，也可用表示，也可用壓力、功率、加速壓力、功率、加速度度等形式表示。等形式表示。 載荷是載荷是對機械及零部件進行強度、剛度、穩(wěn)定性、可靠性和壽命計算的對機械及零部件進行強度、剛度、穩(wěn)定性、可靠性和壽命計算的依據(jù)依

3、據(jù)。也是進行機械系統(tǒng)動力機類型和容量選擇時需要考慮因素之一。也是進行機械系統(tǒng)動力機類型和容量選擇時需要考慮因素之一。 工作機械工作機械就是機械系統(tǒng)的就是機械系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)。系統(tǒng)工作過程中。系統(tǒng)工作過程中轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的的關(guān)關(guān)系系M=f(n)( (或力或力F和速度和速度V的關(guān)系的關(guān)系F=f(V) )稱為工作機械的稱為工作機械的負載特性。負載特性。常見的負常見的負載特性有如下幾種載特性有如下幾種: : 1、工作機械的負載特性、工作機械的負載特性轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的大小無關(guān)的大小無關(guān)，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n變化，轉(zhuǎn)矩變化，轉(zhuǎn)矩M不變。即不變。即)(常數(shù)CM 恒轉(zhuǎn)矩負載特性又可分為兩類：

4、恒轉(zhuǎn)矩負載特性又可分為兩類：位能性負載特性位能性負載特性和和反抗性負載特性反抗性負載特性。 （1）恒轉(zhuǎn)矩負載特性恒轉(zhuǎn)矩負載特性 由轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)矩M、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n和功率和功率P的關(guān)系可知，對于恒轉(zhuǎn)矩負載特性，功率的關(guān)系可知，對于恒轉(zhuǎn)矩負載特性，功率P與轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)速速n成正比，即成正比，即P=f(n)。線性關(guān)系，因為。線性關(guān)系，因為P=M*n位能性負載特性位能性負載特性CnMO 反抗性負載特性反抗性負載特性：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M的方向隨轉(zhuǎn)向變化，但轉(zhuǎn)矩的方向隨轉(zhuǎn)向變化，但轉(zhuǎn)矩M的絕對值不變的絕對值不變。具有摩擦負載的皮帶運輸機、金屬壓延機床和造紙機等具有反抗性負載特性。具有摩擦負載的皮帶運輸機、金屬壓延機床和造紙機

5、等具有反抗性負載特性。 反抗性負載特性反抗性負載特性nMOC-C 位能性負載特性：位能性負載特性：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M的方向不隨轉(zhuǎn)向變化的方向不隨轉(zhuǎn)向變化。如起重機的鋼絲繩無。如起重機的鋼絲繩無論向上或向下運動都受拉力。論向上或向下運動都受拉力。 )(常數(shù)CnM 功率功率P與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n無關(guān)無關(guān)，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n變化，功率變化，功率P不變，即不變，即P=C(常數(shù)常數(shù))。由于功率由于功率P為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的乘積變?yōu)槌?shù)，即的乘積變?yōu)槌?shù)，即)(1nfM 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n為為反比關(guān)系反比關(guān)系，即，即恒功率負載特性為雙曲線。恒功率負載特性為雙曲線。 （2）恒功率負載特性恒功率負載特

6、性nMO 許多金屬加工機床就具有恒功率負載特性，由于在加工過程中產(chǎn)生的切許多金屬加工機床就具有恒功率負載特性，由于在加工過程中產(chǎn)生的切削力大，此時選擇的切削速度削力大，此時選擇的切削速度V就應(yīng)小一些，以保證切削功率不變。就應(yīng)小一些，以保證切削功率不變。例如磨粉機，轉(zhuǎn)速例如磨粉機，轉(zhuǎn)速n升高，喂入量加大，轉(zhuǎn)矩升高，喂入量加大，轉(zhuǎn)矩M成正比增加。成正比增加。nMOnMO 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n成某種函數(shù)關(guān)系成某種函數(shù)關(guān)系，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n變化，轉(zhuǎn)矩變化，轉(zhuǎn)矩M按某種規(guī)律變化。按某種規(guī)律變化。如轉(zhuǎn)矩如轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系，成線性關(guān)系，即即M=f(n)，則功率，則功率P與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的平方成正

7、比，的平方成正比， 即即P=f(n2) 。 （3）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M是轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)速n函數(shù)的負載特性函數(shù)的負載特性 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，的平方成正比，即即M=f(n2) ，則功率，則功率P與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的的3次方成次方成正比，即正比，即P=f(n3) 。通風(fēng)機、離心水泵就具有這種負載特性。通風(fēng)機、離心水泵就具有這種負載特性。s,MO 例如活塞式空氣壓縮機，曲柄壓力機，軋鋼廠的剪切機、升降擺動臺、例如活塞式空氣壓縮機，曲柄壓力機，軋鋼廠的剪切機、升降擺動臺、翻鋼機等工作機械都具有這種負載特性。翻鋼機等工作機械都具有這種負載特性。 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M與行程與行程s或轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)角成某種函數(shù)關(guān)系成某種函數(shù)

8、關(guān)系，即，即M=f(s)或或M=f()。（4）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M是行程是行程s或轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)角的函數(shù)的函數(shù)tMO如破碎機，球磨機等工作機械都具有這種負載特性。如破碎機，球磨機等工作機械都具有這種負載特性。 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M在工作機械工作過程中，與工作時間在工作機械工作過程中，與工作時間t沒有明顯的函數(shù)關(guān)系沒有明顯的函數(shù)關(guān)系。（5）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M隨時間隨時間t變化無規(guī)律變化無規(guī)律 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M變化，轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)速n保持不變，即保持不變，即n=C(常數(shù)常數(shù))，則，則功率功率P與轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩M成正比成正比，P=f(M)。nMOC 例如利用內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機，為了保持交流電頻率不變，在機組上利例如利用內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機，為了保

9、持交流電頻率不變，在機組上利用調(diào)速器來保證發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。用調(diào)速器來保證發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。（6）恒轉(zhuǎn)速負載特性恒轉(zhuǎn)速負載特性思考題：思考題：9、根據(jù)、根據(jù)P37圖圖2-11四種銑床布置說明如下問題：四種銑床布置說明如下問題：（1）被加工工件的重量、尺寸對銑床的布置有）被加工工件的重量、尺寸對銑床的布置有何影響何影響?（2）各自的驅(qū)動方式以及選用該驅(qū)動方式的理）各自的驅(qū)動方式以及選用該驅(qū)動方式的理由由?10、X62W臥式升降臺銑床主軸轉(zhuǎn)速臥式升降臺銑床主軸轉(zhuǎn)速nmin=30r/min，nmax=1500r/min，變速級數(shù)，變速級數(shù)Z=18，各級轉(zhuǎn)速按照等比級數(shù)排列，確定相應(yīng)，各級

