二、综合分析题1. 如何从电动机的定子和转子结构来区别直流电动机、鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机?
[答] 直流电动机的定子由磁极(主磁极、换向磁极)及其上面的绕组组成,转子由铁芯及其上面的绕组组成,转子上安装有由许多铜片组成的换向器。鼠笼式异步电动机的定子由铁芯及其内圆周表面槽中的三相绕组组成,转子是由铁芯及其槽内的铜条组成的鼠笼式转子,其上既无换向器也无滑环。绕线式异步电动机的定子与鼠笼式异步电动机定子的结构相同,其转子的绕组与定子上的绕组相似,通过转子上的三个滑环及一组电刷与外电路相连。由此可见,定子由铁芯及其内圆周表面槽中的三相绕组组成的电动机是交流异步电动机,定子由磁极(主磁极、换向磁极)及其上面的绕组组成的电动机是直流电动机。对于交流异步电动机,转子由铁芯及其槽内的铜条组成的是鼠笼式异步电动机;转子由铁芯及其槽内的三相绕组组成的是绕线式异步电动机。另外,转轴上有换向器的电动机是直流电动机,转轴上既无换向器也元滑环的电动机是鼠笼式电动机,转轴上有三个滑环的电动机是绕线式电动机。
2. 图2-12所示一单杆活塞液压缸的活塞直径D=0.25m,活塞杆直径d=0.18m,要求活塞杆伸出的理论速度v
1=2m/min,求:
(1)进入液压缸无杆腔的流量。
(2)根据求出的流量计算出活塞杆的回程运动速度。
已知D=0.25m,U
1=2m/min,根据流量计算公式Q=AV
Q
1=AV
1=0.0491×10
3×2=98.2(L/min)
故进入液压缸无杆腔的流量为98.2 L/min。
(2)已知D=0.25m,d=0.18m,Q
1=98.2L/min
故活塞杆回程运动速度为4.15m/min。
3. 识读图2-13中所示职能符号表示的意义。
[答] 图a是二位二通电磁换向阀。
图b是二位二通电磁换向阀。
图c是三位四通电磁换向阀。
4. 有一蜗杆传动,蜗杆线数k=1,蜗轮齿数z=60,蜗杆传动的机械效率η=0.7,当蜗轮转速n
2=23.5r/rain,蜗杆轴上的转矩为1350Nm时,求蜗轮轴输出的功率。
[答] 蜗杆、蜗轮之间转速与齿数关系为:
n1k=n2z
蜗杆转速n1=n2z/k=(60×23.5)/1=1410(r/min)
蜗杆的输入功率根据M=9550P/n,P1=Mn1/9550=1350×1410/9550=199.3(kw),
由于其机械效率η=0.7,故蜗轮输出功率P为:
P2=P1×η=199.3×0.7=139.51(kW)
5. 一台具有四个磁极的三相异步电动机,其额定电压为380V,额定电流为75A,额定功率为40kW,采用三角形接法。在额定负载下运行时,其转差率为0.02。电动机的T
Q/T
N=1.2,I
Q/I
N=6.5。试求进行星形一三角形换接起动时的起动电流和起动转矩?
[答] 对于四极电动机,P=2,依式
,得
依式
,得n=n
1(1-S),代入数据得
n=1500(1-0.02)=1470(r/min)
依式
,得
在采用星形—三角形起动的情况下,
6. 什么是带传动?传动带有哪几种主要类型?
[答] 带传动是依靠带与带轮间的摩擦力传递运动的一种机械传动。传动带有平型带、三角带、圆形带及齿形带,其中以平型带和三角带应用最广。
7. 与机械传动方式相比液压传动有哪些主要优缺点?
