机械系统的载荷特性和动力机的选择.pptx

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1、基本内容：基本内容：1.机械系统能量流设计的任务；机械系统能量流设计的任务；2.机械系统能量流系统分析；机械系统能量流系统分析；3.工作机械载荷分析；工作机械载荷分析；4.普通动力机的种类、特性和选用；普通动力机的种类、特性和选用；5.伺服驱动装置（自学）；伺服驱动装置（自学）；6.能量流系统设计的一般步骤。能量流系统设计的一般步骤。重点和难点：重点和难点：1.机械系统能量流系统分析；机械系统能量流系统分析；2.工作机械载荷分析；工作机械载荷分析；3.普通动力机的种类、特性和选用；普通动力机的种类、特性和选用；4.能量流系统设计的一般步骤。能量流系统设计的一般步骤。电能电能机械能机械能化学能化

2、学能热能热能机械能机械能机械能机械能电能电能机械能机械能气体位能气体位能（1）电动机的能量流电动机的能量流（2）内燃机的能量流内燃机的能量流（3）发电机的能量流发电机的能量流（4）压气机的能量流压气机的能量流驱驱动动装装置置执执行行部部件件维持各环节或子系统的运动维持各环节或子系统的运动通过传递、损耗、储存、转化等有关过程，通过传递、损耗、储存、转化等有关过程，完成机械系统的有关功能完成机械系统的有关功能驱驱动动装装置置电力驱动（电动机）电力驱动（电动机）液压驱动（液压泵、液压马达）液压驱动（液压泵、液压马达）气压驱动（气压马达）气压驱动（气压马达）热机（内燃机、汽轮机等）热机（内燃机、汽轮机

3、等）合适的驱动装置合适的驱动装置（动力机）（动力机）进行能量流设计应解决四个方面的问题：进行能量流设计应解决四个方面的问题：（1）机械系统中能量流动状况和特征分析；）机械系统中能量流动状况和特征分析；（2）工作机械的载荷计算；）工作机械的载荷计算；（3）驱动装置的选择；）驱动装置的选择；（4）系统能量匹配与设计。）系统能量匹配与设计。一、能量流系统分析一、能量流系统分析1.1.机械系统的能量流程机械系统的能量流程ELEI机械系统机械系统EsEC对于某一时间段对于某一时间段机械系统的机械系统的能量流能量流EI输入到机械系统的能量；输入到机械系统的能量；EC克服工作机构负载而做功的能量，是机械系统

4、的有效能；克服工作机构负载而做功的能量，是机械系统的有效能；ES系统广义储能，是系统贮存和释放能量的代数和；系统广义储能，是系统贮存和释放能量的代数和； EL系统损耗的总能量；系统损耗的总能量；对于某一时刻对于某一时刻机械系统的机械系统的瞬态能量流（一）瞬态能量流（一）PI输入总功率，输入总功率， PI dEI/dt ；PC克服执行机构负载的功率，克服执行机构负载的功率， PCdEC/dt ；PL损耗总功率，损耗总功率，PL dEL/dt ；PI机械系统机械系统PLPCdEsdtPL Pu+ Pa非载荷功率：非载荷功率： PC 0，用，用 Pu 表示表示。附加损耗功率：附加损耗功率：又称载荷损

5、耗，又称载荷损耗，PC0，用，用Pa 表示表示。损耗总功率损耗总功率PL对于某一时刻对于某一时刻机械系统的机械系统的瞬态能量流（二）瞬态能量流（二）PI机械系统机械系统PaPCdEsdtPuPI +Pu+ Pa+ PCdEsdtPIPu+ Pa+ PC若忽略过渡过程的影响，即只考虑机床稳态运行时，有若忽略过渡过程的影响，即只考虑机床稳态运行时，有2.2.机械系统能量流理论及其应用简介机械系统能量流理论及其应用简介机械工作状态能量信息论机械工作状态能量信息论理论：理论：机械系统的能量流动状态是工作机械运行状态的机械系统的能量流动状态是工作机械运行状态的 综合反映。综合反映。应用：应用：对工作过程

6、实施状态监控和故障诊断。对工作过程实施状态监控和故障诊断。机械工作过程节能效益论机械工作过程节能效益论一方面，工作的能量只占总耗能量的一方面，工作的能量只占总耗能量的30；一方面，机械的能量损失是一种有害的损失。一方面，机械的能量损失是一种有害的损失。理论：理论：恶果：恶果：磨损、噪声、振动、热变形等磨损、噪声、振动、热变形等措施：措施：减少机械的能量损失减少机械的能量损失机械工作过程能量损失论机械工作过程能量损失论PL Pu+ Pa 机械工作过程一般是变负载工作过程机械工作过程一般是变负载工作过程理论：理论：恶果：恶果：能量利用率低能量利用率低能量效率能量效率)()()(tPtPtIC能量利