10、轉(zhuǎn)速按照等比級數(shù)排列，確定相應(yīng)的公比的公比和各級轉(zhuǎn)速。和各級轉(zhuǎn)速。 第三章思考題第三章思考題1、什么是工作機械的負載特性？常見的工作、什么是工作機械的負載特性？常見的工作機負載特性有哪幾種，試舉例說明。機負載特性有哪幾種，試舉例說明。2.2.載荷的分類載荷的分類( (按照載荷隨時間變化的情況按照載荷隨時間變化的情況) )靜載荷靜載荷：是指：是指大小、方向和作用點都不隨時間變化大小、方向和作用點都不隨時間變化的載荷。如重力。的載荷。如重力。動載荷動載荷：三個要素中只要有一個要素隨時間：三個要素中只要有一個要素隨時間變化變化就叫動載荷。就叫動載荷。經(jīng)常把經(jīng)常把變化次數(shù)少的按靜載荷處理。變化次數(shù)少的

11、按靜載荷處理。沖擊載荷沖擊載荷:短時間內(nèi)短時間內(nèi)變化很大的載荷變化很大的載荷. 工程中大多數(shù)機械所承受的都是動載荷。但有時為了簡化設(shè)計計算，可以工程中大多數(shù)機械所承受的都是動載荷。但有時為了簡化設(shè)計計算，可以將動載荷簡化處理轉(zhuǎn)變成靜載荷。將動載荷簡化處理轉(zhuǎn)變成靜載荷。動載荷動載荷周期性載荷周期性載荷非周期性載荷非周期性載荷隨機載荷隨機載荷 確定載荷確定載荷：有一定變化規(guī)律，可用數(shù)學(xué)公式表示。有一定變化規(guī)律，可用數(shù)學(xué)公式表示。載荷時間歷程載荷時間歷程: 載荷隨時間載荷隨時間t的變化情況的變化情況, 簡稱載荷歷程簡稱載荷歷程.3. 載荷載荷時間歷程時間歷程非確定載荷非確定載荷：沒有規(guī)律，隨機性沒有

12、規(guī)律，隨機性, ,不重復(fù)、不能不重復(fù)、不能直接用數(shù)學(xué)公式表示，要用統(tǒng)計的辦法處理。直接用數(shù)學(xué)公式表示，要用統(tǒng)計的辦法處理。按載荷歷程不同按載荷歷程不同, ,動載荷分為動載荷分為: :(一一)周期載荷周期載荷周期載荷周期載荷: 即即載荷隨時間作周期性載荷隨時間作周期性的變化的變化,有周期性。有周期性。 周期載荷可用周期載荷可用3 3個要素描述，即個要素描述，即幅值、諧波角頻率和相位角幅值、諧波角頻率和相位角。常見的周期性載荷又包括以下兩種常見的周期性載荷又包括以下兩種 簡諧載荷；簡諧載荷；復(fù)雜周期載荷；復(fù)雜周期載荷；)sin()(00tXtXtX （ ） ：t時刻的載荷幅值；時刻的載荷幅值； 0

13、X：最大的載荷幅值；：最大的載荷幅值； 0002：角頻率，角頻率：角頻率，角頻率與周期與周期T的關(guān)系為：的關(guān)系為：T=：相位角：相位角 式中：式中： 由于余弦函數(shù)通過改變相位可轉(zhuǎn)化為正弦函數(shù)，所以用余弦函數(shù)表示的載由于余弦函數(shù)通過改變相位可轉(zhuǎn)化為正弦函數(shù)，所以用余弦函數(shù)表示的載荷也是諧波載荷。荷也是諧波載荷。 1、簡諧載荷（、簡諧載荷（諧波載荷）諧波載荷） 以以正弦規(guī)律變化正弦規(guī)律變化的載荷，是最簡單的一種周期載荷。的載荷，是最簡單的一種周期載荷。 簡諧載荷可用數(shù)學(xué)公式和圖象表示。簡諧載荷可用數(shù)學(xué)公式和圖象表示。2、復(fù)雜周期載荷、復(fù)雜周期載荷任何復(fù)雜的周期載荷，都可分解成無限個簡諧載荷相疊加的

14、形式任何復(fù)雜的周期載荷，都可分解成無限個簡諧載荷相疊加的形式(傅里葉傅里葉級數(shù)級數(shù))。 0001( )cos()sin()2nnnax tantbnt, 3 , 2 , 1n復(fù)雜載荷的數(shù)學(xué)表達式為：復(fù)雜載荷的數(shù)學(xué)表達式為：（3-1）)cos(2)(010nnntncatx式式(3-1)又可以表示為：又可以表示為：式中：式中：)(nnabnarctg相位角相位角)2, 1(0nn諧波角頻率諧波角頻率nanb0、見見(P453-1)式。式。 （3-2）22nnnbac輻值輻值周期性載荷可表示為：均值為周期性載荷可表示為：均值為 的的靜態(tài)分量靜態(tài)分量和和無窮多個諧波無窮多個諧波分量分量： 20a相疊

15、加的形式。相疊加的形式。 10)cos(inntnc)cos(2)(010nnntncatx 通常根據(jù)對精度的要求，諧波分量只取前通常根據(jù)對精度的要求，諧波分量只取前n項。如取項。如取n=3，周期載荷可表，周期載荷可表示為：示為： 靜態(tài)分量靜態(tài)分量一次分量一次分量(諧波諧波)二次分量二次分量(諧波諧波)三次分量三次分量(諧波諧波)3cos()2cos()cos(2)(3032021010tctctcatx和和3個諧波分量相疊加的形式。個諧波分量相疊加的形式。這樣周期性載荷就表示為：靜態(tài)分量這樣周期性載荷就表示為：靜態(tài)分量20a各諧波分量與一次分量的頻率比為正整數(shù)：各諧波分量與一次分量的頻率比為

16、正整數(shù)： 2200tt3300tt， 1、準周期載荷：、準周期載荷：是指若干個頻率比是有理數(shù)的正弦量合成的載荷是指若干個頻率比是有理數(shù)的正弦量合成的載荷,仍仍可用數(shù)學(xué)公式表達。可用數(shù)學(xué)公式表達。(二二)非周期載荷非周期載荷非周期載荷包括非周期載荷包括準周期載荷準周期載荷和和瞬變載荷瞬變載荷兩類。兩類。 2、瞬變載荷：、瞬變載荷：作用時間短、幅值變化大。可采用傅里葉變換建立載荷的作用時間短、幅值變化大?？刹捎酶道锶~變換建立載荷的時域函數(shù)和頻域函數(shù)之間的一一對應(yīng)關(guān)系。時域函數(shù)和頻域函數(shù)之間的一一對應(yīng)關(guān)系。deFtxtj)(21)(dtetxFtj)()(3-3)(3-4)時域函數(shù)時域函數(shù)頻域函數(shù)頻

