機械設(shè)計的點滴體會（三）

lynx91

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說到搞‘運動結(jié)構(gòu)’設(shè)計的家伙，有時看不起搞‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’設(shè)計的人，在有些場合也是有一定道理的。

設(shè)計一個‘運動結(jié)構(gòu)’，不僅要考慮機構(gòu)在運動過程中的完整性，還有保證在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)，這些任務(wù)有時是精密的動作，有時是一個變化著的力，有時二者兼?zhèn)洹?/SPAN>

既然是為了完成一個運動的任務(wù)，從總體上說，各種運動機構(gòu)都是類似的，從宏觀上看都是一樣的東西。運動系統(tǒng)在運動過程中都包含有‘啟動、加速、工作運轉(zhuǎn)、減速、停止’等過程，怎么能很好地完成這些動作，才是問題的關(guān)鍵所在。

我習(xí)慣上將‘運動系統(tǒng)’分成幾大類：第一類是‘大慣量系統(tǒng)’，其自身的啟動慣性較大，而工作載荷并不很大，例如，棒材軋機的定尺飛剪，設(shè)計的關(guān)鍵問題是要在規(guī)定的時間內(nèi)啟動到位，完成剪切動作，真正的剪切力并不很大。

第二類是‘大載荷系統(tǒng)（或外加大慣性體），這類系統(tǒng)的自身慣性很小，而工作載荷很大。例如，航母上的蒸汽彈射器，設(shè)計的關(guān)鍵是如何在瞬間發(fā)出巨大的推動力，而這種大推力又是可以精密控制的，設(shè)計這種東西有難度，有時，你設(shè)計了也沒有條件加以實現(xiàn)。

第三類是混合系統(tǒng)，自身的慣性比較大，工作載荷也特別大，有時載荷還有不確定性，例如，軋機、熱帶飛剪等冶金設(shè)備就是如此。

你無論是設(shè)計哪種系統(tǒng)，首先你要分清楚這東西的實質(zhì)所在，才能選擇用什么方式加以驅(qū)動。說到這里，我們不得不說一下驅(qū)動一個系統(tǒng)用到的原動機。原動機主要有各種電動機、活塞式內(nèi)燃機、渦輪軸式燃?xì)廨啓C、外燃式的斯特林機、驅(qū)動大型風(fēng)機和壓縮機的蒸汽輪機等。無論如何，我們最多采用的是各種電動機。

各種電動機都有不同的啟動特性和負(fù)載特性，要根據(jù)不同的情況加以選擇和控制。

設(shè)計棒材軋機的定尺飛剪時，主要考慮電機的啟動特性，電機要適應(yīng)頻繁的連續(xù)啟動，啟動過程要準(zhǔn)確。

設(shè)計軋機的時候，主電機主要考慮的是過載倍數(shù)是否合適，過載倍數(shù)不夠，軋機的力能參數(shù)不夠，光能轉(zhuǎn)又有什么用？。

設(shè)計冷床的時候，假如你是采用啟動/停止的方式，就要選擇較大的電機，當(dāng)采用氣動離合器的方式時，電機相對就小些。這些都是根據(jù)計算得出的。

說到計算一個電機驅(qū)動的系統(tǒng)時，電機是否合適？曾經(jīng)有許多的說法，很多書里說了不同的觀點，有時把人說得云山霧罩，不知所以然，有些東西我參考，有些東西只是看看算了。

什么叫電機選擇得合適？就是在工作載荷的條件下基本達到額定狀態(tài)，留下一點富裕就夠了，留多少富裕的功率，那要看你選擇的是誰的電機，假如是德國的電機，你在90%的額定條件下可以長期使用，如果是美國的電機，有時可以使到100%。有些電機，你就要慎重，可以詢問廠家，到底可以在什么條件下使用，給你的答復(fù)有時是75%，有時還要低，但你也要遵循，誰讓你想少花銀子呢？

電機到底在什么條件下會燒了，一堆人可能有許多的說法，無論誰說過什么，最終的答案都只是一種：那就是積累的熱量。請你記住，只有發(fā)熱超過散熱并累計上升到規(guī)定的溫度，同時持續(xù)一定的時間，最終燒毀絕緣的時候，電機就燒了。

在實際的設(shè)備設(shè)計中，有時，你按工作載荷計算的電機功率是不能滿足啟動要求的，因為過長的啟動時間將瞬間產(chǎn)生大量的熱，使系統(tǒng)馬上被‘頂?shù)簟�。但你若是按啟動工況計算電機的功率，就會嚴(yán)重富裕，這將導(dǎo)致系統(tǒng)的效率下降，對整個的工廠是沒什么好處的。這時，你就要在這兩者之間做出平衡，平衡不了的時候，就要另加一個裝置專門負(fù)責(zé)啟動，這種東西的工作原理各不相同，最簡單的就是兩個電機串在一起，用離合器聯(lián)接，啟動的時候，兩個電機同時工作，正常工作的時候，斷開一個，使用一個。