7、用率能量利用率U：整个工作过程的有效能和输入总能量的比值。整个工作过程的有效能和输入总能量的比值。TTdttPdttPU0I0C)()(二、工作机械载荷分析二、工作机械载荷分析载荷：载荷：机械在工作中受到的外力。机械在工作中受到的外力。工作载荷：工作载荷：驱动载荷：起重机驱动载荷：起重机 制动载荷：制动器制动载荷：制动器 阻力载荷：带式输送机、车辆的摩擦阻力，阻力载荷：带式输送机、车辆的摩擦阻力， 曲柄压力机的曲轴转矩。曲柄压力机的曲轴转矩。动力载荷：动力载荷：惯性载荷惯性载荷 （弹性）振动载荷（弹性）振动载荷 冲击（振动）载荷冲击（振动）载荷自然载荷自然载荷：自重载荷：自重载荷 风力载荷风力

8、载荷 水力载荷水力载荷 温度载荷温度载荷按载荷产生的来源分按载荷产生的来源分载荷类型载荷类型力力 力矩力矩 转矩转矩 压力压力 功率功率 加速度加速度按载荷表示的形式分按载荷表示的形式分载荷历程：载荷历程：载荷时间历程的简称。动载荷随时间变化的规律。载荷时间历程的简称。动载荷随时间变化的规律。按载荷是否随时间变化分：按载荷是否随时间变化分：静载荷、动载荷静载荷、动载荷按动载荷的载荷历程分按动载荷的载荷历程分周期载荷周期载荷: 载荷的幅值和频率在某一时域保持不变。载荷的幅值和频率在某一时域保持不变。简谐载荷简谐载荷冲击载荷冲击载荷复杂周期载荷复杂周期载荷 非周期载荷非周期载荷: : 载荷的幅值和

9、频率都随时间变化。其变载荷的幅值和频率都随时间变化。其变化有一定规律并可重复，可用一定的数学公式来表达。化有一定规律并可重复，可用一定的数学公式来表达。准周期载荷准周期载荷瞬变载荷瞬变载荷随机载荷随机载荷: 不可能用确定的数学关系来描述，不可能用确定的数学关系来描述，但可以对它进行统计计数处理。但可以对它进行统计计数处理。 (1)(1)拉伸或压缩载荷拉伸或压缩载荷 (2)(2)弯曲载荷弯曲载荷 (3)(3)扭转载荷扭转载荷按载荷作用的形式分：按载荷作用的形式分：简谐载荷简谐载荷冲击载荷冲击载荷复杂周期载荷复杂周期载荷随机载荷随机载荷静载荷静载荷：它的处理较为简单，可用静强度判据来设计计算。：它

10、的处理较为简单，可用静强度判据来设计计算。动载荷动载荷：为了简化计算，也采用名义载荷乘以大于：为了简化计算，也采用名义载荷乘以大于1的动载的动载 因数的办法，将动载荷转化为静载荷进行近似的因数的办法，将动载荷转化为静载荷进行近似的 设计计算。设计计算。周期载荷和非周期载荷周期载荷和非周期载荷：为确定性载荷，即可：为确定性载荷，即可对周期载荷进对周期载荷进 行傅里叶展开行傅里叶展开，对非周期载荷进对非周期载荷进 行傅里叶变换行傅里叶变换以获得它们的变化以获得它们的变化 规律，从而规律，从而利用疲劳强度理论利用疲劳强度理论进进 行设计计算。行设计计算。随机载荷随机载荷：是一种无规律的不重复的载荷，

11、对它只能进行统：是一种无规律的不重复的载荷，对它只能进行统 计处理。计处理。各种载荷的处理各种载荷的处理峰值法、量程法、水平穿级法峰值法、量程法、水平穿级法工作机械的负载特性：工作机械的负载特性：工作机械的转矩工作机械的转矩M与转速与转速n之间的关系。之间的关系。负载负载 恒转矩恒转矩(Constant torque) 转矩是转速转矩是转速n的函数的函数 位能性负载位能性负载 反抗性负载反抗性负载 直线关系直线关系 二次方关系二次方关系 n-M曲线曲线特性特性转矩转矩M为常数为常数 转矩转矩M大小相同，大小相同，方向随转速方向随转速n的方的方向发生变化向发生变化 转矩转矩M与转速与转速n之间有

12、一定的函数之间有一定的函数关系，即关系，即M =f(n)， M随随n 增大而增大而增大增大 举例举例 起重机、起重机、提升机构、提升机构、卷扬机卷扬机 摩擦负载摩擦负载 滑动轴承试验台滑动轴承试验台( (润滑油的粘滞润滑油的粘滞阻力矩阻力矩) ) 离心式风机与离心式风机与水泵、船舶螺水泵、船舶螺旋桨旋桨( (靠改变转靠改变转速来改变风量速来改变风量或水量或水量) ) nMOnMOCnMOnMOC-C工作机械的负载特性：工作机械的转矩工作机械的负载特性：工作机械的转矩M与转速与转速n之间的关系。之间的关系。负载负载 转矩是行程转矩是行程s或或转角转角的函数的函数 转矩随时间转矩随时间t变化无规律

