機(jī)電傳動(dòng)第二章

1、第二章第二章 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1 1、掌握機(jī)電、掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)動(dòng)方程式及其含義；及其含義；4 4、了解機(jī)電傳動(dòng)、了解機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件，并能用它條件，并能用它來分析系統(tǒng)的穩(wěn)來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。定平衡點(diǎn)。2 2、掌握多軸拖、掌握多軸拖動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原折算的基本原則和方法；則和方法；3 3、了解幾種、了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特械的負(fù)載特性；性；本章要求：本章的知識(shí)點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念及計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念及計(jì)算 慣性矩的概念慣性矩的概念 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算

2、 穩(wěn)定運(yùn)行的條件。穩(wěn)定運(yùn)行的條件。 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)由電機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)由電動(dòng)動(dòng) 機(jī)拖動(dòng)、并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶機(jī)拖動(dòng)、并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)電運(yùn)動(dòng)的動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)電運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)整體。盡管電動(dòng)機(jī)種類動(dòng)力學(xué)整體。盡管電動(dòng)機(jī)種類很多、機(jī)械特性各異，生產(chǎn)機(jī)很多、機(jī)械特性各異，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)也各不相同，但械的負(fù)載性質(zhì)也各不相同，但從動(dòng)力學(xué)的角度來看，都服從從動(dòng)力學(xué)的角度來看，都服從動(dòng)力學(xué)的統(tǒng)一規(guī)律。動(dòng)力學(xué)的統(tǒng)一規(guī)律。 下面首先分析機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)下面首先分析機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式，然后分析機(jī)電的運(yùn)動(dòng)方程式，然后分析機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 。2.1 2.1 運(yùn)動(dòng)

3、方程式運(yùn)動(dòng)方程式 單軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)如圖所示：生產(chǎn)機(jī)械生產(chǎn)機(jī)械M+TL+TM+TLTM傳動(dòng)系統(tǒng)圖傳動(dòng)系統(tǒng)圖轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的正方向轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的正方向+TL (2.1)或 (2.2)式中：J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） GD2飛輪慣量（飛輪轉(zhuǎn)矩） g = 9.81 m/s2dtdJTTLM srmNmNLmNMtdndGDTTmin/23752gGDmDmJ4/4/222 min/602rsradnTM電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩；電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩； TL單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的角速度；單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的角速度； t時(shí)間時(shí)間; D慣性直徑；慣性直徑；慣性半徑。慣性半徑。4g*60/2=3752

4、.1.1 單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J的概念及計(jì)算 J=r dm dm=2rdr J= 2rdr = R4 /2 飛輪的設(shè)計(jì)就是根據(jù)這一公式把質(zhì)量盡量放在邊緣。 旋轉(zhuǎn)物體保持原來運(yùn)旋轉(zhuǎn)物體保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力，不但與質(zhì)動(dòng)狀態(tài)的能力，不但與質(zhì)量量m m成正比，還與質(zhì)心到成正比，還與質(zhì)心到旋轉(zhuǎn)中心的距離平方成正旋轉(zhuǎn)中心的距離平方成正比，我們把這種比，我們把這種影響旋轉(zhuǎn)影響旋轉(zhuǎn)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的物理物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的物理量稱為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。量稱為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。J=m1r1+ m2r2+ m3r3+ + miri = J1 +J2 +J3+ +JiJ=miri= Ji 2、當(dāng)、

5、當(dāng)TM大于大于TL作加速運(yùn)動(dòng)，作加速運(yùn)動(dòng)，稱為拖動(dòng)。稱為拖動(dòng)。 ddt0 3、當(dāng)、當(dāng)TM小于小于TL作減速運(yùn)動(dòng)，作減速運(yùn)動(dòng)，稱為制動(dòng)。稱為制動(dòng)。ddt n a ，TM TL ，即n(干擾)， 消除后TM - TL 0，減速 l l n TL ，即n(干擾)， 消除后TM - TL 0，加速穩(wěn)定工作點(diǎn)的判別nnnanaaaaMMM=TL例如：異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)。b點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。（ n n b ，TM TL ； n TL）nn=f(TM)n=f(TL)n0異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)工作時(shí)的特性TLTLTMTM2.4.4 2.4.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過渡過程機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過渡過

