第3章機械系統(tǒng)的載荷特性和動力機的選擇

第三章機械系統(tǒng)的載荷特性和動力機選擇第一節(jié)任務機械(指執(zhí)行系統(tǒng))的載荷和任務制設(shè)計機械系統(tǒng)時，載荷的分析和確定非常重要。分析的過程中應分清載荷主次，對量值較小的載荷可忽略不計，對較復雜的載荷應進展適當?shù)暮喕Ｒ?、載荷類型作用在機械上的外力稱為載荷。載荷的種類很多，如起重機中提升物體的分量、變速運轉(zhuǎn)的慣性力、機械本身的自重、作用在機械上的風力和落在機械上其他雜物的分量等等都是載荷。載荷的類型和大小決議于對機械的功能要求、任務環(huán)境和構(gòu)造間的約束關(guān)系。載荷的表示方式：可用力、力矩或轉(zhuǎn)矩表示，也可用壓力、功率、加速度等方式表示。載荷是對機械及零部件進展強度、剛度、穩(wěn)定性、可靠性和壽命計算的根據(jù)。也是進展機械系統(tǒng)動力機類型和容量選擇時需求思索要素之一。任務機械就是機械系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)。系統(tǒng)任務過程中轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系M=f(n)(或力F和速度V的關(guān)系F=f(V))稱為任務機械的負載特性。常見的負載特性有如下幾種:1、任務機械的負載特性轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n的大小無關(guān)，轉(zhuǎn)速n變化，轉(zhuǎn)矩M不變。即恒轉(zhuǎn)矩負載特性又可分為兩類：位能性負載特性和對抗性負載特性?！?〕恒轉(zhuǎn)矩負載特性由轉(zhuǎn)矩M、轉(zhuǎn)速n和功率P的關(guān)系可知，對于恒轉(zhuǎn)矩負載特性，功率P與轉(zhuǎn)速n成正比，即P=f(n)。線性關(guān)系，由于P=M*n位能性負載特性CnMO②對抗性負載特性：轉(zhuǎn)矩M的方向隨轉(zhuǎn)向變化，但轉(zhuǎn)矩M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對抗性負載特性。對抗性負載特性nMOC-C①位能性負載特性：轉(zhuǎn)矩M的方向不隨轉(zhuǎn)向變化。如起重機的鋼絲繩無論向上或向下運動都受拉力。功率P與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，轉(zhuǎn)速n變化，功率P不變，即P=C(常數(shù))。由于功率P為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n的乘積變?yōu)槌?shù)，即轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n為反比關(guān)系，即恒功率負載特性為雙曲線。〔2〕恒功率負載特性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)生的切削力大，此時選擇的切削速度V就應小一些，以保證切削功率不變。例如磨粉機，轉(zhuǎn)速n升高，喂入量加大，轉(zhuǎn)矩M成正比添加。nMOnMO轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n成某種函數(shù)關(guān)系，轉(zhuǎn)速n變化，轉(zhuǎn)矩M按某種規(guī)律變化。如轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系，即M=f(n)，那么功率P與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，即P=f(n2)?！?〕轉(zhuǎn)矩M是轉(zhuǎn)速n函數(shù)的負載特性轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，即M=f(n2)，那么功率P與轉(zhuǎn)速n的3次方成正比，即P=f(n3)。通風機、離心水泵就具有這種負載特性。s,θMO例如活塞式空氣緊縮機，曲柄壓力機，軋鋼廠的剪切機、升降擺動臺、翻鋼機等任務機械都具有這種負載特性。轉(zhuǎn)矩M與行程s或轉(zhuǎn)角θ成某種函數(shù)關(guān)系，即M=f(s)或M=f(θ)?！?〕轉(zhuǎn)矩M是行程s或轉(zhuǎn)角θ的函數(shù)tMO如破碎機，球磨機等任務機械都具有這種負載特性。轉(zhuǎn)矩M在任務機械任務過程中，與任務時間t沒有明顯的函數(shù)關(guān)系。〔5〕轉(zhuǎn)矩M隨時間t變化無規(guī)律轉(zhuǎn)矩M變化，轉(zhuǎn)速n堅持不變，即n=C(常數(shù))，那么功率P與轉(zhuǎn)矩M成正比，P=f(M)。nMOC例如利用內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機，為了堅持交流電頻率不變，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)?！?〕恒轉(zhuǎn)速負載特性思索題：9、根據(jù)P37圖2-11四種銑床布置闡明如下問題：〔1〕被加工工件的分量、尺寸對銑床的布置有何影響?〔2〕各自的驅(qū)動方式以及選用該驅(qū)動方式的理由?10、X62W臥式升降臺銑床主軸轉(zhuǎn)速nmin=30r/min，nmax=1500r/min，變速級數(shù)Z=18，各級轉(zhuǎn)速按照等比級數(shù)陳列，確定相應的公比φ和各級轉(zhuǎn)速。第三章思索題1、什么是任務機械的負載特性？常見的任務機負載特性有哪幾種，試舉例闡明。2.載荷的分類(按照載荷隨時間變化的情況)靜載荷：是指大小、方向和作用點都不隨時間變化的載荷。如重力。動載荷：三個要素中只需有一個要素隨時間變化就叫動載荷。經(jīng)常把變化次數(shù)少的按靜載荷處置。沖擊載荷:短時間內(nèi)變化很大的載荷.工程中大多數(shù)機械所接受的都是動載荷。但有時為了簡化設(shè)計計算，可以將動載荷簡化處置轉(zhuǎn)變成靜載荷。動載荷周期性載荷非周期性載荷隨機載荷確定載荷：有一定變化規(guī)律，可用數(shù)學公式表示。載荷－時間歷程:載荷隨時間t的變化情況,簡稱載荷歷程.3.載荷－時間歷程非確定載荷：沒有規(guī)律，隨機性,不反復、不能直接用數(shù)學公式表示，要用統(tǒng)計的方法處置。按載荷歷程不同,動載荷分為:(一)周期載荷周期載荷:即載荷隨時間作周期性的變化,有周期性。周期載荷可用3個要素描畫，即幅值、諧波角頻率和相位角。常見的周期性載荷又包括以下兩種①簡諧載荷；②復雜周期載荷；：t時辰的載荷幅值；：最大的載荷幅值；：角頻率，角頻率與周期T的關(guān)系為：T=：相位角式中：由于余弦函數(shù)經(jīng)過改動相位可轉(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。1、簡諧載荷〔諧波載荷〕

以正弦規(guī)律變化的載荷，是最簡單的一種周期載荷。