13、变化无规律 恒转速恒转速 Constant revolution 恒功率恒功率 n-M曲线曲线特性特性M=f(s)或或M=f () 转矩转矩M为随机变量为随机变量 n为常数，而为常数，而M从从0 0变化到一定数值变化到一定数值 功率为常数，功率为常数， M 、 n 或或M 、 n 举例举例 采用连杆机构的采用连杆机构的工作机：活塞式工作机：活塞式空气压缩机，曲空气压缩机，曲柄压力机，轧钢柄压力机，轧钢厂的剪切机、升厂的剪切机、升降摆动台、翻钢降摆动台、翻钢机机 破碎机、破碎机、球磨机球磨机 电厂发电机电厂发电机（由汽轮机或水（由汽轮机或水轮机驱动轮机驱动) ) 机床切削加工机床切削加工, ,造

14、纸、纺织和轧造纸、纺织和轧钢设备中的卷取钢设备中的卷取机构机构( (牵引力恒牵引力恒定定) )，工程机械，工程机械 nMOnMOCs,MOtMO工作机械载荷的构成工作机械载荷的构成这部分载荷应按所设计设备的最大允许工作这部分载荷应按所设计设备的最大允许工作能力来取能力来取工作阻力工作阻力摩擦力摩擦力自重载荷自重载荷外部动载荷外部动载荷传动系统的动载荷传动系统的动载荷设计时，一般参考同型的参数接近的已有设设计时，一般参考同型的参数接近的已有设备的自重作初步选定备的自重作初步选定机械由于运动状态变化而产生的动态力机械由于运动状态变化而产生的动态力在启动或制动过程中，除各执行构件外，传动系统的各构在

15、启动或制动过程中，除各执行构件外，传动系统的各构件上也将产生振动或冲击力的作用，从而引起传动系统的件上也将产生振动或冲击力的作用，从而引起传动系统的动载荷。动载荷。其他载荷其他载荷工作机械载荷的确定方法工作机械载荷的确定方法相似类比法相似类比法原理：原理：参照同类或相近的机械，根据经验或简单的计算参照同类或相近的机械，根据经验或简单的计算 确定所设计机械的载荷。确定所设计机械的载荷。应用：应用：（1 1）载荷较难确定的场合或设计的初步阶段；）载荷较难确定的场合或设计的初步阶段； （2 2）不需精确确定载荷的情况。）不需精确确定载荷的情况。 几何尺寸类比关系式几何尺寸类比关系式 2121LfLf

16、FF动力类比关系式动力类比关系式 2121LfLfPP2121LfLfTT或或 F1、L1、P1、T1现设计机械的载荷、尺寸；现设计机械的载荷、尺寸； F2、L2、P2、T2现有机械的载荷、尺寸。现有机械的载荷、尺寸。f (L)该类机械的尺寸该类机械的尺寸L和载荷和载荷F 间的函数关系。间的函数关系。几何相似：几何相似：表示两个机械的对应构件的尺寸、比例相同，表示两个机械的对应构件的尺寸、比例相同，形状相似及对应角相等；形状相似及对应角相等；运动相似：运动相似：表示两机械工作在相同工况时，其对应构件表示两机械工作在相同工况时，其对应构件的对应点运动速度、位移成比例且方向一致；的对应点运动速度、

17、位移成比例且方向一致；动力相似：动力相似：表示两机械工作在相同的工况时，其对应构表示两机械工作在相同的工况时，其对应构件上的对应点受力成比例，方向相同。件上的对应点受力成比例，方向相同。相似原理包括几何相似、运动相似、动力相似。相似原理包括几何相似、运动相似、动力相似。煤矿机械水泵和风机就是依照相似原理进行设计的。煤矿机械水泵和风机就是依照相似原理进行设计的。几何相似是运动相似的先决条件几何相似是运动相似的先决条件，没有几何相似就没有运动，没有几何相似就没有运动相似和动力相似。但相似和动力相似。但几何相似不一定运动相似和动力相似。几何相似不一定运动相似和动力相似。只有工作在对应的工况时，才能运

18、动相似和动力相似。只有工作在对应的工况时，才能运动相似和动力相似。下面以下面以水泵水泵为例进行分析。为例进行分析。321521212121321212212212121nnDDNNnnDDQQnnDDHHH1、H2新设计水泵和参考水泵的水头，新设计水泵和参考水泵的水头，m；1、2新设计水泵和参考水泵输送流体的密度，新设计水泵和参考水泵输送流体的密度，kg/m3；D1、D2新设计水泵和参考水泵的叶轮直径，新设计水泵和参考水泵的叶轮直径，m；n1、n2新设计水泵和参考水泵的转速，新设计水泵和参考水泵的转速，r/min；Q1、Q2新设计水泵和参考水泵的流量，新设计水泵和参考水泵的流量，m3/s；N1

