第四章机械系统能量流设计

第四章机械系统的能量流设计第一节概述第二节能量流系统分析第三节任务机械载荷分析第四节普通动力机的种类、特性及其运用第五节伺服驱动安装简介第六节能量流系统设计1能量流系统的起点是驱动安装，来自机械系统外部的能量经过驱动安装流向机械系统的各有关环节或子系统。维持各环节或子系统的运动经过传送、损耗、储存、转化等有关过程，完成机械系统的有关过程，完成机械系统的有关功能，终点是机械运动系统中的执行部件。能量是由能量系统中的驱动安装提供的。2驱动安装液压驱动〔液压马达〕气压驱动(气马达)热机〔内燃机、汽轮机等〕电力驱动〔电动机〕3电能内燃机交流电机直流电机热能液压能气压能液压马达电动机气动马达柴油机汽油机煤气机容积式低速高速齿轮式叶片式轴向柱塞式钢球式柱塞式钢球式摆线转子式透平式齿轮式叶片式柱塞式摆动式机械系统中常用的动力机的种类4进展能量流系统设计应处理如下四个问题：1.机械系统中能量流动情况和特征分析；2.任务机械的载荷分析计算；3.驱动安装的选择；4.系统能量匹配与设计5第二节能量流系统分析4.2.1机械系统的能量流程对于某一时间段的机械任务过程而言，其任务过程的能量流可用以下图描画EIECEsEL机械系统机械系统的能量流图EI—输入到机械系统的能量EC—机械系统的有效能Es—系统广义储能EL—系统损耗的总能量6安装在回转轴上具有较大的转动惯量的轮状蓄能器，当机器转速增高时，飞轮的动能添加，把能量储存起来；当机器转速降低时，飞轮动能减少，把能量释放出来。飞轮用来减少机械运转过程中的速度动摇。例：装在发动机曲轴后端的较大的盘装零件将发动机做功行程的部分能量储存起来，以抑制其他行程的阻力，使曲轴均匀旋转。飞轮7对于某一时辰，机械系统的瞬态能量流表示为：4.2.1机械系统的能量流程当PC=0时，系统处于无载荷空运转时，此时系统耗费的功率称为系统空运转功率。称为非载荷功率，用Pu表示。当PC≠0时，即系统有负载荷时，机械系统的总损耗PL要在原空载损耗的根底上添加，添加的这部分损耗称为系统附加损耗功率Pa，又称为载荷损耗，那么有：PL=Pu+PaPC=dEC/dtPL=dEL/dt机械系统机械系统的瞬态能量流(一)PI=dEI/dt8机械系统的瞬态能量流(二)由图得：只思索机床稳态运转时PIPCPu机械系统Pa94.2.2机械系统能量流实际及其运用简介机械系统的能量流实际主要包括以下几个要点：1.机械任务形状能量信息论2.机械任务形状能量损失论3.机械任务过程节能效益论101.机械任务形状能量信息论经过监视输入功率PI，就可以监视和识别刀具磨损的形状。4.2.2机械系统能量流实际及其运用简介机械任务过程中任务形状和系统构造的变化，普通都会引起某一部分能量情况的变化，机械系统的能量流动形状是任务机械运转形状的综合反映，这样可有效地对机械任务过程实施形状监控和缺点诊断。如图，车削偏心的毛坯，刀具的切削深度会变化，导致切削功率的变化，从而导致输入功率的变化。11空载功率Pu耗费能量的总量在系统输入总能量中占的比例较大。损耗能量即载荷损耗也在系统输入能量中占有一定比例。2.机械任务形状能量损失论4.2.2机械系统能量流实际及其运用简介12机械任务过程的能量效率η：机械任务过程中的能量效率是一个变量。为了一个参数描画整个任务过程的能量利用情况，引入了机械任务过程能量利用率U。4.2.2机械系统能量流实际及其运用简介13能量损失将呵斥以下恶果：摩擦损失能量伴随着磨损而导致机械寿命和可靠性降低；噪声和振动都有要由能量来维持；能量损失的绝大部分转化为热能，导致机械产生热变形，严重影响精度，并能够加剧运动副的磨损甚至卡死，降低可靠性。3.机械任务过程节能效益论4.2.2机械系统能量流实际及其运用简介机械在任务过程中的几个关键性能目的如磨损、噪声、振动、热变形等都与机械的能量损耗存在着亲密联络或一定的依存关系。1415任何机械系统都要接受各种外力的作用，这些外力称为载荷。载荷不仅是计算强度和刚度的重要根据，而且也是进展动力计算和选用动力系统的主要根据之一。