其實，你只需掌握幾點關(guān)鍵的東西：啟動期間的發(fā)熱是否超限，如果啟動的次數(shù)很少，首次啟動是冷車啟動，即使發(fā)熱略有超過，也不會怎么樣，但時間不能太長，長了，對電機的壽命有影響。電機在工作期間的過載問題必須仔細(xì)計算，力能參數(shù)滿足需求的時候，主要是計算每一個循環(huán)的發(fā)熱是否滿足要求，應(yīng)該使用什么方式進行散熱，對于封閉式電機的計算要特別注意使用的環(huán)境。而對于特殊的氣候條件，比如濕熱帶的氣候，要使用專門的濕熱帶電機，以前，有的公司出口設(shè)備到印尼去就有這類的問題。在系統(tǒng)減速階段，你可能用到某些減速的方式，假如和電機的力能參數(shù)有關(guān)的話，也要仔細(xì)計算，力能參數(shù)合適以后，再算發(fā)熱量，總之，你什么都算過，并且都算對了，在工程中出的錯誤就少，否則，有些問題不是你輕易能處理的。當(dāng)然，你如果只是給別人跑腿的話，有問題時可以躺倒說不明白，但有時說不明白，就不行，要看是誰說！

真正選擇電機的時候，你會看到有同步機，異步機，異步機里還有眾多的分類，當(dāng)然還有直流機、各種伺服電機、步進電機、開關(guān)磁阻電機，許多我都用過，書里有明確的原理說明，廠家有詳細(xì)的曲線參數(shù)表，這些東西我不能侃，一侃就要露怯，在選電機之前要仔細(xì)地想好了，你要驅(qū)動的是什么系統(tǒng)，到底會發(fā)生什么事情，這才是問題的關(guān)鍵。

以前，遇到一件事，我們打過一個賭，最后我贏了，那是用一個小電機驅(qū)動一個慣性比較大的系統(tǒng)，啟動的時間很長，按原理說，超過規(guī)定的啟動時間，電機就可能燒了。但那電機就是不燒，一個書念得比我好的家伙怎么都不解這是為什么，書里明明說了要燒的，怎么不燒呢？見鬼！假如你能猜到為什么，告訴我！

在使用電機不方便的場合下，可能你被迫要使用其他的原動機，例如，在輸油中繼站要使用柴油機，這東西和電機的特性是完全不同的，要考慮一大堆的東西，比如液力耦合器及控制系統(tǒng)，調(diào)速裝置，齒輪變速箱，散熱器和循環(huán)系統(tǒng)等，你別嫌麻煩，掙錢麻煩嗎？應(yīng)該是不麻煩的，我說的是掙錢，不是從地上撿錢！

在輸氣的線路上，假如氣體的熱值和灰份等質(zhì)量合適又有處理站的話，可能使用渦輪軸燃?xì)廨啓C，這東西是高速機，減速裝置比較復(fù)雜，還要有一大堆的監(jiān)控系統(tǒng)，但它的效率很高，裝置比較小。

還有使用斯特林機的，可能場合特殊，那東西很安靜，有在車上使用的，我沒用過。

 

侃過驅(qū)動的方式以后，還可以侃一下被驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。假如一個驅(qū)動力可以使系統(tǒng)啟動的話，系統(tǒng)就可以開始運轉(zhuǎn)，但運轉(zhuǎn)的過程中還會發(fā)生許多的問題。

 

待續(xù)----------------------------------------------------------------

羚羊

讀你的文章感覺自己象一個小學(xué)生似的，從你文章中找出的答案，那電機不燒是散熱條件很好，電機發(fā)熱始終達不到燒毀絕緣的時候，也就是說該電機在環(huán)境溫度較低情況下使用了。

lynx91

羚羊 大蝦：那電機是內(nèi)部通水冷卻的，德國的東西，電機在很高的環(huán)境溫度下使用，但始終就沒燒。有人依據(jù)理論計算說要燒，可燒不了，但配線要比常規(guī)大許多，否則，電機沒燒，電纜可能燒了。

謝謝關(guān)注。

憨老馬

水冷式發(fā)電機以前就知道有了，沒想到電機也要水冷，大電機我們用得不多，頂多也就是100千瓦以下，IP55。不過現(xiàn)在很多電腦的主板和CPU都用上水冷的啦。

好文章，繼續(xù)等待！

羚羊

謝謝歸隱，明白了。我對電機這東西不太了解，最近去設(shè)備廠家驗收設(shè)備時感覺要求一點不高的東西干嗎要用伺服電機，用步進電機完全能夠OK的，后來一問，說日本提供的資料就這樣，在我的心目中伺服電機價格高，使用要求精度高的場合。

卓信

歸隱大俠真是牛人啊

已經(jīng)聯(lián)系拜讀 受益匪淺 謝謝

卓信

原帖由 羚羊 發(fā)表 謝謝歸隱，明白了。我對電機這東西不太了解，最近去設(shè)備廠家驗收設(shè)備時感覺要求一點不高的東西干嗎要用伺服電機，用步進電機完全能夠OK的，后來一問，說日本提供的資料就這樣，在我的心目中伺服電機價格高，使用要求精度高的場合。

一般都是這樣的吧 估計小日本覺得那就要高精度的呢

深南大道

我算明白了什么叫機械設(shè)計
動靜結(jié)合，另外還要考慮很多其他因素
反正就是讓系統(tǒng)在合理的壽命期限內(nèi)不出問題～～～～～
佩服歸隱大俠～～～～

jy000167

深深覺得，如果身邊有一位良師，就真的是一種幸福了
歸隱大俠快快，等待連載（四）呢

luyilan1198

樓上的說得好，歸隱大蝦確實是我們的良師益友!...