[答] 与机械传动形式相比,液压传动的主要优点:
(1)可实现无极变速;
(2)传动较平稳;
(3)能自动防止过载、实现安全保护;
(4)操作简便,容易实现自动化;
(5)在传递同等功率条件下,液压传动体积小、重量轻、结构紧凑。
主要缺点:
(1)不宜用于传动比要求严格的场合;
(2)油液易泄漏,传动效率较低;
(3)在高温和低温条件下采用液压传动需采取特殊措施。
8. 试述电磁换向阀的工作原理。
[答] 电磁换向阀的工作原理是利用电磁铁通电时,磁铁吸合推动滑阀,向离开磁铁方向(弹簧压缩)移动,接通回路。当电磁铁失电时,弹簧力使滑阀向电磁铁方向(弹簧伸长)移动来改变油液流经方向,从而变换运动的方向。
9. 一液压泵直接由电动机带动,液压泵输出油压p=10MPa,其机械效率η
m=0.95,容积效率η
v=0.9,排量q=10ml/r,当液压泵转速n=1500r/min时,试求液压泵的输出功率和电动机所需功率。
[答] 液压泵输出功率P
出 电机所需功率P
电机
10. 回油节流调速回路与进油节流调速回路相比有何不同?
[答] 回油节流调速回路是将节流阀串联在液压缸回油路上,借助节流阀控制液压缸的排油量来实现速度调节。回油节流阀的主要优点是因节流阀在回油路上而产生较大的背压,运动比较平稳,所以多用在载荷变化较大,要求运动平稳性较高的液压系统中。
11. 一台三相异步电动机,其额定功率为7.5kw,额定转数为1450 r/min,试求该电动机的临界转矩。
[答] 首先求额定转矩T
N,依式
,得
依式
,取λ=2,得
T
max=2×49.4(N·m)=98.8(N·m)
最大转矩即临界转矩,因此临界转矩为98.8(N·m)。
12. 为什么在数控机床中的螺旋传动常采用造价较高的滚珠螺旋传动?
[答] 数控机床在运行中应该平稳,并且具有高定位精度,因此要求进给系统中的机械传动装置和元件具有高灵敏度、低摩擦阻力、无间隙及高寿命等特点。
普通螺旋传动螺母与螺杆之间在运行中产生较大滑动,因而摩擦大、效率低。由于螺杆与螺母间存在间隙,故传动精度较差。所以在数控机床中采用滚珠螺旋传动来代替普通螺旋传动。
与普通螺旋传动相比,滚珠螺旋传动具有以下特点:
(1)传动效率高,摩擦损失小。
(2)磨损小,能较长时间保持原始精度,使用寿命长。
(3)由于摩擦阻力小,且摩擦阻力的大小几乎与运动速度无关,故起动转矩接近于运动转矩,传动灵敏、平稳。
(4)给予适当的预紧,可消除螺杆与螺母螺纹间的间隙,因而有较高的传动精度和轴向刚度。
13. 试述方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀的作用。
[答] 方向控制阀用来控制和改变液压系统中液流的方向。
压力控制阀用来控制或调节液压系统液流压力。
流量控制阀用来控制和调整液压系统液流流量。
14. 相对于鼠笼式异步电动机,绕线式异步电动机及其转子的特点是什么?
[答] 绕线式异步电动机的定子与鼠笼式异步电动机定子的结构相同。但其转子不同于鼠笼式异步电动机的转子,它由铁芯和绕组组成。转子绕组与定子绕组相似,三相绕组连接成星形,三根端线连接到转轴的三个滑环上,通过一组电刷与外电路相连接。绕线式异步电动机可以通过转子上的滑环及一组电刷在转子回路中接入附加电阻或其他控制装置,以改善电动机的起动性能和调速性能。绕线式异步电动机不能采用Y—△转换和自耦变压器进行降压起动,但可以通过在转子回路中串接电阻或频敏变阻器进行降压起动。绕线式异步电动机可以采用改变转差率S的方法调速,而鼠笼式异步电动机不能采用此方法调速。
15. 图2-9为一车螺纹传动系统图,已知丝杠为单线螺纹,螺距为2mm,转速n=100r/min,求车刀移动的线速度为多少m/s?
