搜索
第2章机械动力与传动系统2.1机械的动力概述2.2电动机简介2.3机械的传动系统2.4实例设计与分析第2章机械动力与传动系统本章介绍了电动机的基本结构及应用特点，介绍了机械传动系统的作用及类型；重点介绍了电动机的选用方法、传动系统的特性参数。2.1机械动力概述原动机——用于驱动机器的机械目前常用的原动机——电动机和内燃机液压马达和气动马达也是常用的原动机–工业革命正是源于蒸汽机的发明–本质：将其他形式的能量转化为机械能–电动机优点：洁净、生产转换较经济，传输分配容易，使用控制方便–由于电能输送的限制，在一些如车辆、轮船之类的移动机械上，在电力无法送达和保证的特殊场合，内燃机就取代电动机成为理想动力。原动机类型选择的原则1）要求有较高的驱动效率和运动精度——电动机。2）相同功率下，要求外形尺寸尽可能小、重量尽可能轻时——液压马达。3）要求易控制、响应快、灵敏度高时——液压马达或气动马达。4）要求在易燃、易爆、多尘、振动大等恶劣环境中工作时——气动马达。5）要求对工作环境不造成污染——电动机或气动马达。6）要求启动迅速、便于移动或在野外作业场地工作时——内燃机。7）当负载转矩大，转速低或要求简化传动系统，需要原动机与执行机构直接联接时——低速液压马达。原动机转速的选择对于电动机来说，在额定功率相同的情况下，额定转速越高的电动机尺寸越小，重量和价格也低，即高速电动机反而经济。原动机的转速选得过高，势必增加传动系统的传动比，从而导致传动系统的结构复杂原动机容量的选择原动机的容量主要指功率。它是由负载所需的功率、转矩及工作制来决定的。功率2.2电动机简介2.2.1常用电动机的类型及应用特点2.2.2直流电动机2.2.3三相异步电动机2.2.4三相异步电动机的选择2.2.5其它电动机简介2.2.1常用电动机的类型及应用特点直流电机交流电机异步电机同步电机单相三相他励并励串励复励定子绕组与转子绕组均接直流电定子绕组接交流电转子绕组不接电接三相交流电电动机的基本类型作为一种恒速电动机广泛用于大容量恒速机械拖动。电压变化下运行稳定；过载能力比异步电机大；运行效率高，转速不随负载变化；但结构复杂，启动和控制设备较昂贵。同步电动机用于驱动起动转矩高而起动电流小及需要小范围调速的设备能在转子电路中串入电阻，具有较大的启动转矩和较小的电流。绕线式异步电动机作一般用途的驱动源，即用于驱动对起动性能、调速性能无特殊要求的机器设备，应用最为广泛。结构简单、运行可靠、维护方便，具有较好稳态和动态特性；启动转矩小，启动电流大，调速不经济。鼠笼式异步电动机用于对速度调节要求较高，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，如龙门刨床、镗床、轧钢机等调速性能较好，启动转矩较大；但结构复杂、维护不方便。直流电动机应用场合特点类型2.2.2直流电动机直流电机定子转子主磁极换向极电刷机座、端盖电枢铁心电枢绕组换向器转轴风扇2—机座；10—端盖3—电枢4—主磁极6—换向器;7—接线板9—换向极；1.直流电动机的基本结构主磁极换向极电刷机座端盖电枢铁心电枢绕组换向器转轴风扇定子转子定子绕组通直流电形成稳定磁场，转子绕组上因为有电流，所以受到电磁力矩的作用而旋转2.直流电动机的额定数据（1）额定功率PN电机按规定的额定工作方式工作时所能输出的功率，是指轴上输出功率，单位kW。（2）额定电压UN正常工作时电机出线端的电压，单位V。（3）额定转速nN指电压、电流和输出功率为额定时的转速，单位r/min。（4）额定转矩TN指在额定运行条件下的轴上输出转矩，单位Nm。（5）额定电流IN对应于额定电压，额定输出功率时的电枢电流，单位A。（6）额定励磁电流IfN指电压、电流和输出功率为额定时的励磁电流(定子绕组电流），单位A。3.直流电机系列Z，Z2，Z3，Z4等系列，为一般用途的小型直流电机系列，是一种基本系列。“Z”表示直流，“3”表示第三次改型设计；容量为0.4kW～200kWZF和ZD系列，为一般用途的中型直流电机系列。