第2章-载荷与动力装置选择-机械系统设计-课件.ppt
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1、 第二章第二章载荷与动力装置选择载荷与动力装置选择一、载荷类型一、载荷类型所有机械在工作中都会受到多种所有机械在工作中都会受到多种外力的作用,这些外力工程上称之为外力的作用,这些外力工程上称之为载荷载荷。确定载荷类型、大小、变化规。确定载荷类型、大小、变化规律是机械系统设计的重要内容。用以律是机械系统设计的重要内容。用以计算强度、刚度、稳定性、可靠性和计算强度、刚度、稳定性、可靠性和寿命,选择动力机类型和容量。寿命,选择动力机类型和容量。第一节第一节机械系统的载荷分析机械系统的载荷分析 1按载荷的作用方式分类按载荷的作用方式分类直接作用载荷直接作用载荷载荷以力或力矩的形式载荷以力或力矩的形式直
2、接作用在机械上,如由工作阻力产生的直接作用在机械上,如由工作阻力产生的载荷、惯性载荷、风载荷、驱动力、制动载荷、惯性载荷、风载荷、驱动力、制动力等。力等。间接作用载荷间接作用载荷以变形的形式间接作用以变形的形式间接作用在机械上,如温度、地震的作用引起的载在机械上,如温度、地震的作用引起的载荷。荷。2.2.按零件发生变形的不同分按零件发生变形的不同分类类 拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷和扭拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷和扭转载荷转载荷。3.3.按载荷是否随时间变化分按载荷是否随时间变化分类类静载荷静载荷载荷的大小、作用位置和方载荷的大小、作用位置和方向不随时间而变,如结构的自重。向不随时间而变,如结
3、构的自重。动载荷动载荷载荷的大小和方向随时间而载荷的大小和方向随时间而变。工程中大多数机械承受的都是动变。工程中大多数机械承受的都是动载荷。载荷。工程上常把动载荷的载荷值随时工程上常把动载荷的载荷值随时间变化的规律称为间变化的规律称为载荷时间历程载荷时间历程,或简称载荷历程。或简称载荷历程。(2)冲击载荷)冲击载荷载载荷荷作作用用时时间间短短、幅幅值值大大。例例如如,锻锻锤锤在在锤锤打打坯坯料料时时所所受受的的载载荷荷就就属属于于冲冲击载荷。击载荷。(3 3)随机载荷)随机载荷 载载荷荷的的幅幅值值和和频频率率都都是是随随时时间间而而变变化化的的,不不确确定定。如如汽汽车车、拖拖拉拉机机、装装
4、载载机机、挖挖掘掘机机等等的的工工作作载载荷荷都都是是无无规规则则的的随机载荷。随机载荷。由由于于随随机机载载荷荷具具有有不不确确定定性性,因因而而只只能能应应用用数数理理统统计计方方法法才才能能获获得得它它们们的的统统计计规规律律。一一般般对对随随机机的的载载荷荷时时间间历历程程要要进进行行频频谱谱分分析析,从从幅幅值值域域、时时间间域域和和频频率率域域三个方面分析它的统计规律。三个方面分析它的统计规律。对于对于静载荷静载荷需要采用需要采用静强度静强度判据判据;对对于于动动载载荷荷就就需需应应用用疲疲劳劳强强度度的的计计算算方方法法.。也也可可用用名名义义载载荷荷乘乘以以动动载载系系数数近近
5、似似动动载载荷荷计计算算。P44表表2-3动动载载系系数数推推荐荐值值,通通过过实验得到。实验得到。二、工作载荷的确定方法二、工作载荷的确定方法工作载荷工作载荷可归纳为以下几种形式:可归纳为以下几种形式:1)摩摩擦擦力力为为主主要要工工作作载载荷荷的的机机械械,如如带带式式运运输输机、汽车机、汽车(牵引力牵引力)、装载机等;、装载机等;2)提升重物提升重物机械的工作载荷,如起重类机械;机械的工作载荷,如起重类机械;3)切削阻力切削阻力,如各种切削机床、推土机;,如各种切削机床、推土机;4)物物质质破破碎碎产产生生的的工工作作阻阻力力,如如各各种种破破碎碎机机、球磨机等;球磨机等;5)流体机械流