19、、N2新设计水泵和参考水泵的功率，新设计水泵和参考水泵的功率，kW。该式表明，两泵几何相似，该式表明，两泵几何相似，在对应工况处的在对应工况处的扬程扬程、流量流量及及功率功率间的相似关系。间的相似关系。例如：例如：两泵转速相同且水密度不变，两泵转速相同且水密度不变，若叶轮直径若叶轮直径D1D22时，则新泵扬程为参考泵的时，则新泵扬程为参考泵的4倍倍；若流量增加到；若流量增加到8倍倍，功率增，功率增加到加到32倍倍。可以依此结果作为新泵设计的依据。可以依此结果作为新泵设计的依据。除水泵、风机之外，绞车、减速器等许多除水泵、风机之外，绞车、减速器等许多机械的设计均是从类比法入手的。机械的设计均是从

20、类比法入手的。321521212121321212212212121nnDDNNnnDDQQnnDDHH设两泵转速相同且水密度不变，设两泵转速相同且水密度不变，若叶轮直径若叶轮直径D1D22时，时，问：问：新泵扬程、流量、功率？新泵扬程、流量、功率？转矩转矩 T=FD/2 （Nm）功率功率 P= Fv/1000= T/1000 （kW）功率功率 P= Tn/9549（kW）实际测量法实际测量法实测法：实测法：用试验分析测定载荷的方法用试验分析测定载荷的方法 应应 用：用：创新或研制的机械，且载荷的确定较重要。创新或研制的机械，且载荷的确定较重要。非电量的电测法非电量的电测法利用测力传感器、显示

21、器及其他电利用测力传感器、显示器及其他电子仪器组成的测量系统，将机械的子仪器组成的测量系统，将机械的载荷转化电量参数进行测量。载荷转化电量参数进行测量。可将不同的被测参数转换成相同的电量参数，因此可将不同的被测参数转换成相同的电量参数，因此 可以使用相同的测量和记录仪器；可以使用相同的测量和记录仪器；输出的信号可以作远距离传输，有利于远距离操作输出的信号可以作远距离传输，有利于远距离操作 和自动控制；和自动控制；采用电测法可对变化中的参数进行动态测量，因而采用电测法可对变化中的参数进行动态测量，因而 可以测量和记录其瞬时值及变化过程；可以测量和记录其瞬时值及变化过程； 易于同许多后续的数据处理

22、仪器联用，从而能够对易于同许多后续的数据处理仪器联用，从而能够对 复杂的结果进行计算和处理。复杂的结果进行计算和处理。优点优点实测法实测法对样机或主要构件进行仿真动力测试，以确对样机或主要构件进行仿真动力测试，以确定其实际受力大小及受力情况，并以此定其实际受力大小及受力情况，并以此作为该机械作为该机械中主要零部件设计的根据。中主要零部件设计的根据。 实测法有应变电测法、光学法和声学法等。实测法有应变电测法、光学法和声学法等。应变电测法是以应变计为传感元件进行实测。它是应应变电测法是以应变计为传感元件进行实测。它是应用最广泛、使用最成熟的一种方法。用最广泛、使用最成熟的一种方法。实测法常用于对类

23、比法设计出的样机进行实测鉴定。实测法常用于对类比法设计出的样机进行实测鉴定。适用于工程结构、受力复杂及边界条件难于确定的问题适用于工程结构、受力复杂及边界条件难于确定的问题和单靠理论难以确定的载荷的情况。和单靠理论难以确定的载荷的情况。光学方法光学方法是用光弹性法来解决平面或空间问题的一种有效是用光弹性法来解决平面或空间问题的一种有效方法，解决平面问题比较成熟。方法，解决平面问题比较成熟。声学方法声学方法主要用于探伤；主要用于探伤；电测和光测正向数据采集、处理与分析自动化方向发展，电测和光测正向数据采集、处理与分析自动化方向发展，是未来的发展方向。是未来的发展方向。计算法计算法Concept：

24、根据机械的功能要求和结构特点，运用静力学、根据机械的功能要求和结构特点，运用静力学、 动力学、经验公式或图表等计算确定载荷的方法。动力学、经验公式或图表等计算确定载荷的方法。两大类：两大类：静态设计法静态设计法和和动态设计法动态设计法。GD2回转体的重量回转体的重量G和回和回转直径转直径D平方的乘积平方的乘积飞轮矩或飞轮矩或飞轮效应飞轮效应一种考虑机械运动惯性的动力学计算方法一种考虑机械运动惯性的动力学计算方法优点优点保证机械运动平稳、加减速与制动性能良好保证机械运动平稳、加减速与制动性能良好以及能量的合理利用等。以及能量的合理利用等。例如：例如：(1)重力载荷重力载荷mg；(2)移动部分的惯

25、性载荷移动部分的惯性载荷Fma；(3)物体所受的摩擦载荷物体所受的摩擦载荷FFn等。等。上次课主要内容的回顾上次课主要内容的回顾1.1.机械系统的能量流程组成？机械系统的能量流程组成？PIPu+ Pa+ PC答：周期载荷、非周期载荷、随机载荷答：周期载荷、非周期载荷、随机载荷答：工作阻力、摩擦力、自重载荷、外部动载荷、传动答：工作阻力、摩擦力、自重载荷、外部动载荷、传动系统的动载荷、其他载荷。系统的动载荷、其他载荷。答：相似类比法、实际测量法、计算法。答：相似类比法、实际测量法、计算法。2.动载荷的类型可分哪三种？动载荷的类型可分哪三种？3.工作机械载荷的构成？工作机械载荷的构成？5.工作机械