[答] 车刀移动的线速度即为螺母移动的线速度。由公式L=nst
可得螺母运动线速度
已知n=100r/min=(100/60)r/s,s=P=2mm=(2/1000)m
代入数据,则
v=(100/60)×(2/1000)=0.003(m/s)
16. 如何阅读机床传动系统图?
[答] 在阅读机床传动系统图时,第一步,先分析整台机床有几条传动系统,每条中首端件、末端件各是哪一种;第二步,分析整台机床的传动路线,由哪些传动零件组成,各传动零件的传动方式,传动关系怎样,也就是分析怎样来实现机床的加工性能。最后,列出机床的传动结构形式和传动关系。
17. 在三相异步电动机直接起动电路中,常用哪些电器?其作用是什么?
[答] 在三相异步电动机的直接起动电路中,常使用的电器有:组合开关(刀开关)、熔断器、交流接触器、热继电器和按钮等。组合开关多用于电源的引入。熔断器用作短路保护。一旦发生短路或严重过载,熔断器中的熔丝(或熔片)立即熔断。交流接触器中有主触头和辅助触头,主触头能通过较大电流,用来接通或断开电动机的主回路,辅助触头通过电流较小,接在电动机的控制回路中,起自锁或互锁作用。热继电器用来保护电动机,避免因长时间过载而损坏。按钮用来接通或断开小电流控制电路,对电动机的运行进行控制。
18. 液压传动系统由哪些部分组成?各起什么作用?
[答] 液压系统由四部分组成:
(1)动力部分:是将机械能转变为液压能的转换装置。
(2)执行部分:是将液压能转换成机械能输出的装置。
(3)控制部分:对液压系统中液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置。
(4)辅助部分:保证液压传动系统正常工作所需上述三种以外的装置,如油箱、过滤器等。
19. 直流电动机规定的允许温升与实测温升有什么区别?
[答] 直流电动机规定的允许温升是指在一定的环境温度(国家标准规定环境温度为40℃)下,电动机的温度比周围环境温度高出的数值。在一般电动机中,绕组最容易发热,所以铭牌上的温升是指电动机绕组最高温升,一般由电动机制造厂根据电动机所用绝缘材料等级决定。例如,直流电动机铭牌标注的温升是60℃,表明环境温度为40℃时,绕组的温度不能超过100℃。亦即电动机允许温升等于绕组允许最高温度减去规定的环境温度。实测的电动机温度是指电动机各部分实际发热的温度。
20. 图2-14为万能外圆磨床工作台往复运动液压传动原理图,试述它是如何实现工作台向右移动的。
[答] 当工作台向左移动至行程终点时,固定在工作台右边的换向挡块便自右向左推动换向手柄,使换向阀的阀芯向左移动,至图示虚线位置,高压油便从换向阀的左边流入油缸的左腔,推动活塞连同工作台一起向右移动。这时油缸右腔的油液经换向阀右边和节流阀流回油箱。
21. 图2-11为一机床主轴箱,已知:电机转速n=1000r/min,小带轮直径d
1=150mm,大带轮直径d
2=300mm,z
1=20,z
2=40,z
3=44,z
4=24,z
5=20,z
6=25,z
7=50,z
8=45,求主轴Ⅲ的四种转速(提示:z
3、z
4和z
5、z
6分别为双联滑轮齿轮。如Ⅰ轴转动传至Ⅱ轴可按图示位置齿轮z
2和z
4啮合得到一种转速,也可以将双联滑动齿轮左移,使齿轮z
1与z
3啮合,这时轴Ⅲ得到另一种转速)。
[答] 主轴的四种转速分别为:
n1=n(d1/d2)·(z1/z4)·(z6/z8)=1000×(150/300)×(40/24)×(25/45)=463(r/min)
n2=n(d1/d2)·(z2/z4)·(z5/z7)=1000×(150/300)×(40/24)×(20/50)=333(r/min)
n3=n(d1/d2)·(z1/z3)·(z6/z8)=1000×(150/300)×(20/44)×(25/45)=126(r/min)