17、域函數(shù) 準周期載荷和瞬變載荷都是確定性載荷準周期載荷和瞬變載荷都是確定性載荷. . 時域函數(shù)時域函數(shù)x(t)是頻域函數(shù)是頻域函數(shù)F()的反付里葉變換；而的反付里葉變換；而F()是是x(t)的正付里葉的正付里葉變換。變換。 隨機載荷是指載荷的幅值和頻率隨時間無規(guī)律變化的載荷，隨機載荷隨機載荷是指載荷的幅值和頻率隨時間無規(guī)律變化的載荷，隨機載荷不能直接用一個數(shù)學(xué)式確切地表示不能直接用一個數(shù)學(xué)式確切地表示。(三三)隨機載荷隨機載荷載荷隨時間變化情況叫載荷隨時間變化情況叫載荷歷程載荷歷程，隨機載荷的載荷歷程可見，隨機載荷的載荷歷程可見P46圖圖3-1。 在統(tǒng)計學(xué)上把采得的每一個紀錄叫一個在統(tǒng)計學(xué)上把采

18、得的每一個紀錄叫一個子樣子樣，圖，圖3-1中采得了中采得了n個子樣：個子樣：x1(t)、x2(t)xn(t)。當子樣個數(shù)。當子樣個數(shù)n接近無窮多時，就組成了接近無窮多時，就組成了被測載荷的總體被測載荷的總體-母母體體。實際上子樣個數(shù)。實際上子樣個數(shù)n只能是有限個，只能通過這有限個子樣，用統(tǒng)計學(xué)的只能是有限個，只能通過這有限個子樣，用統(tǒng)計學(xué)的方法得到能代表母體特性譜型。方法得到能代表母體特性譜型。 汽車、拖拉機、水輪機、飛機等在復(fù)雜條件下工作的機械，就承受隨機汽車、拖拉機、水輪機、飛機等在復(fù)雜條件下工作的機械，就承受隨機載荷。由于外界條件變化無常，測量結(jié)果是不可確定的。載荷。由于外界條件變化無常

19、，測量結(jié)果是不可確定的。 由于隨機載荷具有不可確定性，所以不能應(yīng)用隨機載荷直接進行強度、由于隨機載荷具有不可確定性，所以不能應(yīng)用隨機載荷直接進行強度、剛度等計算，剛度等計算，必須用必須用數(shù)理統(tǒng)計數(shù)理統(tǒng)計的方法，總結(jié)出隨機載荷的統(tǒng)計規(guī)律，才能進的方法，總結(jié)出隨機載荷的統(tǒng)計規(guī)律，才能進行相應(yīng)的計算行相應(yīng)的計算。隨機載荷是由現(xiàn)場實測獲得，這個過程叫隨機載荷是由現(xiàn)場實測獲得，這個過程叫采樣采樣。 以對載重汽車采樣為例，在所得的一系列以對載重汽車采樣為例，在所得的一系列“載荷載荷-時間歷程時間歷程”圖中，每次圖中，每次采樣得到的采樣得到的“載荷載荷-時間歷程時間歷程”都不相同，從而表現(xiàn)出這種載荷的隨機性

20、。都不相同，從而表現(xiàn)出這種載荷的隨機性。隨機變量隨機變量 的均值為：的均值為：)(txi), 3 , 2 , 1(ni)(1)(1txntxnii均值均值又叫又叫數(shù)學(xué)期望數(shù)學(xué)期望值，它是表示隨機變量概率分值，它是表示隨機變量概率分布集中程度的尺度。布集中程度的尺度。（3-5）(2)標準差標準差 ：2112)()(1niitxtxn是隨機變量是隨機變量 與均值與均值 之差的均方根。之差的均方根。)(txi)(tx標準差標準差 (3-6)(tx(1)均值均值隨機變量隨機變量 的標準差為：的標準差為：)(txi), 3 , 2 , 1(ni 具體在反映或表示隨機載荷時，可以通過有限個子樣求出一些數(shù)字

21、特征具體在反映或表示隨機載荷時，可以通過有限個子樣求出一些數(shù)字特征值來描述母體的基本統(tǒng)計特征，這些值來描述母體的基本統(tǒng)計特征，這些數(shù)字特征值數(shù)字特征值包括：包括： (3)方差方差V(t) ： 方差方差V(t)是表示隨機變量概率分布相對于均值分散程度的是表示隨機變量概率分布相對于均值分散程度的尺度。尺度。 niitxtxntV12)()(1)(2)(tVniitxntV12)(1)(對比對比(3-6)和和(3-7)式可得：式可得：(3-7)(3-8)(3-9)隨機變量隨機變量 的方差為：的方差為：)(txi), 3 , 2 , 1(ni0)(tx的特例，的特例，(3-7)式可變?yōu)椋菏娇勺優(yōu)椋簩τ?/p>

22、均值對于均值 (4)自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)R(t)：自相關(guān)函數(shù)：自相關(guān)函數(shù)R(t)表示隨機變量在表示隨機變量在t時刻的值與時刻的值與(t+)時刻時刻數(shù)值乘積的平均值。數(shù)值乘積的平均值。 )()(1),(1txtxnttRinii(3-10)(txi), 3 , 2 , 1(ni自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)R(t，t+)為為隨機變量隨機變量 非平穩(wěn)隨機過程：均值非平穩(wěn)隨機過程：均值 、方差、方差V(t)、自相關(guān)函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)R(t)均與時刻均與時刻t有關(guān)。有關(guān)。)(tx 平穩(wěn)隨機過程：均值平穩(wěn)隨機過程：均值 、方差、方差V(t)、自相關(guān)函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)R(t)均與時刻均與時刻t無關(guān)。無關(guān)。)(tx 對于

23、一般的隨機過程，理論上講只有從無窮個樣本中才能得出準確地反對于一般的隨機過程，理論上講只有從無窮個樣本中才能得出準確地反映隨機過程特征的數(shù)字特征值，但增加樣本個數(shù)具有一定的難度，只能對有映隨機過程特征的數(shù)字特征值，但增加樣本個數(shù)具有一定的難度，只能對有限個樣本進行分析處理，獲得近似的載荷譜。但對于各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程，限個樣本進行分析處理，獲得近似的載荷譜。但對于各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程，只要獲得一個樣本，就可以得到能代表整個隨機過程的載荷譜。只要獲得一個樣本，就可以得到能代表整個隨機過程的載荷譜。(5)平穩(wěn)隨機過程與各態(tài)歷經(jīng)隨機過程平穩(wěn)隨機過程與各態(tài)歷經(jīng)隨機過程 各態(tài)歷程隨機過程：平穩(wěn)隨機過程中，整

24、個母體的概率分布與任一個樣各態(tài)歷程隨機過程：平穩(wěn)隨機過程中，整個母體的概率分布與任一個樣本的概率分布相同。本的概率分布相同。)()(Ktxtxji式中：式中： i、j-1，2，ijK-某一時間延遲步數(shù)。某一時間延遲步數(shù)。二、載荷處理方法二、載荷處理方法 (一一)靜載荷、周期載荷、非周期載荷的處理靜載荷、周期載荷、非周期載荷的處理 在靜載荷下對機械零件進行強度計算時，塑性材料制成的零件，取屈服在靜載荷下對機械零件進行強度計算時，塑性材料制成的零件，取屈服強度強度 作極限應(yīng)力作極限應(yīng)力 ；脆性材料制成的零件，取強度極限；脆性材料制成的零件，取強度極限 作極限應(yīng)作極限應(yīng)力力 ，選取安全系數(shù)，選取安全