26、载荷的确定方法？工作机械载荷的确定方法？4.工作机械的负载特性？工作机械的负载特性？工作机械的转矩工作机械的转矩M与转速与转速n之间的关系。之间的关系。GD2的含义及其与转动惯量的含义及其与转动惯量J 之间的关系之间的关系gGm/2/Dr gJGD422mrJ 对于分布对于分布质量回转体质量回转体2/2/222132/D2/D22121)(822DDDDgGdrrgLrLdrgrJ对于空心对于空心旋转体旋转体gGDJ82201D对于实心对于实心旋转体旋转体GD2与扭矩与扭矩M、转速、转速n（或角速度（或角速度）、时间）、时间t 之间的关系之间的关系dtdgGDdtdJM42MGDgdtd24或

27、或CMtGDgMdtGDg2244M为常数为常数00t024MtGDg02375nMtGDn602 nMnnGDt02375加减速时加减速时所需的所需的时间时间tnnGDM02375加减速时加减速时所需的所需的扭矩扭矩aatnGDM3752当加速时间为当加速时间为ta(s)，速度增量为，速度增量为n时，加速力矩为时，加速力矩为有效转矩（均方根转矩）有效转矩（均方根转矩）Mm4321323222121mtttttMtMtMMM1、 M2、 M3分别为加速转矩、等速转矩及减速转矩；分别为加速转矩、等速转矩及减速转矩； t1、 t2、 t3 、 t4分别与分别与M1、 M2、 M3所对应的时间以及停

28、歇时间。所对应的时间以及停歇时间。MM32m若若M1 M3M ，M20及及t1t3 t4t， t20 ，则有，则有mRMM选择控制电动机时，应使选择控制电动机时，应使mRKMM或或MR 伺服电动机的额定输出转矩；伺服电动机的额定输出转矩；Mm 换算到电动机轴上的有效扭矩；换算到电动机轴上的有效扭矩； K 安全系数。安全系数。机械工作的持续状况，如机械工作的持续状况，如连续、断续、短时工作连续、断续、短时工作等。等。不同机械对工作制的表示形式有所不同，有的机械根不同机械对工作制的表示形式有所不同，有的机械根据工艺需要或工程实践用载荷时间特性曲线表示；据工艺需要或工程实践用载荷时间特性曲线表示；标

29、准减速器、通用机械等用每天工作小时数或每天几标准减速器、通用机械等用每天工作小时数或每天几班制工作的形式，在使用因数班制工作的形式，在使用因数(或工况因数或工况因数)KA中考虑。中考虑。工作机械的工作制工作机械的工作制一般用负载持续率一般用负载持续率FC表示表示 FC tw/(tw+ t0)100% tw机械工作时间；机械工作时间；t0机械停歇时间。机械停歇时间。载荷类型载荷类型反映载荷在数值上随时间变化的特性，反映载荷在数值上随时间变化的特性，工作制工作制反映负载持续状况，反映负载持续状况，二者对机械零部件的承载能力和动力机的选择都二者对机械零部件的承载能力和动力机的选择都有影响。有影响。机

30、械系统的等效机械系统的等效GD2计算计算方法：方法：用能量守恒原理用能量守恒原理及及等效等效GD2的概念的概念，将，将GD2换算到换算到某一轴（如电动机轴或执行机构所在轴）上来计算某一轴（如电动机轴或执行机构所在轴）上来计算21212121jjkjiinivmJE机械系统的总动能为机械系统的总动能为由能量守恒原理可知，由能量守恒原理可知，等效系统与原系统的总能量应等效系统与原系统的总能量应相等相等，设原系统相对于电动机输出轴，设原系统相对于电动机输出轴1的等效转动惯的等效转动惯量为量为J，则应有，则应有212121212121jjkjiinivmJJEkjjjniiivmJJ121121dtd

31、gGDdtdJM42MGDgdtd24或或其承受的主要载荷大部分都可用计算法确定：其承受的主要载荷大部分都可用计算法确定：（1）起升载荷起升载荷：包括起重机的额定起重力和随货物一起包括起重机的额定起重力和随货物一起升降的装置（如吊具、大起升高度的钢丝绳等）的重力。升降的装置（如吊具、大起升高度的钢丝绳等）的重力。额定起重力额定起重力：指正常工作时允许起吊的货物重力与可从起：指正常工作时允许起吊的货物重力与可从起重机上取下的取物装置（如抓斗、电磁吸盘等）的重力之重机上取下的取物装置（如抓斗、电磁吸盘等）的重力之和。和。（它应符合国家标准的规定）（它应符合国家标准的规定）（2）起重机的整机重力起重

