04章動力系統(tǒng) 4講

1、1 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng) 機械系統(tǒng)設計機械系統(tǒng)設計 n第 1 章 緒論 n第 2 章 系統(tǒng)原理 n第 3 章 設計原理 n第第 4 章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) n第 5 章 運動系統(tǒng) n第 6 章 操縱系統(tǒng) n第 7 章 控制系統(tǒng) n第 8 章 第第 4 章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1 載荷類型及其確定方法載荷類型及其確定方法 4.2 隨機載荷的處理隨機載荷的處理 4.3 動力機的選用與特點動力機的選用與特點 4.4 電動機的選用電動機的選用 4.5 其它動力機的選用其它動力機的選用 3 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1

2、 載荷類型及其確定方法載荷類型及其確定方法 n4.1.1 4.1.1 工作機械的負載特性工作機械的負載特性 n4.1.2 4.1.2 載荷類型載荷類型 n4.1.3 4.1.3 載荷的確定方法載荷的確定方法 n4.1.4 4.1.4 工作機械的工作制工作機械的工作制 4 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.1 工作機械的負載特性工作機械的負載特性 n負載特性：工作機械的轉矩負載特性：工作機械的轉矩T與轉速與轉速n之間的關系。之間的關系。 表表3.1 常見工作機械的負載特性（常見工作機械的負載特性（n-T曲線）曲線） n T O n T O C n T O n T O C

3、-C 負負 載載 恒轉矩恒轉矩 Constant torque轉矩是轉速轉矩是轉速n的函數(shù)的函數(shù) 位能性負載位能性負載反抗性負載反抗性負載直線關系直線關系二次方關系二次方關系 特特 性性 轉矩轉矩T 為常數(shù)為常數(shù) 轉矩轉矩T大小相同，大小相同， 方向隨轉速方向隨轉速n的方的方 向發(fā)生變化向發(fā)生變化 轉矩轉矩T與轉速與轉速n之間有一定的函數(shù)關之間有一定的函數(shù)關 系系T=f(n) ， T 隨隨n增大而增大增大而增大 舉舉 例例 起重機，起重機， 提升機構，提升機構， 卷揚機卷揚機 摩擦負載摩擦負載 滑動軸承試驗滑動軸承試驗 臺臺( (潤滑油的粘潤滑油的粘 滯阻力矩滯阻力矩) ) 離心式風機與水泵、

4、離心式風機與水泵、 船舶螺旋槳船舶螺旋槳( (靠改變靠改變 轉速來改變流量轉速來改變流量) ) n-T 曲曲 線線 5 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 表表4.1 常見工作機械的負載特性（續(xù)）常見工作機械的負載特性（續(xù)） 負負 載載 負載轉矩是行程負載轉矩是行程 s 或轉角或轉角的函數(shù)的函數(shù) 轉矩隨時間轉矩隨時間 t 變化無規(guī)律變化無規(guī)律 恒轉速恒轉速 Constant revolution 恒功率恒功率 Constant power 特特 性性 T=f ( s ) 或或T=f () 轉矩轉矩T為為 隨機變量隨機變量 轉速轉速n為常數(shù)，為常數(shù)， 轉矩可從轉矩可從0變化到變化到

5、 一定的數(shù)值一定的數(shù)值 功率為常數(shù)，功率為常數(shù)， T增大、增大、n減小或減小或 T減小、減小、n增大增大 舉舉 例例 采用連桿機構的工作機：采用連桿機構的工作機： 活塞式空活塞式空氣壓縮機，氣壓縮機， 曲柄壓力機，軋鋼廠的剪切曲柄壓力機，軋鋼廠的剪切 機、升降擺動臺、翻鋼機機、升降擺動臺、翻鋼機 破碎機破碎機 球磨機球磨機 電廠發(fā)電機（由汽電廠發(fā)電機（由汽 輪機或水輪機驅動輪機或水輪機驅動) ) 工程機械工程機械, ,機床切削機床切削 加工加工, ,造紙、紡織和造紙、紡織和 軋鋼設備中的卷取軋鋼設備中的卷取 機構機構( (牽引力恒定牽引力恒定) ) n T On T O C s, T O t

6、T O n-T 曲曲 線線 6 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.2 載荷類型載荷類型 n 載荷載荷：機械在工作中受到的外力。：機械在工作中受到的外力。 1. 1.按載荷產生的來源分按載荷產生的來源分 n 工作載荷工作載荷：驅動載荷：起重機驅動載荷：起重機 制動載荷：制動器制動載荷：制動器 阻力載荷：帶式輸送機、車輛的摩擦阻力。阻力載荷：帶式輸送機、車輛的摩擦阻力。 n 動力載荷動力載荷：慣性載荷慣性載荷 （彈性）振動載荷（彈性）振動載荷 沖擊（振動）載荷沖擊（振動）載荷 n 自然載荷自然載荷：自重載荷自重載荷 風力載荷風力載荷 水力載荷水力載荷 溫度載荷溫度載荷 2.

7、 2. 按載荷表示的形式分按載荷表示的形式分 力力 力矩力矩 轉矩轉矩 壓力壓力 功率功率 加速度加速度 7 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.2 載荷類型載荷類型（續(xù)（續(xù)1） 3. 3. 按載荷是否隨時間變化分按載荷是否隨時間變化分 靜載荷：大小、方向和位置都不變的載荷靜載荷：大小、方向和位置都不變的載荷( (如自重如自重) ) 動載荷：大小、方向或位置隨時間變化的載荷。動載荷：大小、方向或位置隨時間變化的載荷。 工程中大多數(shù)機械所承受的都是動載荷。工程中大多數(shù)機械所承受的都是動載荷。 工程中有時將動載荷簡化處理成靜載荷。工程中有時將動載荷簡化處理成靜載荷。 n載荷歷

8、程載荷歷程：載荷隨時間變化的：載荷隨時間變化的曲線曲線。 載荷時間歷程載荷時間歷程的簡稱。的簡稱。 8 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.2 載荷類型載荷類型（續(xù)（續(xù)2） n 4. 4.按動載荷的載荷歷程分按動載荷的載荷歷程分 周期載荷周期載荷: : 幅值和頻率在某一時域不變幅值和頻率在某一時域不變 簡諧載荷：正弦規(guī)律變化簡諧載荷：正弦規(guī)律變化 沖擊載荷：作用時間短、幅值變化較大沖擊載荷：作用時間短、幅值變化較大 常按一般周期載荷來處理。常按一般周期載荷來處理。 復雜周期載荷：復雜周期載荷： 可分解成無限個簡諧載荷的疊加可分解成無限個簡諧載荷的疊加 ( (由許多正弦波組