簡諧載荷可用數(shù)學公式和圖象表示。2、復雜周期載荷任何復雜的周期載荷，都可分解成無限個簡諧載荷相疊加的方式(傅里葉級數(shù))。復雜載荷的數(shù)學表達式為：〔3-1〕式(3-1)又可以表示為：式中：相位角諧波角頻率、、見(P453-1)式。〔3-2〕輻值周期性載荷可表示為：均值為的靜態(tài)分量和無窮多個諧波分量：相疊加的方式。通常根據(jù)對精度的要求，諧波分量只取前n項。如取n=3，周期載荷可表示為：靜態(tài)分量一次分量(諧波)二次分量(諧波)三次分量(諧波)和3個諧波分量相疊加的方式。這樣周期性載荷就表示為：靜態(tài)分量各諧波分量與一次分量的頻率比為正整數(shù)：，……，1、準周期載荷：是指假設(shè)干個頻率比是有理數(shù)的正弦量合成的載荷,仍可用數(shù)學公式表達。(二)非周期載荷非周期載荷包括準周期載荷和瞬變載荷兩類。2、瞬變載荷：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)之間的一一對應關(guān)系。(3-3)(3-4)時域函數(shù)頻域函數(shù)準周期載荷和瞬變載荷都是確定性載荷.時域函數(shù)x(t)是頻域函數(shù)F(ω)的反付里葉變換；而F(ω)是x(t)的正付里葉變換。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，隨機載荷不能直接用一個數(shù)學式確切地表示。(三)隨機載荷載荷隨時間變化情況叫載荷歷程，隨機載荷的載荷歷程可見P46圖3-1。在統(tǒng)計學上把采得的每一個紀錄叫一個子樣，圖3-1中采得了n個子樣：x1(t)、x2(t)…xn(t)。當子樣個數(shù)n接近無窮多時，就組成了被測載荷的總體-母體。實踐上子樣個數(shù)n只能是有限個，只能經(jīng)過這有限個子樣，用統(tǒng)計學的方法得到能代表母體特性譜型。汽車、遷延機、水輪機、飛機等在復雜條件下任務的機械，就接受隨機載荷。由于外界條件變化無常，丈量結(jié)果是不可確定的。由于隨機載荷具有不可確定性，所以不能運用隨機載荷直接進展強度、剛度等計算，必需用數(shù)理統(tǒng)計的方法，總結(jié)出隨機載荷的統(tǒng)計規(guī)律，才干進展相應的計算。隨機載荷是由現(xiàn)場實測獲得，這個過程叫采樣。以對載重汽車采樣為例，在所得的一系列“載荷-時間歷程〞圖中，每次采樣得到的“載荷-時間歷程〞都不一樣，從而表現(xiàn)出這種載荷的隨機性。隨機變量的均值為：均值又叫數(shù)學期望值，它是表示隨機變量概率分布集中程度的尺度。〔3-5〕(2)規(guī)范差：是隨機變量與均值之差的均方根。規(guī)范差

(3-6)(1)均值隨機變量的規(guī)范差為：詳細在反映或表示隨機載荷時，可以經(jīng)過有限個子樣求出一些數(shù)字特征值來描畫母體的根本統(tǒng)計特征，這些數(shù)字特征值包括：(3)方差V(t)：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尺度。對比(3-6)和(3-7)式可得：(3-7)(3-8)(3-9)隨機變量的方差為：的特例，(3-7)式可變?yōu)椋簩τ诰?4)自相關(guān)函數(shù)R(t)：自相關(guān)函數(shù)R(t)表示隨機變量在t時辰的值與(t+τ)時辰數(shù)值乘積的平均值。(3-10)自相關(guān)函數(shù)R(t，t+τ)為隨機變量非平穩(wěn)隨機過程：均值、方差V(t)、自相關(guān)函數(shù)R(t)均與時辰t有關(guān)。平穩(wěn)隨機過程：均值、方差V(t)、自相關(guān)函數(shù)R(t)均與時辰t無關(guān)。對于普通的隨機過程，實際上講只需從無窮個樣本中才干得出準確地反映隨機過程特征的數(shù)字特征值，但添加樣本個數(shù)具有一定的難度，只能對有限個樣本進展分析處置，獲得近似的載荷譜。但對于各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程，只需獲得一個樣本，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一樣。式中：i、j-----1，2，…，i≠jK-某一時間延遲步數(shù)。二、載荷處置方法(一)靜載荷、周期載荷、非周期載荷的處置

在靜載荷下對機械零件進展強度計算時，塑性資料制成的零件，取屈服強度作極限應力；脆性資料制成的零件，取強度極限作極限應力，選取平安系數(shù)S后，就可決議許用應力。用名義載荷F與載荷系數(shù)K的乘積表示計算載荷，即，這里載荷系數(shù)K是思索載荷集中設(shè)定的。1、靜載荷運用強度實際由計算載荷可求出計算應力，按強度不等式來進展靜強度計算。也可采用簡化計算法，引入載荷系數(shù)K求得計算載荷FC=KF，然后再利用強度實際進展強度校核。2、周期載荷和非周期載荷對周期載荷和非周期載荷，可運用數(shù)學方法，如付里葉展開和付里葉變換，找到載荷變化的規(guī)律，然后利用疲勞強度的實際進展強度計算。決議載荷系數(shù)K時，既要思索載荷集中，又要思索動載荷。例如:對齒輪進展疲勞強度：思索有動載荷的系數(shù)：KA-運用系數(shù)；KV-動載系數(shù)。思索載荷集中的系數(shù)：Kα-齒間載荷分配系數(shù)；Kβ-齒向載荷分布系數(shù)。②運用編制的載荷譜進展疲勞強度計算或?qū)嶒灂r，得到的機械壽命應盡量接近機械的實踐任務壽命；(二)隨機載荷的處置1、載荷譜編譜是確定計算載荷的一項重要任務，編譜時應留意下面3點：①選取的子樣必需具有典型性和代表性；③整個編譜過程應能在計算機上進展，這樣大量的計算過程就可由計算機完成。2、編制載荷譜的方法〔了解〕經(jīng)過實測得到的子樣所表示的“載荷-時間歷程〞叫任務譜或運用譜。子樣雖然是實踐載荷，但由于本身的不可反復性和不可預測性，因此不能用某個子樣進展設(shè)計計算。假設(shè)把大量的子樣經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計方法處置后，就可得到能反映載荷隨時間變化規(guī)律，這種具有統(tǒng)計特征的“載荷-時間歷程〞就稱為載荷譜。把任務譜處置成載荷譜的過程叫編譜。進展機械設(shè)計時，載荷的大小和性質(zhì)應由設(shè)計者來確定。對于任務條件簡單、確定的機械，載荷確定后，在設(shè)計過程中就不再變動;而對任務條件復雜，影響要素較多的機械在設(shè)計過程中要調(diào)整載荷，甚至有些機械，在制造出來后，才干經(jīng)過實測最終確定載荷。對于系列消費的機械產(chǎn)品，確定載荷時要思索國家制定的規(guī)格、系列或規(guī)范，例如對沖床的沖力、起重機的起分量都有系列公稱值。三、載荷確實定方法有一些產(chǎn)品是以某些表征設(shè)備才干的特征構(gòu)造尺寸為系列公稱值的，如谷物結(jié)合收獲機以割臺寬度、鋼坯軋機以輾輥最大直徑，發(fā)掘機以鏟斗容積為系列公稱值。載荷確實定通常有3種方法：類比法、計算法和實測法?！惨弧愁惐确ㄟ\用類比法確定載荷的先決條件：具有與所設(shè)計機械同類型的或相近類型的機械產(chǎn)品，這些機械產(chǎn)品被實際證明是勝利的，這時可根據(jù)閱歷或簡單計算就可以確定所設(shè)計機械的載荷。類比法不夠準確，主要用在載荷難以確定的情況或初步設(shè)計階段，當樣機制造好后，再用實測法較準確地確定載荷，并對設(shè)計對象進展較準確地校核計算。對于受載不大，以傳送運動為主的機械，如印刷機、包裝機、儀器儀表等，也可用類比法最終確定載荷。動力類比:選擇經(jīng)過實際證明設(shè)計較勝利的同一類型的機械作類比對象，調(diào)查該機械運用動力機的容量，如電動機的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)；再根據(jù)設(shè)計者的閱歷或經(jīng)過簡單地推算，確定設(shè)計對象所需求的動力，進而確定機械及其零部件的載荷。〔3-12〕例如要設(shè)計一臺割臺寬度為L1的自走式谷物結(jié)合收獲機?，F(xiàn)有一臺割臺寬度為L2的同類機械，它的動力機是功率為P2(KW)的柴油機。