n4=n(d1/d2)·(z1/z3)·(z5/z7)=1000×(150/300)×(20/44)×(20/50)=91(r/min)
22. 试述并励直流电动机的改变磁通Ф调速和改变电压U调速的特点。
[答] 并励直流电动机采用改变磁通Ф调速时,通常是减小磁通将速度往上调。这种调速方法仅适用于转矩与转速约成反比而输出功率基本上不变的场合,即恒功率调速。并励直流电动机采用改变电压U调速时,为了保证电动机的绝缘不受损坏,通常只采用降压调速,将转速往下调。在这种调速方法中,电动机的输出转矩是一定的,即为恒转矩调速。
23. 车床电动机的带轮直径为130mm,通过平型带传给主轴箱上直径为260mm的带轮,如果电动机的转速为1450r/min,滑动系数为0.98,问主轴箱上带轮转速是多少?
[答] 已知d1=130mm,d2=260mm,ε=0.98,传动比:
i=d1/d2×8=130/260×0.98=0.49
主轴箱上带轮的转速n2=1450×i=1450×0.49=710.5(r/min)。
24. 试述单向阀的作用及工作原理。
[答] 单向阀的作用是只许油液往一个方向流动,不能反向流动,其工作原理是:当压力油从进油口流人时克服弹簧的作用力顶开阀芯,经阀芯上的径向孔及内孔从出油口流出。当油流反向时,在弹簧和压力油的作用下,阀芯锥面紧压在阀体的阀座上,使油不能通过。
25. 溢流阀在液压系统中有何功能?
[答] 溢流阀的功能是溢出液压系统中的多余液压油(流回油箱),并使液压系统中的油液保持一定的压力,以满足液压传动的工作需要。此外,还可以用来防止系统过载,起安全保护作用。
26. 为什么大容量三相异步电动机要采用降压起动?
[答] 电动机在起动瞬间,转子转速为零,转差率S=1,旋转磁场与转子的相对速度相差很大,转子绕组的感应电动势很大,感应电流亦很大。定子绕组的电流随着转子电流的增大而增大。一般起动电流可达到额定电流的5~7倍。这样大的电流会使供电线路产生较大的电压降,影响同一电网上其他用电设备的正常工作,如正在运行的重载电动机会因电压突然下降而迅速减慢,甚至停止转动。对于正在起动的电动机本身,也会因为过大的电压下降而使起动转矩减小,延长起动时间,甚至不能起动,因此大容量异步电动机要进行降压起动。
27. 何谓螺距?何谓螺旋导程?二者有何关系?
[答] 螺纹中相邻两齿在中径线上对应两点间的轴向距离叫螺距,在同一螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离叫导程。在单线螺旋中导程等于螺距,在多线螺旋中导程等于螺距乘以线数。
28. 齿轮传动有什么特点?
[答] 齿轮传动的主要特点有:
(1)传递运动准确可靠;
(2)结构紧凑,使用寿命长;
(3)传动效率高;
(4)齿轮制造工艺复杂,安装精度要求高。
29. 简述三相异步电动机是如何工作的。
[答] 通入三相异步电动机定子绕组的三相电流共同产生一合成磁场。该合成磁场随着电流的交变,在空间不断地旋转,故称旋转磁场。旋转磁场切割转子铁芯槽中的导体,产生感应电动势,进而在闭合的导体中产生电流,转子导体电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩,使转子旋转。旋转磁场的旋转方向与电源的相序一致,旋转磁场的速度正比于电源频率厂,而与旋转磁场的磁极对数P成反比。当转速以每分钟计算时,旋转磁场的转速可表示为:
n1=6f/P(r/min)
式中:f——电源频率;
P——磁极对数。
若使电动机转子反相转动,只需将接于三相电源的三相绕组中的任意两相对调,使旋转磁场反向旋转即可。
值得注意的是,电动机转子的转速与旋转磁场的转速并不相等。电动机转子转速与旋转磁场转速的差异是保证电动机旋转的必要条件。
30. 蜗杆传动有哪些特点?它适用于哪些场合?