9、成的傅里葉級數(shù)由許多正弦波組成的傅里葉級數(shù)) )。 即即 可表示為均值為可表示為均值為 a0/2的靜態(tài)分量與諧波分量的疊加形式，的靜態(tài)分量與諧波分量的疊加形式， 諧波分量用三個要素來描述諧波分量用三個要素來描述: (0為基頻為基頻) 幅值幅值cn，諧波角頻率，諧波角頻率n0 ，相位角，相位角n圖410 各種載荷歷程 （a） 簡諧載荷 t x(t) 0 （b） 沖擊載荷 t x(t) 0 （c） 復雜周期載荷 x(t) t 0 9 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.2 載荷類型載荷類型（續(xù)（續(xù)3） 4.4.按按動載荷的載荷歷程動載荷的載荷歷程分分 非周期載荷非周期載荷:

10、: 載荷的幅值和頻率都隨時間變化。載荷的幅值和頻率都隨時間變化。 其變化有一定規(guī)律并可重復，其變化有一定規(guī)律并可重復， 可用一定的數(shù)學公式來表達?？捎靡欢ǖ臄?shù)學公式來表達。 準周期載荷準周期載荷：是由若干個頻率比是有理數(shù)的正弦量合成：是由若干個頻率比是有理數(shù)的正弦量合成 的載荷，它仍可用周期載荷的處理方法的載荷，它仍可用周期載荷的處理方法 ( (頻率比是有理數(shù)的正弦載荷合成后仍是周期載荷頻率比是有理數(shù)的正弦載荷合成后仍是周期載荷) )。 瞬變載荷瞬變載荷：除準周期載荷之外的非周期載荷，常采用傅：除準周期載荷之外的非周期載荷，常采用傅 里葉變換建立載荷的時間函數(shù)和頻率函數(shù)之間的一一對里葉變換建立

11、載荷的時間函數(shù)和頻率函數(shù)之間的一一對 應關系。應關系。 10 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.2 載荷類型載荷類型（續(xù)（續(xù)4） 4.4.按按動載荷的載荷歷程動載荷的載荷歷程分分 隨機載荷隨機載荷: : 不可能用確定的數(shù)學關系來描述，不可能用確定的數(shù)學關系來描述， 是時間的函數(shù)，具有：是時間的函數(shù)，具有： 不可重復性不可重復性：其每次的觀測結果都不一樣。：其每次的觀測結果都不一樣。 不可預測性不可預測性：不可能預測它未來某一時刻的精確值。不可能預測它未來某一時刻的精確值。 但在正常的使用條件下，對某一具體機械，但在正常的使用條件下，對某一具體機械， 它又它又具有統(tǒng)計規(guī)律

12、具有統(tǒng)計規(guī)律， 例：汽車、拖拉機、船舶等的工作載荷。例：汽車、拖拉機、船舶等的工作載荷。 由于其不確定性，因而只能采用統(tǒng)計的方法來獲由于其不確定性，因而只能采用統(tǒng)計的方法來獲 得它們的統(tǒng)計規(guī)律。得它們的統(tǒng)計規(guī)律。 x(t) t 圖410 隨機載荷的載荷歷程 11 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.2 載荷類型載荷類型（續(xù)（續(xù)5） 5.5.各種載荷的處理各種載荷的處理 靜載荷靜載荷：可用靜強度判據(jù)來設計計算。：可用靜強度判據(jù)來設計計算。 動載荷動載荷：名義載荷：名義載荷大于大于1 1的動載因數(shù)，的動載因數(shù)， 將動載荷轉化為靜載荷進行近似的設計計算。將動載荷轉化為靜載荷進行

13、近似的設計計算。 周期載荷和非周期載荷周期載荷和非周期載荷：為確定性載荷，即：為確定性載荷，即 可對周期載荷進行傅里葉展開，可對周期載荷進行傅里葉展開， 對非周期載荷進行傅里葉變換對非周期載荷進行傅里葉變換 以獲得它們的變化規(guī)律，以獲得它們的變化規(guī)律， 從而利用疲勞強度理論進行設計計算。從而利用疲勞強度理論進行設計計算。 隨機載荷隨機載荷：是一種無規(guī)律的不重復的載荷，：是一種無規(guī)律的不重復的載荷， 對它只能進行統(tǒng)計處理。對它只能進行統(tǒng)計處理。 12 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.3 4.1.3 載荷的確定方法載荷的確定方法 n機械設計需根據(jù)機械的功能預先確定載荷。機

14、械設計需根據(jù)機械的功能預先確定載荷。 n有國家標準的，應優(yōu)先采用國家標準，有國家標準的，應優(yōu)先采用國家標準， n沒有國家標準的，根據(jù)經驗或參照其他設計確定。沒有國家標準的，根據(jù)經驗或參照其他設計確定。 n確定載荷通常有三種方法：確定載荷通常有三種方法： 類比法，計算法，實測法。類比法，計算法，實測法。 n對于一些復雜的難以確定的載荷，對于一些復雜的難以確定的載荷， 可以把上述幾種方法結合起來使用?？梢园焉鲜鰩追N方法結合起來使用。 13 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.3 4.1.3 載荷的確定方法載荷的確定方法（續(xù)（續(xù)1 1） n1.1.類比法類比法：參照同類或相近的

15、機械，：參照同類或相近的機械， 根據(jù)經驗或簡單的計算確定載荷。根據(jù)經驗或簡單的計算確定載荷。 n用于載荷較難確定的場合用于載荷較難確定的場合 或或 設計的初步階段，設計的初步階段， 也可用在不需精確確定載荷的情況。也可用在不需精確確定載荷的情況。 應用它需要一定的實際經驗，通常采用：應用它需要一定的實際經驗，通常采用： n幾何尺寸類比幾何尺寸類比 關系式關系式 F1/ F2 = = f( (L1)/)/f( (L2) ) 式中式中 F1、L1設計機械的載荷、尺寸；設計機械的載荷、尺寸； F2、L2現(xiàn)有機械的載荷、尺寸；現(xiàn)有機械的載荷、尺寸； f( (L) )該類機械的尺寸該類機械的尺寸L和載荷