载荷通常用力、力矩、扭矩、压力、功率、加速度等参量表示。第三节任务机械载荷分析任务机械的载荷类型任务机械载荷的构成任务载荷确实定方法16由于普通的动力机输出的都是旋转运动，因此，常用任务机械的转矩M与转速n之间的关系来表示任务机械的负载特性。任务机械的负载特性17任务机械的负载特性18一、载荷类型按载荷作用的方式分：弯曲载荷改动载荷拉伸紧缩载荷19按载荷与时间关系分：一、载荷类型静载荷：大小、方向和作用位置都不随时间的变化而变化的载荷；动载荷：大小、方向和位置随时间发生显著变化的载荷。工程实际中，绝大部分的载荷是动载荷，为了简化计算，常把量值变化不大或变化过程缓慢的载荷作为静载荷处置。20一、载荷类型工程上，常把动载荷随时间变化的规律称为载荷——时间历程，简称载荷历程。周期性载荷非周期性载荷正弦变化载荷复杂周期性载荷准周期性载荷瞬变载荷确定性载荷随机载荷动载荷21载荷—时间历程图Ft复杂周期性载荷正弦规律变化载荷周期性载荷：大小随时间作周期性变化的载荷。如，锻压机械、振动机械。用幅值、频率和相位角描画傅里叶变换22准周期性载荷：指由假设干个频率比是有理数的简谐载荷的合成，它可用周期载荷的处置方法来表示。瞬变载荷：指作用时间短、幅值变化较大的载荷。瞬变载荷常采用傅里叶变换建立载荷的时间函数和频率函数之间的一一对应关系。冲击载荷是一种比较典型的瞬变载荷。如模锻设备所接受的载荷就可以为是冲击载荷。在工程上，往往把量值较小、频率较高的多次冲击载荷按普通的周期载荷来处置。非周期性载荷2324随机载荷：随机载荷是不能用确定的数学方程式来表达的，但是可以对它进展统计计数处置。对于一个随机载荷—时间历程来说，适宜作为统计计数的特征事件根本上有三种：峰值：载荷的最大和最小值；(2)量程：载荷从最小到最大的增量或从最大到最小的减量；(3)穿级数：载荷穿越给定载荷程度的次数。25统计计数方法普通根据不同的特征事件并忽略微小的载荷变化进展处置，根本方法有以下三种：(1)峰值法(2)量程法(3)程度穿级法26峰值法对载荷——时间历程中的峰值和谷值进展计数，以此作为载荷谱的特征量。图中为离散处置后的载荷历程。在最大最小载荷之间分级。统计每一级载荷中出现载荷峰值或谷值频次。绘制频次直方图27程度穿级法也是将载荷分成假设干级，然后对实践载荷穿越这些级时就进展计数。28二、任务机械载荷的构成1.任务阻力2.摩擦力3.自重载荷4.外部动载荷5.传动系统的动载荷6.其它载荷29机械系统能量主要就是用于抑制任务阻力。如：起重机械的起升载荷、金属切削机床的切削力、破碎机的破碎力等等，都是任务阻力。设计时，这部分载荷应按所设计设备最大允许任务才干来取。起重机允许起升的最大有效物质量量取物安装〔吊钩滑轮组、起重横梁、抓斗、容器或吸盘〕质量悬挂着的挠性件以及其它在升降中的设备的质量之和。1.任务阻力取物安装起升重物二、任务机械载荷的构成302.摩擦力机械系统中各种相对运动的构件均可以产生摩擦力。这些摩擦力是任务机械载荷的重要组成部分。二、任务机械载荷的构成313.自重载荷某些机械设备本身的全部或部分构件的分量也为任务载荷的一部分，如发掘机的臂及斗的分量、起重机的全部金属构造以及附设在其上的其它物件的分量均在自重载荷之内。二、任务机械载荷的构成自重载荷参考同型、参数接近的已有设备324.外部动载荷货物忽然离地起升时，起升质量及起重机各质量将产生振动从而产生附加的动载荷；运转、回转或变幅机构启动或制动时，由于挠性悬挂着的货物摆动产生的动载荷；运转或回转机构起、制动时，各部分质量产生程度方向的振动，产生程度动载荷。机械由于运动形状发生变化而产生的动态力称为动载荷二、任务机械载荷的构成取物安装起升重物335.传动系统的动载荷启动或制动过程中，传动系统的各构件产生振动或冲击力的作用，产生传动系统的动载荷。主要包括各传动轴和传动件(如齿轮、凸轮等)的改动振动载荷和起动及制动时的传动件惯性力矩等。6.其它载荷如野外作业机械的风载荷；交通工具由于道路不平度引起的振动、冲击载荷；由于操作者失误而能够引起的执行机构的碰撞载荷等。