[答] 蜗杆传动具有以下特点:
(1)传动比大、结构紧凑;
(2)传动准确、平稳、无噪声;
(3)具有自锁性,即只能蜗杆带动蜗轮,而蜗轮不能带动蜗杆传动;
(4)传动效率低。
蜗杆传动适用于传动比大、结构紧凑、传动平稳、要求有自锁性的场合,如减速箱、手动葫芦、机床分度头等。
31. 试述叶片泵的工作原理。
[答] 叶片泵由定子、转子、叶片、泵体和端盖组成。转子和定子中心重合。定子内表面近似椭圆形;转子上有槽,叶片放在槽内并可沿槽滑动。当转子旋转时,叶片因离心现象压向定子内表面,并随定子内表面曲线的变化迫使叶片在槽内往复滑动,使得相邻两叶片所构成的封闭容积增大或缩小。当该容积增大时,形成吸油过程;当该容积缩小时,形成压油过程。转子每转一转,完成一次吸、压油的叶片泵称为单作用叶片泵;转子每转一转,完成两次吸、压油的叶片泵称为双作用叶片泵。
32. 什么是异步电动机转差率?异步电动机在额定负载下运转的转差率一般是多少?
[答] 异步电动机旋转磁场转速n,与转子转速n之差即为转差,转差与旋转磁场转速n.的比值叫做转差率,即S=(n1-n)/n1。转差率是异步电动机工作特性的重要参数之一,异步电动机在额定负载下运转的转差率一般为0.01~0.06。
33. 已知一蜗杆传动,蜗杆头数k=2,转速n
1=1450r/min,蜗轮齿数z=62,求蜗轮转速。
[答] n[2]=n[1]k/z=1450×2/62=46.8(r/min)
34. 有一台冲天炉鼓风机,其容量为95kw,需采用降压起动。车间电源电压为380V,电动机铭牌上标有380V,200A。能否采用星形一三角形起动?
[答] 电源电压与电动机的额定电压相等,均为380V,可见该电动机应为三角形接法,故可以采用星形一三角形降压起动。
35. 汽车发动机的额定功率P=70kW,试求当传动轴转速n=1200i/min时所输出的转矩?又当驾驶员换挡后,传动轴的转速为600r/min,试求此时传动轴输出转矩。
[答] 汽车发动机功率为70kW,当n=1200r/min时,输出转矩T1=9550×70/1200=557(N·m)。
当n=600r/min时,输出转矩T2=9550×70/600=1114(N·m)。
36. 怎样确定鼠笼式异步电动机的起动方法?
