第三章 機(jī)械系統(tǒng)的載荷特性和動(dòng)力機(jī)選擇.ppt

1、第三章 機(jī)械系統(tǒng)的載荷特性和動(dòng)力機(jī)選擇,第一節(jié) 工作機(jī)械的載荷和工作制,一、載荷類型,1.所有機(jī)械在工作中都會(huì)受到多宗外力的作用，這些 外力在工程上稱為載荷。,2.機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，常將載荷表示成不同 的形式，如用力、力矩或轉(zhuǎn)矩等形式表示，也可用 壓力、功率、加速度等形式表示。 3.工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系稱為工作 機(jī)械的負(fù)載特性。,轉(zhuǎn)矩M，功率P，轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系：,4.載荷按是否隨時(shí)間變化，可分為靜載荷與動(dòng)載荷 兩大類。 靜載荷是指大小、方向和位置都不變的載荷 （如自重），反之則為動(dòng)載荷。 工程上靜載荷的情況極少，但由于其形式簡(jiǎn)單，故 工程實(shí)際中有時(shí)也將一些動(dòng)載荷簡(jiǎn)化處理成

2、靜載荷， 以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算。,工程上常把載荷隨時(shí)間的變化稱為載荷時(shí)間歷程， 簡(jiǎn)稱載荷歷程。對(duì)一般機(jī)械承受的動(dòng)載荷，按其載荷 歷程的不同，可分為周期載荷，非周期載荷，隨機(jī)載 荷等幾種。周期載荷和非周期載荷為確定性載荷，其 變化有一定規(guī)律并可重復(fù)，可用一定的數(shù)學(xué)公式來(lái)表達(dá)； 而隨機(jī)載荷是一種無(wú)規(guī)律的不重復(fù)載荷，對(duì)它只能進(jìn) 行統(tǒng)計(jì)處理。,5.區(qū)分平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程和各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過(guò)程,若隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化，則該過(guò)程稱為 平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，簡(jiǎn)稱平穩(wěn)過(guò)程或穩(wěn)態(tài)過(guò)程。反之， 稱為非平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。,若平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程整個(gè)母體的概率分布與任何一個(gè) 樣本的概率分布相同，即一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程在任 何時(shí)刻得到的樣本都與在另

3、一時(shí)刻得到的另一樣 本相同，則這種平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程稱為各態(tài)歷經(jīng)的隨 機(jī)過(guò)程。,各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)過(guò)程必然是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，但不是所 有的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程都是各態(tài)歷經(jīng)的。,二、載荷的處理方法,1.隨機(jī)載荷的處理 1）.載荷譜進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，直接利用隨機(jī)載荷比較困難， 因其具有不可重復(fù)性和不可預(yù)測(cè)性.但在正常的使用條件下， 對(duì)某一具體機(jī)械，它又有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因此需將原始記錄的 載荷時(shí)間歷程（稱為機(jī)械的工作譜或使用譜），用概率 統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行處理后，得到能反映載荷隨時(shí)間變化的、具 有統(tǒng)計(jì)特征的載荷時(shí)間歷程，即載荷譜。,對(duì)編譜的要求有： （1）、選取的載荷字樣必須具有典型性和代表性； （2）、使用編制的載荷譜進(jìn)行疲勞

4、計(jì)算或?qū)嶒?yàn)時(shí)， 所得的壽命盡量接近實(shí)際機(jī)械的工作壽命。 （3）、整個(gè)編譜過(guò)程可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，使大量的 計(jì)算工作有計(jì)算機(jī)來(lái)完成。,三、載荷的確定方法,1.確定載荷通常有三種方法：類比法、計(jì)算法和實(shí)測(cè)法。,1）、類比法 參照同類或相近的機(jī)械，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或 簡(jiǎn)單的計(jì)算確定所設(shè)計(jì)機(jī)械的載荷，這種方法稱為類比法。 它主要用在載荷較難確定的場(chǎng)合或設(shè)計(jì)的初步階段，也 可用在不需精確確定載荷的情況。,2）、計(jì)算法是根據(jù)機(jī)械的功能要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 運(yùn)用靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、經(jīng)驗(yàn)公式或圖表等計(jì)算確 定載荷的方法。,3）、實(shí)測(cè)法 實(shí)測(cè)法是指用實(shí)驗(yàn)分析測(cè)定載荷的方法。 目前廣泛采用的方法是將各種非電量的被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)化 成電量

5、參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。,四、工作機(jī)械的工作制,工作機(jī)械的工作制是指機(jī)械工作的持續(xù)狀況， 如連續(xù)、斷續(xù)、短時(shí)工作等。,第二節(jié) 動(dòng)力機(jī)的種類、機(jī)械特性及其選擇,動(dòng)力機(jī)又稱為原動(dòng)機(jī)，是機(jī)械設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)部分。 動(dòng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為動(dòng)力機(jī) 的機(jī)械特性或輸出特性。,在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選用何種形式的動(dòng)力機(jī)， 主要應(yīng)從如下幾個(gè)方面考慮： 1）.分析工作機(jī)械的負(fù)載特性，包括其載荷性質(zhì)、,工作制、作業(yè)環(huán)境、結(jié)構(gòu)布置等； 2）.分析動(dòng)力機(jī)本身的機(jī)械特性，以便選擇與工作機(jī)械相匹配的動(dòng)力機(jī)； 3）.動(dòng)力機(jī)容量計(jì)算，通常是指計(jì)算動(dòng)力機(jī)的功率大小。 4）.進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型分析，包括能源的供應(yīng)、使用和維修費(fèi)用、動(dòng)力機(jī)購(gòu)

6、置費(fèi)用等； 5）.作業(yè)環(huán)境的要求，如是戶外型還是戶內(nèi)型、環(huán)境溫度、濕度、粉塵及通風(fēng)條件、有無(wú)隔爆要求、是否需經(jīng)常移動(dòng)還是固定不動(dòng)等。,一、電動(dòng)機(jī)的種類、機(jī)械特性及其選擇,電動(dòng)機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)中最常用的動(dòng)力機(jī)，與其他動(dòng)力機(jī) 相比，它具有較高的驅(qū)動(dòng)效率，且其種類和型號(hào)較多， 與工作機(jī)械連接方便，具有良好的調(diào)速、起動(dòng)、制動(dòng) 和反向控制性能，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化控制，工 作時(shí)無(wú)環(huán)境污染，可滿足大多數(shù)機(jī)械的工作要求。 但是選擇電動(dòng)機(jī)必須具備相應(yīng)的電源，對(duì)野外工作機(jī) 械及移動(dòng)式機(jī)械常因沒(méi)有電源而不能選用。,二、內(nèi)燃機(jī)的種類、機(jī)械特性及其選擇,1.內(nèi)燃機(jī)是指燃料在汽缸內(nèi)進(jìn)行燃燒，直接 將產(chǎn)生的氣體所含的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置。,2.按燃料種類主要分為柴油機(jī)和汽油機(jī)。 其中柴油機(jī)是最廣泛應(yīng)用的一種內(nèi)燃機(jī)。,3.在選擇內(nèi)燃機(jī)時(shí)必須了解內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行工況和特性，使它能很好地與被驅(qū)動(dòng)工作機(jī)的負(fù)載特性相適應(yīng)。,三、液壓馬達(dá)的種類、機(jī)械特性及其選擇,1.液壓馬達(dá)是液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能 量轉(zhuǎn)化裝置。在液壓系統(tǒng)中液壓馬達(dá)是 當(dāng)做執(zhí)行原件來(lái)使用的。,2.目前低速大轉(zhuǎn)矩液