二、任务机械载荷的构成34三、任务载荷确实定方法在进展机械系统设计时，普通须先给定载荷。它可以由设计者自行确定，也可以由需方提供。在确定载荷时，应优先思索国家对该产品制定的有关规格、系列或规范，如压力机械规定了压力的系列规范，起重机械规定了其分量的系列规范等，它们直接规定了设计载荷的大小。以某些表征设备才干的特征构造尺寸作为系列规范。轧钢机以轧辊直径、发掘机以铲斗容量等表示。35通常有三种确定方法类比法、实践丈量法、计算法类比法——参照同类或相近的机械，经过类似实际的分析、设计，来拟定其任务载荷及其他参数。通常采用几何尺寸类比法和动力类比法。三、任务载荷确实定方法例如：假设知的原型机械与待设计的机械产品之间存在力类似，以P表示载荷，那么在和类似系数Cp为：原型系统接受的载荷设计系统对应原型系统各位置上所作用的载荷36计算法——根据系统的功能要求和构造特点，运用力学原理、阅历公式、手册、图表等计算确定载荷。实测法——经过实验分析测定载荷的方法。载荷确实定较重要时，可经过模型或原型由实测法准确确定。计算法主要包括静态设计法和动态设计法。利用测力传感器、显示器及其他电子仪器组成的丈量系统，将机械的载荷转换为电量参数进展丈量。〔电测法〕三、任务载荷确实定方法37计算法——GD2法GD2法是指回转体的分量G和回转直径D平方的乘积，也称为飞轮矩。GD2法是一种思索机械运动惯性的动力学计算方法利用GD2法来设计机械系统和选择电机时，可保证机械运动平稳、加减速与制动性能良好以及能量的合理利用等。381〕GD2的含义及与转动惯量J之间的关系对于分布质量回转体的转动惯量J=mr2〔m为质量，r为回转半径〕。由于m=G/g及r=D/2，所以有J=GD2/(4g)或GD2=4gJ，即GD2与J是成正比的。对于内径为D1外径为D2、长度为L以及比重为γ的空心旋转体，绕心轴的转动惯量J，由下式计算，即：对于实心旋转体，用D1=0带入即可。392)GD2与转矩M、转速n(或角速度ω)、时间t之间的关系由力学中的刚体转动定律知：或假设T为常数时，其角速度令t=0，ω=ω0〔初始角速度〕，那么有：40g=9.8m/s2代入上式时，可得：式中，加速时M用正号；减速、制动时M用负号。将41由此可得知，加减速时所需的时间和扭矩分别为：特别地，当加速时间为ta(s)，速度增量为Δn(r/min)时，得加速力矩:另外，在工程实际中，仍大量采用工程单位制，那么此时所得扭矩的单位为kgf·m。式中，t的单位为s，M的单位为N•m423〕有效能矩〔均方根转矩〕Mm在伺服机械传动中，为了选择控制电机，经常采用如下图的变扭矩、加减速控制计算模型。43由于变载下的均方根转矩与电机的发热条件相对应，因此常需计算均方根转矩，其计算公式为：式中，M1、M2、M3—加速扭矩、等速扭矩及减速扭矩；t1、t2、t3、t4—与M1、M2、M3所对应的时间以及停歇时间。44特别地，假设M1=M3=M，M2=0及t1=t3=t4=t，t2=0，那么有在这种情况下，选择控制电机时，应使MR≥Mm或MR=KMm。其中MR为伺服电机的额定输出转矩；Mm为换算到电机轴上的有效扭矩；K为平安系数。454)机械系统的等效GD2计算对于整个机械系统来说，需求将GD2换算到某一轴(如电机轴或执行机构所在轴)上来计算，这可用能量守恒原理及等效GD2的概念来计算。设机械系统有n个转动轴，k个挪动构件，各转动轴(包括传动轴上的构件)的转动惯量分别为Ji〔i=1，2，…，n〕，转速为ωi(i=1,2,…,n),各构件的质量分别为mj〔j=1,2,…,k〕，速度分别为vj〔j=1,2，…，k〕，为了选择电动机，现要求该系统相对于电动机输出轴1的等效GD246该系统的总动能为：有能量守恒原理可知，等效系统与原系统的总能量应相等，设原系统相对于电动机输出轴1的等效转动惯量为J，那么应有：所以：47第四节动力机的种类、特性及其选用动力机是一种将其他能源转换成机械能的安装，是机械系统中的驱动部分，又称原动机。