25、系數(shù)S后，就可決定許用應(yīng)力后，就可決定許用應(yīng)力 。用。用名義載荷名義載荷F與載荷系數(shù)與載荷系數(shù)K的乘積表示的乘積表示計算載荷計算載荷 ，即，即 ，這里載荷系數(shù)，這里載荷系數(shù)K是考慮是考慮載荷集中設(shè)定的。載荷集中設(shè)定的。slimBS/limCFKFFClim1、靜載荷、靜載荷 應(yīng)用強度理論由計算載荷應(yīng)用強度理論由計算載荷 可求出計算應(yīng)力可求出計算應(yīng)力 ，按強度不等式，按強度不等式 來進行靜強度計算。來進行靜強度計算。 CFCC 也可采用簡化計算法，引入也可采用簡化計算法，引入載荷系數(shù)載荷系數(shù)K求得計算載荷求得計算載荷 FC=KF ，然后再，然后再利用強度理論進行強度校核。利用強度理論進行強度校核

26、。2、周期載荷和非周期載荷、周期載荷和非周期載荷 對周期載荷和非周期載荷，可應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，如付里葉展開和付里葉變對周期載荷和非周期載荷，可應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，如付里葉展開和付里葉變換，換，找到載荷變化的規(guī)律，然后利用疲勞強度的理論進行強度計算找到載荷變化的規(guī)律，然后利用疲勞強度的理論進行強度計算。KKKKKVA決定載荷系數(shù)決定載荷系數(shù)K K時，既要考慮載荷集中，又要考慮動載荷。時，既要考慮載荷集中，又要考慮動載荷。例如例如: 對齒輪進行疲勞強度：對齒輪進行疲勞強度：考慮有動載荷的系數(shù)：考慮有動載荷的系數(shù)：KA- 使用系數(shù)；使用系數(shù)；KV-動載系數(shù)。動載系數(shù)?？紤]載荷集中的系數(shù)：考慮載荷集中的系數(shù)：K

27、-齒間載荷分配系數(shù)；齒間載荷分配系數(shù)；K-齒向載荷分布系數(shù)。齒向載荷分布系數(shù)。 使用編制的載荷譜進行疲勞強度計算或試驗時，得到的機械壽命應(yīng)盡量接使用編制的載荷譜進行疲勞強度計算或試驗時，得到的機械壽命應(yīng)盡量接近機械的實際工作壽命；近機械的實際工作壽命；(二二)隨機載荷的處理隨機載荷的處理1、載荷譜、載荷譜編譜是確定編譜是確定計算載荷計算載荷的一項重要工作，編譜時應(yīng)注意下面的一項重要工作，編譜時應(yīng)注意下面3點：點：選取的子樣必須具有典型性和代表性；選取的子樣必須具有典型性和代表性； 整個編譜過程應(yīng)能在計算機上進行，這樣大量的計算過程就可由計算整個編譜過程應(yīng)能在計算機上進行，這樣大量的計算過程就可

28、由計算機完成。機完成。2、編制載荷譜的方法（了解）、編制載荷譜的方法（了解） 通過實測得到的子樣所表示的通過實測得到的子樣所表示的“載荷載荷-時間歷程時間歷程”叫叫工作譜或使用譜工作譜或使用譜。子。子樣雖然是實際載荷，但由于自身的不可重復(fù)性和不可預(yù)測性，因此不能用某樣雖然是實際載荷，但由于自身的不可重復(fù)性和不可預(yù)測性，因此不能用某個子樣進行設(shè)計計算。個子樣進行設(shè)計計算。 如果把大量的子樣經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計方法處理后，就可得到能反映載荷隨時間如果把大量的子樣經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計方法處理后，就可得到能反映載荷隨時間變化規(guī)律，這種變化規(guī)律，這種具有統(tǒng)計特征的具有統(tǒng)計特征的“載荷載荷-時間歷程時間歷程”就稱為就稱為載荷

29、譜載荷譜。把工作譜處理成載荷譜的過程叫把工作譜處理成載荷譜的過程叫編譜編譜。進行機械設(shè)計時，載荷的大小和性質(zhì)應(yīng)由設(shè)計者來確定。進行機械設(shè)計時，載荷的大小和性質(zhì)應(yīng)由設(shè)計者來確定。 對于工作條件簡單、確定的機械，載荷確定后，在設(shè)計過程中就不再變對于工作條件簡單、確定的機械，載荷確定后，在設(shè)計過程中就不再變動動;而對工作條件復(fù)雜，影響因素較多的機械在設(shè)計過程中要調(diào)整載荷，甚至而對工作條件復(fù)雜，影響因素較多的機械在設(shè)計過程中要調(diào)整載荷，甚至有些機械，在制造出來后，才能通過實測最終確定載荷。有些機械，在制造出來后，才能通過實測最終確定載荷。 對于對于系列生產(chǎn)的機械產(chǎn)品系列生產(chǎn)的機械產(chǎn)品，確定載荷時要考慮

30、國家制訂的規(guī)格、系列或標，確定載荷時要考慮國家制訂的規(guī)格、系列或標準，例如對沖床的沖力、起重機的起重量都有準，例如對沖床的沖力、起重機的起重量都有系列公稱值系列公稱值。三、載荷的確定方法三、載荷的確定方法 有一些產(chǎn)品是以有一些產(chǎn)品是以某些表征設(shè)備能力的特征結(jié)構(gòu)尺寸為系列公稱值的某些表征設(shè)備能力的特征結(jié)構(gòu)尺寸為系列公稱值的，如，如谷物聯(lián)合收獲機以割臺寬度、鋼坯軋機以輾輥最大直徑，挖掘機以鏟斗容積谷物聯(lián)合收獲機以割臺寬度、鋼坯軋機以輾輥最大直徑，挖掘機以鏟斗容積為系列公稱值。為系列公稱值。載荷的確定通常有載荷的確定通常有3種方法：種方法：類比法、計算法和實測法類比法、計算法和實測法。（一）類比法（

31、一）類比法 應(yīng)用類比法確定載荷的應(yīng)用類比法確定載荷的先決條件先決條件：具有與所設(shè)計機械同類型的或相近類具有與所設(shè)計機械同類型的或相近類型的機械產(chǎn)品型的機械產(chǎn)品，這些，這些機械產(chǎn)品被實踐證明是成功的機械產(chǎn)品被實踐證明是成功的，這時可根據(jù)經(jīng)驗或簡單，這時可根據(jù)經(jīng)驗或簡單計算就可以確定所設(shè)計機械的載荷。計算就可以確定所設(shè)計機械的載荷。 類比法類比法不夠精確不夠精確，主要用在，主要用在載荷難以確定載荷難以確定的情況或的情況或初步設(shè)計階段初步設(shè)計階段，當樣，當樣機制造好后，再用實測法較精確地確定載荷，并對設(shè)計對象進行較精確地校機制造好后，再用實測法較精確地確定載荷，并對設(shè)計對象進行較精確地校核計算。核計