16、和載荷間的函數(shù)關系。間的函數(shù)關系。 14 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.3 4.1.3 載荷的確定方法載荷的確定方法 n1.1.類比法類比法： n動力類比動力類比 關系式關系式 P1/ P2 = = f( (L1)/ )/ f( (L2) ) 或或 T1/ T2 = = f( (L1)/ )/ f( (L2) ) nT = FD / 2 Nm， nP = Tn / 9549 kW， nP = Fv / 1000 = T/1000 kW 15 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.3 4.1.3 載荷的確定方法載荷的確定方法 2.2.計算法計算法：

17、根據(jù)機械的功能要求和結構特點，用靜力學、：根據(jù)機械的功能要求和結構特點，用靜力學、 動力學、經驗公式或圖表等計算確定載荷。動力學、經驗公式或圖表等計算確定載荷。 n例：例： n重力載荷重力載荷 mg 式中式中 m為物體的質量；為物體的質量；g為重力加速度。為重力加速度。 n移動部分的慣性載荷移動部分的慣性載荷 Fma 式中式中 m為物體的質量；為物體的質量； a為物體的加速度。為物體的加速度。 n物體所受的摩擦載荷物體所受的摩擦載荷 FFn 式中式中 為摩擦因數(shù)；為摩擦因數(shù)； Fn為正壓力。為正壓力。 16 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.3 4.1.3 載荷的確定方

18、法載荷的確定方法 3. 3. 實測法實測法：用實驗分析測定載荷的方法。：用實驗分析測定載荷的方法。 n如果所設計的機械屬于創(chuàng)新或研制，無可借鑒和參考，且載荷如果所設計的機械屬于創(chuàng)新或研制，無可借鑒和參考，且載荷 的確定較重要時，則需通過模型或原型由實測法精確確定。的確定較重要時，則需通過模型或原型由實測法精確確定。 n當表征載荷的參數(shù)難以直接測量時，必須將它們轉換為其他參當表征載荷的參數(shù)難以直接測量時，必須將它們轉換為其他參 數(shù)，對轉換后的參數(shù)進行測量。目前廣用的方法是數(shù)，對轉換后的參數(shù)進行測量。目前廣用的方法是 非電量的電測法：將各種非電量的被測參數(shù)轉化成電量參數(shù)進非電量的電測法：將各種非電

19、量的被測參數(shù)轉化成電量參數(shù)進 行測量。行測量。 這種方法的這種方法的優(yōu)點優(yōu)點： n可將不同被測參數(shù)轉換成相同電量參數(shù)，可用相同的測量和記錄儀器；可將不同被測參數(shù)轉換成相同電量參數(shù)，可用相同的測量和記錄儀器； n輸出信號可作遠距離傳輸，有利于遠距離操作和自動控制；輸出信號可作遠距離傳輸，有利于遠距離操作和自動控制； n可對變化中的參數(shù)進行動態(tài)測量，可測量和記錄其瞬時值及變化過程；可對變化中的參數(shù)進行動態(tài)測量，可測量和記錄其瞬時值及變化過程； n易于同后續(xù)的數(shù)據(jù)處理儀器聯(lián)用，能對復雜的結果進行計算和處理。易于同后續(xù)的數(shù)據(jù)處理儀器聯(lián)用，能對復雜的結果進行計算和處理。 17 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4

20、章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.1.4 4.1.4 工作機械的工作制工作機械的工作制 n工作制工作制：機械工作的持續(xù)狀況，如連續(xù)、斷續(xù)、短時工作等。：機械工作的持續(xù)狀況，如連續(xù)、斷續(xù)、短時工作等。 n不同機械對工作制的表示形式有所不同，不同機械對工作制的表示形式有所不同，有的機械用載荷時間特有的機械用載荷時間特 性曲線表示；標準減速器、通用機械等用每天工作小時數(shù)或每天幾班制工作性曲線表示；標準減速器、通用機械等用每天工作小時數(shù)或每天幾班制工作 的形式，在使用因數(shù)的形式，在使用因數(shù)( (或工況因數(shù)或工況因數(shù)) )KA中考慮。中考慮。 n一般用一般用負載持續(xù)率負載持續(xù)率FC 表示表示 FC tw/(/

21、(tw+ t0) )100% 100% 式中式中 tw機械工作時間；機械工作時間； t0機械停歇時間。機械停歇時間。 n載荷類型載荷類型反映載荷在數(shù)值上隨時間變化的特性，反映載荷在數(shù)值上隨時間變化的特性， n工作制工作制反映負載持續(xù)狀況，反映負載持續(xù)狀況， n二者對機械零部件的承載能力和動力機的選擇都有影響。二者對機械零部件的承載能力和動力機的選擇都有影響。 18 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2 4.2 隨機載荷的處理隨機載荷的處理 n4.2.1 隨機載荷的簡化隨機載荷的簡化 n4.2.2 載荷譜的編制載荷譜的編制 n4.2.3 雨流計數(shù)法雨流計數(shù)法 n4.2.4 頻

22、率直方圖和累積頻次曲線頻率直方圖和累積頻次曲線 19 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.1 4.2.1 隨機載荷的簡化隨機載荷的簡化 幾個概念幾個概念 n隨機變量隨機變量: : 不能用確定的數(shù)學關系來描述的變量。不能用確定的數(shù)學關系來描述的變量。 n采樣：由現(xiàn)場實測獲得隨機載荷。采樣：由現(xiàn)場實測獲得隨機載荷。 n子樣：每一次采樣得到的一個樣本函數(shù)。圖子樣：每一次采樣得到的一個樣本函數(shù)。圖4-24-2。 n隨機過程：隨機過程： 由由n n個樣本函數(shù)的集合所形成。個樣本函數(shù)的集合所形成。 n一般，任何有限多個樣本函數(shù)一般，任何有限多個樣本函數(shù) 都無法恰當?shù)卮硪粋€隨機過程。