常用的动力机有电动机、内燃机、液压马达及气动马达等。动力机的机械特性——动力机输出的转矩与转速的关系对了解动力机的运转情况、机械性能以及正确选用动力机都非常重要48例如：当电动机拖动消费机械稳定运转时，电动机转矩M=ML〔负载转矩〕；当ML的大小改动时，电动机的转矩亦随之变化，使M=ML坚持稳定运转，只是电动机的转速略有改动。假设负载转矩添加并超越一定的数值时，会导致电机的堵转。电动机的转矩的添加是有一定的限制的，它的变化也是有一定规律的，这个规律就是它的机械特性曲线。491.任务机的负载特性和要求，如载荷性质、任务制、构造规划和任务环境等。2.分析动力机的机械特性，动力机的特性应与任务机的负载特性相匹配。3.动力机容量计算，通常是指计算动力机功率的大小。4.经济性，如价钱、能耗、运转和维修费用等。5.作业环境的要求。动力机的选择根据50二、内燃机一、电动机三、液压马达四、气压马达51一、电动机的种类、特性及选用电机的种类交流电机直流电机电动机异步电机同步电机他励并励串励复励三相异步电动机单相异步电动机直线异步电动机52Y132M-4型电动机铭牌三相异步电动机型号Y132M-4 功率7.5KW频率50Hz电压380V 电流15.4A 接法 ∆转速1440r/min 绝缘等级B任务方式：延续功率因数0.85效率(%)87年月编号XX电机厂1.三相异步电动机53异步电动机在额定电压和额定功率下，用规定的接线方法，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗的机械特性称为固有机械特性。a〕启动转矩MS(A)MNn=0(s=1)MS>ML(负载转矩〕电机的转差率n—电动机转速n0=60f/pn0—旋转磁场同步转速,p—磁极对数54MNb)最大转矩Mmax(B)临界转速ne临界转差率se当ML>Mmax,电动机就要停车，电动机的电流立刻增至额定值的6~7倍，将引起电动机的严重过热甚至烧毁。过载系数选好电动机后必需校核电动机的过载才干，〔1.8~2.2〕55c)额定转矩MN(C)MN电动机在额定负载下稳定运转时的输出转矩称为额定转矩电动机的任务段BD段，电动机的转速随转矩的添加而略降低，这种机械特性称为硬特性。56当电动机的固有机械特性不能满足任务机械要求时，常采用改动电动机的某些参数以改动其机械特性的方法，这样获得的机械特性称为电动机的人为机械特性。MstMst'转子电路并联电阻或电抗的人为机械特性启动转矩增大，接近恒转矩的启动特性。启动后，可获得与固有机械特性一样的硬特性。电动机的人为机械特性57交流电动机特点及应用三相异步电动机构造简单，运行可靠，维护方便。中小型机床、纺织机械、起重机、功率不大的泵和通风机等单相异步电动机电风扇、小型电动工具、小型鼓风机，家用电器，容量1kw以下同步电动机稳态时以恒定转速、恒定功率运行，适合长期连续工作而不需要变速的大型机械，如大功率离心式水泵和通风机直线异步电动机输出直线运动的异步电动机，交通运输的传送装置，磁悬浮高速列车常用交流电机比较582.直流电动机将直流电能转换成机械能。缺陷：构造复杂、价钱昂贵、效率较低，任务可靠性较差。优点：有良好的启动与调速性能，适用于启动转矩大或对调速性能要求较高的消费机械。运用：大型起重设备、电气机车、电车、轧钢机等59直流电动机经过励磁绕组通以直流电流来建立磁场，按励磁方式的不同，分为四类。60他励电动机的机械特性固有机械特性：是一条向下倾斜的直线，阐明加大电机的负载，会使转速下降。61串励电动机的机械特性固有机械特性：为一双曲线，当负载变化时，串励电动机的转速变化很大，即特性很软，而且理想空载转速为无穷大。62介于他励和串励之间，当串励势起主要作用时，特性就接近于串励电动机，但这时有一定的理想空载转速。反之，机械特性就接近于他励电动机。复励电动机的机械特性633.电动机的选用在选用电动机时，一方面应根据消费机械在技术上的要求，正确选择电动机的种类、型式、容量等，以保证消费的顺利进展。