兩臺機械的作業(yè)對象、任務速度、滾筒、清糧安裝及傳動安裝的類型根本一樣，技術(shù)要求也根本一樣，就可推算出設(shè)計對象的功率為：式中：P=f(L)為自走式谷物結(jié)合收獲機功率與割臺寬度的函數(shù)關(guān)系，可以經(jīng)過對已有產(chǎn)品進展調(diào)查研討，建立這個函數(shù)關(guān)系。尺度類比法.假設(shè)現(xiàn)有機械的載荷和尺寸為F1和l1，它們的函數(shù)關(guān)系為F=Φ〔l〕，運用類似原理可建立(3-12)式：經(jīng)過(3-12)式就可用類比法確定設(shè)計對象的尺寸l2：例如設(shè)計傳動軸，其類比對象上軸所受轉(zhuǎn)矩為T2，直徑為d2；設(shè)計對象上軸的轉(zhuǎn)矩為T1，直徑為d1，兩軸的資料和任務條件一樣，那么可寫出：那么〔二〕計算法運用計算法確定載荷的先決條件：計算所需的力學原理,閱歷公式或圖表是知的。函數(shù)關(guān)系F=Φ〔l〕可以在力學中尋覓。據(jù)資料力學，-各零件的質(zhì)量；式中：g-重力加速度。例如: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G起升載荷G是由兩部分組成：G=G1+G2G1-起重機的額定起重力，包括正常任務條件下，物料分量和可取下的取物安裝的分量〔如抓斗、電磁吸盤〕等。額定起分量應符合有關(guān)規(guī)范。G2-隨物料一同升降的設(shè)備分量，如吊具、鋼絲繩等不可取下物的分量。2)起重機的整機重力W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。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)計圖紙出來后，整機重力W可準確地計算出來。整機分量為：-各零件資料的密度；-各零件的體積；起重機在起動或制動等不穩(wěn)定運動形狀時，會引起慣性載荷或振動載荷，這些載荷統(tǒng)稱為動載荷，詳細有如下一些動載荷：3)動載荷◆由起升時慣性力引起的動載荷：式中：G-起升載荷；K-起升動力系數(shù)，由起重機類型及工況不同，可查資料決議?！粲膳矂恿悴考T性引起的動載荷：式中：m-起重機挪動件的總質(zhì)量；-挪動件的加速度。-轉(zhuǎn)動件的角加速度。式中：J-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：4)其它載荷：風載\雪載等.除上述載荷外，有些工況下還應思索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計算方法。用計算法確定載荷時，必需仔細分析機械的作業(yè)特點、各種負載的情況及其影響要素，運用靜力學和動力學計算方法確定整機的任務載荷，然后根據(jù)傳送原理計算各零部件的載荷。〔三〕實測法運用實測法的條件：已制造出樣機或關(guān)鍵部件。如要確定遷延機變速箱各軸上的載荷，就應在遷延機樣機制造出來后，在變速箱各軸上貼上應變片。當遷延機運轉(zhuǎn)時，軸接受轉(zhuǎn)矩而發(fā)生扭曲變形，使得應變片的電阻發(fā)生變化，經(jīng)電阻應變儀中的丈量電橋，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曲線，經(jīng)過標定后就可測出轉(zhuǎn)矩的大小及變化情況。假設(shè)可以測出軸的轉(zhuǎn)速n，就可計算出各軸上的功率P。同樣，在設(shè)計谷物結(jié)合收獲機之前，將脫粒滾筒制造出來，進展脫粒的臺架實驗，就可以測出各種喂入量下，脫粒滾筒耗費的功率。對于有一些機械產(chǎn)品，載荷復雜且難以確定，往往結(jié)合運用上述三種方法來進展實踐載荷確實定。

四、任務機械(執(zhí)行系統(tǒng))的任務制不同機械在運轉(zhuǎn)時任務的繼續(xù)情況不同，如抽水用的水泵是延續(xù)任務，車床的主軸箱是斷續(xù)任務，而龍門吊車的大車是短時任務，機械任務的繼續(xù)情況可以經(jīng)過任務制來反映。機械任務的繼續(xù)情況就是任務機械的任務制。任務制有不同的表示方式：①用“載荷-時間〞特性曲線表示M1M2M3起重機的載荷-時間特性曲線MtTt0t3t2t1M1M2M3起重機的載荷—時間特性曲線MtTt0t3t2t1圖中M1、M2、M3分別表示起動加速、勻速任務、減速制動時卷筒上的轉(zhuǎn)矩；t1、t2、t3分別表示一個周期里上述3個工況的運轉(zhuǎn)時間；假設(shè)用tw表示一個周期里起重機的任務時間，tw=t1+t2+t3；t0表示一個周期里起重機不任務的時間；T表示起重機的一個任務周期，T=tw+t0。任務制反映載荷繼續(xù)情況。〔3-15〕②用每年任務多少天，每天任務多少班，每班任務多少小時,折舊期等表示.③用負荷繼續(xù)率FC表示任務制以為機械延續(xù)任務；以為機械斷續(xù)任務；表示機械短時任務。任務時間占總時間的百分比.2、動力機的機械特性：應與任務機的負載特性相匹配；§3-2動力機種類、機械特性及其選擇機械產(chǎn)品的動力機普通選用定型的動力機產(chǎn)品，電動機、內(nèi)燃機、液壓馬達、氣動馬達，都可供設(shè)計者選擇。只需當現(xiàn)有系列產(chǎn)品不適用需求時，才專門設(shè)計動力機。設(shè)計動力機是專門設(shè)計人員的任務.各種定型的動力機有不同的機械特性。動力機的機械特性是指輸出轉(zhuǎn)矩M與輸出轉(zhuǎn)速n間的關(guān)系M=f(n)，動力機的機械特性又叫輸出特性。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，應思索如下一些要素：1、任務機的負載特性：包括載荷性質(zhì)、任務制以及對起動、制動、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速的要求；3、動力機的容量：動力機的容量以額定功率PN(KW)表示。要滿足機械系統(tǒng)的任務要求。(3-16)由(3-16)可得：(3-17)式中：MN—動力機的額定轉(zhuǎn)矩，N·m；nN—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：PN—動力機的額定功率，KW；4、機械產(chǎn)品的經(jīng)濟性：應從能源供應、運用與維護費用、動力機購置費用等方面分析經(jīng)濟性；5、作業(yè)環(huán)境：從機械產(chǎn)品是戶外運用還是戶內(nèi)運用、環(huán)境溫度、濕度、粉塵及通風條件，有無防爆要求，機械產(chǎn)品是固定任務還是經(jīng)常挪動，以及環(huán)保要求等方面思索。但是，選擇電動機的一個重要前提是必需具備相應的電源，對于在野外任務或者挪動式的機械，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，它有下面一些優(yōu)點：①驅(qū)動效率較高；②種類、型號較多；③與任務機銜接方便；④調(diào)速、起動、制動、反向控制性能好；⑤易于實現(xiàn)遠間隔自動控制；⑥不污染任務環(huán)境。首選電動機的緣由〔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：◆按電源不同，電動機分為交流電動機和直流電動機?！舭崔D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速能否一樣，交流電動機可分為同步電動機和異步電動機。◆按勵磁方式不同，直流電動機可分為：他勵、并勵、串勵、復勵等方式?！妱訖C的機械特性電動機的機械特性可分為固有機械特性和人為機械特性。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)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：改動電動機的某些參數(shù)如改動電壓或頻率，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。