23、都無法恰當?shù)卮硪粋€隨機過程。 圖4-2 隨機載荷子樣 x1(t) t 1 t2 20 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.1 4.2.1 隨機載荷的簡化（續(xù)隨機載荷的簡化（續(xù)1 1） 描述隨機過程的描述隨機過程的基本統(tǒng)計特征基本統(tǒng)計特征： 均值均值：也稱數(shù)學期望，隨機變量概率分布集中程度的尺度。：也稱數(shù)學期望，隨機變量概率分布集中程度的尺度。 n n個隨機變量的個隨機變量的均值為均值為 標準偏差標準偏差： 隨機變量與均值之差的均方根值。隨機變量與均值之差的均方根值。 方差方差：隨機變量概率分布：隨機變量概率分布 相對于均值分散程度的尺度。相對于均值分散程度的尺度。 自相

24、關函數(shù)自相關函數(shù)：隨機變量在時刻：隨機變量在時刻t t時的值時的值 n 與時刻與時刻( (t t+ +) )時的值的乘積的平均值。時的值的乘積的平均值。 2/1 1 21 n i i tXtx n n i i tx n tX 1 1 n i i tXtx n tV 1 21 n i ii txtx n ttR 1 1 , 21 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.1 4.2.1 隨機載荷的簡化隨機載荷的簡化（續(xù)（續(xù)2 2） 隨機過程的類型隨機過程的類型 平穩(wěn)隨機過程：隨機過程的統(tǒng)計特性不隨時間變化，平穩(wěn)隨機過程：隨機過程的統(tǒng)計特性不隨時間變化， 即其均值、方差及自相關函數(shù)

25、均與時刻即其均值、方差及自相關函數(shù)均與時刻t無關。無關。 簡稱平穩(wěn)過程或穩(wěn)態(tài)過程。簡稱平穩(wěn)過程或穩(wěn)態(tài)過程。 非平穩(wěn)隨機過程：隨機過程的統(tǒng)計特性隨時間變化，非平穩(wěn)隨機過程：隨機過程的統(tǒng)計特性隨時間變化， 即其均值、方差及自相關函數(shù)均與時刻即其均值、方差及自相關函數(shù)均與時刻t有關。有關。 各態(tài)歷經的隨機過程：各態(tài)歷經的隨機過程： 整個母體的概率分布與任何一個樣本的概率分布相同的平穩(wěn)隨機整個母體的概率分布與任何一個樣本的概率分布相同的平穩(wěn)隨機 過程，即一個平穩(wěn)隨機過程在任何時刻得到的樣本都與在另一時刻過程，即一個平穩(wěn)隨機過程在任何時刻得到的樣本都與在另一時刻 得到的另一樣本相同。得到的另一樣本相同。

26、 數(shù)學上可表示為數(shù)學上可表示為 xi(t)= xj(t-K)， i、j=1，2，ij 式中式中K某一時間延遲步數(shù)。某一時間延遲步數(shù)。 各態(tài)歷經的隨機過程必然是平穩(wěn)隨機過程，但此話不可逆。各態(tài)歷經的隨機過程必然是平穩(wěn)隨機過程，但此話不可逆。 22 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.1 4.2.1 隨機載荷的簡化隨機載荷的簡化（續(xù)（續(xù)3 3） 各態(tài)歷經的隨機過程各態(tài)歷經的隨機過程： n理論上：應為無窮多個樣本才能充分反映隨機過程的特征。理論上：應為無窮多個樣本才能充分反映隨機過程的特征。 n實際上：對測得的有限多個隨機載荷樣本進行處理，實際上：對測得的有限多個隨機載荷樣本進

27、行處理， n 以獲得能進行疲勞強度計算和試驗的載荷譜。以獲得能進行疲勞強度計算和試驗的載荷譜。 對各態(tài)歷經的隨機過程簡單得多，只要獲得一個樣本即可。對各態(tài)歷經的隨機過程簡單得多，只要獲得一個樣本即可。 由于載荷處理的需要，同時也為了簡化處理過程，由于載荷處理的需要，同時也為了簡化處理過程， 常把常把隨機載荷隨機載荷近似看成近似看成各態(tài)歷經的隨機過程各態(tài)歷經的隨機過程。 23 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.2 4.2.2 載荷譜的編制載荷譜的編制 1. 1. 載荷譜與編譜要求載荷譜與編譜要求 n工作譜工作譜：或稱使用譜。原始記錄的載荷時間歷程。：或稱使用譜。原始記錄的

28、載荷時間歷程。 n載荷譜載荷譜：能反映載荷隨時間變化的、具有統(tǒng)計特征的載荷歷程。：能反映載荷隨時間變化的、具有統(tǒng)計特征的載荷歷程。 n編譜：將工作譜處理成載荷譜的過程。編譜：將工作譜處理成載荷譜的過程。 n對編譜有下述要求：對編譜有下述要求： 選取的載荷子樣必須具有典型性和代表性；選取的載荷子樣必須具有典型性和代表性； 使用編制的載荷譜進行疲勞計算或試驗時，使用編制的載荷譜進行疲勞計算或試驗時， 所得壽命能盡量接近實際機械的工作壽命；所得壽命能盡量接近實際機械的工作壽命； 整個編譜過程可在計算機上進行，整個編譜過程可在計算機上進行， 使大量的計算工作由計算機來完成使大量的計算工作由計算機來完成

29、。 24 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.2 4.2.2 載荷譜的編制（續(xù)載荷譜的編制（續(xù)1 1） 2 2. .編譜的方法編譜的方法 有兩種：有兩種： (1)(1)功率譜法功率譜法：將一個隨機載荷的子樣經專用的：將一個隨機載荷的子樣經專用的譜分析譜分析儀器，儀器， 獲得獲得功率譜密度函數(shù)功率譜密度函數(shù)。 n原理：借助于原理：借助于傅里葉變換傅里葉變換將隨機載荷分解為無限多個具有各將隨機載荷分解為無限多個具有各 種頻率的種頻率的簡諧載荷簡諧載荷，從，從幅值幅值和和頻率頻率兩個方面的變化比較全面兩個方面的變化比較全面 地反映了隨機載荷的統(tǒng)計規(guī)律。地反映了隨機載荷的統(tǒng)計規(guī)律

