机械系统稳定工作的条件

伍赛特

1 动力机械和工作机的工作点

图1中特性曲线1为工作机或执行机构的特性曲线，特性曲线2为动力机械的特性曲线，特性曲线3为动力机械和传动变速系统的共同特性曲线。工作机的额定工作点是其机械特性曲线1上的一点，比如图中的点A（n_w，T_w）是由执行系统的功能要求来确定。

图1 机械系统工作点及稳定性

但实际工作点（即速度和载荷）需要根据工作机的机械特性曲线、动力机械的机械特性曲线和传动变速装置的总传动比和总效率来确定。具体确定方法是：动力机械选定以后，可在工作机的特性曲线图上绘制动力机械的特性曲线，如图中曲线2所示，动力机械的额定工作点为其上的点E（n_E，T_E）；动力机械的机械特性曲线经过中间传动变速系统后变为图中的曲线3，其上对应动力机械额定工作点E的点为点E’（n _E’，T _E’），其中n _E’= n_E /i，T _E’= T_E·i·η，i为传动比，η为效率。

而机械系统的实际工作点是曲线1和曲线3的交点B（ n_G，T_G），偏离了工作机的额定工作点A；同时将曲线3上的点B对应到动力机械的曲线2上，得到动力机械的实际工作点B’（n_B'，T_B'），样可以看出点B’偏离了动力机械的额定工作点E。因此，机械系统的实际工作点不是最佳工作点。

但当工作机的实际工作点B和额定工作点A之间、动力机械的实际工作点B’和额定工作点E之间相距不远时，可以认为动力机械和工作机是匹配的。

2 机械系统稳定工作的条件

    机械系统在运行过程中不断出现加速、减速和稳定运行状态，即载荷经常处于波动状态。当负载发生微小变动时，如果能在原工作点附近建立新的工作点，即新的工作点相对于原工作点不发生大幅度漂移，则认为机械系统的运行状态是稳定的。

从图1中可以看出，机械系统运行状态的稳定性取决于工作机的机械特性曲线1和动力机械与传动系统的共同特性曲线3。若点A位于点E’的右侧，则当工作机负载由曲线1增大到曲线1’位置时，由于共同特性曲线3在原工作点B处提供的驱动力不能驱动增大了的负载，导致动力系统转速降低，驱动转矩逐步增大，直至驱动转矩和负载转矩达到新的平衡。

如图中的点G，该点即为系统新的工作点，即系统负载波动时，动力机械能够很快自动调整输出状态建立新的工作点，系统依然是稳定的。

但若原工作点在点E’的左侧，则当负载转矩增大时，在原工作点上驱动转矩小于增大后的负载转矩，动力机械被迫减速，但随着动力机械减速，驱动转矩进一步减小，导致动力机械进一步减速，直至停车。因此，系统在受到负载波动时不能建立新的工作点，系统的运行状态则是不稳定的。

机械系统稳定运转的条件是在工作点上，动力机械和传动变速系统的共同特性曲线3的斜率小于工作机的特性曲线1的斜率。

参考文献

[1] 王黎钦. 先进制造理论研究与工程技术系列 机械设计[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 2015.07:315-316.