机械特性
第三章直流电机
本章概述
电动机有直流电动机和交流电动机两大类，直流电动机虽不及交流电动机结构简单、制造容易、维护方便、运行可靠，但由于长期以来交流电动机的调速问题位能得到满意解决，在此之前，直流电动机具有交流电动机所不能比拟的良好启动特性和调速性能。到目前为止，虽然交流电动机的调速问题已经解决，但是在速度调节要求较高，正、反转和启、制动频繁或多单元同步协调运转的生产机械上，仍采用直流电动机拖动。
直流电机既可用作电动机（将电能转换为机械能），也可用作发电机（将机械能转换为电能）。直流发电机主要用作直流电源，例如，给直流电动机、同步电机的励磁以及化工、冶金、采矿、交通运输等部门的直流电源。目前由于晶闸管等整流设备的大量使用，直流发电机已经逐步被取代，但从电源的质量与可靠性来说，直流发电机仍有优点，所以，直流发电机现在仍有一定的应用。
本章要点
本章要求掌握直流电机的基本工作原理及特性，特别是直流电动机的机械特性；掌握直流电动机启动、调速和制动
的各种方法以及各种方法的优缺点和应用场所。
在了解直流电动机的基本结构的基础上，着重掌握直流电机的基本工作原理，特别应掌握转矩方程式、电势方程式和电压平衡方程式；
掌握直流电动机的机械特性，特别是人为机械特性；
掌握直流电动机启动、调速和制动的各种方法以及各种方法的优缺点和应用场所；
学会用机械特性的四个象限来分析直流电动机的运行状态；
学会根据他励直流电动机的铭牌技术数据，确定电动机启动等运行特性。
3.1 电磁基础理论
3.1.1 电磁基本定律
3.1.2 导磁材料与磁导特性
3.2 直流电机的基本结构和工作原理
3.2.1 直流电机的基本结构
3.2.2 直流电机的工作原理
3.2.3 直流电发机
3.2.4 直流电动机
3.3 直流他励电动机的机械特性
3.3.1 直流他励电动机的固有机械特性
3.3.2 直流他励电动机的人为机械特性
3.4 直流他励电动机的启动特性
3.4.1 直流他励电动机电枢回路串电阻的启动特性
3.4.2 直流他励电动机改变电枢电压的启动特性
3.5 直流他励电动机的调速特性
3.5.1 改变电枢回路电阻的调速特性
3.5.2 改变电枢回路电压的调速特性
3.5.3 改变励磁磁通的调速特性
3.6 直流他励电动机的制动特性
3.6.1 能耗制动特性
3.6.2 反馈制动特性
3.6.3 反接制动特性
第三章直流电机
3.1 电磁基础理论
基尔霍夫电流定律：
在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于由该结点流出的电流之和。
基尔霍夫电压定律：
如果从回路中任意一点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路循行一周则在这个方向上的电位降之和应该等于电位升之和。
磁路定义：人为造成的磁通的路径。
磁路的欧姆定律：
F=NI，为磁通势，称为磁阻，l为磁路的平均长度；S 为磁路的截面积。
3.1.1 电磁基本定律
左手定则：
通电导体在磁场中受到力的作用，其受力方向可以用左手法则判定。
I---电流方向
f---电磁力方向
B---磁感应强度
右手定则：
导体在磁场中做切割磁力线德运动，则在导体的两端将产生感应电动势，其方向可用右手法则判定。
B---磁感应强度
v---速度方向
e---感应电势
3.1.2 导磁材料与磁导特性
各种电机都是通过磁感应作用而实现能量转换的，磁场是它的媒介。因此，电机中必须具有引导磁通的磁路。为了在一定的励磁电流下产生较强的磁场，电机和变压器的磁路都采用导磁性能良好的铁磁材料制成。试验表明，所有非铁磁材料的导磁系数都接近于真空的导磁系数。而铁磁材料的导磁系数远远大于真空的导磁系数。因此，在同样的电流下，铁心线圈的磁通比空心线圈的磁通大得多。
铁磁材料之所以具有高导磁性能，在于其内部存在着强烈磁化了的自发磁化单元，称为磁畴。在正常情况下，磁畴是杂乱无章的排列着，因而对外不显示磁性。但在外磁场的作用下，磁畴沿着外磁场的方向作出有规则的排列，从而形成了一个附加磁场迭加在外磁场上。由于铁磁材料的每个磁畴原来都是强烈磁化了的，具有较强的磁场。因此，它们所产生的附加磁场的强度，要比非铁磁物质在统一外磁场下所产生的磁场强得多。所以铁磁物质得导磁系数比非铁磁物质的大得多。
在非铁磁材料中，磁感应强度（即磁通密度）B与磁场强度H成正比，即，它们之间呈线性关系。铁磁材B与H之间是一种非线性关系，即B＝f（H）是一条曲线，称为磁化曲线，如图0-6所示。在磁化的开始阶段（0a段），由于外磁场较强，随着H的增加、B迅速增加。在bc段，外磁场进一步加强时，磁畴大都已转到与外磁场一致的方向，这时它们所产生的附加磁场已接近最大值，即使H再增大，B的增加也很有限。这种现象称为磁饱和现象，也叫做磁饱和。
铁磁材料的磁化曲线可通过试验测绘，在测试时，H由零上升到某个最大值时，B值是沿磁化曲线0a上升（见图0-7）。当H由下降到零时，B不是沿a0下降，而是沿着另一条ab线变化。当H由零变化到，即进行反向磁化时，B沿着曲线bcd变化。当H由回升到时，B沿着曲线defa变化。这样将铁磁材料磁化一个循环时，得到一个闭合回线abcdefa，称为铁磁材料的磁滞回线。
从图0-7可以看出，磁化曲线的上升段与下降段不重合。下降时，B的变化滞后于H的变化，当H下降为零时，B不为零，而是下降到某一数值，这种现象称为磁滞，称为剩余磁感应强度。由于存在磁滞现象，所以铁磁材料的磁化过程是不可逆的。在某一H下的B 值，取决于该H值之前的磁化状态。磁滞现象的产生，是由于铁磁材料中的磁畴，在外磁场作用下进行排列时，彼此之间产生“摩擦”。由于这种“摩擦”的存在，当外磁场停止作用后，磁畴与外磁场方向一致的排列，被部分的保留下来，从而形成了磁滞现象和剩磁。同一铁磁材料在不同的值下，有不同的磁滞回线。所以用不同的值可测绘出许多不同的磁滞回线。把这些磁滞回线的顶点连接起来而得到的磁化曲线，称为铁磁材料的基本磁化曲线，也称为平均磁化曲线。工程上所谓的磁化曲线就是指平均磁化曲线。
铁磁材料在交变磁场的作用下而反复磁化时，磁畴之间不断的发生摩擦，必然消耗一定的能量，产生损耗。这种损耗称为磁滞损耗。试验表明，在交变磁化时，铁磁材料的磁滞损耗与磁通的交变频率f成正比，与磁通密度的幅值的次方成正比，即：
对于常用的硅钢片，当时，。由于硅钢片的磁滞回线的面积比较小，所以电机和变压器的铁心都采用硅钢片。
3.2 直流电机的基本结构和工作原理
3.2.1 直流电机的基本结构
直流电机的基本结构：
定子和转子两个部分
定子作用：产生主磁场和在机械上支撑电机。
定子组成：主磁极、换向极、机座、端盖和轴承等。
直流电动机的主要结构
主磁极
主磁极包括主磁极铁心和套在上面的励磁绕组，其主要任务是产生主磁场。磁极下面扩大的部分称为极掌，它的作用是使通过空气中的磁通分布最为合适，并使励磁绕组能牢固地固定在铁心上。磁极是磁路的一部分，采用1.0-1.5mm的钢片叠压制成。励磁绕组用绝缘铜线绕成。
换向极
换向极用来改善电枢电流的换向性能。它也是由铁心和绕组构成的，用螺杆固定在定子的两个主磁极的中间。
机座
机座一方面用来固定主磁极，换向极和端盖等，并作整个电机的支架用地脚螺钉将电机固定在基础上，另一方面也是电机磁路地一部分，故用铸钢或者是钢板压成。
电枢铁心
电枢铁心是主磁极地一部分，用硅钢片叠成，呈圆柱形，表面冲了槽，槽内嵌放电枢绕组。为了加强铁心的冷却，电枢铁心上有轴向通风孔，如图示。
电枢绕组
电枢绕组示直流电机产生感应电势及电磁转距以实现能量转换的关键部分。绕组一般由铜线
绕成，包上绝缘后嵌入电枢铁心的槽中，为了防止离心力将绕组甩出槽外，用槽楔将绕组导体楔在槽内。
换向器
换向器的作用对发电机而言是将电枢绕组内感应的交流电动势转换成电刷间的直流电动势。对电动机而言，则是将外加的直流电流转换成电枢绕组的交流直流，并保证每一磁极下，电枢导体的电流方向不变，以产生恒定的电磁转距。换向器由很多彼此绝缘的铜片组合而成，这些铜片称为换向片，每个换向片都和电枢绕组连接。如图示的是换向器的结构图。换向器是直流电动机的结构特征，易于识别。
换向器
电刷装置
电刷装置包括电刷及电刷座，它们固定在定子上，其电刷与换向器保持滑动接触，以便将电枢绕组和外电流接通。
3.2 直流电机的基本结构和工作原理