30、。 n特點：它的分析計算比較復雜，需要專門的譜分析儀器，限特點：它的分析計算比較復雜，需要專門的譜分析儀器，限 制了它的廣泛應用。制了它的廣泛應用。 (2)(2)循環(huán)計數(shù)法循環(huán)計數(shù)法：是一種比較簡便的隨機載荷處理方法。：是一種比較簡便的隨機載荷處理方法。 25 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.2 4.2.2 載荷譜的編制（續(xù)載荷譜的編制（續(xù)2 2） 2.2.編譜的方法編譜的方法 (2)(2)循環(huán)計數(shù)法：原理循環(huán)計數(shù)法：原理： n把載荷歷程離散成一系列的峰值和谷值，把載荷歷程離散成一系列的峰值和谷值， n然后運用不同計數(shù)規(guī)則計算載荷的峰值或幅值發(fā)生的頻然后運用不同計數(shù)規(guī)

31、則計算載荷的峰值或幅值發(fā)生的頻 次和頻率，次和頻率， n再利用數(shù)理統(tǒng)計的方法確定峰值或幅值變化的再利用數(shù)理統(tǒng)計的方法確定峰值或幅值變化的概率密度概率密度 函數(shù)函數(shù)、概率分布函數(shù)概率分布函數(shù)等，繪制載荷變化的等，繪制載荷變化的頻率直方圖頻率直方圖、 累積頻次曲線累積頻次曲線。 n由此得到進行機械零部件由此得到進行機械零部件疲勞強度計算疲勞強度計算所需的所需的載荷譜載荷譜。 26 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.2 4.2.2 載荷譜的編制（續(xù)載荷譜的編制（續(xù)3 3） 2.2.編譜的方法編譜的方法 (2)(2)循環(huán)計數(shù)法：特點循環(huán)計數(shù)法：特點： 比較簡單。比較簡單。 它具

32、有充分的力學根據(jù)，考慮了造成疲勞損傷的主它具有充分的力學根據(jù)，考慮了造成疲勞損傷的主 要因素，即載荷幅值的變化，由此進行的疲勞壽命要因素，即載荷幅值的變化，由此進行的疲勞壽命 計算比較接近實際。國內外應用廣泛。計算比較接近實際。國內外應用廣泛。 不能給出載荷變化的先后順序和頻率分布，這對疲不能給出載荷變化的先后順序和頻率分布，這對疲 勞計算結果有一定的影響。勞計算結果有一定的影響。 27 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.3 雨流計數(shù)法雨流計數(shù)法 n雨流計數(shù)法雨流計數(shù)法由馬叟什由馬叟什（M.Matsuishi）和尹斗和尹斗（T.EndoT.Endo）提出。提出。 1.1

33、.計數(shù)原理計數(shù)原理： 使載荷歷程形同一座寶塔，雨點依次向下流動，使載荷歷程形同一座寶塔，雨點依次向下流動， 根據(jù)雨點向下流動的軌跡確定出載荷循環(huán)，根據(jù)雨點向下流動的軌跡確定出載荷循環(huán)， 并計算出每個循環(huán)的幅值大小。并計算出每個循環(huán)的幅值大小。 每個載荷循環(huán)如用在疲勞壽命計算時，每個載荷循環(huán)如用在疲勞壽命計算時， 就相應于一個應力循環(huán)。就相應于一個應力循環(huán)。 28 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.3 雨流計數(shù)法雨流計數(shù)法 2.2.計數(shù)規(guī)則計數(shù)規(guī)則：( (不同于教材不同于教材) ) n重新安排載荷歷程，以最高峰值或最低谷值為雨流的起點重新安排載荷歷程，以最高峰值或最低谷值

34、為雨流的起點 ( (視二者的絕對值哪一個更大而定視二者的絕對值哪一個更大而定) )； n雨流依次從每個峰值或谷值的內側往下流，雨流依次從每個峰值或谷值的內側往下流， 在下一個峰值或谷值處落下，在下一個峰值或谷值處落下， 直到直到對面有一個比開始時的峰值更大或谷值更小的值對面有一個比開始時的峰值更大或谷值更小的值時停止；時停止； n當雨流遇到來自上面屋頂流下的雨流時即行停止；當雨流遇到來自上面屋頂流下的雨流時即行停止； n取出所有的全循環(huán)，并記錄下各自的幅值和均值。取出所有的全循環(huán)，并記錄下各自的幅值和均值。 29 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.3 雨流計數(shù)法雨流計數(shù)

35、法 (b)重新安排的載荷歷程重新安排的載荷歷程 d e h F t g (a)載荷歷程載荷歷程 d g F t 3.3.例例: :圖圖4-3a一個一個 載荷歷程，起點載荷歷程，起點 不是最高峰值或不是最高峰值或 最低谷值。最低谷值。 n圖圖4-3b，重新安，重新安 排，最高峰值點排，最高峰值點 a為新載荷歷程為新載荷歷程 的起點，使的起點，使c與與 c重合重合 30 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.3 雨流計數(shù)法雨流計數(shù)法 圖43 雨流計數(shù)法 (c)雨流計數(shù)法計數(shù)過程雨流計數(shù)法計數(shù)過程 F a t i F (d)取出的全循環(huán)取出的全循環(huán) t i e e g 3.3.例

36、例: : 圖圖4-3c，把圖，把圖4-3a的載荷歷程的載荷歷程 順時針旋轉順時針旋轉90。8個雨流個雨流： abbd點，然后下落。點，然后下落。 bcd點的對應處，由于點的對應處，由于d的谷值的谷值 比比b為低。為低。 cb，遇到來自上面的雨流，遇到來自上面的雨流abbd。 取出全循環(huán)取出全循環(huán)bcb。 dee i點下落。點下落。 eff h點下落。點下落。 fgh點對側的對應處，由于點對側的對應處，由于h點點 的谷值比的谷值比f點為低。點為低。 gf處，由于遇到雨流處，由于遇到雨流effh。取。取 出全循環(huán)出全循環(huán)fgf。 he， 由于遇到雨流由于遇到雨流deei。取出。取出 全循環(huán)全循環(huán)e

37、ffhe。 而而abbd與與deei又組成全循環(huán)又組成全循環(huán)abbdeei， 取出取出abbdeei。 n 圖圖4-3d所示的所示的4個全循環(huán)個全循環(huán)。 31 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.3 雨流計數(shù)法雨流計數(shù)法 n雨流計數(shù)法的雨流計數(shù)法的計數(shù)過程，計數(shù)過程， 可在計算機或專用的計數(shù)儀器上自動完成?？稍谟嬎銠C或專用的計數(shù)儀器上自動完成。 n雨流計數(shù)法除了計取幅值變化外，雨流計數(shù)法除了計取幅值變化外， 還可同時計取均值的變化，還可同時計取均值的變化， 以幅值和均值兩個參數(shù)來描述載荷歷程，以幅值和均值兩個參數(shù)來描述載荷歷程， 這樣比單參數(shù)的計數(shù)法更能反映載荷變化的本質

