吉林大学机械系统设计实例--第2章载荷与动力装置选择.ppt

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1、第一节机械系统的载荷分析第二章载荷与动力装置选择一、载荷类型所有机械在工作中都会受到多种外力的作用，这些外力工程上称之为载荷。确定载荷类型、大小、变化规律是机械系统设计的重要内容。用以计算强度、刚度、稳定性、可靠性和寿命，选择动力机类型和容量。1．按载荷的作用方式分类直接作用载荷——载荷以力或力矩的形式直接作用在机械上，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械上，如温度、地震的作用引起的载荷。2.按零件发生变形的不同分拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷和扭转

2、载荷。3.按载荷是否随时间变化分静载荷—载荷的大小、作用位置和方向不随时间而变，如结构的自重。动载荷—载荷的大小和方向随时间而变。工程中大多数机械承受的都是动载荷。工程上常把动载荷的载荷值随时间变化的规律称为载荷－时间历程，或简称载荷历程。动载荷主要有：（1）周期载荷载荷大小是随时间作周期性变化，它可用幅值、频率和相位三个要素来描述。以正弦规律变化的载荷是最简单的一种周期载荷，又称简谐载荷。x(t)=x0sin(ωt+φ)复杂周期载荷可用傅里叶级数展开。参见书P42公式（2-2）。（2）冲击载荷载荷作用时间短、幅

3、值大。例如，锻锤在锤打坯料时所受的载荷就属于冲击载荷。（3）随机载荷载荷的幅值和频率都是随时间而变化的，不确定。如汽车、拖拉机、装载机、挖掘机等的工作载荷都是无规则的随机载荷。由于随机载荷具有不确定性，因而只能应用数理统计方法才能获得它们的统计规律。一般对随机的载荷－时间历程要进行频谱分析，从幅值域、时间域和频率域三个方面分析它的统计规律。对于静载荷需要采用静强度判据，对于动载荷就需应用疲劳强度的计算方法。也可用名义载荷乘以动载系数近似动载荷计算。P44表2-3动载系数推荐值，通过实验得到。二、工作载荷的确定方法

4、工作载荷可归纳为以下几种形式：1）摩擦力为主要工作载荷的机械，如带式运输机、汽车(牵引力)、装载机等；2）提升重物机械的工作载荷，如起重类机械；3）切削阻力，如各种切削机床、推土机；4）物质破碎产生的工作阻力，如各种破碎机、球磨机等；5）流体机械工作阻力，风机、水泵等；6）冲压机械工作阻力，变形阻力。确定工作载荷的方法：成熟的理论、经验、实验。创新产品可通过模拟（计算机模拟或模型实验）。在确定载荷时必须考虑国家对该产品制订的规格、系列或标准；还有一些机械产品是以某些表征设备能力的特征结构尺寸作为系列标准，这些结构

5、尺寸实际上决定了工作载荷的大小。所以，设计人员在设计产品时，应优先采用标准系列规定的载荷。确定载荷通常有三种方法：类比法、计算法和实测法。1．类比法参照同类或相近的机械，根据经验或简单的计算确定所设计机械的载荷，这种方法称为类比法。它主要应用在载荷较难确定的情况或初步设计阶段。仿造（测绘）。使用类比法确定载荷一般需要一定的实际经验，否则容易出现载荷过大或过小的情况。应用类比法时常可采用相似原理进行推断，其中常用的有：①几何类比是在设计新机械时，首先需要确定能表征该设备能力的几何尺寸，并根据现有这类机械的尺寸与载荷

6、之间的关系。②动力类比是选择一种同类的机械，调查其实际使用的动力机容量大小，如电动机的转矩、功率等，然后用简单的类比关系确定所设计机械的动力，以此作为依据来推算机械及其零部件所受的载荷。2．计算法计算法即根据机械的功率要求和结构特点运用各种力学原理、经验公式或图表等计算确定载荷的方法。例如设计起重机时，要计算：（1）起重量(吊重)表起升载荷包括起重机的额定起重力和随货物一起升降的装置的重力。100吨全地面起重机配重28吨时起重量表无配重时不带副臂起重量表带副臂起重量表（2）起重机的自重起重机的整机重力包括起重机所

7、有零部件和附属设备的重力。在设计前，起重机的整机重力是个未知数。此时，可以参照同类起重机进行类比估计，在设计完成后再予以修正。整机重力可按集中载荷或均布载荷处理。W=∑mig=∑ρiVig（3）动载荷起重机在起动或制动等不平稳运动状态时，会引起振动载荷和惯性载荷。起升动载荷Fd1=KG移动动载荷Fd2=m·dv/dt转动动载荷Td=J·dω/dt（4）风载荷在室外工作的起重机还需要考虑风力引起的载荷。Ff=C·pf·A3.实测法用实验分析的方法测定机械及其零件的载荷。应变测试－得到应力，应变片、应变仪。三、动载荷

8、的分析计算动载荷包括惯性载荷、振动载荷和冲击载荷。运动速度改变而引起的惯性载荷，振动和冲击也是惯性载荷dv/dt(或dω/dt)。第二节动力装置概述一、动力装置的组成动力机又称原动机。是机械设备中的驱动部分。动力机的输出转矩与转速之间的关系称为机械特性或输出特性。常用的动力机有电动机、内燃机、液压马达、气压马达等。在设计机械系统时，选用何种形式的动力机，主要从以下几个方面