3.2.2 直流电机的工作原理
直流电机的工作原理：
直流电机作为发电机运行时，电枢由原动机驱动而在磁场中旋转，在电枢线圈的两根有效边中便感应出电动势e。显然，每一有效边中的电动势是交变的，即在N极下是一个方向，当它转到S极下时是另一个方向。
电刷和换向器的作用在于将发电机电枢绕组内的交流电动势变换成电刷之间的极性不变的电动势。当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生一定方向的电流。
负载电流在旋转绕组上产生负载转矩，方向与驱动转矩相反。
电流方向：
N极下的有效边中的电流总是一个方向，而S极下的有效边中的电流总是另一个方向，这样才能使两个边上受到的电磁力的方向一致，电枢因而转动。
当电枢在磁场中转动时，线圈中也要产生感应电动势e，这个电动势的方向(由右手定则确定)与电流或外加电压的方向总是相反，所以称为反电势，它与发电机中电动势的作用是不同的。
如上图所示，若在A、B之间外加一个直流电压，A接电源正极，B接负极，则线圈中有电流流过。当线圈处于图所示位置时，有效边ab在N极下，cd在S极上，两边中的电流方向为a→b，c→d。由安培定律可知，ab边和cd边所受的电磁力为：
F＝BLI
式中，I为导线中的电流，单位为安（A）。根据左手定则知，两个F的方向相反，如图所示，形成电磁转矩，驱使线圈逆时针方向旋转。当线圈转过180°时，cd边处于N极下，ab边处于S极上。由于换向器的作用，使两有效边中电流的方向与原来相反，变为d→c、b →a，这就使得两极面下的有效边中电流的方面保持不变，因而其受力方向，电磁转矩方向都不变。
直流电动机原理图
直流电机的电动势：
E=KeΦｎ
式中，E——电动势(V)；Φ——一对磁极的磁通(Wb)；ｎ——电枢转速(r／min)；Ke ——与电机结构有关的常数。
直流电机电枢绕组中的电流与磁通有相互作用，产生电磁力和电磁转矩。
T=KtΦIa
式中，T——电磁转矩(Nm)；Φ——一对磁极的磁通(Wb)；Ia——电枢电流(A)；Kt ——与电机结构有关的常数，Kt＝9.55Ke。
3.2直流电机的基本结构和工作原理
3.2.3 直流发电机
他励发电机
电压和电流的关系：
当发电机空载时，Iａ＝0，发电机的电动势等于其空载端电压U０:
空载特性：
外特性：
他励发电机的空载特性曲线他励发电机的外特性曲线
并励发电机
励磁绕组与电枢并联。并励发电机的电压与电流间的关系可用下列各式表示：
建立条件：
1. 发电机的磁极要有剩磁；
2. 起始励磁电流所产生的磁场方向与剩磁磁场方向相同；
复励发电机
在复励发电机的这两个励磁绕组中通人电流后，它们产生之磁场的方向通常是相同的。
在并励发电机中，其端电压随着负载电流的增大而下降。但在复励发电机中，当负载电流增大时，串励绕组能自动增加磁通，以补偿端电压的下降。所以，在复励发电机的正常运行范围内，其端电压变化不大。
如果载发电机磁极上除绕上并励绕阻外，再绕一个与电枢串联的串励绕阻，则为一复励发电机。优点：其端电压变化不大。
3.2.4 直流电动机
根据电机能量转换的不同，把直流电机分成直流电动机和直流发电机。
根据电机励磁方式的不同，直流发电机和直流电动机有他励、并励、串励、复励和永磁等形式。
他励电动机
他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电。他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。
他励电动机并励电动机
并励电动机
并励电动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直流电源供电，这时电源提供的电流I等于电枢电流Ia和励磁电流If之和，即I=Ia+If。
适用于恒压工作场合。
串励电动机
串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后接直流电源。串励电动机励磁绕组的特点是其励磁电流If就是电枢电流Ia，这个电流一般比较大，所以励磁绕组导线粗、匝数少，它的电阻也较小。
串励电动机复励电动机
复励电动机
这种直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，另一个与电枢绕组并联，所以复励电动机的特性兼有串励电动机和并励电动机的特点，所以也被广泛应用。
他励电动机的机械特性
电枢回路中的电压平衡方程：
以式代入得到：
再以代入，得到直流电动机机械特性的一般表达式：
机械特性硬度：
电动机的机械特性分为三类：
（1）绝对硬特性()
（2）硬特性()
（3）软特性()
3.3.1 直流他励电动机的固有机械特性
1. 固有机械特性
直流电动机机械特性的一般表达式：
固有机械特性：是n=f ( T )在额定条件下的特性
对于他励电机可根据电机铭牌数据计算得到如下参数：
（1）电枢电阻Ra：
（2）K eФN ：
（3）理想空载转速：
（4）额定转矩：
式中，PN额定功率, UN额定电压, IN额定电流, n N额定转速。
其计算步骤：
（1）计算电枢电阻
（2）求
（3）求理想空载转速
（4）求额定转矩
3.3.2 直流他励电动机的人为机械特性
(1)电枢回路中串联附加电阻时的人为机械特性
(2) 改变电枢电压U时的人为机械特性
(3) 改变磁通Ф的人为机械特性
从图中可以看出，每条人为特性曲线均与固有特性曲线相交，交点左边的一段在固有特性曲线之上，邮编的一段在固有特性曲线之下，而在额定运转条件下（额定电压、额定电流、额定功率）下，电动机总是工作在交点的左边区域内。
削弱磁通时，必须注意的是：当磁通过分削弱后，如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严重过载。另外，当磁通为零时，从理论上说，电动机转速趋于无穷大，实际上励磁电流为零时，电动机尚有剩磁，这时转速虽不趋于无穷大，但会升到机械强度不允许的数值，通常称为“飞车”。因此，直流他励电动机启动前必须先加励磁电流，在运动过程中，决不允许励磁电路断开或励磁电流为零，为此，直流他励电动机在使用中，一般都设有“失磁”保护。
他励直流电动机的机械特性曲线的分析
浅析：他励直流电动机的机械特性 在电源电压U 和励磁电路的电阻R f 为常数的条件下，表示电动机的转矩n 和转矩之间的关系n=f （T ）曲线，称为机械特性曲线。利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。 下图是他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直 流电动机的基本方程式导出。由公式 ， 和 导出机械特性方程式 ( 1-1 ) 他励直流电动机电路原理图 当电源电压U =常数，电枢回路总电阻R ＝常数，励磁磁通Φ＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。特性 曲线与纵轴的交点为n 0时的转速，称为理想空载转速。 他励直流电动机的机械特性 a a a R I E U + =n E a Φe C =φa T em I C T =em T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φ e 0C U n =
