机械系统的载荷特性和动力机选择.ppt

第三章机械系统的载荷特性和动力机选择 第一节工作机械的载荷和工作制 一 载荷类型 1 所有机械在工作中都会受到多宗外力的作用 这些外力在工程上称为载荷 2 机械设计时根据实际需要 常将载荷表示成不同的形式 如用力 力矩或转矩等形式表示 也可用压力 功率 加速度等形式表示 3 工作机械的转矩M与转速n之间的关系称为工作机械的负载特性 转矩M 功率P 转速n之间的关系 4 载荷按是否随时间变化 可分为静载荷与动载荷两大类 静载荷是指大小 方向和位置都不变的载荷 如自重 反之则为动载荷 工程上静载荷的情况极少 但由于其形式简单 故工程实际中有时也将一些动载荷简化处理成静载荷 以简化设计计算 工程上常把载荷随时间的变化称为载荷 时间历程 简称载荷历程 对一般机械承受的动载荷 按其载荷历程的不同 可分为周期载荷 非周期载荷 随机载荷等几种 周期载荷和非周期载荷为确定性载荷 其变化有一定规律并可重复 可用一定的数学公式来表达 而随机载荷是一种无规律的不重复载荷 对它只能进行统计处理 5 区分平稳随机过程和各态历经随机过程 若随机过程的统计特性不随时间变化 则该过程称为平稳随机过程 简称平稳过程或稳态过程 反之 称为非平稳随机过程 若平稳随机过程整个母体的概率分布与任何一个样本的概率分布相同 即一个平稳随机过程在任何时刻得到的样本都与在另一时刻得到的另一样本相同 则这种平稳随机过程称为各态历经的随机过程 各态历经的随机过程必然是平稳随机过程 但不是所有的平稳随机过程都是各态历经的 二 载荷的处理方法 1 随机载荷的处理1 载荷谱进行机械设计时 直接利用随机载荷比较困难 因其具有不可重复性和不可预测性 但在正常的使用条件下 对某一具体机械 它又有统计规律 因此需将原始记录的载荷 时间历程 称为机械的工作谱或使用谱 用概率统计的方法进行处理后 得到能反映载荷随时间变化的 具有统计特征的载荷 时间历程 即载荷谱 对编谱的要求有 1 选取的载荷字样必须具有典型性和代表性 2 使用编制的载荷谱进行疲劳计算或实验时 所得的寿命尽量接近实际机械的工作寿命 3 整个编谱过程可在计算机上进行 使大量的计算工作有计算机来完成 三 载荷的确定方法 1 确定载荷通常有三种方法 类比法 计算法和实测法 1 类比法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 这种方法称为类比法 它主要用在载荷较难确定的场合或设计的初步阶段 也可用在不需精确确定载荷的情况 2 计算法是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 3 实测法实测法是指用实验分析测定载荷的方法 目前广泛采用的方法是将各种非电量的被测参数转化成电量参数进行测量 四 工作机械的工作制 工作机械的工作制是指机械工作的持续状况 如连续 断续 短时工作等 第二节动力机的种类 机械特性及其选择 动力机又称为原动机 是机械设备中的驱动部分 动力机的输出转矩与转速之间的关系称为动力机的机械特性或输出特性 在进行机械系统设计时 选用何种形式的动力机 主要应从如下几个方面考虑 1 分析工作机械的负载特性 包括其载荷性质 工作制 作业环境 结构布置等 2 分析动力机本身的机械特性 以便选择与工作机械相匹配的动力机 3 动力机容量计算 通常是指计算动力机的功率大小 4 进行经济型分析 包括能源的供应 使用和维修费用 动力机购置费用等 5 作业环境的要求 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定不动等 一 电动机的种类 机械特性及其选择 电动机是机械系统中最常用的动力机 与其他动力机相比 它具有较高的驱动效率 且其种类和型号较多 与工作机械连接方便 具有良好的调速 起动 制动和反向控制性能 易于实现远距离 自动化控制 工作时无环境污染 可满足大多数机械的工作要求 但是选择电动机必须具备相应的电源 对野外工作机械及移动式机械常因没有电源而不能选用 二 内燃机的种类 机械特性及其选择 1 内燃机是指燃料在汽缸内进行燃烧 直接将产生的气体所含的热能转变为机械能的装置 2 按燃料种类主要分为柴油机和汽油机 其中柴油机是最广泛应用的一种内燃机 3 在选择内燃机时必须了解内燃机的运行工况和特性 使它能很好地与被驱动工作机的负载特性相适应 三 液压马达的种类 机械特性及其选择 1 液压马达是液压能转化为机械能的能量转化装置 在液压系统中液压马达是当做执行原件来使用的 2 目前低速大转矩