38、。這樣比單參數(shù)的計數(shù)法更能反映載荷變化的本質。 n雨雨流計數(shù)法與應變分析法結合使用時特別有利。流計數(shù)法與應變分析法結合使用時特別有利。 圖圖4-4a所示的所示的應變時間歷程應變時間歷程可以鑒別出如圖可以鑒別出如圖3-3b 所示的若干個所示的若干個封閉的滯回環(huán)封閉的滯回環(huán)，從而可以使用，從而可以使用應變應變 壽命曲線壽命曲線和一定的累計損傷理論計算其損傷。和一定的累計損傷理論計算其損傷。 a b c d e f g t a h a b g (a) 應變時間歷程 (b) 滯回環(huán)的判別 圖44 用雨流法判別滯回環(huán) 32 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.4 4.2.4 頻率直

39、方圖頻率直方圖和和累積頻次曲線累積頻次曲線 n對以上的計數(shù)結果利用數(shù)理統(tǒng)計的方法進行處理，對以上的計數(shù)結果利用數(shù)理統(tǒng)計的方法進行處理， 可以得到機械設計所需的載荷譜，可以得到機械設計所需的載荷譜， n把循環(huán)得到的一系列把循環(huán)得到的一系列峰值或幅值數(shù)據(jù)分組峰值或幅值數(shù)據(jù)分組，一般分成，一般分成1212組左右，組左右， n求出每一組中峰值或幅值出現(xiàn)的求出每一組中峰值或幅值出現(xiàn)的 n頻次頻次 ni n累積頻次累積頻次 Ni n頻率頻率 pini/Ns n累積頻率累積頻率 PiNi /Ns n其中其中 Ns計數(shù)得到的總數(shù)據(jù)量，即計數(shù)得到的總數(shù)據(jù)量，即ni的和；的和； ni某一范圍載荷值所出現(xiàn)的累積頻次

40、某一范圍載荷值所出現(xiàn)的累積頻次。 33 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.4 4.2.4 頻率直方圖頻率直方圖 和和 累積頻次曲線累積頻次曲線 n由表由表4-2知累積頻次的總次數(shù)知累積頻次的總次數(shù) Ns7929。 n以表以表4-2中的頻率中的頻率p作為縱坐標，作為縱坐標， 載荷載荷F為橫坐標，就可繪出為橫坐標，就可繪出頻頻 率直方圖率直方圖。圖。圖4-5提供了各載提供了各載 荷值發(fā)生的頻率荷值發(fā)生的頻率(概率概率)。 n若用統(tǒng)計理論，以一條光滑的若用統(tǒng)計理論，以一條光滑的 曲線來描述母體的特性，圖中曲線來描述母體的特性，圖中 雙點劃線所示曲線稱為雙點劃線所示曲線稱為概率

41、密概率密 度曲線度曲線，其表征的函數(shù)稱為概，其表征的函數(shù)稱為概 率密度函數(shù)。率密度函數(shù)。 表表4-24-2某載荷歷程的循環(huán)計數(shù)統(tǒng)計表某載荷歷程的循環(huán)計數(shù)統(tǒng)計表 序號 載荷 F(kN) 頻次 ni 累積頻次 N i 頻率 p 累積頻率 Pi 10208379290.01051.0000 2204032878460.04140.9895 3406081275180.10240.9481 46080230867060.29110.8457 580100144743980.18250.5546 6100120112429510.14170.3721 712014063118270.07950.2304

42、 814016048911960.06170.1509 91601802937070.03700.0892 101802002494140.03140.0522 112002201531650.01930.0208 1222024012120.00150.0015 圖4-5 頻率直方圖 0.3 p 0.2 0.1 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 F （kN) 34 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.2.4 4.2.4 頻率直方圖和累積頻次曲線（續(xù)頻率直方圖和累積頻次曲線（續(xù)1 1） n以載荷以載荷F F為縱坐標，累

43、積頻為縱坐標，累積頻 次為橫坐標，將表次為橫坐標，將表4-24-2中的中的 累積頻次數(shù)在該坐標系中累積頻次數(shù)在該坐標系中 描點，然后用一條光滑的描點，然后用一條光滑的 曲線連接各點，得圖曲線連接各點，得圖4-64-6。 n由該曲線完全可確定任何由該曲線完全可確定任何 一載荷值出現(xiàn)的頻次以及一載荷值出現(xiàn)的頻次以及 所占的頻率。所占的頻率。 n因為因為10106 6次可以包含很少發(fā)次可以包含很少發(fā) 生的最嚴重載荷情況，使生的最嚴重載荷情況，使 累積頻次曲線具有足夠的累積頻次曲線具有足夠的 代表性。所以將曲線擴大代表性。所以將曲線擴大 到到NN=10=106 6為宜。圖為宜。圖4-64-6虛線虛線

44、圖4-6 累積頻次曲線 1 10 102 103 104 105 106 lgN (次) F （kN) 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 35 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.3 動力機的選用與特點動力機的選用與特點 n4.3.1 動力機的選用依據(jù)動力機的選用依據(jù) n4.3.2 常用動力機的基本特點常用動力機的基本特點 36 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.3.1 4.3.1 動力機的選用依據(jù)動力機的選用依據(jù) 動力機動力機：=原動機，是驅動部分。原動機，是驅動部分。 動力機的動力機的機械特性機

45、械特性 或或 輸出特性輸出特性： 動力機的輸出轉矩與轉速之間的關系。動力機的輸出轉矩與轉速之間的關系。 輸出剛度輸出剛度：在機械特性曲線工作范圍內，：在機械特性曲線工作范圍內， 某一點的輸出轉矩某一點的輸出轉矩T與輸出轉速與輸出轉速n的變化率。即，的變化率。即， 輸出剛度：是動力機的輸出特性曲線在某一工況點斜率的負值輸出剛度：是動力機的輸出特性曲線在某一工況點斜率的負值 K= -T/n 由于動力機的輸出轉矩一般隨轉速的增加而減少上式右邊的負好是為使由于動力機的輸出轉矩一般隨轉速的增加而減少上式右邊的負好是為使K為正值。為正值。 硬特性硬特性：轉矩改變，轉速變化較小。：轉矩改變，轉速變化較小。