实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩， 而电动机的实际空载转速 将低于n 0。由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲线的斜率。 β越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称β大的机械特性为软特性。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。 机械特性的硬度也可用额定转速调整率△n N %来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。 电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。 固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附 加电阻时的机械特性，其方程式为 固有机械特性如下图中的 曲线 所示，由于 较小，故他励直流电动机固有机械特性较“硬”。 他励直流电动机串电阻时的机械特性 人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公 式（1-1）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。 （1） 枢串电阻时的人为机械特性 此时 ，人为机械特性的方程式 与固有特性相比，理想空载转速n 0不变，但是，转速降△n 增大 。R pa 越大，△n 0 n 'n ?em em T T R n βΦ==?2T e C C n ?em N a N N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=a R R =a R pa a N N R R R U U +===,,ΦΦem N pa a N N T R R U n 2T e e C C C ΦΦ+-=
机械系统动力学
机械系统动力学报告 题目：电梯机械系统的动态特性分析 姓名： 专业： 学号：
电梯机械系统的动态特性分析 一、课题背景介绍 随着社会的快速发展，城市人口密度越来越大，高层建筑不断涌现，因此，现在对电梯的提出了更高的要求，随着科技的进步，在满足客观需求的基础上，电梯向着舒适性，高速，高效的方向发展。在电梯的发展过程中，安全性和功能性一直是电梯公司首要考虑的因素，其中舒适性也要包含在电梯的设计中，避免出现速度或者加速度出现突变，或者电梯运行过程中的振动引起人们的不适。因此，在电梯的设计过程中，对电梯进行动态特性分析是十分必要的。 二、在MATLAB中编程、绘图。 通过同组小伙伴的努力，已经得到了该系统的简化模型与运动方程。因此进行编程： 该系统的微分方程：[][][]{}[]Q x k x c x M= + ? ? ? ? ? ? + ? ? ? ? ? ?? ? ? ，其中矩阵[M]、 [C]、[K]、[Q]都已知。 该系统的微分方程是一个二阶一元微分方程，在MATLAB中，提供有求解常微分方程数值解的函数，其中在MATLAB中常用的求微分方程数值解的有7个：ode45，ode23，ode113，ode15s，ode23s，ode23t，ode23tb 。 ode是MATLAB专门用于解微分方程的功能函数。该求解器有变步长（variable-step）和定步长（fixed-step）两种类型。不同类型有着不同的求解器，其中ode45求解器属于变步长的一种，采用Runge-Kutta
算法；和他采用相同算法的变步长求解器还有ode23。 ode45表示采用四阶，五阶Runge-Kutta单步算法,截断误差为(Δx)^3。解决的是Nonstiff(非刚性)常微分方程。 ode45是解决数值解问题的首选方法，若长时间没结果，应该就是刚性的，可换用ode23试试。 Ode45函数调用形式如下：[T,Y]=ode45(odefun,tspan,y0) 相关参数介绍如下： 通过以上的了解，并对该微分方程进行变换与降阶，得出程序。MATLAB程序： （1）建立M函数文件来定义方程组如下： function dy=func(t,y) dy=zeros(10,1); dy(1)=y(2); dy(2)=1/1660*(-0.006*y(2)+0.003*y(4)-0.0006*y(10)-1.27*10^7*y(1)+1.27*10^7*y (3)+2.54*10^6*y(9)); dy(3)=y(4); dy(4)=1/1600*(+0.03*y(2)-0.007*y(4)+0.003*y(6)+1.27*10^7*y(1)-7.274*10^8*y(3 )+1.27*10^7*y(5)); dy(5)=y(6);
第13章 机械传动系统的设计
第十三章一般机械传动系统设计 现代机器由原动机部分、传动部分、执行部分三个基本部分组成。原动机部分是驱动整部机器以完成预定功能的动力源。通常，一部机器只用一个原动机，复杂的机器也可能有几个动力源。它们都是把其它形式的能量转换为可以利用的机械能。现代机器中使用的原动机多是以各式各样的电动机和热力机为主。执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分。传动部分由图13-1可知，是把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需要的运动形式、运动及动力参数的中间传动装置。机器的传动部分多数使用机械传动系统。它是绝大多数机器不可缺少的重要组成部分，其质量和成本在整台机器的质量和成本中占有很大的比例。机器的工作性能在很大程度上取决于传动装置的优劣。因此，本章仅对机械传动系统的设计作一个简单的介绍。 原动机→→→???→ 传动机构传动机构传动机构→执行机构 图13-1 单路传动 §13.1机械传动方案的设计 传动系统方案设计是在完成了执行系统的方案设计和原动机的选型后进行的。机械传动系统除了进行运动和动力传递外，还可实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路传动和较远距离传动等。满足原动机和工作机性能要求的传动方案，是由不同的组合方式和布置顺序构成的。 13.1.1传动类型的选择 传动机构的类型很多，选择不同类型的传动机构，将会得到不同形式的传动系统方案。为了获得理想的传动方案，需要合理选择传动机构类型。常用传动机构及其性能见表13-l。 表13-1 常用传动机构及其性能 传动类型传动效率传动比圆周速度 1 /m s- ? 外廓 尺寸 相对 成本 性能特点 带传动0.94～0.96 (平带) 0.92～0.97 (V带) ≤5～7 5～25 (30) 大低 过载打滑，传动平稳，能缓冲吸振， 不能保证定传动比，远距离传动 0.95～0.98 (齿型带) ≤10 50(80) 中低 传动平稳，能保证固定传动比 链传动0.90～0.92 (开式) 0.96～0.97 (闭式) ≤5(8) 5～25 大中 平均传动比准确，可在高温下传 动，远距离传动，高速有冲击振动
电机特性曲线
? ? ? ? ? ? 电气控制与PLC网络教学资源当前位置: 电气控制与PLC网络教学资源> 学习情境> 项目一货物升降机的继电-接触器控制> 正 文 1.1.3三相异步电动机的工作特性 作者: Admin | 来源：| 点击: 517 | 发布时间: 2007-10-07 异步电动机的转矩特性动画演示 一、三相异步电动机的转矩特性 异步电动机的电磁转矩T是由载流导体在磁场中受电磁力的作用而产生的，它使电动机旋转。 式中U1——定子绕组相电压有效值，单位是伏特(V)； f1——定子电源频率，单位是赫兹(Hz)； s——电动机的转差率；
R2——转子绕组一相电阻，单位是欧姆(Ω)； X20——转子不动时一相感抗，单位是欧姆(Ω)； C——与电机结构有关的比例常数。 为了分析方便，将异步电动机的电磁转矩T代替电动机的输出转矩T2 由于电动机的转子参数R2及X20是一定的，电源频率f1也是一定的，故当电源电压U1一定时，上式即表明异步电动机的电磁转矩T只与转差率s有关，因此可用函数式T=f（s）表示，称为异步电动机的转矩特性，画出其图象则称为转矩特性曲线，如图1-13所示。 图1-13异步电动机的转矩特性曲线
二、异步电动机的机械特性 1.电动机的额定转矩的实用计算式 旋转机械的机械功率等于转矩和转动角速度的乘积,对于电动机而言,就有 P2=T2Ω(1-4) 当电动机的输出转矩T2用牛·米(N·m)作单位，旋转角速度Ω用弧度/秒(rad/s)作单位时，输出功率P2的单位是瓦特。 在电动机中计算转矩时输出功率P2的单位是千瓦(kW)，转速n的单位是转/分(r/min)，所以可以将计算公式简化，如在额定状态下转矩公式为 式中T N——电动机的额定转矩，单位是牛·米(N·m)； P N——电动机的额定功率，单位是千瓦(kW)； n N——电动机的额定转速，单位是转/分(r/min).