1、三相異步交流電動機的種類及其機械特性<1>三相異步交流電動機的分類三相異步交流電動機運用三相交流電，是運用最廣泛的電動機。這種電動機種類較多，主要有下面一些類型：三相異步電動機可分為籠型電動機和繞線型電動機。①按轉(zhuǎn)子構(gòu)造分類籠型電動機:構(gòu)造簡單、耐用、易維護、價錢低、載荷變化時轉(zhuǎn)速變化較小〔特性硬〕；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?！财饎有阅懿睢⒄{(diào)速性能差〕對于沒有調(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)機械等，廣泛選用籠型三相異步電動機作動力機。Y系列電動機是最常見的籠型三相異步電動機。Y系列電動機按照定子的轉(zhuǎn)數(shù)可以分為：2級-同步轉(zhuǎn)速3000r/min；4級-同步轉(zhuǎn)速1500r/min；6級-同步轉(zhuǎn)速1000r/min；8級-同步轉(zhuǎn)速750r/min。有一種可以經(jīng)過改動定子極數(shù)的變速籠型電動機〔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。但與Y系列籠型電動機相比，體積較大，價錢較貴。繞線型電動機: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)的調(diào)速，且調(diào)速控制簡單；但與籠型電動機相比，構(gòu)造復雜、維護較費事、價錢較貴。繞線型電動機廣泛用于起動次數(shù)較多，起動時負載較大、或需求小范圍調(diào)速的機械。如起重機、提升機、軋鋼機等。YZR系列冶金及起重三相異步電動機是最簡單的繞線型電動機。闡明：功率因數(shù)—每種電機系統(tǒng)均耗費兩大功率，分別是真正的有用功及電抗性的無用功。功率因數(shù)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)運轉(zhuǎn)那么更有效率。②按外殼構(gòu)外型式分類三相異步電動機按外殼構(gòu)外型式可分為：開啟式、防護式、封鎖式和防爆式。開啟式電動機：外殼無專門的防護構(gòu)造，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、枯燥的室內(nèi)。端蓋有開口，從外部能看到內(nèi)部。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，適用于較清潔的環(huán)境。封鎖式電動機：電機端蓋完全密封，可防止各類雜物從恣意方向侵入電動機內(nèi)部，適用于多塵、風沙較多的環(huán)境。Y系列電動機屬于全封鎖電動機。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。采用隔爆外殼把能夠產(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。③按安裝型式分類三相異步電動機可分為臥式和立式；又可分為機體帶底腳、端蓋有凸緣，既有底腳又有凸緣等型式。此外，還有齒輪減速異步電動機〔電動機上帶齒輪減速器，輸出減速后的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，在減速器分類時又叫聯(lián)體式減速器?！场㈦姶耪{(diào)速異步電動機、異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。<2>三相異步電動機的機械特性A.三相異步電動機的轉(zhuǎn)差率S設(shè)三相異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速〔輸出轉(zhuǎn)速〕為n，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為n0，并且滿足轉(zhuǎn)差率的定義為：轉(zhuǎn)差率是三相異步電動機的重要參數(shù)，不同運轉(zhuǎn)形狀下，電動機的轉(zhuǎn)差率不一樣。空載時：滿載時：載荷越大，轉(zhuǎn)差率S越大。三相異步電動機具有轉(zhuǎn)差率S隨載荷變化不大的特點。三相異步電動機定子繞組有兩種接法：三角形接法(△型)和星形接法(Y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應標明的參數(shù)：額定功率PN、額定電壓UN、額定電流IN、額定頻率fN、額定轉(zhuǎn)速nN、相數(shù)(三相、單相)、繞組接法、外殼防護類型、絕緣等級等內(nèi)容。ABCXYZAZBYXC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220V；采用Y型接法，額定電壓為380V。C.三相異步電動機的固有機械特性以轉(zhuǎn)矩M為橫坐標、轉(zhuǎn)速n為縱坐標，就可以得到三相異步電動機的固有機械特性曲線，它表示的是電動機輸出轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩M間的關(guān)系。三相異步電動機在額定電壓UN、額定頻率fN下任務，按規(guī)定接線法接入電網(wǎng)，不在定子或轉(zhuǎn)子電路中接入電阻或阻抗，獲得的機械特性叫固有機械特性?！糇鴺嗽cO左端是回饋制動形狀，即別的機械帶動電動機運轉(zhuǎn)的形狀。轉(zhuǎn)矩M<0，轉(zhuǎn)速n>n0，轉(zhuǎn)差率S<0。曲線闡明：◆固有機械特性坐標軸上點H，表示的是電動機空轉(zhuǎn)，此時電動機的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n0〔旋轉(zhuǎn)磁極的轉(zhuǎn)速〕，轉(zhuǎn)差率SH=0，輸出的轉(zhuǎn)矩MH=0。◆坐標原點O右端是電動機形狀，即電動機帶開任務機械運轉(zhuǎn)的形狀。轉(zhuǎn)矩M>0，轉(zhuǎn)速n<n0，轉(zhuǎn)差率0﹤S≤1。轉(zhuǎn)矩M>0闡明電動機產(chǎn)生的是驅(qū)動力矩，M<0闡明電動機產(chǎn)生的是阻力矩。B點轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速nN，轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩MN，功率為額定功率PN，電流為額定電流IN，其轉(zhuǎn)差率為：A點在橫坐標軸上，轉(zhuǎn)速nA=0,轉(zhuǎn)差率SA=1，轉(zhuǎn)矩Mst為起動力矩?；\型三相異步電動機的起動電流Ist較大，Ist=〔4～7〕IN，IN為額定電流。在額定點B運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性最好。下面只討論O點右端部分的固有機械特性曲線上4個特殊點和3個線段：4個點：①起動點A②額定任務點BH點在縱坐標軸上，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n0，轉(zhuǎn)差率SH=0，轉(zhuǎn)矩M=0，為空轉(zhuǎn)形狀。③同步轉(zhuǎn)速點HMm又叫電動機的臨界轉(zhuǎn)矩。假設(shè)軸上負載大于Mm，那么電機停轉(zhuǎn)，易燒壞。④最大轉(zhuǎn)矩點P在P點電動機產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩Mm，轉(zhuǎn)速為nm。