“F”表示发电机，“D”表示电动机；容量自55kW到1450kWZZJ系列，为起重、冶金用直流电动机系列2.2.3三相异步电动机定子外壳定子铁心定子绕组转子转子铁心转子绕组–绕线形绕组–笼形绕组1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇1.三相异步电动机的基本结构三相电动机外壳包括机座、端盖、接线盒及吊环等部件–机座：铸铁或铸钢，作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子。机座的外表一般都铸出散热片。–接线盒：铸铁，作用是保护和固定定子绕组的引出线端子定子铁心由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。硅钢片之间绝缘。定子绕组三相电动机有三相定子绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。定子转子转子铁心：用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上绕线形绕组and笼形绕组也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子铸铝转子2.三相异步电动机性能参数(铭牌内容）型号额定功率PN(kW)：满载运行时电动机轴上输出的机械功率。额定电压UN：定子绕组所接三相电源的线电压的规定值。额定频率fN：定子绕组所接三相电源频率的规定值。我国为50Hz。额定转速nN(r/min)：三相电动机在额定工作情况下的转速,一般是略小于对应的同步转速n0。如n0=1500r/min，则nN=1440r/min。接法:三相电动机定子绕组的连接方法有星形（Y）和三角形（△）两种。只能按规定方法连接，否则会损坏电机额定转矩TN指在额定运行条件下的轴上输出转矩，单位Nm。NNNnPT9550=2.2.4三相异步电动机的选择1.电动机的类型选择无特殊要求，可选自扇冷却、封闭式结构的Y系列三异步电动机2.电动机额定功率的选择额定功率选择小了，会造成启动困难或者使电机处于过载下运行，易烧坏电机；额定功率选择过大，不仅增大投资，而且电源利用率降低，造成浪费。（1）所需电动机输出的功率dwP=P/η(kW)wP=Fv/1000(kW)⋅wwP=Tn/9550(kW)⋅移动件转动件为工作机所需的功率(kw)；为电动机到工作机之间的总效率。wPη所选电机额定功率：edPeddPP≥3.电动机的额定转速的选择额定功率相同的同一类电动机有多种转速可供选择。1)电机转速选择过高（3000r/min），虽然电机尺寸小，成本低，但传动系统的传动比高，结构简单复杂，成本高；2)电机转速过低（750r/min），传动系统传动比小，结构简单，成本低，但电机尺寸重量大，成本。所以，确定电动机的转速时，一般应综合分析电动机及传动装置的性能、尺寸、重量和价格等因素。2.2.5其它电动机简介1.直线电动机2.伺服电动机3.步进电动机4.超声波电动机3.3机械的传动系统3.3.1机械传动系统的作用与类型3.3.2机械传动的特性参数及设计内容3.3.1机械传动系统的作用与类型1.机械传动系统的作用（1）传递动力，即将动力机的动力传递给执行机构。（2）改变运动规律，如减速、增速、间歇运动等。（3）改变运动形式，将连续的匀速旋转运动变为按某种规律变化的旋转、非旋转的其它运动，如曲柄滑块机构、齿轮齿条机构等。（4）实现由一个动力机驱动若干个运动形式和速度各异的驱动机构，如实例中的精压机主机，一个电机同时驱动压下机构、送料机构、顶料机构。（5）物料输送，如实例中的链板式输送机。2.机械传动的类型与选用（1）类型啮合传动（如齿轮传动、蜗杆传动、链传动等）、摩擦传动（如带传动、摩擦轮传动等）和推压传动（如连杆机构、凸轮机构等）（2）选用①尽可能采用简单的运动链；②应具有较高的机械传动效率；③合理安排传动机构的顺序；④合理分配各级传动比；⑤合理安排功率传递顺序；⑥保障机械安全运转。