同时还要思索经济方面的问题，使所选电动机在设备投资和节约电能、降低运转费用等符合要求。64负载转矩飞轮力矩(GD2)转速耐久性控制性升温、发热1)选择电机时，应思索的问题：首先要思索到电动机对外做功所需求的输出转矩，和电动机抑制摩擦带动负载需求的转矩。要思索负载以及整个驱动系统的飞轮力矩。另外，还要思索到安装性能所要求的加减速型式，即思索电动机所要提供的加减速转矩。根据安装的要求决议必要的转速，根据转速的要求选择适宜的电动机。根据需求选择顺应的减速器规格，或者调速控制用的变频器、伺服驱动器等。一切的电动机内部均装有轴承，关于轴承的寿命普通都在电动机的产品样本阐明书里有记载。对转速、位置的控制精度，会因电动机的种类、测控器的型式不同而有所差别，要留意必需配套选择能满足安装性能要求的电动机和调速器。大输出功率的电动机，其发热量也大，所以要选择自带冷却风扇型式的电动机。另外，要留意步进电动机在停顿时以及低负载运转时也会有发热的景象。652)电动机选择的内容:a〕电动机种类的选择b〕构造方式的选择c〕安装方式的选择d〕额定电压与额定转速的选用e〕容量的选择66在满足运用要求的前提下，交流电动机优选于直流电动机，鼠笼型电动机优选于绕线型电动机，公用电动机优选于通用电动机。对于无调速要求的机械应尽能够采用交流异步电动机。负载平稳，对起动、制动无特殊要求的长期运转的机械宜采用价廉的鼠笼型电动机。周期性变动负载或起动转矩大的机械，如起重机宜用绕线型电动机。在需求调速的机械中，假设仅要求几种有级调速的机械，可采用鼠笼型异步电动机；假设功率大、调速范围宽，且需延续平滑调速的机械，可用直流电动机a〕电动机种类的选择67b〕构造方式的选择根据任务环境选择电动机的防护型式：开启式：枯燥清洁的环境可以选用开启式，这种电动机价钱廉价，散热条件好；防护式：用于枯燥灰尘不多没有腐蚀性和爆炸性气体的场所；封锁式：可用在潮湿、易受风雨侵蚀、多腐蚀性灰尘的环境；防爆式：不仅能防止杂物进入电动机内，还能防止电动机内部的爆炸气体传动外部，用在有爆炸危险的环境中。68c〕安装方式的选择普通情况下多采用卧式安装的电动机，只需特殊需求才用立式安装的电动机，如为简化传动安装，立式钻床上运用立式安装电动机。69〔d〕额定转速的选择3000r/min，1500r/min，1000r/min，750r/min，600r/min等五种。当输出功率一样时，转速越高，电动机的尺寸和分量越小，价钱也越低，因此，应尽量选用转速较高的电动机。但如执行机构的速度很低，而选用高转速电动机时，减速安装增大，传动部分的本钱将会提高，同时机械效率也降低，所以要综合思索。还要思索机械的任务制、起动制动及反转的频繁程度等要素。70额定电压的选择电动机的额定电压应与电网供电电压一致。中、小型交流异步电机可采用220V/380V，380V/660V两种 额定电压。大型交流异步电机可采用3000V以上的高压电源直流电动机额定电压常为220V或110V，大功率直流电机可 用600~870V71(e)容量的选择在规定的任务方式下，电动机的温升不超越许用值保证所需求的启动力矩72二、内燃机的类型、机械特性及选择按燃料种类分柴油机和汽油机；按汽缸数目分单缸或多缸内燃机按一个任务循环的冲程数分二或四冲程内燃机；按点火方式分压燃式或点燃式内燃机按进气系统分自然吸气式或增压式内燃机73内燃机主要性能目的有效功率Pe：内燃机的实践输出功率平均有效压力pe:单位气缸任务容积所作的有效功标定功率Peb：在内燃机铭牌上规定的功率升功率PL：气缸每升任务容积所发出的有效功率有效燃油耗费率ge：单位有效功率每小时的耗油量指示效率ηi：燃料所含的热能转变为指示功的有效程度机械效率ηm：有效功率与指示功率之比74按国标规定，内燃机标定功率分为4级：1〕15min功率指内燃机允许延续运转15分钟的最大有效功率，适用于常以中小负荷任务又需有较大功率贮藏或许在瞬时发出最大功率的内燃机，如汽车；2〕1h功率指内燃机允许延续运转1小时的最大有效功率，它约为15min最大有效功率的87%~90%，适用于经常以大负荷任务又需在短期内抑制陡增负荷的内燃机，如轮式迁延机；3〕12h功率指内燃机允许延续运转12小时的功率，适用于一天内以不变负荷任务的内燃机，如农业排灌站；4〕延续功率允许长期延续运转的最大有效功率，如发电用内燃机；根据工况和用途的不同，各行业消费有公用的内燃机，如汽车、迁延机、船用、铁路牵引等公用内燃机，可供选用。