[答] 鼠笼式三相异步电动机的起动有直接起动和降压起动两种方法。选用起动方法应考虑:①若电网容量相对于待起动电动机的容量足够大,电动机的起动电流不会在线路中产生明显的电压降,也不会对线路中其他设备产生不利影响,则可采用直接起动。②如果电网容量与待起动电动机的容量相比不是很大,那么为了限制起动电流应选用降压起动。电动机是否要采用降压起动,也可以采用经验公式加以判断:符合IQ/IN≥3/4+电源变压器容量(kVA)/[4×电动机功率(kW)],采用降压起动;否则,采用直接起动。
对于正常运行时定子绕组接成三角形的电动机,可以采用星形—三角形降压起动;而对于正常运行时定子绕组接成星形的电动机或容量较大的电动机,则应选用自耦变压器降压起动;也可以在定子回路串接电阻(或电抗)实现降压起动。
37. 试述压力控制回路的功用。
[答] 压力控制回路是利用压力控制阀来控制整个液压系统或局部油路的压力,达到调压、卸载、减压、增压、平衡、保压等目的。
38. 试述齿轮泵的工作原理。
[答] 齿轮泵是由装在壳体内的一对齿轮所组成。在电动机带动下,齿轮的轮齿在密封的泵体内转动,一侧吸油腔内,齿轮的轮齿逐渐分离,工作容积逐渐增大而形成了局部真空,油箱中的油液在大气压力下,经吸油管进入液压泵的吸油腔,填满齿槽空间。随着齿轮的旋转,齿槽空间中的油液被带到另一侧的油腔。此侧齿轮的轮齿不断依次啮合,工作容积逐渐减小,不断挤压油液,使油液从压油腔输出到压力管路中。
39. 什么是液压传动?
[答] 液压传动是以液体作为工作介质进行传动的一种传动方式,它依靠密封容积的变化传递运动,依靠液体内部的压力(由外界负载所引起)传递动力。在传动过程中,它先将机械能转换为便于输送的液压能,随后又将液压能转换为机械能做功。
40. 试述直流电动机四种励磁方式的主要区别。
[答] 直流他励电动机的励磁绕组与转子绕组没有电的联系。励磁电流由另外的直流电源供给,因此励磁电流不受转子绕组端电压及转子绕组电流的影响。
直流并励电动机的励磁绕组与转子绕组并联,励磁电流的大小与转子绕组电压和励磁电路的电阻有关。并励绕组两端的电压即是转子两端的电压,其值较高。为使通过励磁绕组的励磁电流较小,励磁绕组一般用较细导线绕制,且匝数很多,使其具有较大的电阻。
直流串励电动机的励磁绕组与转子绕组串联。由于励磁绕组电流的大小决定于转子绕组电流,所以这种电动机的内磁场随着转子绕组电流的改变有显著的变化。为使励磁绕组不引起大的损耗和电压降,所用导线较粗,且匝数较少,以尽量减小其电阻。
直流复励电动机有两个励磁绕组,一个与转子绕组并联称为并联绕组;另一个与转子绕组串联,称为串联绕组。电动机中的磁通由串、并联绕组内的励磁电流共同产生。
41. 试述流量控制阀是如何控制液体流量的。
[答] 油液流经小孔或狭缝时会遇到阻力,阀口的通流面积越小,过流通道越长,油液通过时阻力越大,因而通过的流量就越小。流量控制阀就是靠改变工作开口的大小和油液流过通道的长短来控制阀的流量。
42. 试比较双杆活塞液压缸和单杆活塞液压缸输出的压力和速度。
[答] 双杆活塞液压缸因两端活塞杆直径相等,故两端的有效作用面积也相等,因输入、输出的流量相等,其来回运动速度也相同,活塞上来回推力相同。单活塞杆液压缸因活塞两端有效面积不等,故往复运动速度不一样,来回推力也不一样。
43. 图2-10为一齿轮传动,图中数字为各齿轮数,如果轴Ⅰ的转速n
1=730r/min,问轴Ⅳ的转速应是多少?其转向与轴Ⅰ相同吗?
[答] 轴Ⅳ的转速
nⅣ=n1(z1/z2)·(z3/z4)·(z5/z6)=730×(51/39)×(20/52)×(50/50)=367.16(r/min)
轴Ⅳ的转向与轴Ⅰ相反。
44. 在何种情况下应用链传动?链传动有什么特点?
[答] 链传动用于两轮相距较远,传动功率较大,而且平均传动比又要保持不变的场合下。在一般情况下,链传动不会打滑,传动比准确,两轴中心距较大,在传动中可吸收一定冲击振动,并具有在高温环境中工作,且不怕油污等优点。但链传动只有当两轴平行时方可采用。