其轉(zhuǎn)差率為：負載轉(zhuǎn)矩ML≤MN，電機特性曲線近似于直線，此時電動機不論帶何種負載都能穩(wěn)定任務。由于HB線斜率較小，使得籠型電動機特性較硬，即負載轉(zhuǎn)矩變化，轉(zhuǎn)速變化較小。3條線段：⑤線段HB電動機應在HB段運轉(zhuǎn)。ML>MN，S≥Sm，機械特性為一曲線，電動機轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)矩減小，此時電動機不能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，甚至會堵轉(zhuǎn)。時間長時，由于電流過大，電動時機燒壞。“電動機不能在PA段任務。〞MN≤ML≤MM。此時假設(shè)負載轉(zhuǎn)矩M加大，電動機轉(zhuǎn)速降低，但是電動機仍可正常任務。因此，籠型三相異步電動機有一定的超載才干。過載時利用此段。⑥線段BP⑦線段PA由電動機的固有機械特性可得其兩個重要參數(shù)：起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λst和過載倍數(shù)λM。對于籠型電動機，滿足Mst>ML條件，電動機才干起動。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λst反映電動機的起動才干，λst越大，電動機的起動性能越好，λst可以在電動機的產(chǎn)品目錄中查出。與籠型電動機相比，繞線型電動機在轉(zhuǎn)子電路中串接附加電阻，可增大起動力矩Mst，故繞線型電動機，起動才干較強。▲起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λst：▲過載倍數(shù)λm:過載倍數(shù)λm反映了電動機的過載才干。λm越大，電動機的過載才干越強?；\型異步電動機λm=1.6～2.2，繞線型電動機λm=2.2～2.8，λm的數(shù)值可從電動機產(chǎn)品目錄中查出。異步電動機的起動問題：異步電動機起動時位于A點，轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率SA=1。當負載轉(zhuǎn)矩ML=MN時，電動機在B點運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為nN，SB=0.03~0.05。從起動到額定任務形狀，電動機轉(zhuǎn)速迅速提高，轉(zhuǎn)差率迅速減小。電動機位于A點時，起動電流Ist很大，Ist=(4~7)IN。所以由A點到B點，電流也要迅速下降。對于小型電動機，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量較小，電動機可在極短的時間里從起動形狀(A點)到達額定負載形狀(B點)，即轉(zhuǎn)速可迅速添加，轉(zhuǎn)差率可迅速減小，起動電流Ist也迅速減小到額定電流IN。這個過程對電動機和電網(wǎng)上其它電器影響忽略不計，因此，小功率異步電動機可直接起動。大型電動機由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量較大，起動電流Ist減小較慢，不僅對電動機有影響，而且影響電網(wǎng)上其它電器，因此不能直接啟動。為減小起動電流Ist，可設(shè)法減小電動機的端電壓，詳細措施有：③采用自耦變壓器降低電動機端電壓可減小起動電流Ist，但也使起動轉(zhuǎn)矩Mst減小。①將△型接法改為Y型接法；②在定子電路中串入起動電阻；思索題：2、什么是周期性載荷、非周期性載荷及隨機載荷？舉例闡明怎樣表示簡諧載荷，怎樣用數(shù)學表達式表示復雜的周期性載荷，工程上如何描畫非周期性載荷。5、什么是任務機械的任務制？如何表示任務制？任務制與載荷類型有什么不同。4、進展機械設(shè)計時，如何確定載荷？3、什么是任務譜、載荷譜？什么是編譜任務？6、為機械設(shè)備選擇動力機時應思索哪些要素。7、什么是電動機的固有機械特性和人為機械特性？分析三相異步交流電動機的固有機械特性。闡明起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λst與過載轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λM的物理意義。闡明如何利用人為機械特性改善三相異步電動機的起動性能和進展調(diào)速。D.三相異步電動機的人為機械特性改動電動機某些參數(shù)測得的機械特性叫電動機的人為機械特性。當固有機械特性不能滿足要求時,可改動電動機的某些參數(shù)從而改動其機械特性.1在轉(zhuǎn)子電路中接入電阻為RQ：RQ1>RQ2>RQ3>RQ4由圖可看出：◆同步轉(zhuǎn)速n0和最大轉(zhuǎn)矩Mm不變，隨轉(zhuǎn)子電路串入電阻RQ加大，轉(zhuǎn)差率加大，電動機機械特性變軟；◆串入電阻RQ較小時，隨RQ加大，起動轉(zhuǎn)矩Mst加大；但RQ加大到一定值后，Mst反而減?。弧舢斬撦d轉(zhuǎn)矩ML=MN時，隨串入電阻RQ的加大，額定轉(zhuǎn)速nN減小。可運用后面兩點，經(jīng)過在轉(zhuǎn)子電路中串入電阻RQ，提高起動轉(zhuǎn)矩Mst，還可以小范圍調(diào)速。由特性曲線可看出：人為機械特性和固有機械特性的同步轉(zhuǎn)速n0相等，但人為機械特性的最大轉(zhuǎn)矩MM'、起動轉(zhuǎn)矩Mst'和最大轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)差率都比固有機械特性減小了，即電動機的機械特性變軟了。利用在定子電路串接電阻或阻抗的方法，可以實現(xiàn)減小籠型異步電動機起動電流的目的，但同時起動力矩Mst也減小了。利用在轉(zhuǎn)子電路并聯(lián)電阻或電抗的方法，可以改善繞線型異步電動機的起動性能，減小起動次數(shù)，使電動機平滑加速，同時還能到達減小起動電流的作用。由特性曲線可以看出：在轉(zhuǎn)子電路并聯(lián)電阻或電抗后，人為機械特性的起動力矩Mst'比固有機械特性加大了，而且得到了近似恒轉(zhuǎn)矩的起動特性(由A'P'段近似為鉛垂線可看出)。A'P'(由于起動力矩大,大電機一次啟動不起來,要分多次起動)2、其它類型交流電動機的種類及其機械特性接入220V單相交流電就可任務，與三相異步電動機比較，功率較小。廣泛運用在家用電器、小型機械、辦公機械、工農(nóng)業(yè)消費工具、醫(yī)療器械、儀器儀表上。但效率和功率因數(shù)較低，過載和起動才干差，容量較小，不超越0.6KW。(1)單相異步電動機單相異步電動機起動力矩Mst=0，不能起動。須借助于其他方法起動.常用的起動方法有兩種：電容分相式和罩極式。這樣就有電容分相式單相異步電動機和罩極式單相異步電動機。其中電容分相式單相異步電動機的轉(zhuǎn)矩較大，起動電流較小，運用廣泛。而罩極式單相異步電動機功率較小(幾十瓦以下)，常在小電扇、電唱機、錄音機中運用。同步電動機不能直接起動，需求異步起動。先使電動機在異步轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)動起來，當轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，再給轉(zhuǎn)子勵磁繞組通入直流電，就變成了同步電動機。同步電動機的優(yōu)點：◆可在功率因數(shù)cosФ=1的形狀下運轉(zhuǎn)，不用從電網(wǎng)吸收無功功率；◆可經(jīng)過改動轉(zhuǎn)子勵磁電流大小的方法，調(diào)理無功功率的大小，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。