32、算。 對于對于受載不大，以傳遞運動為主的機械受載不大，以傳遞運動為主的機械，如印刷機、包裝機、儀器儀表，如印刷機、包裝機、儀器儀表等，也可用類比法最終確定載荷。等，也可用類比法最終確定載荷。動力類比動力類比: : 選擇通過實踐證實設(shè)計較成功的同一類型的機械作類比對象，調(diào)選擇通過實踐證實設(shè)計較成功的同一類型的機械作類比對象，調(diào)查該機械使用動力機的容量，如電動機的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)；再根據(jù)查該機械使用動力機的容量，如電動機的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)；再根據(jù)設(shè)計者的經(jīng)驗或通過簡單地推算，確定設(shè)計對象所需要的動力，進而確定機設(shè)計者的經(jīng)驗或通過簡單地推算，確定設(shè)計對象所需要的動力，進而確定機械及其零部

33、件的載荷。械及其零部件的載荷。 )()(2121LfLfPP )()(2121llFF（3-12） 例如要設(shè)計一臺例如要設(shè)計一臺割臺寬度為割臺寬度為L1的自走式谷物聯(lián)合收獲機。現(xiàn)有的自走式谷物聯(lián)合收獲機?，F(xiàn)有一臺割臺一臺割臺寬度為寬度為L2的同類機械的同類機械，它的動力機是功率為，它的動力機是功率為P2(KW)的柴油機。兩臺機械的作的柴油機。兩臺機械的作業(yè)對象、工作速度、滾筒、清糧裝置及傳動裝置的類型基本相同，技術(shù)要求業(yè)對象、工作速度、滾筒、清糧裝置及傳動裝置的類型基本相同，技術(shù)要求也基本相同，就可推算出設(shè)計對象的功率為：也基本相同，就可推算出設(shè)計對象的功率為：式中：式中：P=f(L)為自走式

34、谷物聯(lián)合收獲機功率與割臺寬度的函數(shù)關(guān)系，可以為自走式谷物聯(lián)合收獲機功率與割臺寬度的函數(shù)關(guān)系，可以通過對已有產(chǎn)品進行調(diào)查研究，建立這個函數(shù)關(guān)系。通過對已有產(chǎn)品進行調(diào)查研究，建立這個函數(shù)關(guān)系。尺度類比法尺度類比法. 假設(shè)現(xiàn)有機械的載荷和尺寸為假設(shè)現(xiàn)有機械的載荷和尺寸為F1和和 l1 ，它們的函數(shù)關(guān)系為，它們的函數(shù)關(guān)系為F=（l），應(yīng)用相似原理可建立），應(yīng)用相似原理可建立 (3-12)式：式： 通過通過(3-12)式就可用類比法確定設(shè)計對象的尺寸式就可用類比法確定設(shè)計對象的尺寸l2 ：2211( )( )FllF323121ddTT23211dTTd 例如設(shè)計傳動軸，其類比對象上軸所受轉(zhuǎn)矩為例如設(shè)計

35、傳動軸，其類比對象上軸所受轉(zhuǎn)矩為T2，直徑為，直徑為d2；設(shè)計對象上；設(shè)計對象上軸的轉(zhuǎn)矩為軸的轉(zhuǎn)矩為T1，直徑為，直徑為d1，兩軸的材料和工作條件相同，則可寫出：，兩軸的材料和工作條件相同，則可寫出：則則（二）計算法（二）計算法 應(yīng)用計算法確定載荷的先決條件：應(yīng)用計算法確定載荷的先決條件：計算所需的力學(xué)原理計算所需的力學(xué)原理,經(jīng)驗公式或圖表經(jīng)驗公式或圖表是已知的是已知的。函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系F=（l）可以在力學(xué)中尋找。）可以在力學(xué)中尋找。據(jù)材料力學(xué)，3161dWTgvgmWiii-各零件的質(zhì)量；各零件的質(zhì)量；im式中：式中：g -重力加速度。重力加速度。 例如例如:要設(shè)計可移式起重機，用計算法確定

36、起重機載荷的過程如下：要設(shè)計可移式起重機，用計算法確定起重機載荷的過程如下：1)確定起升載荷確定起升載荷G起升載荷起升載荷G是由兩部分組成：是由兩部分組成：G=G1+G2 G1-起重機的額定起重力起重機的額定起重力，包括正常工作條件下，物料重量和可取下的取，包括正常工作條件下，物料重量和可取下的取物裝置的重量（如抓斗、電磁吸盤）等。額定起重量物裝置的重量（如抓斗、電磁吸盤）等。額定起重量應(yīng)符合有關(guān)標準應(yīng)符合有關(guān)標準。 G2-隨物料一起升降的設(shè)備重量隨物料一起升降的設(shè)備重量，如吊具、鋼絲繩等不可取下物的重量。，如吊具、鋼絲繩等不可取下物的重量。2)起重機的整機重力起重機的整機重力W 起重機的整機

37、重力起重機的整機重力W包括：起重機全部零部件和附屬設(shè)備的重力。包括：起重機全部零部件和附屬設(shè)備的重力。 初步設(shè)計時整機重力初步設(shè)計時整機重力W難以準確確定，可以用類比法確定。設(shè)計圖紙出難以準確確定，可以用類比法確定。設(shè)計圖紙出來后，整機重力來后，整機重力W可準確地計算出來?？蓽蚀_地計算出來。整機重量為：整機重量為：i-各零件材料的密度；各零件材料的密度；iv-各零件的體積；各零件的體積； 起重機在起動或制動等不穩(wěn)定運動狀態(tài)時，會引起慣性載荷或振動載荷，起重機在起動或制動等不穩(wěn)定運動狀態(tài)時，會引起慣性載荷或振動載荷，這些載荷統(tǒng)稱為動載荷，具體有如下一些動載荷：這些載荷統(tǒng)稱為動載荷，具體有如下一些

38、動載荷：3)動載荷動載荷由起升時慣性力引起的動載荷：由起升時慣性力引起的動載荷：KGFd1式中：式中：G-起升載荷；起升載荷；K-起升動力系數(shù)，由起重機類型及工況不同，可查資料決定。起升動力系數(shù)，由起重機類型及工況不同，可查資料決定。由移動零部件慣性引起的動載荷：由移動零部件慣性引起的動載荷：dtdvmFd2式中：式中：m-起重機移動件的總質(zhì)量；起重機移動件的總質(zhì)量；dtdv-移動件的加速度。移動件的加速度。dtdwJTd-轉(zhuǎn)動件的角加速度。轉(zhuǎn)動件的角加速度。dtd式中：式中：J-轉(zhuǎn)動零部件的轉(zhuǎn)動慣量；轉(zhuǎn)動零部件的轉(zhuǎn)動慣量；由轉(zhuǎn)動零部件慣性力矩引起的動載荷：由轉(zhuǎn)動零部件慣性力矩引起的動載荷：