机械系统的载荷特性及动力机的选择
机械系统的载荷特性及动力机选择原则 本章介绍机械系统的载荷特性及动力机选择，掌握机械系统的载荷特性及动力机选择原则 26.1.1工作机械的载荷 载荷类型机械设计中载荷的组合及其类别工作载荷的确定方法1）按作用形式分 直接作用载荷--载荷以力或力矩形式直接作用在机器上；如由工作阻力产生的载荷、惯性载荷、风载荷、驱动力、制动力等。 间接作用载荷--以变形的形式间接作用在机器上；如温度、地震的作用引起的载荷。 对于绝大多数的机器来说，直接作用的载荷是主要的。 2）按照载荷产生的来源分 (1) 工作载荷由机器工作阻力产生的载荷。工作载荷是各种机器最重要最基本的载荷。 (2) 动力载荷动力载荷包括惯性载荷、振动载荷和冲击载荷。当机器或机器的某机构运动速度的大小或方向发生变化时(如起动或制动)将产生惯性载荷。 (3) 自重载荷设备自身重量产生的载荷。 (4) 风载荷具有一定质量的空气以一定速度流动被结构物表面阻挡时，对结构物产生压力。 (5) 温度载荷温度变化使构件热胀冷缩，当构件的胀缩受到约束时，在构件中产生附加力。 (6) 水力载荷水对构件产生的压力和流动阻力等。 3）按载荷是否随时间变化分 静载荷指大小，位置和方向不变的载荷。在工程中大多数机械承受的都是变载荷，严格意义的静载荷是很少见的，但在设计上常把变化不大或变化速度缓慢的载荷，近似地作为静载荷来处理 变载荷指随时间有显著变化的载荷。一般机械承受的变载荷主要有周期载荷，冲击载荷和随机载荷等几种。 a）周期载荷 载荷的大小是随时间作周期性变化的，它可用幅值、频率和相位角三个要素来描
述。 b）冲击载荷 载荷作用时间短，而且幅值较大，例如，锻锤在锤打坯料时所受的载荷就属于冲击载荷。在设计中对于数值较小，频率较高的多次冲击载荷，常按一般的周期载荷来处理。 c）随机载荷 载荷的幅值和频率都是随时间变化的，且变化规律不能用一个函数确切地进行描述，只能应用数理统计方法才能获得它们的统计规律。 26.1.2 动力机的种类及其机械特性 电动机液压马达气动马达内燃机 电动机在额定电压和额定频率下工作，并按规定的接线方法，定子和转子电路中不外接电阻，此时获得的机械特性称为电动机的固有机械特性。右图是电动机的机械特性曲线。根据转矩增加使电动机转速下降的程度不同，电动机的机械特性分为硬特性和软特性两类。同步电动机、一般交流异步电动机和直流并激电动机属于硬特性，即其负载转矩在允许范围内变化时，电动机转速变化不大，而且同步电动机的转速可保持恒定。转子回路串电阻的交流绕线型异步电动机和直流串激电动机则属于软特性，即随负载转矩的增加，电动机的转速显著下降，但是它们的起动转矩比较大。 电动机改变某些参数时获得的机械特性称为人为机械特性。可通过降低供电电压、在转子或定子电路内串接对称电阻及在转于电路接入并联电阻等方法，获得人为机械特性。 交流电动机根据电动机的转速与旋转磁场的转速是否相同，分为同步电动机和异步电动机两种。 同步电动机是一种用交流电流励磁建立旋转的电枢磁场，用直流电流励磁构成旋转的转子磁极，依靠电磁力的作用旋转磁场牵着旋转磁极同步旋转的电动
机械传动系统方案设计
机械传动系统方案设计 一、传动系统的功能 传动系统是连接原动机和执行系统的中间装置。其根本任务是将原动机的运动和动力按执行系统的需要进行转换并传递给执行系统。传动系统的具体功能通常包括以下几个方面： （1）减速或增速； （2）变速； （3）增大转矩； （4）改变运动形式； （5）分配运动和动力； （6）实现某些操纵和控制功能。 二、机械传动的分类和特点 1、机械传动的分类 1) 按传动的工作原理分类 2) 按传动比的可变性分类 机械传动 动 啮合传动 摩擦传动 有中间挠性件 齿轮传动 蜗杆传动 螺旋传动 齿轮系传动 定轴轮系传动 周转轮系传动 链传动 同步带传动 普通带传动 绳传动 摩擦轮传动
2、机械传动的特点 (1) 啮合传动的主要特点 优点：工作可靠、寿命长，传动比准确、传递功率大，效率高（蜗杆传动除外），速度范围广。 缺点：对加工制造安装的精度要求较高。 (2) 摩擦传动的主要特点 优点：工作平稳、噪声低、结构简单、造价低，具有过载保护能力。 缺点：外廓尺寸较大、传动比不准确、传动效率较低、元件寿命较短。 三、机械传动系统的组成及常用部件 1、传动系统的组成 减速或变速装置 起停换向装置 制动装置 安全保护装置 2、常用机械传动部件 1）减速器 减速器是用于减速传动的独立部件，它由刚性箱体、齿轮和蜗杆等传动副及若干附件组成，常用的减速器如图1所示。 2）有级变速装置 ① 交换齿轮变速装置 ② 离合器变速装置 机械传动 定传动比传动 齿轮传动 蜗杆传动 螺旋传动 链传动 带传动 有级变速传动 变传动比传动 无级变速传动 摩擦轮无级变速传动 带式无级变速传动 链式无级变速传动
生产机械的机械特性
生产机械的机械特性 同一转轴上负载转矩与转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。即 n=f(T L)。不同类型的生产机械在运动中受阻力的性质不同，其机械特性曲线的形状也有所不同，大体上可以归纳为以下几种典型的机械特性。 一、恒转矩型机械特性 此类机械特性的特点是负载转矩为常数，如图2.4所示。属于这一类的生产机械有提升机构、提升机的行走机构、皮带运输机以及金属切削机床等。 依据负载转矩与运动方向的关系，可以将恒转矩型的负载转矩分为反抗转矩和位能转矩。 反抗转矩也称摩擦转矩，是因摩擦、非弹性休的压缩、拉伸与扭转等作用所产生和负载转矩，机床加工过程中切削所产生的负载转矩就是反抗转矩。反抗转矩的方向恒与运动方向相反，运动方向发生改变时，负载转矩的方向也会随着改变，因而它是阻碍运动的。按关于转矩正方向的约定可知，反抗转矩恒与转速n 取相同的符号，即n为正方向时T L为正，特性曲线在第一象限；n为反方向时T L为负，特性曲线为第三象限，如图2.4所示。 位能转矩与摩擦转矩不同，它是物体的重力和弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用所产生的负载转矩，卷扬机起吊重物时重力所产生的负载转矩就是位能转矩。位能转矩的作用方向恒定，与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方
向便促进运动。卷扬机起吊重物时由于重力的作用方向永远向着地心，所以，由它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向，当电动机拖动重物上升时，T L 与n方向相反；而当重物下降时，T L则与n方向相同。不管n为正向还是反向，反抗转矩T L和符号总是正的；位能转矩T L的符号则有时为正，有时为负。 二、离心式通风机型机械特性 这一类型的机械是按离心力原理工作的，如离心式鼓风机、水泵等，它们的负载转矩T L与n的平方成正比，即T L=Cn2，C为常数，如图2.5所示。 三、直线型机械特性 这一类机械的负载转矩T L是随n的增加成正比地增大，即T L=Cn，C为常数，如图2.6所示。 实验室中作模拟负载用的他励直流发电机，当励磁电流和电枢电阻固定不变时，其电磁转矩与转速即成正比。 四、恒功率型机械特性 ，或K=T L n∞P为常数，如此类机械的负载转矩T L与转速成反比，即T L=K n 图2.7所示。例如车床加工、在粗加工时，切削量大，负载阻力大，开低速；在精加工时，切削量小，负载阻力小，开高速。当选择这样的加工方式时，不同的转速下，切削功率其余不变。