46、T與與n可近似為線性關系。柴油機工作穩(wěn)定性差?？山茷榫€性關系。柴油機工作穩(wěn)定性差。 軟特性軟特性：轉矩改變，轉速變化較大。汽油機工作穩(wěn)定性好。：轉矩改變，轉速變化較大。汽油機工作穩(wěn)定性好。 圖4-X 輸出剛度 n T T n 硬特性 軟特性 37 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.3.1 4.3.1 動力機的選用依據(jù)動力機的選用依據(jù) 選用動力機的依據(jù)：選用動力機的依據(jù)： 分析工作機的負載特性。分析工作機的負載特性。 包括其載荷性質、工作制、作業(yè)環(huán)境、結構布置等；包括其載荷性質、工作制、作業(yè)環(huán)境、結構布置等； 分析動力機本身的機械特性。分析動力機本身的機械特性。選與工作機相

47、匹配的動力機選與工作機相匹配的動力機 動力機容量計算動力機容量計算。 容量容量：動力機功率的大小。：動力機功率的大小。 功率與轉矩、轉速間的關系為功率與轉矩、轉速間的關系為 Pn= Tn nn /9549 或或 Tn =9549Pn/nn 式中式中Pn額定功率，額定功率，kW； Tn額定轉矩，額定轉矩，Nm；nn額定轉速額定轉速,r/min。 進行經濟性分析進行經濟性分析。包括能源的供應和消耗，。包括能源的供應和消耗， 動力機的制造、運行和維修成本的對比等；動力機的制造、運行和維修成本的對比等； 作業(yè)環(huán)境的要求作業(yè)環(huán)境的要求。戶外型、戶內型，環(huán)境溫度，濕度，粉塵，。戶外型、戶內型，環(huán)境溫度，濕

48、度，粉塵， 通風，隔爆要求，經常移動、固定不動。通風，隔爆要求，經常移動、固定不動?？諝馕廴?、噪聲污染?？諝馕廴尽⒃肼曃廴?。 38 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.3.4.3.2 2 常用動力機的基本特點常用動力機的基本特點 1. 1.電動機電動機 優(yōu)點優(yōu)點： n較其他動力機有較較其他動力機有較高高的驅動的驅動效率效率， n與被驅動的工作機械與被驅動的工作機械聯(lián)接簡便聯(lián)接簡便， n種類和型號較多，種類和型號較多，有各種運行特性，可滿足各類機械的工作要求。有各種運行特性，可滿足各類機械的工作要求。 n具有良好的調速性能，具有良好的調速性能，起動、制動、反向和調速的起動、制動

49、、反向和調速的控制簡便，控制簡便， n可以實現(xiàn)遠距離的測量和控制，可以實現(xiàn)遠距離的測量和控制，便于便于集中管理和實現(xiàn)生產集中管理和實現(xiàn)生產 過程的過程的自動化自動化。 缺點缺點：使用電動機必須具備相應的電源，：使用電動機必須具備相應的電源， 野外工作的及移動式機械常因缺乏所需電源而不能選用。野外工作的及移動式機械常因缺乏所需電源而不能選用。 39 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.3.4.3.2 2 常用動力機的基本特點常用動力機的基本特點（續(xù)（續(xù)1 1） 2.2.液壓馬達液壓馬達 優(yōu)點優(yōu)點： 可獲得可獲得很大很大的機械的機械力或轉矩力或轉矩， n與電動機相比在相同功率時的

50、外形尺寸小、重量輕，與電動機相比在相同功率時的外形尺寸小、重量輕， 因而運動件的慣性小、因而運動件的慣性小、快速響應的靈敏度高快速響應的靈敏度高。 n可通過改變油量來調節(jié)執(zhí)行機構的速度，傳動比較大，可通過改變油量來調節(jié)執(zhí)行機構的速度，傳動比較大， 低速性能好，低速性能好， n容易實現(xiàn)無級調速，容易實現(xiàn)無級調速， n操作和控制都比較簡便，操作和控制都比較簡便， 易于實現(xiàn)復雜工藝過程的動作并滿足其性能要求。易于實現(xiàn)復雜工藝過程的動作并滿足其性能要求。 缺點缺點：必須具有高壓油的供給系統(tǒng)，必須具有高壓油的供給系統(tǒng)， n應使液壓系統(tǒng)元件有必要的制造和裝配精度，否則易漏油，應使液壓系統(tǒng)元件有必要的制造和

51、裝配精度，否則易漏油， 這影響工作效率，還影響工作機械的運動精度。這影響工作效率，還影響工作機械的運動精度。 40 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.3.4.3.2 2 常用動力機的基本特點常用動力機的基本特點（續(xù)（續(xù)2 2） 3.3.氣動馬達氣動馬達 優(yōu)點優(yōu)點： n與液壓馬達相比較，因用空氣作為工作介質，容易獲得，與液壓馬達相比較，因用空氣作為工作介質，容易獲得， n用后的空氣可直接排入大氣而無污染，用后的空氣可直接排入大氣而無污染， n壓縮空氣還可以進行集中供給和遠距離輸送。壓縮空氣還可以進行集中供給和遠距離輸送。 n氣動馬達動作迅速、反應快、維護簡單、成本比較低，氣動

52、馬達動作迅速、反應快、維護簡單、成本比較低， n對易燃、易爆、多塵和振動等惡劣工作環(huán)境的適應性較好對易燃、易爆、多塵和振動等惡劣工作環(huán)境的適應性較好 缺點缺點： n因空氣具有可壓縮性，因此氣動馬達的工作穩(wěn)定性差，因空氣具有可壓縮性，因此氣動馬達的工作穩(wěn)定性差， n氣動系統(tǒng)的噪聲較大，氣動系統(tǒng)的噪聲較大， n因工作壓力較低，輸出的轉矩較小，只適用于小型工作機因工作壓力較低，輸出的轉矩較小，只適用于小型工作機 41 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.3.4.3.2 2 常用動力機的基本特點常用動力機的基本特點（續(xù)（續(xù)3 3） 4.4.內燃機內燃機 優(yōu)點優(yōu)點：功率范圍寬功率范圍寬