39、4)其它載荷：風(fēng)載其它載荷：風(fēng)載雪載等雪載等. 除上述載荷外，有些工況下還應(yīng)考慮起重機行走時的坡度阻力、貨物的除上述載荷外，有些工況下還應(yīng)考慮起重機行走時的坡度阻力、貨物的偏擺載荷以及側(cè)向力等。這些載荷在起重機的設(shè)計規(guī)范中都有詳細的分析和偏擺載荷以及側(cè)向力等。這些載荷在起重機的設(shè)計規(guī)范中都有詳細的分析和計算方法。計算方法。 用計算法確定載荷時，必須認真分析機械的作業(yè)特點、各種負載的狀況用計算法確定載荷時，必須認真分析機械的作業(yè)特點、各種負載的狀況及其影響因素，應(yīng)用靜力學(xué)和動力學(xué)計算方法確定整機的工作載荷，然后根及其影響因素，應(yīng)用靜力學(xué)和動力學(xué)計算方法確定整機的工作載荷，然后根據(jù)傳遞原理計算各零

40、部件的載荷。據(jù)傳遞原理計算各零部件的載荷。（三）實測法（三）實測法應(yīng)用實測法的條件：應(yīng)用實測法的條件：已制造出樣機或關(guān)鍵部件已制造出樣機或關(guān)鍵部件。 如要確定拖拉機變速箱各軸上的載荷，就應(yīng)在拖拉機樣機制造出來后，如要確定拖拉機變速箱各軸上的載荷，就應(yīng)在拖拉機樣機制造出來后，在變速箱各軸上貼上應(yīng)變片。當拖拉機運行時，軸承受轉(zhuǎn)矩而發(fā)生扭曲變形，在變速箱各軸上貼上應(yīng)變片。當拖拉機運行時，軸承受轉(zhuǎn)矩而發(fā)生扭曲變形，使得應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化，經(jīng)電阻應(yīng)變儀中的測量電橋，把電阻值的變化使得應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化，經(jīng)電阻應(yīng)變儀中的測量電橋，把電阻值的變化轉(zhuǎn)化成電壓信號的變化，最后由記錄儀記錄出與載荷成比例變化的

41、曲線，通轉(zhuǎn)化成電壓信號的變化，最后由記錄儀記錄出與載荷成比例變化的曲線，通過標定后就可測出轉(zhuǎn)矩的大小及變化情況。如果能夠測出軸的轉(zhuǎn)速過標定后就可測出轉(zhuǎn)矩的大小及變化情況。如果能夠測出軸的轉(zhuǎn)速n，就可計，就可計算出各軸上的功率算出各軸上的功率P。 同樣，在設(shè)計谷物聯(lián)合收獲機之前，將脫粒滾筒制造出來，進行脫粒的同樣，在設(shè)計谷物聯(lián)合收獲機之前，將脫粒滾筒制造出來，進行脫粒的臺架試驗，就可以測出各種喂入量下，脫粒滾筒消耗的功率。臺架試驗，就可以測出各種喂入量下，脫粒滾筒消耗的功率。 對于有一些機械產(chǎn)品，載荷復(fù)雜且難以確定，往往聯(lián)合使用上述三種方對于有一些機械產(chǎn)品，載荷復(fù)雜且難以確定，往往聯(lián)合使用上述三

42、種方法來進行實際載荷的確定。法來進行實際載荷的確定。 四、工作機械四、工作機械( (執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)) )的工作制的工作制 不同機械在運行時工作的持續(xù)狀況不同，如抽水用的水泵是不同機械在運行時工作的持續(xù)狀況不同，如抽水用的水泵是連續(xù)工作連續(xù)工作，車床的主軸箱是車床的主軸箱是斷續(xù)工作斷續(xù)工作，而龍門吊車的大車是，而龍門吊車的大車是短時工作短時工作，機械工作的持續(xù)，機械工作的持續(xù)狀況可以狀況可以通過工作制來反映通過工作制來反映。機械工作的持續(xù)情況就是工作機械的工作制。機械工作的持續(xù)情況就是工作機械的工作制。工作制有不同的表示形式：工作制有不同的表示形式：用用“載荷載荷-時間時間”特性曲線表示特性曲

43、線表示M1M2M3起重機的載荷起重機的載荷-時間特性曲線時間特性曲線MtTt0t3t2t1M1M2M3起重機的載荷起重機的載荷時間特性曲線時間特性曲線MtTt0t3t2t1 圖中圖中M1、M2、M3分別表示起動加速、勻速工作、減速制動時卷筒上的轉(zhuǎn)分別表示起動加速、勻速工作、減速制動時卷筒上的轉(zhuǎn)矩；矩；t1、t2、t3分別表示一個周期里上述分別表示一個周期里上述3個工況的運行時間；若用個工況的運行時間；若用tw表示一個表示一個周期里起重機的工作時間，周期里起重機的工作時間，tw= t1+t2+t3；t0表示一個周期里起重機不工作的表示一個周期里起重機不工作的時間；時間；T表示起重機的一個工作周期

44、，表示起重機的一個工作周期，T=tw+ t0。%1000tttFCWW%60FC%60%15FC%15FC工作制反映載荷持續(xù)情況。工作制反映載荷持續(xù)情況。（3-15）用每年工作多少天，每天工作多少班，每班工作多少小時用每年工作多少天，每天工作多少班，每班工作多少小時,折舊期等表示折舊期等表示.用負荷持續(xù)率用負荷持續(xù)率FC表示工作制表示工作制認為機械連續(xù)工作；認為機械連續(xù)工作；認為機械斷續(xù)工作；認為機械斷續(xù)工作；表示機械短時工作。表示機械短時工作。工作時間占總時間的百分比工作時間占總時間的百分比. . 2、動力機的機械特性動力機的機械特性：應(yīng)與工作機的負載特性相匹配；：應(yīng)與工作機的負載特性相匹配

45、； 3-2 3-2 動力機種類、機械特性及其選擇動力機種類、機械特性及其選擇 機械產(chǎn)品的動力機機械產(chǎn)品的動力機一般選用定型的動力機產(chǎn)品一般選用定型的動力機產(chǎn)品，電動機、內(nèi)燃機、液壓，電動機、內(nèi)燃機、液壓馬達、氣動馬達，都可供設(shè)計者選擇。只有當現(xiàn)有系列產(chǎn)品不適用需要時，馬達、氣動馬達，都可供設(shè)計者選擇。只有當現(xiàn)有系列產(chǎn)品不適用需要時，才專門設(shè)計動力機。設(shè)計動力機是專門設(shè)計人員的工作才專門設(shè)計動力機。設(shè)計動力機是專門設(shè)計人員的工作. 各種定型的動力機有不同的各種定型的動力機有不同的機械特性機械特性。 動力機的動力機的機械特性機械特性是指是指輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩M與輸出轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速n間的關(guān)系間的關(guān)系M