6、程機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)有兩種可能的運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)有兩種可能的運(yùn)行狀態(tài)，靜態(tài)靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）和動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)（暫態(tài)）。過渡過程：是指機(jī)電系統(tǒng)由一種穩(wěn)定工作狀態(tài)變化到另一穩(wěn)定工作狀態(tài)的過程。2.4.4 2.4.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過渡過程機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過渡過程一、一、 引起工作狀態(tài)變化的因素：引起工作狀態(tài)變化的因素：1、 給定發(fā)生變化（根據(jù)工作要求人為改變給定發(fā)生變化（根據(jù)工作要求人為改變給定，例如：加速、減速、停機(jī)等）；給定，例如：加速、減速、停機(jī)等）；2、 負(fù)載波動(dòng)（切削力突變）；負(fù)載波動(dòng)（切削力突變）；3、 外界干擾（如電壓波動(dòng)）；外界干擾（如電壓波動(dòng)）； 二、二、 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的一般要求：機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)

7、的一般要求：1、 過渡過程盡可能短（響應(yīng)要快）；過渡過程盡可能短（響應(yīng)要快）；2、 盡可能無超調(diào)、無靜差；盡可能無超調(diào)、無靜差；3、 速度穩(wěn)定波動(dòng)小。速度穩(wěn)定波動(dòng)小。 三、影響機(jī)電系統(tǒng)過渡過程的因素： 1、 機(jī)械慣性機(jī)械慣性，使速度不能突變；使速度不能突變； 2、 電磁慣性電磁慣性（電感、電容等儲(chǔ)能元件影響（電感、電容等儲(chǔ)能元件影響電壓、電流的變化）；電壓、電流的變化）； 3、熱慣性、熱慣性（主要影響電阻和磁導(dǎo)率的變化（主要影響電阻和磁導(dǎo)率的變化）（影響較小一般可不考慮）。）（影響較小一般可不考慮）。 一般的機(jī)電系統(tǒng)，與機(jī)械慣性相比，電磁一般的機(jī)電系統(tǒng)，與機(jī)械慣性相比，電磁慣性要小得多，因此通

8、常只考慮機(jī)械慣性慣性要小得多，因此通常只考慮機(jī)械慣性的影響。的影響。根據(jù)機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程：根據(jù)機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程： ，要取得大的，要取得大的dn/dt： 四、 提高機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的措施1、 選取力矩大且過載能力大的電機(jī)以獲得大的選取力矩大且過載能力大的電機(jī)以獲得大的TM；（過載能力大意味著；（過載能力大意味著T max/ GD2大）；大）；2、 減小電機(jī)及負(fù)載的減小電機(jī)及負(fù)載的GD2，電機(jī)轉(zhuǎn)子及執(zhí)行，電機(jī)轉(zhuǎn)子及執(zhí)行機(jī)構(gòu)盡可能做成細(xì)長(zhǎng)型；機(jī)構(gòu)盡可能做成細(xì)長(zhǎng)型； 4、 選取合適的減速比。當(dāng)折算到電機(jī)輸出軸選取合適的減速比。當(dāng)折算到電機(jī)輸出軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J/等于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM時(shí)，時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)最快。對(duì)單級(jí)減速機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)響應(yīng)最快。對(duì)單級(jí)減速機(jī)構(gòu)，j=(J/JM)1/2 ，J為負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。為負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 v3、 選用效率高的中間減速機(jī)構(gòu)減小選用效率高的中間減速機(jī)構(gòu)減小TL如用滾如用滾珠絲桿代替普通絲桿，用滾動(dòng)代替滑動(dòng)等，并珠絲桿代替普通絲桿，用滾動(dòng)代替滑動(dòng)等，并且盡量縮短傳動(dòng)鏈，減少傳動(dòng)級(jí)數(shù)以提高效率。且盡量縮短傳動(dòng)鏈，減少傳動(dòng)級(jí)數(shù)以提高效率。v5