机械系统动态设计理论
机械系统动态设计理论 授课教师 专业： 班级： 姓名： 学号：
机械动态优化设计综述 1 机械动态优化设计的概念、目的及必要性 机械产品和机械设备日益朝着高速、高效、精密、轻量化及自动化的方向发展,产品结构日趋复杂,产品更新换代的速度日益加快, 对产品的性能要求越来越高,这要求产品或设备的结构系统具有良好的静态和动态特性。如何降低产品或设备在工作情况下的振动和噪声, 保护操作者的身心健康以及设备本身,同时尽量不影响周围的环境, 成为一个必须解决的问题。传统的静态理论规范越来越难以满足市场的迅速变化,同时,传统的设计方法,很难综合考虑各方面的约束条件, 得到的往往只是复杂问题的可行方案,而非最优方案,也难以很好的满足机械设备动态特性要求。对产品进行动态优化设计,可以在很大程度上解决此类问题, 特点是把问题解决在设计阶段;其优点是代价较小, 能够适应当前激烈的市场竞争的需要。 机械动态优化设计主要是指系统参数的数值优化,其研究内容是将数学规划理论、机械振动理论和数值计算方法结合起来,以计算机为工具,建立一整套科学的、系统的、可靠而又高效的方法。其主要内容有:(1)建立符合实际情况的结构动力学模型。(2)选择有效的结构动态优化设计方法。本质是在产品的设计阶段就将系统的动态特性问题考虑进去,从而取代传统设计中所使用的先依据静态设计规范及理论设计出样品或样机,再不断进行修改的设计方法,即进行动态优化设计。其目的是在产品的开发阶段就对产品的动态性能进行优化, 这是一项正在迅速发展的技术,它涉及到现代动态分析、计算机技术、产品结构动力学理论、设计方法等许多学科,由于其涉及问题的复杂性,迄今为止还没有提出一套完整的动态优化设计
架空线路机械特性及安装曲线制作及应用
广西电力职业技术学院电力工程系 课程设计说明书 题目架空线路机械特性及安装曲线 制作及应用 专业高压输配电线路施工运行与维护 班级电力812班 学号 204081224 学生姓名韦振堂 指导教师曾令通 2009年 09 月 12日 摘要 本设计是高压输配电线路专业的线路设计方案。根据课程应用知识设计规格采用的导线型号为LGJ—120/7，气象条件为第VI 气象区。初步设计的工作包括：确定气象条件、编制导线的机械应力计算原则（指安全系数、平均运行应力等）及应力弧锤曲线。根据导线型号和经过的气象区条件利用WCAD线路设计辅助软件求出导线计算参数、导线特性、计算比载、控制条件、有效临界档距和各种气象条件下不同档距的应力和弧锤值并用AutoCAD绘出导线机械特性曲线导线安装曲线的制作及过程；断线张力和邻档断线的交叉跨越校验；施工紧线时弧锤观测档选择及观测档的观测弧锤值计算。根据导线型号、气象条件和不同的档距选择防振锤型号、防振锤安装个数和计算出防振锤的安装距离。 2009年9月 目录
第一章导线应力弧锤特性曲线 (1) 1.1 导线应力弧锤特性曲线的定义 (1) 1.2 导线机械特性曲线的计算程序 (1) 1.3 确定控制条件 (4) 1.3.1 求已知年平均时的气象条件求最高气温时各孤立档的应力 (5) 1.3.2 根据以上结果可手工绘出导线特性曲线如下图 (8) 1.4 导线安装曲线 (8) 1.4.1 导线安装曲线的计算 (9) 1.4.2 根据以上结果可手工绘出导安装曲线如下图 (9) 第二章交叉跨越校验及观测挡的选择 (10) 2.1 断线前交叉跨越的基本要求 (10) 2.2 导线交叉跨越效验计算 (10) 2.3 施工紧线时的观测弧锤 (11) 2.3.1观测档的选择 (11) 2.3.2观测档的弧锤计算 (12) 第三章导线防振设计 (13) 3.1 振动的起因 (13) 3.2 影响振动的主要因素 (13) 3.3 防振措施 (13) 3.4 导线防振锤的安装 (14) 3.5 计算防振锤的安装距离 (16) 参考文献 (17) 附录一 (18) 附录二 (19) 致谢 (20)
常用机械传动系统的主要类型和特点
常用机械传动系统的主要类型和特点 2H310000 机电工程技术 2H311000 机电工程专业技术 2H311010 机械传动与技术测量 ――2H311011 掌握传动系统的组成 一、常用机械传动系统的主要类型和特点 机械传动的作用：传递运动和力； 常用机械传动系统的类型：齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、轮系；带传动、链传动； （一）齿轮传动 1、齿轮传动的分类 （1）分类依据：按主动轴和从动轴在空间的相对位置形成的平面和空间分类 两平行轴之间的传动――平面齿轮传动（直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、人字齿轮传动；齿轮齿条传动） 用于两相交轴或交错轴之间的传动――空间齿轮传动（圆锥齿轮传动、螺旋齿轮传动（交错轴）） 用于空间两垂直轴的运动传递――蜗轮蜗杆传动 （2）传动的基本要求： 瞬间角速度之比必须保持不变。 （3）渐开线齿轮的基本尺寸： 齿顶圆、齿根圆、分度圆、模数、齿数、压力角等 2、渐开线齿轮的主要特点： 传动比准确、稳定、高效率； 工作可靠性高，寿命长； 制造精度高，成本高； 不适于远距离传动。
3、应用于工程中的减速器、变速箱等 （二）蜗轮蜗杆传动 1、用于空间垂直轴的运动传递――蜗轮蜗杆传动 2、正确传动的啮合条件――蜗杆的轴向与蜗轮端面参数的相应关系蜗杆轴向模数和轴向压力角分别等于蜗轮端面模数和端面压力角。 3、蜗轮蜗杆传动的主要特点： 传动比大，结构紧凑； 轴向力大、易发热、效率低； 一般只能单项传动。 （三）带传动 1、带传动――适于两轴平行且转向相同的场合。 带传动组成：主动轮、从动轮、张紧轮和环形皮带构成 2、带传动特点： 挠性好，可缓和冲击，吸振； 结构简单、成本低廉； 传动外尺寸较大，带寿命短，效率低； 过载打滑，起保护作用； 传动比不保证。 切记：皮带打滑产生一正一负的作用： 即过载打滑，起保护作用； 打滑使皮带传动的传动比不保证。 （四）链传动 1、链传动――适于两轴平行且转向相同的场合。 链传动组成：主动链轮、从动链轮、环形链构成
导线机械特性曲线绘制
电气化届架空线路课程设计机械特性曲线绘制设计 学生姓名 学号 所属学院 专业农业电气化与自动化 班级 指导教师 日期
前言 建设一条架空线输电线路,必须符合经济合理、安全适用的原则，既要充分利用材料的强度，又要保证安全运行。 对于悬挂在架空线路杆塔上的导线，外界温度变化将引起导线的伸长或缩短，而导线上的荷载变化将引起导线的弹力变形，这两种现象都使导线的长度发生变化。通过计算可知：档距一定时，导线长度的微小变化也会导致导线应力和弧垂的很大变化。导线长度的缩短，将使导线应力增大，弧垂减小；反之，导线伸长，将使导线应力减小，弧垂增大。显然，在线路设计时，必须计算导线的应力和弧垂，确定和掌握导线在各种气象条件下的应力和弧垂的变化情况，并保证当导线应力最大时，其值不超过导线强度允许值，而当弧垂最大时，要保证导线的对地安全距离，从而保证线路设计经济合理、运行安全可靠。 本次设计是要绘制导线的机械特性曲线，在线路设计过程中，为了设计计算的方便，总是首先计算导线在各种不同气象条件下和不同代表档距时的应力和弧垂，并把计算结果以横坐标为代表档距，纵坐标为应力或弧垂绘制成各种气象条件时代表档距和应力或弧垂的关系曲线，这些曲线就称为导线的应力或弧垂曲线，简称导线机械特性曲线。