32、机的整机重力：包括起重机所有零部件和附属包括起重机所有零部件和附属设备的重力。设备的重力。在设计前起重机的整机重力是个未知数，在设计前起重机的整机重力是个未知数，此时，可以参照同类起重机进行此时，可以参照同类起重机进行类比估计类比估计，在设计完成，在设计完成后再予以修正。设计后起重机的整机重力为后再予以修正。设计后起重机的整机重力为gVgmWiii根据要求的精度程度，可按根据要求的精度程度，可按集中载荷集中载荷或或均布载荷均布载荷处理处理例例1：设计起重机：设计起重机（3）动载荷动载荷：起重机在启动或制动等不平稳运动状态时，会：起重机在启动或制动等不平稳运动状态时，会引起振动载荷和惯性载荷。引

33、起振动载荷和惯性载荷。如在提升重物时由惯性引起的动载荷为如在提升重物时由惯性引起的动载荷为KGFd1由移动部分零部件惯性引起的动载荷为由移动部分零部件惯性引起的动载荷为dtdvmFd2由转动部分零部件惯性引起的动转矩为由转动部分零部件惯性引起的动转矩为dtdJTd有时还要考虑起重机在运行中通过轨道接头或不平道路时产生有时还要考虑起重机在运行中通过轨道接头或不平道路时产生的冲击载荷，冲击载荷的大小与运行速度及路面情况有关。的冲击载荷，冲击载荷的大小与运行速度及路面情况有关。（4）风载荷风载荷：在室外工作的起重机还需要考虑风力引起的载荷在室外工作的起重机还需要考虑风力引起的载荷ACpFfnffnp

34、标准风压；标准风压；A起重机的迎风面积；起重机的迎风面积；C考虑迎风体型和起重机高度的修正系数；考虑迎风体型和起重机高度的修正系数；例例2：将多轴驱动系统的惯性载荷折算成等效的单轴系统。：将多轴驱动系统的惯性载荷折算成等效的单轴系统。折算到驱动装置轴上的等效转动惯量，折算到驱动装置轴上的等效转动惯量， Nm2。DeJDT驱动装置的驱动转矩，驱动装置的驱动转矩，Nm；DeT折算到驱动装置轴上的静阻力矩，折算到驱动装置轴上的静阻力矩，Nm；Dmi驱动装置轴与工作机构轴的转速之比；驱动装置轴与工作机构轴的转速之比；D驱动装置轴的角速度，驱动装置轴的角速度，rad/S；Dm驱动装置轴到工作机构轴的传动

35、效率；驱动装置轴到工作机构轴的传动效率；mT工作机构的静阻力矩，工作机构的静阻力矩，Nm；dtdJTTDDeDeD系统的惯性转矩系统的惯性转矩当当 不发生变化时，惯性转矩为零。否则，系统中就不发生变化时，惯性转矩为零。否则，系统中就会产生惯性负载。会产生惯性负载。DdtdJTTDDeDeDDmDmmDeiTT根据动力学定律根据动力学定律因为加速力矩因为加速力矩dtdnGDTTDDeDeD3752所以所以aatnGDM3752dtdnGDTTDDeDeD3752DDn260DeDegJgmRRmgGD442222m整个驱动系统运动部分的质量，整个驱动系统运动部分的质量，kg；R系统运动部分的质量

36、对其旋转轴的回转半径，系统运动部分的质量对其旋转轴的回转半径，m；Dn驱动装置轴的转速，驱动装置轴的转速，r/minr/min；2DeGD折算到驱动装置轴上的等效飞轮矩，折算到驱动装置轴上的等效飞轮矩， Nm2 ；将系统的转动惯量折算到将系统的转动惯量折算到驱动装置轴驱动装置轴上时，则上时，则22112211DmmDDDmmDDDeiJiJJJJJJ22112211DmmDDDmmDDDeiJiJJJJJJDeDegJGD4222212122DmmDDDeiGDiGDGDGD等效飞轮矩等效飞轮矩2DGD21GD2mGD分别为驱动装置轴、中间轴、工作分别为驱动装置轴、中间轴、工作 机构轴的飞轮矩

37、，机构轴的飞轮矩， Nm；1Di驱动装置轴的转速与中间轴的转速之比，驱动装置轴的转速与中间轴的转速之比，111nniDDDmDmDDmnniDmi驱动装置轴的转速与工作机构轴的转速之比，驱动装置轴的转速与工作机构轴的转速之比，如果系统由旋转、平移运动构件所组成，则如果系统由旋转、平移运动构件所组成，则22211DmmDrrDDDevmiJiJJJ222212122364DmmDrrDDDenvGiGDiGDGDGD移动部件的速度、质量、重力移动部件的速度、质量、重力mGmvmm当当i 较大时，各中间轴的转动惯量和飞轮矩折算到转速较高的较大时，各中间轴的转动惯量和飞轮矩折算到转速较高的驱动装置后

