机械设计的点滴体会（三）

lynx91

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说到搞‘运动结构’设计的家伙，有时看不起搞‘静态结构’设计的人，在有些场合也是有一定道理的。

设计一个‘运动结构’，不仅要考虑机构在运动过程中的完整性，还有保证在规定的时间内完成规定的任务，这些任务有时是精密的动作，有时是一个变化着的力，有时二者兼备。

既然是为了完成一个运动的任务，从总体上说，各种运动机构都是类似的，从宏观上看都是一样的东西。运动系统在运动过程中都包含有‘启动、加速、工作运转、减速、停止’等过程，怎么能很好地完成这些动作，才是问题的关键所在。

我习惯上将‘运动系统’分成几大类：第一类是‘大惯量系统’，其自身的启动惯性较大，而工作载荷并不很大，例如，棒材轧机的定尺飞剪，设计的关键问题是要在规定的时间内启动到位，完成剪切动作，真正的剪切力并不很大。

第二类是‘大载荷系统（或外加大惯性体），这类系统的自身惯性很小，而工作载荷很大。例如，航母上的蒸汽弹射器，设计的关键是如何在瞬间发出巨大的推动力，而这种大推力又是可以精密控制的，设计这种东西有难度，有时，你设计了也没有条件加以实现。

第三类是混合系统，自身的惯性比较大，工作载荷也特别大，有时载荷还有不确定性，例如，轧机、热带飞剪等冶金设备就是如此。

你无论是设计哪种系统，首先你要分清楚这东西的实质所在，才能选择用什么方式加以驱动。说到这里，我们不得不说一下驱动一个系统用到的原动机。原动机主要有各种电动机、活塞式内燃机、涡轮轴式燃气轮机、外燃式的斯特林机、驱动大型风机和压缩机的蒸汽轮机等。无论如何，我们最多采用的是各种电动机。

各种电动机都有不同的启动特性和负载特性，要根据不同的情况加以选择和控制。

设计棒材轧机的定尺飞剪时，主要考虑电机的启动特性，电机要适应频繁的连续启动，启动过程要准确。

设计轧机的时候，主电机主要考虑的是过载倍数是否合适，过载倍数不够，轧机的力能参数不够，光能转又有什么用？。

设计冷床的时候，假如你是采用启动/停止的方式，就要选择较大的电机，当采用气动离合器的方式时，电机相对就小些。这些都是根据计算得出的。

说到计算一个电机驱动的系统时，电机是否合适？曾经有许多的说法，很多书里说了不同的观点，有时把人说得云山雾罩，不知所以然，有些东西我参考，有些东西只是看看算了。

什么叫电机选择得合适？就是在工作载荷的条件下基本达到额定状态，留下一点富裕就够了，留多少富裕的功率，那要看你选择的是谁的电机，假如是德国的电机，你在90%的额定条件下可以长期使用，如果是美国的电机，有时可以使到100%。有些电机，你就要慎重，可以询问厂家，到底可以在什么条件下使用，给你的答复有时是75%，有时还要低，但你也要遵循，谁让你想少花银子呢？

电机到底在什么条件下会烧了，一堆人可能有许多的说法，无论谁说过什么，最终的答案都只是一种：那就是积累的热量。请你记住，只有发热超过散热并累计上升到规定的温度，同时持续一定的时间，最终烧毁绝缘的时候，电机就烧了。

在实际的设备设计中，有时，你按工作载荷计算的电机功率是不能满足启动要求的，因为过长的启动时间将瞬间产生大量的热，使系统马上被‘顶掉’。但你若是按启动工况计算电机的功率，就会严重富裕，这将导致系统的效率下降，对整个的工厂是没什么好处的。这时，你就要在这两者之间做出平衡，平衡不了的时候，就要另加一个装置专门负责启动，这种东西的工作原理各不相同，最简单的就是两个电机串在一起，用离合器联接，启动的时候，两个电机同时工作，正常工作的时候，断开一个，使用一个。