46、=f(n)，動力機，動力機的機械特性又叫的機械特性又叫輸出特性輸出特性。 了解動力機的機械特性對動力機的選擇很有用。了解動力機的機械特性對動力機的選擇很有用。選擇動力機的類型時，應(yīng)考慮如下一些因素：選擇動力機的類型時，應(yīng)考慮如下一些因素： 1、工作機的負載特性工作機的負載特性：包括載荷性質(zhì)、工作制以及對起動、制動、正反：包括載荷性質(zhì)、工作制以及對起動、制動、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速的要求；轉(zhuǎn)及調(diào)速的要求；3、動力機的容量動力機的容量：動力機的容量以動力機的容量以額定功率額定功率PN(KW)表示表示。 要滿足機械系統(tǒng)的工作要求。9549NNNnMP (3-16) 由由(3-16)可得：可得： NNNnPM9

47、549(3-17) 式中：式中： MN動力機的額定轉(zhuǎn)矩，動力機的額定轉(zhuǎn)矩，Nm； nN動力機的額定轉(zhuǎn)速，動力機的額定轉(zhuǎn)速，r/min。 動力機的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速間關(guān)系為：動力機的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速間關(guān)系為： PN動力機的額定功率，動力機的額定功率，KW； 4、機械產(chǎn)品的經(jīng)濟性：、機械產(chǎn)品的經(jīng)濟性：應(yīng)從能源供應(yīng)、使用與維護費用、動力機購置應(yīng)從能源供應(yīng)、使用與維護費用、動力機購置費用等方面分析經(jīng)濟性；費用等方面分析經(jīng)濟性； 5、作業(yè)環(huán)境：、作業(yè)環(huán)境：從機械產(chǎn)品是戶外使用還是戶內(nèi)使用、環(huán)境溫度、濕度、從機械產(chǎn)品是戶外使用還是戶內(nèi)使用、環(huán)境溫度、濕度、粉塵及通風(fēng)條件，有無防爆要求，機械產(chǎn)品是固定工作還是

48、經(jīng)常移動，以及粉塵及通風(fēng)條件，有無防爆要求，機械產(chǎn)品是固定工作還是經(jīng)常移動，以及環(huán)保要求等方面考慮。環(huán)保要求等方面考慮。 但是，選擇電動機的一個重要前提是必須具備相應(yīng)的電源，對于在但是，選擇電動機的一個重要前提是必須具備相應(yīng)的電源，對于在野外野外工作工作或者或者移動式的機械移動式的機械，由于沒有電源，不能選用電動機作動力機。，由于沒有電源，不能選用電動機作動力機。 一、電動機的種類、機械特性及其選擇一、電動機的種類、機械特性及其選擇 電動機是機械產(chǎn)品最經(jīng)常選用的動力機，與其它動力機相比較，它有下電動機是機械產(chǎn)品最經(jīng)常選用的動力機，與其它動力機相比較，它有下面一些面一些優(yōu)點優(yōu)點：驅(qū)動效率較高；驅(qū)

49、動效率較高；種類、型號較多；種類、型號較多；與工作機連接方便；與工作機連接方便；調(diào)速、起動、制動、反向控制性能好；調(diào)速、起動、制動、反向控制性能好；易于實現(xiàn)遠距離自動控制；易于實現(xiàn)遠距離自動控制；不污染工作環(huán)境。不污染工作環(huán)境。首選電動機的原因首選電動機的原因（一）電動機的種類及其機械特性（一）電動機的種類及其機械特性電動機可以采用多種分類方法：電動機可以采用多種分類方法：按電源不同，電動機分為按電源不同，電動機分為交流電動機交流電動機和和直流電動機直流電動機。 按按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速是否相同，交流電動機可分為是否相同，交流電動機可分為同步電動機同步電動機和和異步電動

50、機異步電動機。按勵磁方式不同，直流電動機可分為：按勵磁方式不同，直流電動機可分為：他勵他勵、并勵并勵、串勵串勵、復(fù)勵復(fù)勵等形式。等形式。電動機的機械特性電動機的機械特性電動機的機械特性可分為電動機的機械特性可分為固有機械特性固有機械特性和和人為機械特性人為機械特性。 固有機械特性固有機械特性：在額定電壓、額定頻率下用規(guī)定的方法接線，定子和轉(zhuǎn)：在額定電壓、額定頻率下用規(guī)定的方法接線，定子和轉(zhuǎn)子電路中不接入任何電阻和阻抗時測得的機械特性。子電路中不接入任何電阻和阻抗時測得的機械特性。 人為機械特性人為機械特性：改變電動機的某些參數(shù)如改變電壓或頻率，在定子或轉(zhuǎn)：改變電動機的某些參數(shù)如改變電壓或頻率，

51、在定子或轉(zhuǎn)子電路中接入電阻或阻抗所測得的機械特性。子電路中接入電阻或阻抗所測得的機械特性。 1、三相異步交流電動機的種類及其機械特性、三相異步交流電動機的種類及其機械特性 三相異步交流電動機的分類三相異步交流電動機的分類 三相異步交流電動機使用三相交流電三相異步交流電動機使用三相交流電，是應(yīng)用最廣泛的電動機。，是應(yīng)用最廣泛的電動機。 這種電動機種類較多，主要有下面一些類型：這種電動機種類較多，主要有下面一些類型： 三相異步電動機可分為三相異步電動機可分為籠型電動機籠型電動機和和繞線型電動機繞線型電動機。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分類按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分類 籠型電動機籠型電動機: :結(jié)構(gòu)簡單、耐用、易維護、價格低、載荷

52、變化時轉(zhuǎn)速變化較結(jié)構(gòu)簡單、耐用、易維護、價格低、載荷變化時轉(zhuǎn)速變化較?。ㄌ匦杂玻坏淦饎与娏鬏^大、起動力矩較小、調(diào)速性能差（范圍小、?。ㄌ匦杂玻?；但其起動電流較大、起動力矩較小、調(diào)速性能差（范圍小、不穩(wěn)定）、輕載時功率因數(shù)較低。（不穩(wěn)定）、輕載時功率因數(shù)較低。（起動性能差、調(diào)速性能差起動性能差、調(diào)速性能差） 對于對于沒有調(diào)速要求，起動力矩不太大的機械沒有調(diào)速要求，起動力矩不太大的機械，如水泵、機床、一些農(nóng)業(yè)，如水泵、機床、一些農(nóng)業(yè)機械等，廣泛選用籠型三相異步電動機作動力機。機械等，廣泛選用籠型三相異步電動機作動力機。 Y系列電動機系列電動機是最常見的籠型三相異步電動機。是最常見的籠型三相異步

53、電動機。 Y系列電動機按照定子的轉(zhuǎn)數(shù)可以分為：系列電動機按照定子的轉(zhuǎn)數(shù)可以分為：2級級-同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速3000r/min；4級級-同同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速1500r/min；6級級-同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速1000r/min；8級級-同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速750r/min。 有一種可以通過改變定子極數(shù)的有一種可以通過改變定子極數(shù)的變速籠型電動機變速籠型電動機（變極變速三相交流異（變極變速三相交流異步電動機），可用于小功率的有級變速傳動，可實現(xiàn)兩速、三速或四速。但步電動機），可用于小功率的有級變速傳動，可實現(xiàn)兩速、三速或四速。但與與Y系列籠型電動機相比，體積較大，價格較貴。系列籠型電動機相比，體積較大，價格較貴。