38、，其数值占整个系统的转动惯量的比重不大。驱动装置后，其数值占整个系统的转动惯量的比重不大。在实际工作中，为了计算方便，常不考虑中间轴的转动惯量或在实际工作中，为了计算方便，常不考虑中间轴的转动惯量或飞轮矩，而采取适当加大原动机轴上的转动惯量或飞轮矩的方飞轮矩，而采取适当加大原动机轴上的转动惯量或飞轮矩的方法来计算整个系统的等效转动惯量或飞轮矩，即法来计算整个系统的等效转动惯量或飞轮矩，即2DmmDDeiJJJ2222DmmDDeiGDGDGD系数，为系数，为1.11.252DmmDDevmJJ222364DmmDDenvGGDGD或或22211DmmDrrDDDevmiJiJJJ2222121

39、22364DmmDrrDDDenvGiGDiGDGDGD移动部件的速度、质量、重力移动部件的速度、质量、重力mGmvmm三、普通动力机的种类、特性及其选用三、普通动力机的种类、特性及其选用动力机的输出转矩与转速之间的关系。动力机的输出转矩与转速之间的关系。动力机动力机又称又称（原动机）（原动机），是一种将其他能源转换成机械，是一种将其他能源转换成机械能的装置，是机械系统中的驱动部分。能的装置，是机械系统中的驱动部分。动力机的机械特性或输出特性动力机的机械特性或输出特性电动机电动机内燃机内燃机液压马达液压马达气动马达气动马达常用的动力机常用的动力机选用动力机的依据选用动力机的依据分析工作机械的负

40、载特性分析工作机械的负载特性，包括其载荷性质、工作制、，包括其载荷性质、工作制、作业环境、结构布置等；作业环境、结构布置等；分析动力机本身的机械特性分析动力机本身的机械特性，以确定与工作机械相匹，以确定与工作机械相匹配的动力机类型；配的动力机类型；动力机容量计算动力机容量计算：容量：动力机功率的大小容量：动力机功率的大小功率与转矩、转速间的关系为功率与转矩、转速间的关系为 Pn= Mn nn /9549 或或 Mn =9549Pn/nn进行经济性分析进行经济性分析。包括能源的供应、使用和维修费用、动。包括能源的供应、使用和维修费用、动力机购置费用等；力机购置费用等；作业环境的要求作业环境的要求

41、。如是户外型还是户内型、环境温度、湿。如是户外型还是户内型、环境温度、湿度、粉尘及通风条件、有无隔爆要求、是否需经常移动还是固度、粉尘及通风条件、有无隔爆要求、是否需经常移动还是固定不动等。还要考虑对环境的污染，其中包括空气污染和噪声定不动等。还要考虑对环境的污染，其中包括空气污染和噪声污染等。污染等。1.1.电动机电动机同步电动机同步电动机电动机电动机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机异步电动机异步电动机三相异步电动机三相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机直线型直线型旋转型旋转型使用电源使用电源电动机的转速与旋转电动机的转速与旋转磁场的转速是否相同磁场的转速是否相同运动形式运动形式

42、三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机按转子结构分：按转子结构分：鼠笼型、绕线型鼠笼型、绕线型按外壳结构分：按外壳结构分：开启式、防护式、封闭式、隔爆式开启式、防护式、封闭式、隔爆式按安装方式分：按安装方式分：立式、卧式立式、卧式机座带地脚机座带地脚端盖有凸缘端盖有凸缘带底脚有凸缘带底脚有凸缘调速和启动性能差；低载荷时，功率因数低。调速和启动性能差；低载荷时，功率因数低。 载荷平稳、无需变速的、长期工作的机器，如载荷平稳、无需变速的、长期工作的机器，如水泵、金属切削机床、起重运输机、矿山机械水泵、金属切削机床、起重运输机、矿山机械优点优点构造简单、运行可靠、维护方便、效率较高

43、、价格低廉构造简单、运行可靠、维护方便、效率较高、价格低廉缺点缺点应用应用人为机械特性：人为机械特性：改变电动机的某些参数时所获得的机械特性。改变电动机的某些参数时所获得的机械特性。电电动动机机的的机机械械特特性性固有机械特性：固有机械特性：在额定电压和额定频率下在额定电压和额定频率下(直流电动机的频率为直流电动机的频率为0)，用规定，用规定的接线方法，定子和转子电路不串接任何电阻或阻抗时的的接线方法，定子和转子电路不串接任何电阻或阻抗时的机械特性；机械特性；三相异步电动机三相异步电动机额定功率额定功率PN、额定电压、额定电压UN、额定电流、额定电流IN、额定频率额定频率f (我国为我国为50

44、Hz)、额定转速、额定转速nN，定子相数、绕组接法、外壳防护型式、绝缘等级。定子相数、绕组接法、外壳防护型式、绝缘等级。三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌定子绕组可接成：星形（定子绕组可接成：星形（Y Y形形）或三角形（）或三角形（形形）前者额定电压为前者额定电压为380V 后者额定电压为后者额定电压为220VJ型和型和JO型是一般通用系列，都是笼型转子。型是一般通用系列，都是笼型转子。J型是防护式，型是防护式，JO型是封闭吹冷式。型是封闭吹冷式。功率功率0.6125kW，电压是，电压是220/380V。JQ型是有较高启动力矩的系列，容量型是有较高启动力矩的系列，容量10100kW。JR