◆同步電動機的轉(zhuǎn)速恒定，不隨外載變化。不少延續(xù)任務，不需求變速的大型機械，如大功率的離心水泵、鼓風機等常用同步電動機作為原電動機。交流電→定子電樞繞組→建立旋轉(zhuǎn)磁場直流電→轉(zhuǎn)子勵磁繞組→建立旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)磁場牽引旋轉(zhuǎn)磁極同步轉(zhuǎn)動同步電動機既需求交流電又需求直流電，其任務過程如下：(2)同步電動機(3)三相交流換向器電動機有并勵和串勵兩種型式，是一種恒轉(zhuǎn)矩交流調(diào)速電動機.◆在調(diào)速范圍R<3的條件下，可實現(xiàn)無級變速；優(yōu)點：◆有調(diào)理功率因數(shù)的功能,能補償電網(wǎng)中的功率因數(shù)。缺陷：構(gòu)造復雜、造價較高，換向困難。同步電動機的這些優(yōu)點只能在容量很大(超越1000KW)和低速(極對數(shù)超越20極)的條件下才干顯示出來。而且構(gòu)造復雜，造價較高，轉(zhuǎn)速不可調(diào)理。要求長期延續(xù)任務，并堅持轉(zhuǎn)速不變的機械，如大功率離心式水泵和通風機常用同步電動機作原動機。與普通籠型三項異步電動機相比,起動電流較小，起動轉(zhuǎn)矩較大。用于紡織、造紙、制糖、橡膠等領(lǐng)域中有求在寬范圍內(nèi)均勻調(diào)速時的電力拖動。在造紙、化纖、印刷、軋鋼、國防等部門廣泛運用。(4)無換向器電動機具有交流電動機和直流電動機兩者的優(yōu)點：具有與直流電動機相類似的調(diào)速性能，在調(diào)速范圍R>3的條件下，可實現(xiàn)無級調(diào)速；又具有與交流電動機相類似的構(gòu)造簡單、維修方便、能在惡劣條件下任務的性能。能輸出直線運動。廣泛運用在有直線運動執(zhí)行構(gòu)件的機械、自動消費線的機械手以及高速列車上。磁懸浮列車上運用這種電動機。(5)直線異步電動機普通三相異步電動機隨旋轉(zhuǎn)磁場極對數(shù)不同有4種型式：二極-同步轉(zhuǎn)速n0=3000r/min、四極-n0=1500r/min、六極-n0=1000r/min和八極-n0=750r/min。(6)變極變速三相交流異步電動機變極變速三相交流異步電動機可改動旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)，從而有級地改動電動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)有級調(diào)速。有雙速、三速、四速三種類型。調(diào)速時特性較硬，經(jīng)濟性較好。對要求有級調(diào)速的機械，如起重機、低速電梯，機床可采用這種電動機。直流電動機的主要參數(shù)有：額定功率PN、額定電壓UN、額定電流IN、額定轉(zhuǎn)速nN、勵磁電壓Uf、勵磁電流If和勵磁方式。3、直流電動機的種類及其機械特性直流電動機需求直流電源，與交流電動機比較，直流電動機具有起動力矩大、起動電流小、調(diào)速范圍廣且平滑等優(yōu)點。缺陷：原理和構(gòu)造復雜、造價高、維護管理費事等。通常直流電動機的主磁極不用永久磁鐵，而是在勵磁繞組中通入直流電建立磁場。按照勵磁繞組與電樞繞組關(guān)系的不同，直流電動機可分為4類：他勵、并勵、串勵、復勵。勵磁方式：直流電機的勵磁繞組的供電方式?！羲麆钪绷麟妱訖C：勵磁繞組接在獨立的電源上，與電樞繞組沒有關(guān)系。他勵直流電動機的勵磁方式◆并勵直流電動機和串勵直流電動機：勵磁繞組與電動機用同一個電源，勵磁繞組分別與電樞繞組并聯(lián)或串聯(lián)。并勵直流電動機的勵磁方式串勵直流電動機的勵磁方式勵磁繞組與電動機用同一個電源，有兩個勵磁繞組，分別與電樞繞組串聯(lián)和并聯(lián)?！魪蛣钪绷麟妱訖C：復勵直流電動機的勵磁方式直流電動機的機械特性◆他勵直流電動機的固有機械特性和人為機械特性：見P58圖3-10。a〕他勵直流電動機的負載機械特性較硬，其固有機械特性曲線是一條斜率較小的下傾直線。轉(zhuǎn)矩變化，轉(zhuǎn)速變化較小。n0為理想空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，nN、MN分別為額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩。b〕改動電樞電壓的人為機械特性，電壓減小，在一樣負載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)速下降。c〕在電樞繞組上串聯(lián)電阻后，人為機械特性就軟，一樣負載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)速降低。d〕電動機磁通越小，人為機械特性越軟?！舨钪绷麟妱訖C與他勵直流電動機制機械特性相類同?！舸畡钪绷麟妱訖C的機械特性，如圖3-11所示。固有機械特性，它是一條下傾的曲線，比他勵直流電動機硬度小。線1是在勵磁繞組上并聯(lián)電阻的人為機械特性，一樣負載轉(zhuǎn)矩下，比固有機械特性轉(zhuǎn)速上升。線3是在電樞繞組上串聯(lián)電阻的人為機械特性一樣負載轉(zhuǎn)矩下，比固有機械特性轉(zhuǎn)速下降。線4是在電樞繞組上并聯(lián)電阻的人為機械特性，一樣負載轉(zhuǎn)矩下，比固有機械特性轉(zhuǎn)速下降。隨著電壓的降低，在一樣負載轉(zhuǎn)矩下，比固有機械特性轉(zhuǎn)速下降。◆復勵直流電動機的機械特性，見P59圖3-12。線1為固有機械特性，為下降的曲線。線2為串聯(lián)電阻的人為機械特性，在一樣負載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)速下降。線3為能耗制動的機械特性。線4為發(fā)電制動的機械特性。電動機計算的步驟：〔二〕電動機的選擇與計算電動機選擇的內(nèi)容：類型、構(gòu)造、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、額定功率選擇。電動機選擇要思索的主要要素：運用要求和經(jīng)濟性。◆進展發(fā)熱、過載才干和起動才干的校核。◆預選電動機的功率；電動機類型選擇的原那么：滿足運用要求的前提下，交流電動機優(yōu)先于直流電動機；籠型電動機優(yōu)先于繞線型電動機；公用電動機優(yōu)先于通用電動機。1、電動機類型和構(gòu)外型式的選擇〔1〕電動機的類型選擇可按下面詳細情況選擇電動機類型：1)普通情況下，對起動、制動及調(diào)速無特殊要求的機械，如機床、水泵、鼓風機、運輸機械、農(nóng)業(yè)機械等，應盡量用Y系列籠型三相異步交流電動機。對于調(diào)速范圍較大(R>3~10)具有恒功率機械特性(P=C)的機械，盡能夠選擇帶機械變速安裝的交流異步電動機，或選無換向器交流電動機。當這些交流電動機不能滿足要求時，才選直流電動機。2)對于具有恒轉(zhuǎn)矩負載特性(M=C)及轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比負載特性(M=f〔n2)〕的機械，應選用機械特性較硬的交流電動機。3)對需求調(diào)速，但對調(diào)速平滑性無特別要求的機械，可進展有級調(diào)速。為方便地實現(xiàn)有級變速，應選YD系列變極變速三相交流異步電動機，這種電動機特性較硬、經(jīng)濟性好，在起重機、低速電梯以及一些機床中就采用這種電動機。4)無調(diào)速要求，但需求高起動轉(zhuǎn)矩、起動飛輪力矩較大，具有沖擊載荷、起動、制動、反轉(zhuǎn)次數(shù)較多的機械，可選YH系列高轉(zhuǎn)差率三相交流異步電動機。