75内燃机的机械特性速度特性：当喷油泵调理杆在标定功率循环供油量位置时，柴油机的性能参数随转速变化的规律。1〕速度特性2〕负荷特性3〕通用特性6120Q型车用柴油机全负荷速度特性BJ492型车用汽油机的外特性76柴油机扭矩曲线变化过程要比汽油机平坦些这是由于柴油机进气系统阻力较小，在转速提高时，充气系数降低较慢，而循环供油量却随转速提高又有些添加，结果随转速添加，转矩曲线降低很小。77转矩变化曲线可以阐明内燃机在不同转速下抑制外界阻力的才干。常用扭矩贮备系数µM来评定。—标定工况下速度特性曲线上的最大转矩值；—标定工况下的转矩值78负荷特性：在转速不变的情况下，其性能参数随有效功率变化的规律。6Q型车用柴油机负荷特性GT每循环供油量ge指示效率与机械效率乘积机械效率指示效率180079万有特性：表示柴油机个主要性能参数之间关系的综合特性，以转速为横坐标，平均有效压力为纵坐标作出假设干条等有效燃油耗费率和等功率的曲线族来表示，反映各种转速、各种负荷下的燃油经济性及最经济的负荷和转速。8081选择内燃机时必需了解内燃机的运转工况和特性，使它与被驱开任务机的负载特性相顺应。工况1发动机功率变化但曲轴转速几乎不变，称固定式发动机的工况如内燃机与发电机、风压机和水泵等机械一同任务时，发动机转速由调速器保证根本上坚持不变，功率那么随任务机械的运用负荷不同。内燃机的选择82工况2发动机功率与曲轴转速之间具有一定的函数关系，如内燃机带动螺旋桨、液力变矩器时的工况为线工况，运用最多的是三次幂函数关系，称为螺旋桨工况，在发动机变卦转速的同时变卦供油量以变卦负荷。Pe=Kn3工况3发动机功率与转速之间没有一定的恒定关系，如柴油机作为汽车、迁延机等陆上运输动力且排挡一定时，它的转速取决于他们的行驶速度，功率那么取决于他们的行驶阻力。83普通先根据其外特性判别柴油机的n、Me、Pe等动力性能能否满足从动机的要求，然后再根据所选择的任务转速的负荷特性，判别所选择的柴油机能否经常在经济负荷范围内运转。假设满足上述要求，那么选择是合理的。内燃机的选择84内燃机的选择汽油机和柴油机的比较：在输出功率一样的情况下，汽油机的尺寸和分量比柴油机小；汽油机的转速比柴油机高，前者通常在3000r/min以上，后者 那么在2000r/min以下；汽油机的任务稳定性比柴油机好，噪音比柴油机小；柴油机比汽油机过载才干强；柴油机比汽油机耗油率小，且比汽油价廉；汽油机主要用于要求分量轻、构造紧凑的机械；柴油机多用于对分量、构造紧凑要求不高及功率较大的机械，如工程机械、载重汽车。85三、液压马达1、类型液压马达低速高速根本型式：径向柱塞式特点：转矩大、排量大、转 速低，可直接与执行 机构相连，无需减速 安装。根本型式：齿轮式、叶片式 轴向柱塞式、螺杆式特点：转速高、转矩小、尺 寸小、分量轻、换向 灵敏度高；862、主要性能参数转速：液压马达的额定转速是指输出额定功率〔或转 矩〕的情况下，正常耐久地运用转速。压力p:表示单位体积油液所具有的能量。体积流量qV和排量q：体积流量是指单位时间内输入液压马达的油液体积；排量为在没有走漏的情况下，液压马达每一转输入油液的体积。转矩M87总效率η功率P液压马达的实践功率P为：883液压马达的选用思索任务压力、转速范围、运转扭矩、总效率、容积率、滑差率以及安装等要素和条件。根据运用条件和要求确定马达的种类，并根据系统所需的转速和扭矩以及马达的特性曲线确定压力降、流量和总效率，然后确定其它管路配件和附件。89四、气动马达类型气动马达容积式透平式根本型式：齿轮式、叶片式 活塞式、将紧缩空气的压力能转化为机械能的能量转换安装。