6、体机械工作阻力,风机、水泵等;工作阻力,风机、水泵等;6)冲压机械冲压机械工作阻力,变形阻力。工作阻力,变形阻力。确定载荷通常有三种方法:确定载荷通常有三种方法:类比类比法、计算法和实测法法、计算法和实测法。1 1类比法类比法 参参照照同同类类或或相相近近的的机机械械,根根据据经经验验或或简简单单的的计计算算确确定定所所设设计计机机械械的的载载荷荷,这这种种方方法法称称为为类类比比法法。它它主主要要应应用用在在载载荷荷较较难难确确定定的的情情况况或或初初步步设设计计阶段。仿造(测绘)。阶段。仿造(测绘)。使使用用类类比比法法确确定定载载荷荷一一般般需需要要一一定定的的实实际际经经验验,否否则则
7、容容易易出出现现载载荷荷过过大大或或过过小小的的情情况况。应应用用类类比比法法时时常常可可采采用用相相似似原原理理进进行行推推断断,其其中常用的有:中常用的有:几几何何类类比比是是在在设设计计新新机机械械时时,首首先先需需要要确确定定能能表表征征该该设设备备能能力力的的几几何何尺尺寸寸,并并根根据据现现有有这这类机械的尺寸与载荷之间的关系确定。类机械的尺寸与载荷之间的关系确定。动动力力类类比比是是选选择择一一种种同同类类的的机机械械,调调查查其其实实际际使使用用的的动动力力机机容容量量大大小小,如如电电动动机机的的转转矩矩、功功率率等等,然然后后用用简简单单的的类类比比关关系系确确定定所所设设
8、计计机机械械的的动动力力,以以此此作作为为依依据据来来推推算算机机械械及及其其零零部部件所受的载荷。件所受的载荷。100吨全地面起重机配重吨全地面起重机配重28吨时起重量表吨时起重量表不带副臂起重量表带副臂起重量表(3)动载荷)动载荷起重机在起动或制动等不平稳运动状起重机在起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。态时,会引起振动载荷和惯性载荷。起升动载荷起升动载荷Fd1=KG移动动载荷移动动载荷Fd2=mdv/dt转动动载荷转动动载荷Td=Jd/dt(4)风载荷)风载荷在室外工作的起重机还需要考虑风力引在室外工作的起重机还需要考虑风力引起的载荷。起的载荷。Ff=CpfA3.3.
9、实测法实测法 用实验分析的方法测定机械及其零件用实验分析的方法测定机械及其零件的载荷。应变测试得到应力,应变片、的载荷。应变测试得到应力,应变片、应变仪。应变仪。三、动载荷的分析计算三、动载荷的分析计算动载荷包括惯性载荷、振动载荷和冲击动载荷包括惯性载荷、振动载荷和冲击载荷载荷。运动速度改变而引起的惯性载荷,振动运动速度改变而引起的惯性载荷,振动和冲击也是惯性载荷和冲击也是惯性载荷dv/dt(或或d/dt)。第二节第二节动力装置概述动力装置概述(P48)(P48)一、动力装置的组成一、动力装置的组成 动力机又称原动机。是机械设备动力机又称原动机。是机械设备中的驱动部分。动力机的输出转矩中的驱动
10、部分。动力机的输出转矩与转速之间的关系称为机械特性或与转速之间的关系称为机械特性或输出特性。输出特性。常用的动力机有电动机、内燃机、常用的动力机有电动机、内燃机、液压马达、气压马达等。液压马达、气压马达等。在设计机械系统时,选用何种形式的在设计机械系统时,选用何种形式的动力机,主要从以下几个方面考虑:动力机,主要从以下几个方面考虑:1)分析)分析工作机械的负载特性和要求工作机械的负载特性和要求,包括工作机械的载荷特性、工作制度、结包括工作机械的载荷特性、工作制度、结构布局和工作环境等。构布局和工作环境等。2)分析)分析动力机本身的机械特性动力机本身的机械特性,包括,包括动力机的功率、转矩、转速
11、等特性,以及动力机的功率、转矩、转速等特性,以及动力机所能适应的工作环境。使动力机的动力机所能适应的工作环境。使动力机的机械特性与工作机械的负载特性相匹配。机械特性与工作机械的负载特性相匹配。3 3)进进行行经经济济性性比比较较,当当同同时时可可用用多多种种类类型型的的动动力力机机进进行行驱驱动动时时,经经济济性性的的分分析析是是必必不不可可少少的的,包包括括能能量量的的供供应应和和消消耗耗,动动力力机机的的制制造造、运运行行和和维修成本的对比等。维修成本的对比等。除除上上述述三三方方面面外外,有有些些动动力力机机的的选选择择还还要要考考虑虑对对环环境境的的影影响响,如如空空气气和噪声污染等。