剪床、沖床、鍛壓機、冶金機械、緊縮機、小型起重運輸機常選這種電動機。以上講的是交流異步電動機的選用。在滿足4〕要求的同時，還需求小范圍內(nèi)變速(R<3)的機械，如起重機、礦井提升機可選YR系列繞線型三相交流異步電動機。5)斷續(xù)任務制(負荷繼續(xù)率FC=15%~60%)，頻繁起動、制動、反向、起動轉(zhuǎn)矩較大的機械，如起重機、冶金輔助設(shè)備可選用YZ系列、YZR系列繞線型三相交流異步電動機。以上引見的是交流電動機的選用。6)功率較大，負載較平穩(wěn)，無調(diào)速要求，且長期運轉(zhuǎn)的機械，如大容量空壓機、大型離心泵、大型鼓風機等可選用T、TD、TDG等系列三相交流同步電動機。對于功率雖然不大，轉(zhuǎn)速較低，長期運轉(zhuǎn)的機械，如各種磨機、往復緊縮機、軋機等可選用TM、TK、TZ等系列三相交流低速同步電動機。7)要求調(diào)速范圍較大，且調(diào)速平滑，需準確進展位置控制的中小功率機械，如數(shù)控機床、龍門刨床、可逆軋鋼機、造紙機可選直流他勵電動機。除上面要求以外，還要求有較大的起動轉(zhuǎn)矩的機械，如電車、電氣機車、重型起重機宜選用直流串勵電動機。交流異步電動機可進展可控硅調(diào)速，變頻調(diào)速，如能取代上述直流電動機，可顯示出較多的優(yōu)越性。直流電動機需求直流電源、價錢為同功率交流電動機的2~3倍，在高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量等方面均不如交流異步電動機。選用直流電動機要慎重，要有充分的理由。9)有公用電動機的機械，應選用公用電動機，不要選普通電動機。如深井泵、潛水泵就有公用電動機。公用電機在滿足運用要求和經(jīng)濟性方面更好。8)任務環(huán)境有易爆氣體時或塵埃較多時，應選用防爆、防塵電動機。(2)電動機構(gòu)外型式的選擇1)普通情況下應選用臥式電動機，有特殊要求如立式機床、反響罐的攪拌等才選立式電動機。2)根據(jù)任務環(huán)境的不同，可選擇開啟式、防護式、封鎖式、隔爆式等外殼防護方式的電動機。普通任務條件下應選用有防護外殼的電動機；戶外運用，不得選用開啟式電動機；在有塵埃和有水濺的環(huán)境中運用，應選封鎖式電動機；有防爆要求時，應選有隔爆外殼防護的電動機；對濕熱地帶和船用電動機還有特殊要求，如既要求防潮又要求散熱。3)普通情況下電動機軸從一端伸出，也有從兩端伸出軸的電動機，這種電動機可用于驅(qū)動兩臺機械任務。一樣額定功率的電動機，有多種額定轉(zhuǎn)速。電動機的額定轉(zhuǎn)速越高，旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)越少，電動機體積小、質(zhì)量輕、價錢低、功率因數(shù)高；同時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，起動和制動反響快，能量耗費小，因此選用額定轉(zhuǎn)速高的電動機經(jīng)濟性好。但當執(zhí)行構(gòu)件速度較低時，選用額定轉(zhuǎn)速較高的電動機，傳動系統(tǒng)復雜，影響傳動系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟性。2、電動機額定轉(zhuǎn)速選擇兼顧動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟性，綜合思索任務機械的任務制以及起動、制動、反轉(zhuǎn)的頻繁程度以及任務機械對從起動到正常任務過渡過程的要求，來選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速。直流電動機由單獨的直流發(fā)電機供電時，普通額定電壓為220V或110V，大于20KW的直流電動機額定電壓可用600~780V。3、電動機額定電壓的選擇家庭和辦公室普通只需220V的單相交流電，應選額定電壓220V的單相異步電動機。消費車間電網(wǎng)為380V三相交流電。中小型異步電動機有220/380V(△/Y接法)及380/660V(△/Y接法)兩種額定電壓，大型交流異步電動機，可選用3000V以上的高壓電源?！哺邏簜鬏斞赝緭p失小〕4、電動機任務制的選擇任務機械的任務制〔延續(xù)任務、斷續(xù)任務和短時任務〕可用負荷繼續(xù)率FC表示，電動機也有任務制〔負載功率P和溫升T隨時間t的變化曲線〕。國家規(guī)范規(guī)定三相異步交流電動機的任務制分為9類：S1S2S3S4S5S6S7S8S9連續(xù)工作制短時工作制斷續(xù)周期工作制包括起動的斷續(xù)周期工作制包括電制動的斷續(xù)周期工作制連續(xù)周期工作制包括電制動連續(xù)周期工作制包括負載和轉(zhuǎn)矩相應變化的連續(xù)周期工作制負載和轉(zhuǎn)速非周期變化的工作制其中最根本的：S1-延續(xù)任務制；S2-短時任務制；S3-斷續(xù)周期任務制〔S4，S5〕；S6-延續(xù)周期任務制〔S7，S8〕；S9-負載和轉(zhuǎn)速非周期變化的任務制。不同任務制對電動機的發(fā)熱影響不同，從而影響電動機的承載才干。下面以S1、S2、S3為例加以闡明。教材圖3-13。①延續(xù)任務制(S1)：電動機長期穩(wěn)定任務，功率P=C，電動機的溫度到達穩(wěn)定任務TW，這種任務制的電動機如Y系列電動機只需一個額定功率。②短時任務制(S2)：電動機任務時間tw較短，休憩時間t0較長。任務時電動機的溫度達不到穩(wěn)定任務溫度TW，休憩時電動機的溫度降到了環(huán)境溫度T0。對短時任務制的電動機，規(guī)范規(guī)定了延續(xù)任務時間為：15min、30min、60min和90min的功率：P15，P30，P60，P90，滿足P15>P30>P60>P90的關(guān)系。

電動機要頻繁地起動和制動，用負荷繼續(xù)率表示斷續(xù)周期任務制下電動機的任務情況：③斷續(xù)周期任務制(S3)：電動機任務時間tw和休憩時間t0都較短，而且周期性變化。電動機的溫度T在Tmax~Tmin間變化，Tmin>T0(環(huán)境溫度)，Tmax<TW(穩(wěn)定溫度)。規(guī)范負荷繼續(xù)率有4種：15%、25%、40%、60%，電動機的功率為負荷繼續(xù)率的函數(shù)P=f(FC)。規(guī)范為同一型號的電動機規(guī)定了4個功率：P15，P25，P40，P60，分別表示在相應負荷繼續(xù)率下的額定功率，有P15>P25>P40>P60的關(guān)系。YZR、YZ系列電動機屬于斷續(xù)周期任務制電動機。經(jīng)過計算負荷繼續(xù)率FC判別電動機的任務制：15%≤FC≤60%—斷續(xù)周期任務制(S3)FC<15%—短時任務期(S2)選擇電動機時，最好選擇與任務機任務制一樣或相近任務制的電動機。FC>60%—延續(xù)任務制(S1)5、電動機功率選擇與計算選擇電動機功率要思索的要素：電力拖動系統(tǒng)有良好的經(jīng)濟性，又能平安可靠地運轉(zhuǎn)?！艄β蔬x擇得太大，“大馬拉小車〞，呵斥設(shè)備浪費，運轉(zhuǎn)效率低，對電能利用不經(jīng)濟。②電動機的過載才干；電動機功率選擇應適宜：◆功率選擇得太小，“小馬拉大車〞，長期超負載荷運轉(zhuǎn)，會呵斥電動機絕緣過早燒壞，甚至繞組燒壞。(1)決議電動機功率的要素①電動機的發(fā)熱；③電動機的起動才干?！綦妱訖C的發(fā)熱電動機運轉(zhuǎn)過程中有銅損、磁損和摩擦損失，這些能量損失會使電動機溫度升高。在電動機里耐熱性最差的是繞組的絕緣資料，因此，把絕緣資料所允許的最高溫度作為限制電動機任務才干的代表參數(shù)。電動機的發(fā)熱計算是選擇電動機功率的主要要素。在選擇電動機功率時，除短時任務制的電動機外，都應進展發(fā)熱計算。