90叶片式气动马达特性曲线转矩任务压力不变ML=0,空转时，转速到达最大值nmax，P=0ML=Mmax,n=0,P=0ML=Mmax/2,n=nmax/2,功率到达最大91活塞式气动马达特性曲线功率曲线转矩曲线任务压力p增高时，马达的输出功率转矩和转速均有添加。压力不变时，功率、转矩和转速均随外加负载的变化而变化。92气动马达的选用从负载特性思索。在变负载场所运用，主要思索速度范围及满足所需的负载转矩。在稳定负载下运用时，主要思索任务速度。叶片式气动马达比活塞式气动马达转矩高、构造简单，但起动转矩小，在低速时耗气量大；当任务速度低于空载速度的25%时，最好选用活塞式气动马达。根据所需的转速和最大转矩计算出所需的最大功率，然后选择相应功率的气动马达。93第五节伺服驱动安装简介伺服安装是带有力或力矩或速度反响并可自动调理的驱动安装，它比普通无伺服的驱动安装有更高的精度。液压伺服安装气压伺服安装电气伺服安装采用动力源的类型较早期，功率最大开展最快，最适用直流电动机、交流电动机、步进电动机特殊领域941、步进电机种类及任务原理旋转式步进电机、直线式步进电机从励磁相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电机旋转式步进电机的转子构造来说，分为三种：可变磁阻型永磁型混合型95可变磁阻型〔反响式步进电机〕由定子绕组产生的反响电磁力吸援用软磁钢制的齿形转子作步进驱动，又称反响式步进电机。特点：转子构造简单、转子直径小，有利于高速呼应。制造本钱高、效率低、转子的阻尼差、噪声大。但其制造资料费用低、构造简单、步距角小，随着加工技术的提高，可成为多用途机种。96A相定子绕组通电构成磁场单段反响式步进电机的任务原理——磁场构成97单段反响式步进电机的任务原理——两转子齿

单段反响式步进电机的任务原理——两转子齿定子通电顺序：A→B→C→A转子旋转方向：顺时针步距角：

三相三拍98

单段反响式步进电机的任务原理——两转子齿定子通电顺序：AB→BC→CA→AB转子旋转方向：顺时针步距角：

三相双三拍99

单段反响式步进电机的任务原理——两转子齿定子通电顺序：A→AB→B→BC→C→CA→A转子旋转方向：顺时针步距角：三相六拍100单段反响式步进电机的任务原理——四转子齿

定子通电顺序：A→B→C→A转子旋转方向：逆时针步距角：

101步距角：步进电机的定子绕组每改动一次通电形状，转子转过的角度称步距角。♠转子齿数越多，步距角越小♠定子相数越多，步距角越小♠通电方式的节拍越多，步距角越小式中：m－定子相数Z－转子齿数C－通电方式C=1单相轮番通电、双相轮番通电方式C=2单、双相轮番通电方式102常用步进电机的步距角常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相,与此相匹配的转子齿数分别为40齿和48齿，即有三相步进电机：五相步进电机：1032.步进电机的选用适用于中小型机械系统和仪器仪表中，可与传动安装组合，成为开环控制的伺服系统。在步距角小，功率小以及价钱低的场所宜选用反响式步进电动机。在步距角大，运动速度低，对定位性能要求高的场所，宜选用永磁式步进电动机。对于既要求步距角小，又要求定位性能好的场所，可选用混合式步进电动机。104步进电动机型号选择的根据是工艺要求和步进电动机的性能，步进电动机的主要性能目的如下：1〕最大静转矩Tmax当步进电动机通电，并处于平衡位置时，借助外力使转子分开平衡位置所需极限转矩，称为最大静转矩。可用来计算步进电动机的负载才干目的最大负载转矩1052)运转矩频特性1063〕最高启动频率4〕步进电动机的角位移分辨力是衡量步进电动机高速才干的目的，可分为空载和额定负载两项。步距角代表角位移分辨力。步距角越小，那么分辨力越高。5〕静态步距角误差空载时实测的步进电动机步距角与实际步距角之差，称为静态步距角误差，在一定程度上反映了步进电动机的角位移精度。