目录 工程概况 (3) 1．导线型号的确定 (3) 2.各气象条件时的比载确定 (3) 3.安全系数及防振措施的确定 (4) 4.临界档距计算及辨别 (4) 4.1计算数据 (4) 4.2临界档距计算 (4) 4.3有效临界档距辨别 (5) 4.4结论 (5) 5.机械特性应力特计算 (5) 6.绘制机械特性曲线 (7) 致谢 (8) 参考文献 (9)
机械工程控制基础作业
第一题：生活中常见开环控制系统与闭环控制系统综合性能分析。 电加热炉开环系统与闭环系统综合性能分析 一、反馈及反馈控制 反馈：所谓信息的反馈，就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。负反馈：如果反馈回去的信号与原系统的输入信号的方向相反，称为负反馈。正反馈：如果反馈回去的信号与原系统的输入信号的方向相同，称为正反馈。 系统中还会存在外反馈、内反馈。外反馈：在自动控制系统中，为达到某种控制目的而人为加入的反馈，称为外反馈。内反馈：在系统或过程中存在的各种自然形成的反馈，称为内反馈。它是系统内部各个元素之间相互耦合的结果。内反馈是造成机械系统存在一定的动态特性的根本原因，纷繁复杂的内反馈的存在使得机械系统变得异常复杂。 二、开环控制 开环控制是指系统的被控制量（输出量）只受控于控制作用，而对控制作用不能反施任何影响的控制方式。采用开环控制的系统称为开环控制系统。例如： 电加热炉。 被控制对象：炉子 被控制量（输出量）：炉温
控制装置：开关K和电热丝，对被控制量起控制作用。 开环控制的特点： 由于开环控制的特点是控制装置只按照给定的输入信号对被控制量进行单向控制，而不对控制量进行测量并反向影响控制作用。这样，当炉温偏离希望值时，开关K的接通或断开时间不会相应改变。因此，开环控制不具有修正由于扰动（使被控制量偏离希望值的因素）而出现的被控制量与希望值之间偏差的能力，即抗干扰能力差。 开环系统主要问题：无法自动减小或消除由于扰动而产生的误差。 三、闭环控制 闭环控制是指系统的被控制量（输出量）与控制作用之间存在着反馈的控制方式。采用闭环控制的系统称为闭环控制系统或反馈控制系统。闭环控制是一切生物控制自身运动的基本规律。人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环系统。 如图所示：该电热炉由于有反馈的存在，整个控制过程是闭合的，故也称为闭环控制。 可以看到:控制系统的输出量对系统的控制作用有影响，或控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系，故这种控制系统称为闭环控制系统。说明的是：输出量对系统的控制作用的影响称为“反馈”。闭环系统:控制的是控制对象的输出量 (被控量)，测量的是输出量与给定值之间的偏差。因此只要出现偏差，就能自动纠偏，用它可以实现准确的控制,因此,它是自动控制系统工作的主要方式。其框图如下图所示：
架空线路机械特性及安装曲线制作及应用
架空线路机械特性及安装 曲线制作及应用 Prepared on 24 November 2020
广西电力职业技术学院电力工程系 课程设计说明书 题目架空线路机械特性及安装曲线 制作及应用 专业高压输配电线路施工运行与维护 班级电力812班 学号 4 学生姓名韦振堂 指导教师曾令通 2009年 09 月 12日 摘要 本设计是高压输配电线路专业的线路设计方案。根据课程应用知识设计规格采用的导线型号为LGJ—120/7，气象条件为第VI 气象区。初步设计的工作包括：确定气象条件、编制导线的机械应力计算原则（指安全系数、平均运行应力等）及应力弧锤曲线。根据导线型号和经过的气象区条件利用WCAD线路设计辅助软件求出导线计算参数、导线特性、计算比载、控制条件、有效临界档距和各种气象条件下不同档距的应力和弧锤值并用AutoCAD绘出导线机械特性曲线导线安装曲线的制作及过程；断线张力和邻档断线的交叉跨越校验；施工紧线时弧锤观测
档选择及观测档的观测弧锤值计算。根据导线型号、气象条件和不同的档距选择防振锤型号、防振锤安装个数和计算出防振锤的安装距离。 2009年9月 目录 第一章导线应力弧锤特性曲线 (1) 导线应力弧锤特性曲线的定义 (1) 导线机械特性曲线的计算程序 (1) 确定控制条件 (4) 1.3.1 求已知年平均时的气象条件求最高气温时各孤立档的应力 (5) 1.3.2 根据以上结果可手工绘出导线特性曲线如下图 (8) 导线安装曲线 (8) 1.4.1 导线安装曲线的计算 (9) 1.4.2 根据以上结果可手工绘出导安装曲线如下图 (9) 第二章交叉跨越校验及观测挡的选择 (10) 断线前交叉跨越的基本要求 (10) 导线交叉跨越效验计算 (10) 施工紧线时的观测弧锤 (11) 2.3.1观测档的选择 (11) 2.3.2观测档的弧锤计算 (12)
异步电动机机械特性的MATLAB仿真
辽宁工业大学 实验室开放课题设计（论文） 题目：异步电动机机械特性的MATLAB仿真》 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化 131 学号： 0 ` 学生姓名：徐峰 指导教师：赵丽丽
起止时间：
摘要 异步电动机以其结构简单、运行可靠、效率较高、成本较低等特点，在日常生活中得到广泛的使用。目前，电动机控制系统在追求更高的控制精度的基础上变得越来越复杂，而仿真是对其进行研究的一个重要手段。MATLAB是一个高级的数学分析和运算软件，可用动作系统的建模和仿真。在分析三相异步电动机物理和数学模型的基础上，应用MATLAB软件简历了相对应的仿真模型；在加入相同的三相电压和转矩的条件下，使用实际电机参数，与MALAB给定的电机模型进行了对比仿真。 第一章对异步电机的实验要求做出了相关的描述，第二章对MATLAB仿真软件做了一定的介绍，第三章是对异步电动机的机械特性、启动、制动和正反转进行理论分析和仿真模拟以及仿真结果的分析。 经分析后，表明模型的搭建是合理的。因此，本设计将结合MATLAB的特点，对三相异步电机进行建模和仿真，并通过实际的电动机参数，对建立的模型进行了验证。 关键词：异步电机、数学模型、MATLAB仿真、三相异步电动机
目录 第1章实验任务及要求 (1) 第2章 MATLAB及SIMULINK的介绍 (2) MATLAB介绍 (2) S IMULINK模块的介绍 (3) 第3章仿真实验 (4) 三相异步电动机的机械特性 (4) 三相异步电动机起动的仿真 (6) 三相异步电动机制动仿真 (8) 三相异步电动机正反转仿真 (10) 第4章总结 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)
电梯机械系统动态特性研究