54、繞線型電動機繞線型電動機: :起動力矩較大、起動時功率因數(shù)較高起動力矩較大、起動時功率因數(shù)較高, ,可實現(xiàn)小范圍內(nèi)的可實現(xiàn)小范圍內(nèi)的調(diào)速，且調(diào)速控制簡單；但與籠型電動機相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護較麻煩、價調(diào)速，且調(diào)速控制簡單；但與籠型電動機相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護較麻煩、價格較貴。格較貴。 繞線型電動機廣泛用于繞線型電動機廣泛用于起動次數(shù)較多起動次數(shù)較多，起動時負載較大起動時負載較大、或、或需要小范圍需要小范圍調(diào)速調(diào)速的機械。如起重機、提升機、軋鋼機等。的機械。如起重機、提升機、軋鋼機等。 YZR系列冶金系列冶金及及起重三相異步電動機起重三相異步電動機是最簡單的繞線型電動機。是最簡單的繞線型電動機。 說

55、明：說明：功率因數(shù)功率因數(shù)每種電機系統(tǒng)均消耗兩大功率，分別是真正的有用每種電機系統(tǒng)均消耗兩大功率，分別是真正的有用功及電抗性的無用功。功及電抗性的無用功。功率因數(shù)功率因數(shù)是有用功與總功率間的比率。功率因數(shù)越是有用功與總功率間的比率。功率因數(shù)越高，有用功與總功率間的比率便越高，系統(tǒng)運行則更有效率。高，有用功與總功率間的比率便越高，系統(tǒng)運行則更有效率。 按外殼結(jié)構(gòu)型式分類按外殼結(jié)構(gòu)型式分類 三相異步電動機按外殼結(jié)構(gòu)型式可分為：三相異步電動機按外殼結(jié)構(gòu)型式可分為：開啟式開啟式、防護式防護式、封閉式封閉式和和防防爆式爆式。 開啟式電動機開啟式電動機：外殼無專門的防護結(jié)構(gòu)，水滴、灰塵等雜物易侵入電動機外

56、殼無專門的防護結(jié)構(gòu)，水滴、灰塵等雜物易侵入電動機內(nèi)部，但散熱性能較好，只能用于環(huán)境清潔、干燥的室內(nèi)。端蓋有開口，從外內(nèi)部，但散熱性能較好，只能用于環(huán)境清潔、干燥的室內(nèi)。端蓋有開口，從外部能看到內(nèi)部。部能看到內(nèi)部。 防護式電動機防護式電動機：上部有防護罩，可防止各種雜物從上部浸入電動機，適上部有防護罩，可防止各種雜物從上部浸入電動機，適用于較清潔的環(huán)境。用于較清潔的環(huán)境。 封閉式電動機封閉式電動機：電機端蓋完全密封，可防止各類雜物從任意方向侵入電電機端蓋完全密封，可防止各類雜物從任意方向侵入電動機內(nèi)部，適用于多塵、風(fēng)沙較多的環(huán)境。動機內(nèi)部，適用于多塵、風(fēng)沙較多的環(huán)境。 Y系列電動機屬于全封閉電動

57、機。系列電動機屬于全封閉電動機。 防爆式電動機防爆式電動機：可防止雜物侵入，用于環(huán)境有可燃氣體容易引起爆炸危可防止雜物侵入，用于環(huán)境有可燃氣體容易引起爆炸危險如礦井等特殊環(huán)境的場所里。主要用于煤礦、是有、天然氣、石油化工等。險如礦井等特殊環(huán)境的場所里。主要用于煤礦、是有、天然氣、石油化工等。采用隔爆外殼把可能產(chǎn)生火花、電弧、和危險溫度的電氣部分與周圍爆炸性采用隔爆外殼把可能產(chǎn)生火花、電弧、和危險溫度的電氣部分與周圍爆炸性氣體隔開。氣體隔開。按安裝型式分類按安裝型式分類 三相異步電動機可分為三相異步電動機可分為臥式臥式和和立式立式； 又可分為又可分為機體帶底腳機體帶底腳、端蓋有凸緣端蓋有凸緣，既

58、有底腳又有凸緣既有底腳又有凸緣等型式。等型式。 此外，還有此外，還有齒輪減速異步電動機齒輪減速異步電動機（電動機上帶齒輪減速器，輸出減速后的（電動機上帶齒輪減速器，輸出減速后的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，在減速器分類時又叫聯(lián)體式減速器。）、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，在減速器分類時又叫聯(lián)體式減速器。）、電磁調(diào)速異步電動機電磁調(diào)速異步電動機、異異步整流子變速電動機步整流子變速電動機，后兩種電動機可輸出在一定范圍里變化的轉(zhuǎn)速。，后兩種電動機可輸出在一定范圍里變化的轉(zhuǎn)速。nn0 三相三相異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性A.三相異步電動機的轉(zhuǎn)差率三相異步電動機的轉(zhuǎn)差率S設(shè)三相異步電動機設(shè)三相異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（輸出轉(zhuǎn)速）為轉(zhuǎn)

59、子轉(zhuǎn)速（輸出轉(zhuǎn)速）為n，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為n0，并，并且滿足且滿足轉(zhuǎn)差率的定義為：轉(zhuǎn)差率的定義為：%10000nnnS 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率是三相異步電動機的重要參數(shù)，不同運行狀態(tài)下，電動機的轉(zhuǎn)差是三相異步電動機的重要參數(shù)，不同運行狀態(tài)下，電動機的轉(zhuǎn)差率不相同。率不相同?？蛰d時：空載時：滿載時：滿載時：%5 . 0S%5 . 0S 載荷越大，轉(zhuǎn)差率載荷越大，轉(zhuǎn)差率S S越大。三相異步電動機具有越大。三相異步電動機具有轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率S S隨載荷變化不大隨載荷變化不大的特點。的特點。 三相異步電動機三相異步電動機定子繞組有兩種接法：定子繞組有兩種接法：三角形接法三角形接法(型型) 和和星形接法星形

60、接法(Y型型) 。B.三相異步電動機銘牌上的參數(shù)三相異步電動機銘牌上的參數(shù) 三相異步電動機銘牌上應(yīng)標明的參數(shù)：額定功率三相異步電動機銘牌上應(yīng)標明的參數(shù)：額定功率PN、額定電壓、額定電壓UN、額定、額定電流電流IN、額定頻率、額定頻率fN、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速nN、相數(shù)、相數(shù)(三相、單相三相、單相)、繞組接法繞組接法、外殼防護、外殼防護類型、絕緣等級等內(nèi)容。類型、絕緣等級等內(nèi)容。ABCXYZAZBYXC 常用的常用的Y系列小型三相異步電動機，采用型接法，額定電壓為系列小型三相異步電動機，采用型接法，額定電壓為220V；采用采用Y型接法，額定電壓為型接法，額定電壓為380V。C.三相異步電動機的固有