45、型是绕线式转子电机，电压是型是绕线式转子电机，电压是220/380V、3000V或或6000V，容量容量2.8410kW。JS型是容量较大的型号，从型是容量较大的型号，从45410kW。S表示转子是深槽式的或双笼式的表示转子是深槽式的或双笼式的JRQ型和型和JSQ是为有加强绝缘的类型，电压为是为有加强绝缘的类型，电压为3000V或或6000V，容量容量1401250kW。JRZ型为冶金工业或矿山中的大型异步电机，电压为型为冶金工业或矿山中的大型异步电机，电压为3000V或或6000V，从，从1803200kW。JB型为各种防爆型的异步电机。型为各种防爆型的异步电机。我国常用的三相异步电动机型号

46、我国常用的三相异步电动机型号启动转矩启动转矩MsConcept：电动机转速电动机转速n0（s1）时，时，电动机的转矩。电动机的转矩。%10000nnns电动机的转差率电动机的转差率n三相异步电动机的转速三相异步电动机的转速n060f/p旋转磁场同步转速旋转磁场同步转速其中其中f为额定频率（为额定频率（50Hz） p为磁极对数为磁极对数（当（当MsML时，电动机才能启动。）时，电动机才能启动。）最大转矩最大转矩Mmax闷车：闷车：当负载转矩大于最大转矩当负载转矩大于最大转矩，即，即MLMmax时，电动机要停下时，电动机要停下。ne临界转速临界转速 se临界转差率临界转差率NmaxmMM过载系数过

47、载系数 或或过载能力过载能力额定转矩额定转矩MNConcept：电动机在额定负载下稳定运行电动机在额定负载下稳定运行时的输出转矩。时的输出转矩。AB段：段：Mn （不能稳定运行）（不能稳定运行）BD段：段：Mn （工作段）（工作段）硬硬特特性性在电动机的工作段，电动机在电动机的工作段，电动机的转速随转矩的增加而略降的转速随转矩的增加而略降低，这种机械特性称为。低，这种机械特性称为。适合于一般的金属切削机床适合于一般的金属切削机床1.启动转矩启动转矩Ms增大；增大；2.得到近于恒转矩的启动特性；得到近于恒转矩的启动特性；3.启动结束后，可获得与固有机启动结束后，可获得与固有机械特性一样的硬特性。

48、械特性一样的硬特性。常用于绕线型异步电动机常用于绕线型异步电动机，可减少启动级数，保证电动机可减少启动级数，保证电动机平滑加速，又能限制电流。平滑加速，又能限制电流。三相异步电动机的人为机械特性之一三相异步电动机的人为机械特性之一转子电路并联电阻或电抗的人为机械特性转子电路并联电阻或电抗的人为机械特性三相异步电动机的人为机械特性之一三相异步电动机的人为机械特性之一转子电路串接对称电阻的人为机械特性转子电路串接对称电阻的人为机械特性se随着串接电阻随着串接电阻RQ的的而而，Mmax值不变。值不变。启动力矩开始时，启动力矩开始时，Ms可随可随RQ的的而而，达到某一值后将随达到某一值后将随RQ的的而

49、而。三相异步电动机的人为机械特性之一三相异步电动机的人为机械特性之一定子电路串接对称电阻或电抗的人为机械特性定子电路串接对称电阻或电抗的人为机械特性n0不变不变, Mmax、Ms及及se可随着串接电阻可随着串接电阻Rf或电抗或电抗Rf的的而而。常用于笼型异步电动机常用于笼型异步电动机的降压启动，的降压启动，以限制电动机的启动电流。以限制电动机的启动电流。笼式电机的启动方法笼式电机的启动方法（1）直接启动直接启动缺点：启动电流对电网电压有影响。缺点：启动电流对电网电压有影响。电源容量足够大时，应尽量用此方法。电源容量足够大时，应尽量用此方法。（2）降压）降压启动启动 在定子线路中串联电抗；在定子

50、线路中串联电抗； 用自耦变压器降压启动。用自耦变压器降压启动。 星形星形-三角形启动法。适用于在正常运行时绕组是三角形启动法。适用于在正常运行时绕组是三角接法的电机。三角接法的电机。绕线式电机的启动方法：绕线式电机的启动方法：直接启动直接启动开始启动时串入的电阻较大，随电机转速的提高逐渐切除，开始启动时串入的电阻较大，随电机转速的提高逐渐切除，直至电机达到额定转矩，串入的电阻全部切除为止。直至电机达到额定转矩，串入的电阻全部切除为止。优点：可以得到较大的启动力矩，同时启动电流也减小了。优点：可以得到较大的启动力矩，同时启动电流也减小了。电机调速特性较笼式好。电机调速特性较笼式好。缺点：转子绕组