107第六节能量流系统设计4.6.1能量流系统设计普通步骤1〕确定能量流系统的配置2〕传动方案设计3〕任务机械载荷确定4〕初选电动机5〕进展能量流其他部分如飞轮、联轴器的设计计算6〕进展动力机的校核计算1081、确定能量流系统的配置能量流系统所需功率除了与任务机的机械特性有关外，还与能量流系统配置情况有关。能量流系统的配置与两个方面内容有关：规划方式和构造布置1〕规划方式串联并联混联109串联仅有一个原动机以及一个执行机构，在一些简单的单执行机构的机械系统中110例：发动机驱动发电机发电，电动机用发电机发出来的电能驱动车轮。串联式混合动力是一边经过发动机发电，一边经过电动机驱动车轮。前往111并联112例：龙门起重机的主要运动在数控机械中，普通都有多个执行机构。在实现复杂的运动组合或加工复杂的型面时，各个执行机构的运动必需保证严厉的动作顺序和协调。采用数字指令进展自动控制，每个执行机构有各自的动力机单独驱动的并联规划。113混联〔两种〕当执行机构之间有一定的传动比要求，或执行机构之间有动作顺序要求，或各执行机构间相互独立而使用一台动力机即可满足执行机构的总耗能要求。1)集中驱动114SG8630高精度丝杠车床一路经带传动和蜗杆传动驱动主轴另一路经过主轴经交换齿轮A、B、C、D及丝杠螺母驱动刀架。115运用于低速、重载、大功率、执行机构少而惯性大的机械中2)结合驱动116双输入轴圆弧齿轮减速器117并联规划的能量流系统中，各支路可以是串联的也可以是混联的例如，大型船舰的能量流系统是典型的并联规划方式。一条支路的执行机构为发电机组，动力来源是柴油机，作用是为全船提供照明等的日常用电；另一条支路的能量主要用于提供船只运动的动力，普通采用混联驱动，即多台柴油机结合驱动。1182〕构造布置1191202〕传动方案设计3〕任务机械载荷确定根据总体设计方案选定的动力安装及执行机构，进展传动方案的设计。如：传动安装类型选择，多轴传动系统的运动学设计等。确定任务机一个任务周期的时间t；确定任务机一个任务周期中各阶段的载荷情况并计算出耗费的总能量。1214〕初选电动机5〕进展能量流其他部分如飞轮、联轴器的设计计算6〕进展动力机的校核计算计算平均功率；选择动力机详细类型，并求折合功率N；查手册或产品样本，选出额定功率Ne与N接近的动力机；1224.6.2能量流系统设计实例现要求进展曲柄压力机的能量流系统设计。知条件：公称压力Pg=63吨，行程S=100mm，压力机滑块行程次数n=40次/分钟，执行机构〔曲柄滑块机构〕的摩擦当量力臂mµ=7.85mm123公称压力：滑块离下死点前某一特定间隔〔公称压力行程〕时，滑块所允许的最大作用力。行程：滑块从上死点到下死点间的间隔。滑块行程次数：滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点，如此往复的次数。技术参数1241.能量流系统的配置主功能：完成对工件的压力加工仅需求一个执行机构〔曲柄滑块机构〕一个任务循环所需的总能量不大，采用单台原动机，串联规划125能量流系统规划图大带轮与飞轮做成一体，立式布置，传动系统位于任务台上方1261271-电动机2-小皮带轮3-大皮带轮4-制动器5-离合器6-小齿轮7-大齿轮8-小齿轮9-偏心齿轮10-芯轴11-机身12-连杆13-滑块14-上模15-下模16-垫板17-任务台18-液压气垫留意：1〕制动、离合动作的协调2〕离合器的作用3〕离合器和制动器的安装位置1282.传动方案设计选用电动机作为原动机曲柄旋转一圈，滑块上、下往返一次，滑块只在上模接触坯料后到冲压出工件这段任务行程中〔通常还不到曲柄旋转的1/4圈〕，才接受负荷，而在其他空行程中，不接受负荷。负荷特点：短期的顶峰负荷和较长期的空负荷相互交替。按任务行程所需功率选用电动机，要求功率很大，大功率的电动机只在短的任务行程内满负荷129把带轮轮缘加厚，增大它的转动惯量，使它在滑块不接受负荷时转速升高、动能增大〔即用带轮兼做储能作用的飞轮〕，而在压力机任务