發(fā)熱計算的方法后面講。◆電動機的過載才干：對瞬時的最大負載需求進展過載才干的校驗。交流電動機的過載才干遭到臨界轉(zhuǎn)矩Mm的限制；直流電動機受換向器電火花的限制。交流電動機的過載才干以允許轉(zhuǎn)矩的過載倍數(shù)λm表示。允許轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)λm是交流電動機的一個重要目的，可從手冊中查出。表示這一限制的代表參數(shù)就是額定功率，額定功率是按照任務環(huán)境40℃，繞組最高溫度在答應范圍，一定條件下帶載運轉(zhuǎn)的輸出功率。直流電動機的過載才干以電流過載倍數(shù)λI表示:式中：Imax—換向器允許的最大電流，IN—額定電流。對拖動載荷變化較大的電動機，應進展過載才干校核。對平穩(wěn)載荷，如皮帶運輸機等不計算過載才干。校核公式為P61(3-19)、(3-20)和(3-21)式：直流電動機〔3-19〕異步電動機同步電動機〔3-20〕〔3-21〕◆電動機的起動才干以交流異步電動機為例，從固有機械特性可知其起動轉(zhuǎn)矩為Mst，此時起動電流Ist=(4~7)IN。當起動的負載力矩ML>Mst時，電動機不能帶負載起動；當ML≤Mst時，雖然電動機可以負載起動，但由于起動電流Ist過大，會影響電動機或電網(wǎng)上其它電器任務。電動機的起動才干可以用起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)表示：起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)可用手冊中查出，當電動機在負載下起動時，應校核電動機的起動才干，如起重機械。由三相異步電動機的固有機械特性可看出：從A點沿固有機械特性，經(jīng)P點到B點的起動過程，轉(zhuǎn)矩M是變化的，因此不能按這個過程中的某一個轉(zhuǎn)矩來校核電動機的起動才干。應按平均起動轉(zhuǎn)矩Msa校核起動才干。電動機起動過程中，機械特性M=f(n)不是線性變化的，平均起動轉(zhuǎn)矩Msa難以準確計算。對于各種交流電動機，可按P61(3-22)到(3-26)式估算平均起動轉(zhuǎn)矩Msa。直流電動機〔3-22〕同步電動機〔3-23〕〔3-24〕當Mst≥Mpi時當Mst≤Mpi時普通籠型電動機〔3-25〕〔3-26a〕〔3-26〕冶金起重機械冶金起重用繞線型電動機式中：Mpi—牽入轉(zhuǎn)矩；MN，25—FC=25%時的額定轉(zhuǎn)矩；當定子繞組接通電源后，電機以異步電動機原理啟動，加速運轉(zhuǎn)至同步轉(zhuǎn)速時，由轉(zhuǎn)子永磁磁場和定子磁場產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子牽入同步，電機進入同步運轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)矩叫牽入轉(zhuǎn)矩。假設(shè)交流電動機功率低于7.5KW時，允許直接接入電網(wǎng)，按P62(3-27)式校核起動才干?！?-27〕式中：MN—電動機額定轉(zhuǎn)矩；Mrs—起動時電動機軸上的靜阻轉(zhuǎn)矩；kU—最小起動電壓與額定電壓之比，普通取kU=0.85；kmin—電動機最小起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比；ks—起動加速因數(shù)，普通取ks=1.2～1.5；(2)電動機的負載圖1〕動力機驅(qū)動系統(tǒng)的運動方程機械系統(tǒng)可以表示為:動力機傳動系統(tǒng)任務機M、ωJtot動力機驅(qū)開任務機械時，機械系統(tǒng)的方程為：聯(lián)軸器聯(lián)軸器M，ω——電機軸上的轉(zhuǎn)矩和角速度；Jtot——整個系統(tǒng)折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量。式中：Md-電機軸輸出轉(zhuǎn)矩；MZ-折算到動力機輸出軸上的任務機負載轉(zhuǎn)矩；Jtot-機械系統(tǒng)折算到動力機輸出軸上的轉(zhuǎn)動慣量。-動力機輸出軸沿力矩Md方向的角加速度；動力機驅(qū)開任務機械時，機械系統(tǒng)的方程為：Jtot由三部分組成：動力機輸出軸的轉(zhuǎn)動慣量Jm，機械系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動件的折算轉(zhuǎn)動慣量，機械系統(tǒng)中挪動構(gòu)件的折算轉(zhuǎn)動慣量。即：轉(zhuǎn)動慣量的折算是按動能不變原理進展的。轉(zhuǎn)動慣量的折算是按動能不變原理進展的。轉(zhuǎn)動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量的折算：設(shè)第J個轉(zhuǎn)動構(gòu)件的動能為：折算后的動能為：式中：Jmj—第j個轉(zhuǎn)動構(gòu)件折算到動力機輸出軸上的轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2；Jj—第j個轉(zhuǎn)動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2；ωj—第j個轉(zhuǎn)動構(gòu)件的角速度，rad/s；ωm—動力機輸出軸角速度，rad/s；imj=ωm/ωj，從動力機輸出軸到第j個轉(zhuǎn)動構(gòu)件的速比。據(jù)動能不變實際，令上兩式相等解得：挪動構(gòu)件轉(zhuǎn)動慣量的折算：設(shè)第i個挪動構(gòu)件的動能為：折算到動力機輸出軸上的動能為：由動能不變定了解得：Vi—第i個挪動構(gòu)件的速度，m/s。式中：Jmi—第i個挪動構(gòu)件折算到動力機輸出軸上的轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2；mi—第i個挪動構(gòu)件的質(zhì)量，kg；將Jmj和Jmi代入到可以得到Jtot③減速運動形狀：Md<Mz;由運動方程可看出機械系統(tǒng)可處于三種運動形狀：①穩(wěn)定運轉(zhuǎn)或靜止形狀：Md-Mz=0；②加速運動形狀：Md>Mz；>0<0=0電動機的負載圖表示電動機的轉(zhuǎn)矩M、功率P和電流I隨時間t變化的情況。即M=f(t)、P=f(t)、I=f(t)關(guān)系。2〕電動機的負載圖電動機的負載圖是進展發(fā)熱計算、校核電動機的過載才干和起動才干的根據(jù)。電動機的負載圖應根據(jù)任務機的負載圖制造。以卷揚機為例闡明電動機負載圖的制造方法。ts-穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時間；tb-制動時間；t0-停車時間;tst-起動時間；tW-任務時間;T-任務周期;MZ'-卷揚機鋼絲繩卷筒上的轉(zhuǎn)矩；MZ-折算到電機軸上的轉(zhuǎn)矩；n'-卷筒轉(zhuǎn)速；tW=tst+ts+tbT=tW+t0=tst+ts+tb+t0twtMMZM′ZTt0tbtstst卷揚機筒上的轉(zhuǎn)矩MZ'隨時間變化情況：它具有恒轉(zhuǎn)矩的機械特性。由MZ'求出電動機軸上MZ時，思索效率η和速比i。i、η-從電機到卷筒的速比和效率；n'Ttwt0tbtststttst起動階段轉(zhuǎn)速n'按線性關(guān)系增長；ts穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段轉(zhuǎn)速不變；tb制動階段轉(zhuǎn)速n'按線性關(guān)系減小，t0停車階段，轉(zhuǎn)速n'=0。卷揚機卷筒轉(zhuǎn)速n