电梯机械系统动态特性研究 虽说看起来电梯机械结构非常的简单，但是电梯安装是一种机电一体化程序，它们之间的契合度非常高，牵一发而动全身，采用的自动化技术也是较为先进的，自动化电路管理也相当复杂。鉴于此，本文对电梯机械系统动态特性进行了分析探讨，仅供参考。 标签：电梯系统；机械因素；动态特性 一、电梯的介绍 目前，电梯已经广泛的应用在我国城市高层建筑当中，城市中绝大部分的人都乘坐过电梯，对电梯也有一点了解。但是他们对电梯的了解也仅仅在其功能上，了解程度也在最为基础阶段，对其结构以及分类都一无所知。电梯的定义一般分为狭义与广义，狭义上的电梯也就是大多数人了解的，是一种生活工具，为人们服务的轿厢升降设备，但是不包含扶梯；广义上的电梯定义是将电梯当作一种运动的物体，也当作一种运输机电设备，将电梯看作是一种具有动力能够沿著固定轨道、路线等运输货物的箱体结构。电梯的分类具有很多种，根据不同的功能能够将电梯进行具体的细分：按照电梯的运行速度进行划分，可以将电梯分为低速、快速、高速、超高速四种类型，在一些超高层大厦、楼房当中经常采用的是超高速电梯，因为超高速电梯运行速度为4m/s，这样可以减少人们等待电梯的时间，为出行的人节约时间；高速电梯一般应用在中等的写字楼中，因为楼层相对不是太高，为了保证安全，一般会采用速度为2-4m/s的高速电梯；快速电梯就是-人们一般生活的小区当中，这样的电梯一般多为民用，空间大，速度一般维持在1-2m/s，这样的电梯基本上以人员上下班为主；剩下的就是速度在1m/s的低速电梯了，这种电梯运行速度非常慢，主要是以运送货物为主，也是人们口中经常说的货梯。 二、电梯系统的安全技术分析 1.引起电梯系统振动问题的机械因素 1.1曳引机因素 曳引机引起的电梯系统的振动是日常生产中常见的因素，因为曳引机的正常使用就会产生振动，再加上，一旦电梯在使用年份上过长，曳引机的振动就会越来越大，从而导致电梯系统的振动也越来越大，因此，还是需要对曳引机进行定期的维护处理，才能保证电梯的平稳、安全运行。 1.2减速器的密封圈因素 如果电梯减速器的密封圈有损坏，就会对电梯的减速装置造成影响，在电梯运行中，就会让使用者感觉到电梯下降过快，减速慢，站不稳等现象。而且，不
机械结构系统动态设计
机械结构系统动态设计 本文讨论了机械结构系统动态设计取代传统的经验设计、类比设计和静力设计的必然趋势;分析了国内外机械动态设计的现状和发展方向;给出了机械动态设计的一般进程。一、动态设计是机械产品开发的必然趋势 机械产品与其它工业产品一样，都必须通过设计过程，以其创造性劳动实现人们预期的目的。在设计过程中，逐步转向高速、高效、精密、轻量化和自动化方向发展。随着产品结构日趋复杂，对其工作性能的要求越来越高，而在这些特点中.有60 ^'7000是取决于设计的方法和质量}1}。合理的设计应以实际结构在给定环境和载荷条件下的失效机制为依据，但是目前许多设计采用简化的工程分析，以线性、解藕、静力分析的结果作为判别安全和失效的准则，至今仍存在下述问题: 1.关于载荷的输入，是将工作载荷近似为正弦变化的等幅载荷或最大值之和或平方和的方根值，没有考虑到工作载荷的随机性，常常使得设计出来的机械结构偏重偏大; 2.许用应力的选取是基于静力分析的结果。对于要求重量轻、可靠性高的产品，要求破坏概率限定在一给定的很小的范围内，必须用基于概率论 的理论进行可靠性设计; 3.对于非弹性、动力等因素是通过经验性的安全系数或简单公式引人训一算。由于系数选取的经验不同，出入较大，往往采用较大的安全系数，以弥补系数所隐含的各种影响零部件强度因素的不确定性，通常使得计算设计过于保守。 随着机械设备向着大型化、精密化和高效率、高可靠性方向的发展，以经验设计、类比设计和静力设计为主的机械产品与国际先进水平相比，无论在质量或寿命方面都出现了很大的差距，为了提高现有设计水平，必须在设计阶段考虑到实际工作环境下的各种动态因素: 1.在实际工作条件下的随机载荷及结构对机械系统的响应; 2.结构振动产生的附加动载荷; 3.循环交变载荷引起机械结构的疲劳破坏。 因此，机械产品的传统的静态设计方法逐渐为动态设计所取代，是现代设计方法发展的必然趋势。动态设计充分体现了机械的实际动态特性，系统地反映了振动和响应的全过程。在设计阶段可较精确地进行动态预算，在产品设计之前解决机械的强度、刚度、振动、噪声和可靠性等问题，可以较显著地提高机械设备的设计水平。 二.、国内外机械动态设计现状
机械传动系统的运动分
第4单元学时数：学时教案目的与要求： 理解运动链的可动性及运动确定性的条件； 能正确计算平面机构的自由度。 教案重点与难点： 重点：平面机构自由度的计算 难点：自由度计算时应注意的特殊结构 教案手段与方式： 课堂讲授， 教案内容： 第一章机械传动系统的运动分析 第三节平面机构的自由度 一、平面机构自由度的计算 二、机构具有确定运动的条件 三、计算平面机构的自由度时应注意的特殊结构 第四节机械传动系统的运动分析实例 第一章机械传动系统的运动分析 第三节平面机构的自由度 一、平面机构自由度的计算 1．平面机构自由度 机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。 构件的自由度
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。 低副引入两个约束！（图形见课件） 高副引入一个约束！（图形见课件） 2．机构自由度计算的一般公式 F ＝3n －2P L －P H n —活动构件数；P L —低副数；P H —高副数 例1：计算曲柄滑块机构的自由度（动画见课件） 解：活动构件数n=3 低副数PL=4 高副数PH=0 F ＝3n － 2PL － PH ＝3×3 － 2×4 ＝1 例2：计算五杆铰链机构的自由度 解：活动构件数n ＝4 低副数PL ＝5 F ＝3n － 2PL － PH ＝3×4 － 2×5 ＝2 例3：计算图示凸轮机构的自由度（动画见课件） 解：活动构件数n ＝2 低副数PL ＝2 高副数PH ＝1 F ＝3n － 2PL － PH ＝3×2 － 2×2 －1 ×1 ＝1 F = 3×2 – 2×3= 0 (桁架)F = 3×3 – 2×5 = -1(超静定桁架) 1．机构自由度数2 1．复合铰链 S 3 1 2 3 1 2 3 4 θ1 1 2 3
7流体机械的特性曲线与运行调节(精)
7 流体机械的特性曲线与运行调节 §7-1流体机械特性曲线的定义与分类 流体机械的性能取决于三个基本因素： []?? ? ???）（或，，、或，），（或，—运动参数，，，—介质的物性参数，—几何参数h h p H P ，q q Q n R m v σηκ μρ?α) (0 几何参数和物性参数一定时，机器的工况由H q n v 和，三个参数决定，而ση，，P 等则是工况的函数。流体机械特性曲线的广义函数为： )(0H q n f P v ，，，，，，，，κρ?αση= H q n v 和，中只有二个是独立的自变量，当几何参数和物性参数一定时，上式自变量的数 目为2~6个 ?? ?常数参数为自变量，其余为综合特性曲线：取二个 常数参数为自变量，其余为线型特性曲线：取一个 一、线型特性曲线 在线型特性曲线中只有一个自变量，选择不同的自变量就得到不同的特性曲线，如工作特性曲线和转速特性曲线等 （一）泵与风机的工作特性曲线 1、v q H ~曲线 ①vT T q H ~∞ ∞∞= u T c u g H 221 ∞∞∞-=y m u ctg c u c 2222β 2 22b D q c vT m π= ∞ ∞∞ -=y vT T ctg b D g q u g u H 22 222 2 βπ ∞==y ctg b D g u B g u A 22 2222βπ； vT T Bq A H -=∞ 上式为一直线方程，其斜率由∞y 2β来决定。