其实，你只需掌握几点关键的东西：启动期间的发热是否超限，如果启动的次数很少，首次启动是冷车启动，即使发热略有超过，也不会怎么样，但时间不能太长，长了，对电机的寿命有影响。电机在工作期间的过载问题必须仔细计算，力能参数满足需求的时候，主要是计算每一个循环的发热是否满足要求，应该使用什么方式进行散热，对于封闭式电机的计算要特别注意使用的环境。而对于特殊的气候条件，比如湿热带的气候，要使用专门的湿热带电机，以前，有的公司出口设备到印尼去就有这类的问题。在系统减速阶段，你可能用到某些减速的方式，假如和电机的力能参数有关的话，也要仔细计算，力能参数合适以后，再算发热量，总之，你什么都算过，并且都算对了，在工程中出的错误就少，否则，有些问题不是你轻易能处理的。当然，你如果只是给别人跑腿的话，有问题时可以躺倒说不明白，但有时说不明白，就不行，要看是谁说！

真正选择电机的时候，你会看到有同步机，异步机，异步机里还有众多的分类，当然还有直流机、各种伺服电机、步进电机、开关磁阻电机，许多我都用过，书里有明确的原理说明，厂家有详细的曲线参数表，这些东西我不能侃，一侃就要露怯，在选电机之前要仔细地想好了，你要驱动的是什么系统，到底会发生什么事情，这才是问题的关键。

以前，遇到一件事，我们打过一个赌，最后我赢了，那是用一个小电机驱动一个惯性比较大的系统，启动的时间很长，按原理说，超过规定的启动时间，电机就可能烧了。但那电机就是不烧，一个书念得比我好的家伙怎么都不解这是为什么，书里明明说了要烧的，怎么不烧呢？见鬼！假如你能猜到为什么，告诉我！

在使用电机不方便的场合下，可能你被迫要使用其他的原动机，例如，在输油中继站要使用柴油机，这东西和电机的特性是完全不同的，要考虑一大堆的东西，比如液力耦合器及控制系统，调速装置，齿轮变速箱，散热器和循环系统等，你别嫌麻烦，挣钱麻烦吗？应该是不麻烦的，我说的是挣钱，不是从地上捡钱！

在输气的线路上，假如气体的热值和灰份等质量合适又有处理站的话，可能使用涡轮轴燃气轮机，这东西是高速机，减速装置比较复杂，还要有一大堆的监控系统，但它的效率很高，装置比较小。

还有使用斯特林机的，可能场合特殊，那东西很安静，有在车上使用的，我没用过。

侃过驱动的方式以后，还可以侃一下被驱动的结构。假如一个驱动力可以使系统启动的话，系统就可以开始运转，但运转的过程中还会发生许多的问题。

待续----------------------------------------------------------------

羚羊

读你的文章感觉自己象一个小学生似的，从你文章中找出的答案，那电机不烧是散热条件很好，电机发热始终达不到烧毁绝缘的时候，也就是说该电机在环境温度较低情况下使用了。

lynx91

羚羊 大虾：那电机是内部通水冷却的，德国的东西，电机在很高的环境温度下使用，但始终就没烧。有人依据理论计算说要烧，可烧不了，但配线要比常规大许多，否则，电机没烧，电缆可能烧了。

谢谢关注。

憨老马

水冷式发电机以前就知道有了，没想到电机也要水冷，大电机我们用得不多，顶多也就是100千瓦以下，IP55。不过现在很多电脑的主板和CPU都用上水冷的啦。

好文章，继续等待！

羚羊

谢谢归隐，明白了。我对电机这东西不太了解，最近去设备厂家验收设备时感觉要求一点不高的东西干吗要用伺服电机，用步进电机完全能够OK的，后来一问，说日本提供的资料就这样，在我的心目中伺服电机价格高，使用要求精度高的场合。

卓信

归隐大侠真是牛人啊

已经联系拜读 受益匪浅 谢谢

卓信

原帖由 羚羊发表 谢谢归隐，明白了。我对电机这东西不太了解，最近去设备厂家验收设备时感觉要求一点不高的东西干吗要用伺服电机，用步进电机完全能够OK的，后来一问，说日本提供的资料就这样，在我的心目中伺服电机价格高，使用要求精度高的场合。

一般都是这样的吧 估计小日本觉得那就要高精度的呢

深南大道

我算明白了什么叫机械设计
动静结合，另外还要考虑很多其他因素
反正就是让系统在合理的寿命期限内不出问题～～～～～
佩服归隐大侠～～～～

jy000167

深深觉得，如果身边有一位良师，就真的是一种幸福了
归隐大侠快快，等待连载（四）呢

luyilan1198

楼上的说得好，归隐大虾确实是我们的良师益友!...