机械设计节能基本原理的分析与应用

张忠建

摘要：由于机械制造中，所耗费的能耗较大，因此节能设计成为当前机械制造中一个重要的内容。本文就此对机械设计节能基本原理进行阐述。

关键词：机械设计；节能；基本原理；应用

1、基于动能的机械设计节能方法证明

人们以往对系统动能变化率对输入功率的影响研究，主要对机器工作过程中经过“起动-工作（匀速）-减速”3个阶段中的第1和第3阶段进行分析。虽然也对不匀速的第2阶段进行分析研究，但主要是针对机器周期性速度波动和非周期性速度波动的如何调节，为提高使用寿命、工作精度进行研究，很少涉及到功率问题。所以，还应对系统动能的变化率对输入功率的影响进行分析研究。

机器系统结构复杂，在其内部所有运动件均按设计要求作各自的运动（平动、转动和平面运动等），故该系统动能T可表示为：

（1） Ici为转动惯量；ωi为角速度；mi为质量；vci为速度。

对式（1）求导，可得系统动能变化率为：

（2） εi为角加速度；αci为加速度。分析式（1）可得出如下结论：

短时间内，系统动能在最大范围内变化，或系统动能在制动过程中没有得到回收或转换而白白浪费等，均是系统动能变化率引起输入的功率较高和能量没有得到充分利用的原因；若系统动能为常量，则系统动能的变化率所需输入的功率为0，与速度的大小无关。

为了便于分析，将系统动能表示为由多个用周期函数表示的动能的叠加组合，计算式为：

（3） 则系统动能变化率又可表示为

（4） 式中：ω为基频；……