12、和噪声污染等。例如:例如:叉叉车车有有:内内燃燃叉叉车车和和电电平平叉叉车车,按按照照使用场合来选定的。使用场合来选定的。井井下下运运输输车车辆辆、特特殊殊工工作作间间的的起起重重机机都都要要求求:防防爆爆,只只能能用用防防爆爆电电动动机机和和加装防爆装置的内燃机。加装防爆装置的内燃机。铁铁路路运运输输:有有内内燃燃机机车车和和电电力力机机车车牵牵引,以前还有蒸汽机车。引,以前还有蒸汽机车。二、典型动力装置特点二、典型动力装置特点1 1)内燃机:)内燃机:分类分类:按照不同的分类方法,内燃机可以:按照不同的分类方法,内燃机可以分为多种不同的类型。通常情况下,按照燃料分为多种不同的类型。通常情况
13、下,按照燃料类型和燃烧方式,分为类型和燃烧方式,分为汽油机和柴油机汽油机和柴油机。优点优点:功率范围宽,操作简单,启动迅速,:功率范围宽,操作简单,启动迅速,便于移动,用于野外,无法使用电力的时候使便于移动,用于野外,无法使用电力的时候使用。用。缺点缺点:污染环境,消耗自然资源。:污染环境,消耗自然资源。优优点点:技技术术较较为为成成熟熟,驱驱动动效效率率高高,与与被被驱驱动动的的工工作作机机械械连连接接简简便便(可可用用标标准准联联轴轴器器);有有多多品品种种和和规规格格,可可满满足足不不同同类类型型机机械械的的工工作作要要求求;具具有有良良好好的的调调速速性性能能,启启动动、制制动动、反反
14、向向和和调调速速的的控控制制简简单单可可靠靠,可可以以实实现现远远距距离离的的测测量量和和控控制制,便便于于集集中中管管理理和和实实现现生生产产过过程程的的自自动动化。价格较低。化。价格较低。缺点缺点:必须具备相应的电源,对:必须具备相应的电源,对野外工作的机械及移动式机械常因野外工作的机械及移动式机械常因缺乏电源而不能选用。缺乏电源而不能选用。作为电动机的动力机是发电机,作为电动机的动力机是发电机,因此还应将发电机作为原动机,有因此还应将发电机作为原动机,有水力发电机组、火力发电机组(汽水力发电机组、火力发电机组(汽轮机组)、风力发电机组和核发电轮机组)、风力发电机组和核发电机组。机组。分分
15、类类:按按照照能能量量转转换换机机构构的的结结构构形形式式,通通常常划划分分为为摆摆线线马马达达、柱柱塞塞马马达达、叶叶片片马马达达、齿齿轮轮马马达达等等;按按照照输输出出转转矩矩和和转转速速的的大大小小,通通常常划划分分为为低低速大转矩马达和高速马达两种类型。速大转矩马达和高速马达两种类型。特特点点:可可以以获获得得很很大大的的机机械械力力或或转转矩矩,与与电电动动机机相相比比在在相相同同功功率率时时其其外外形形尺尺寸寸小小、重重量量轻轻,因因而而运运动动件件的的惯性小,快速响应的灵敏度高。惯性小,快速响应的灵敏度高。液液压压马马达达可可以以通通过过改改变变进进油油流流量量来来调调节节执执行
16、行机机构构的的速速度度,传传动动比比大大,低低速速稳稳定定性性好好,容容易易实实现现无无级级调调速速,操操作作和和控控制制都都比较简单。比较简单。缺缺点点:使使用用液液压压马马达达必必须须具具有有高高压压油油的的供供给给系系统统,且且对对液液压压元元件件的的制制造造和和装装配配精精度度要要求求较较高高,容容易易出出现现漏漏油油现现象象而而影影响响工作效率及工作机械的运动精度。价格高。工作效率及工作机械的运动精度。价格高。液压马达的动力机是液压泵。液压马达的动力机是液压泵。4 4)气动马达:)气动马达:分分类类:通通常常按按照照能能量量转转换换机机构构的的结结构构形形式式划划分分为为柱柱塞塞马马
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- 关 键 词:
- 载荷 动力装置 选择 机械 系统 设计 课件
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