53、； 操作簡便；操作簡便； 起動迅速；起動迅速； 便于移動便于移動，大多用于野外機械、船舶、車輛等。，大多用于野外機械、船舶、車輛等。 缺點缺點： n需要柴油或汽油作為燃料，需要柴油或汽油作為燃料， n通常對燃料的要求也比較高，通常對燃料的要求也比較高， 特別是高速內燃機需用潔凈度高的汽油和輕質柴油，特別是高速內燃機需用潔凈度高的汽油和輕質柴油， n內燃機的內燃機的排氣污染和噪聲排氣污染和噪聲都較大，都較大， n在結構上也比較復雜，在結構上也比較復雜， n對零部件的加工精度要求較高。對零部件的加工精度要求較高。 42 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.4 電動機的選用電動機的

54、選用 4.4.1 電動機的種類電動機的種類 4.4.2 電動機的機械特性電動機的機械特性 4.4.3 電動機的選擇和計算電動機的選擇和計算 43 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.4.1 電動機的種類電動機的種類 n電動機的分類電動機的分類： 電動機 交流電動機 直流電動機 同步電動機 異步電動機 他勵電動機 并勵電動機 串勵電動機 復勵電動機 三相 單相 直線型 旋轉型 使用電源 電動機的轉速與旋轉 磁場的轉速是否相同 勵磁方式 運動形式 44 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.4.1 電動機的種類電動機的種類 (續(xù)續(xù)1) n機械系統(tǒng)中廣泛應用的機械系

55、統(tǒng)中廣泛應用的三相異步電動機的分類三相異步電動機的分類： 三相異步電動機三相異步電動機 按外殼結構分按外殼結構分 按轉子結構分按轉子結構分 鼠籠型鼠籠型 繞線型繞線型 開啟式開啟式 防護式防護式 封閉式封閉式 隔爆式隔爆式 機座帶底腳機座帶底腳 按安裝方式分按安裝方式分 臥式臥式 立式立式 端蓋有凸緣端蓋有凸緣 帶底腳有凸緣帶底腳有凸緣 45 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.4.1 電動機的種類電動機的種類 (續(xù)續(xù)2) 按按電動機電動機外殼結構外殼結構分分: : 開啟式開啟式電動機電動機 外殼無防護結構，灰塵和雜物等易侵入，外殼無防護結構，灰塵和雜物等易侵入， 但散熱性好

56、，適用于潔凈的環(huán)境；但散熱性好，適用于潔凈的環(huán)境； 防護式防護式電動機電動機 能防止各類雜物從上方落入電動機內；能防止各類雜物從上方落入電動機內； 封閉式封閉式電動機電動機 能防止雜物從任意方向進入電動機內，能防止雜物從任意方向進入電動機內， 用于塵物較多的環(huán)境；用于塵物較多的環(huán)境； 隔爆式隔爆式電動機電動機 不僅能防止雜物進入電動機內，不僅能防止雜物進入電動機內， 還能防止電動機內部的爆炸氣體傳到外部，還能防止電動機內部的爆炸氣體傳到外部， 用于有用于有可燃性氣體或蒸汽可燃性氣體或蒸汽與空氣形成爆炸性混合物的場所。與空氣形成爆炸性混合物的場所。 46 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)

57、動力系統(tǒng) 4.4.2 電動機的機械特性電動機的機械特性 n機械機械 特性特性 n T O n0 (a) 異步電動機異步電動機 n0 n T O (b) 同步電動機同步電動機 n T O (d) 串勵電動機串勵電動機 n0 n T O (c) 并并/他勵電動機他勵電動機 n0 n T O (d) 復勵電動機復勵電動機 表表3-4 各類電動機主要性能的比較各類電動機主要性能的比較 類別類別 交流電動機交流電動機直流電動機直流電動機 異步電動機異步電動機同步電動機同步電動機并并/他勵電動機他勵電動機串勵電動機串勵電動機復勵電動機復勵電動機 機械特性機械特性 硬最硬 較硬軟 教軟 功率范圍功率范圍 k

58、W0.34500200100000.355001.37650 轉速范圍轉速范圍 r/min5003000150300025030003702400 平均起動轉矩平均起動轉矩 1 1 0.450.5(Ts+ Tc) TsTy時, 0.5(Ts+Ty) Ts Ty時,(1.01.1)Ts 由控制形式決定 過載能力過載能力 1.652.81.65 強勵時 33.51.52.51.52.5 效率效率 0.850.95 47 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 續(xù)續(xù)表表4-4 各類電動機主要性能的比較各類電動機主要性能的比較 類類 別別 異步電動機異步電動機同步電動機同步電動機并并/他勵電

59、動機他勵電動機串勵電動機串勵電動機 特點特點 鼠籠型繞線型 能在功率因數(shù)為1的 狀態(tài)下運行，不需從 電網吸收無功功率。 功率因數(shù)可調節(jié)3 調速性能好， 調速范圍大， 能適應各種載荷 特性 起動轉矩大 自動適應性好 過載能力強 結構簡單 工作可靠 維護容易 價格低廉 滿載時效 率和功率因 數(shù)高 起動轉矩大 起動時功率因數(shù) 高 可進行小范圍調 速2 調速控制簡單 調速和起 動性能差 低載荷時 功率因數(shù)低 調速范圍小 維護較麻煩 價格較貴 恒轉速,不能調速。 需供勵磁直流電源 結構較復雜，價高 本身不能起動,必須 采用某種方法使其起 動4 價格較貴， 維護復雜， 需夏直流電源 價格貴， 維護復雜，

60、需要直流電源 應用應用 載荷平穩(wěn)、 無需變速無需變速的 機器，如水 泵、機床 起制動次數(shù)較多起制動次數(shù)較多、 起動載荷較大或小小 范圍調速范圍調速的機器， 如提升機。 無需變速無需變速的大功率機 械，特別是需要功率 因數(shù)補償?shù)膱龊?，?水泥磨機、離心風機 要求調速范圍大、 交流電動機不能實 現(xiàn)的機器，如重型 機床 需要起動轉矩大、恒 功率調速的機器，如 電力機車、電車 48 先進設計系統(tǒng)先進設計系統(tǒng)4章章 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng) 4.4.2 電動機的機械特性電動機的機械特性(續(xù)續(xù)2) 1.三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性 n三相異步電動機的轉速三相異步電動機的轉速n與旋轉磁場的同步轉