??? ??? ???? ???==?>???? ?? ?=== =?<==?∞∞∞ ∞∞∞∞∞g u H q ctg b D u q H g u H q g u H q T vT y y vT T T vT y T vT y 2 2 222 2222 22 2 20900090090时，，上升线，前弯式， 当时，时，，下降线，后弯式当时，，水平线，径向式， ＝当ββπββ 以后弯式叶片为例： ②vT T q H ~ ??? ? ???=====∞∞y vT T T vT T T ctg b D u q H g u K H q KH H 22 222 200βπ时，时， K 为滑移系数。1 机械传动系统设计 第一节概述 一台机器是由原动机、传动系统、工作机构和操纵控制四个部分组成，在这里只讲传动系统设计。它是将电动机的运动和动力传递给工作机构的中间传动装置，用来实现减速（或增速）、变速、转换运动形式等。 机械传动系统设计的一般程序是： 1．机构选型：根据机器的功能要求，工作机构对动力、传动比或速度变化的要求，以及原动机的工作特性，选择机械传动系统所需的机构类型。 2．拟定传动系统总体布置方案：根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动机构的特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，以完成原动机到工作机构之间的传动系统的总体布置方案。 3．选择电动机，确定传动系统的总传动比。 4．总传动比分配：根据传动系统的组成方案，将总传动比合理分配到各级传动机构。 5．传动系统的运动和动力参数计算：机械传动系统的运动和动力参数主要指各级传动比、各轴的转速、转矩、功率等。 6．确定机械传动系统的主要参数和几何尺寸：通过各级传动机构的承载能力计算，确定主要参数。在此基础上，进行传动零件及传动系统主要几何尺寸计算，最后绘制出传动系统运动简图及总装配图。 第二节机械传动系统方案设计 机械传动系统的方案设计是机械设计工作中的一个重要组成部分，是最具创造性的设计环节。正确合理地设计机械传动系统，对提高机械的性能和质量、降低机械的制造成本和使用费用等都是至关重要的。 任何机械其传动系统设计方案都不是唯一的，在相同设计条件下，可以有不同的传动系统方案，最后确定的应是其中最佳方案。 传动系统方案设计首先应满足工作机的工作要求（如功率及转速），另外结构简单紧凑、加工方便、成本低、传动效率高、使用维护方便等特点。见图表2－1和2－2 减速器类型和传动系统方案。 在做课程设计时，如果设计任务书已给定传动方案，表中传动方案设计就不必做了，只要按设计任务书要求选电动机，计算有关参数。 第三节选择电动机 1．选择电动机的类型和结构 电动机的类型很多，常用的Y系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。由于三相异步电动机具有结构简单、工作可靠、价格便宜、效率高、使用方便等特点，所以现代机器中应用最广泛。 2．选择电动机的容量（功率） 电动机的功率选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。 功率小于工作要求则不能保证工作机的正常工作，或使电动机因长期超载运行而过早损坏；功率选得过大，电动机价格过高，传动能力又不能 浅析：他励直流电动机的机械特性 在电源电压U 和励磁电路的电阻R f 为常数的条件下，表示电动机的转矩n 和转矩之间的关系n=f （T ）曲线，称为机械特性曲线。利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。 下图是他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直 流电动机的基本方程式导出。由公式 ， 和 导出机械特性方程式 ( 1-1 ) 他励直流电动机电路原理图 当电源电压U =常数，电枢回路总电阻R ＝常数，励磁磁通Φ＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。特性 曲线与纵轴的交点为n 0时的转速，称为理想空载转速。 他励直流电动机的机械特性 实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩， 而电动机的实际空载转速 将低于n 0。由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲线的斜率。 β越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称β大的机械特性为软特性。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。 机械特性的硬度也可用额定转速调整率△n N %来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。 电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。 固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为 固有机械特性如下图中的 曲线 所示，由于 较小，故他励直流电动机固有机械特性较“硬”。 他励直流电动机串电阻时的机械特性 人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（1-1）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。 （1） 枢串电阻时的人为机械特性 此时 ，人为机械特性的方程式 与固有特性相比，理想空载转速n 0不变，但是，转速降△n 增大 。R pa 越大，△n 也越大，特性变“软”,这类人为机械特性是一组通过 n 0 ,但具有不同斜率的直线。 如下图所示 （2） 改变电枢电压时的人为机械特性 a a a R I E U + =n E a Φe C =φa T em I C T =em T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φ e 0C U n =0 n 'n ?em em T T R n βΦ==?2T e C C n ?em N a N N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=pa a N N R R R U U +===,,ΦΦem N pa a N N T R R U n 2T e e C C C ΦΦ+-=0=pa R N ΦΦ=机械传动系统设计
他励直流电动机的机械特性曲线的分析