3.3.2机械传动的特性参数及设计内容1.机械传动的特性参数（1）运动参数转速ｎ：ｎ＝30ω/π(r/min)；线速度ｖ：ｖ＝πｄｎ/(６０×１０００)(m/s)；传动比ｉ：ｉ=ω1/ω2=ｎ1/ｎ2。（2）动力参数:wP=Fv/1000(kW)⋅wwP=Tn/9550(kW)⋅功率:转矩:2.传动系统设计内容（1）确定传动系统的总传动比：根据原动机的转速和执行机的工作速度计算。（2）选择传动类型：根据设计任务书中所规定的功能要求，执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性，选择合适的传动装置类型。（3）拟定传动链的布置方案：根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，以完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。（4）分配传动比根据传动系统的组成方案，将总传动比合理分配至各级传动机构。3.4实例设计与分析1.设计数据1）精压成形制品生产率约每分钟50件；（2）上模冲头移动总行程为280mm，其拉延行程置于总行程的中下部，其值s=100mm。（3）冲头压力F=60KN；2.设计内容选择电动机类型、结构形式、功率、转速等3.4.1设计数据及设计内容3.4.2设计步骤、结果及说明1、精压机主体电动机类型和结构形式选择选用一般用途的Y(IP44)系列三相异步电动机。根据主体单元的结构布置，采用卧式封闭结构。2、精压机主体所需电动机功率的计算精压机主体单元为连续工作冲压机构功率Pw:kWtFStWPw550601.060000=÷×===冲压机构带来的电动机负载功率:传动部分总效率η：带传动滚动轴承闭式齿轮开式齿轮滑动轴承23vgzbckchd230.77ηηηηηη0.950.990.970.940.97==⋅⋅⋅⋅=××××dwP=P/η=5/0.77=6.49(kW)考虑推、送料机构需求加上10%，则负载平均功率为7.1kw参照表3.2选取标准值：edP7.5(kW)=3、电动机额定转速的选择由“生产率每分钟50件”得到冲压机构中的曲柄转速为50r/min带传动、齿轮传动的传动比i–单级带传动i的推荐值：2–4–单级圆柱齿轮传动i的推荐值:3–6由表3.1，选择常用的电机额定转速nN=1440r/min12121221zzddRRnni====1vwbckc=900n(iii)n=(24)(36)(36)507200r/min=⋅⋅×××～～～～4.确定传动装置的总传动比及分配1）计算总传动比z1win/n=1440/5028.8(r/min)==2)传动比分配从电机至曲轴，安排了V带传动，闭式齿轮传动和开式齿轮传动三级传动，按由表3.3的推荐，取V带传动的传动比为2.5，取闭式齿轮传动的传动比为3，则开式齿轮传动的传动比：zkcvbc28.8i3.842.53iii==⋅×=3）计算传动装置的运动参数和动力参数①Ⅰ轴（电机轴）：7.59550=955049.74(Nm)n1440PT=×=⋅ⅠⅠⅠ②Ⅱ轴（减速器高速轴）③Ⅲ轴（减速器低速轴）PP7.50.95=7.125(kW)vη=⋅=×ⅡⅠbc/i576nn/3=192.00(r/min)==ⅢⅡ6.849550=9550340.22(Nm)n192.00PT=×=⋅ⅢⅢⅢPP7.1250.990.97=6.84(kW)gzbcηη=⋅⋅=××ⅢⅡv/inn1440/2.5=576(r/min)==ⅡⅠ7.1259550=9550118.13(Nm)n576PT=×=⋅ⅡⅡⅡ（略）……第2章完Thankyou!星形接法（Y）三角形接法（△）定子铁心接线盒返回直线电动机用于锻打设备上料机器人中的伺服电动机数控机床中的步进电动机超声波电动机