第二章-機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

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)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 2.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 2.2 2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算 2.3 2.3 生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性 2.4 2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 2.5 2.5 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程內(nèi)容提要內(nèi)容提要M+TLM電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)（M）生產(chǎn)機(jī)械生產(chǎn)機(jī)械TLTM圖圖2.1 單軸拖動(dòng)系統(tǒng)單軸拖動(dòng)系統(tǒng)0/tLMddcnTT0/tLMddcnTT靜態(tài)靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）（穩(wěn)態(tài)）

2、動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)（加速或（加速或減速）減速）2.1 2.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 單軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式單軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式) 1 . 2(dtdJTTLM)4.2(375)3.2(602)2.2(44/2222dtdnGDTTngGDJmgGmDmJLMTM-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩TL-負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩GD2-飛輪矩飛輪矩n-轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速t-時(shí)間時(shí)間2.1 2.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩)6 . 2()5 . 2(3752dLMdTTTdtdnGDTdLMdLMdLMTTTTTTTTT0 恒速恒速（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）

3、正值正值 加速（動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩）加速（動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩）負(fù)值負(fù)值 減速（動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩）減速（動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩）2.1 2.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 TM與與n同向?yàn)檎蛲驗(yàn)檎?TL與與n相反為正向相反為正向啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)時(shí)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)時(shí)dtdnGDTTdtdnGDTTLMLM37537522拖動(dòng)矩拖動(dòng)矩（TM、n同同向）向）制動(dòng)矩制動(dòng)矩（TM、n反向）反向）2.1 2.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 例例2-12-11.1.列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式；列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式；2.2.說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。2.1 2.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)

4、方程式解：dtdnGDTTdtdnGDTTdtdnGDTTLMLMLM375375375222加速運(yùn)行狀態(tài)加速運(yùn)行狀態(tài) 減速減速 減速減速拖動(dòng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩制動(dòng)矩制動(dòng)矩拖動(dòng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩制動(dòng)矩制動(dòng)矩 例例2-12-11.1.列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式；列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式；2.2.說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。2.1 2.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式2.2.1 2.2.1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算依據(jù)系統(tǒng)傳遞功率不變的原則依據(jù)系統(tǒng)傳遞功率不變的原則T)7 . 2(cLLLMLLLMLLLjTTjTTTTT多軸旋轉(zhuǎn)多軸旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載功率實(shí)際負(fù)載功率= =

5、折算后的負(fù)載功率折算后的負(fù)載功率傳動(dòng)效率傳動(dòng)效率速比速比)(/321321jjjjLMc2.2 2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算cccc12多軸直線多軸直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng))9 . 2(55. 9cMLnFvT）（ 8 . 255. 9602McLMcLMLnFvTnFvTTFv（下放重物下放重物）n2.2.1 2.2.1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算2.2 2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.2.22.2.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算 依據(jù)動(dòng)能守恒原則，折算到電機(jī)軸上的總依據(jù)動(dòng)能守恒

6、原則，折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為（旋轉(zhuǎn)型）（旋轉(zhuǎn)型）、式中：MMLMLLMZZZjJJJjJjJJJ1111221)10. 2(1電機(jī)軸、中間軸、負(fù)載軸電機(jī)軸、中間軸、負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；電動(dòng)機(jī)軸與中間傳動(dòng)軸之電動(dòng)機(jī)軸與中間傳動(dòng)軸之間的速比；間的速比；2.2 2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算、MLMLMLZZj11n2.2.22.2.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.2 2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算依據(jù)動(dòng)能守恒原則，折算到電機(jī)軸上的總飛輪轉(zhuǎn)矩為依據(jù)動(dòng)能守恒原

7、則，折算到電機(jī)軸上的總飛輪轉(zhuǎn)矩為經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式、221222212122)11. 2(LMLLMZGDGDGDjGDjGDGDGD電機(jī)軸、中間軸、生產(chǎn)機(jī)電機(jī)軸、中間軸、生產(chǎn)機(jī)械軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩。械軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩。式中式中（旋轉(zhuǎn)型）（旋轉(zhuǎn)型）25. 11 . 1)13. 2()12. 2(22222LLMZLLMZjGDGDGDjJJJ2.2 2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、飛輪矩為折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、飛輪矩為)15. 2(365)14. 2(2222212122222211MLLMZMLLM

8、ZnGvjGDjGDGDGDvmjJjJJJ)16. 2(3752dtdnGDTTMZLM多軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式多軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式2.2 2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算例例2-2 Z2/Z1=3，Z4/Z3=5，22222423222214 .4708 .450294196494 .784 .2992. 0mNTGDGDmNGDGDGDmNGDLLMc2.2 2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.2 2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.2 2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣

9、量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.3 2.3 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性 2.3.2 2.3.2 離心式通風(fēng)機(jī)型機(jī)械特性離心式通風(fēng)機(jī)型機(jī)械特性 2.3.3 2.3.3 直線型機(jī)械特性直線型機(jī)械特性 2.3.4 2.3.4 恒功率型機(jī)械特性恒功率型機(jī)械特性離心式通風(fēng)機(jī)離心式通風(fēng)機(jī)型機(jī)械特性型機(jī)械特性Tn0 T020CnTTLTn0直線型機(jī)械特性直線型機(jī)械特性CnTL恒功率型機(jī)械特性恒功率型機(jī)械特性Tn0nKTL/2.3 2.3 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性2.4 2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行包

10、含兩重含義：包含兩重含義：1 1）系統(tǒng)應(yīng)能以一定的速度）系統(tǒng)應(yīng)能以一定的速度勻速運(yùn)轉(zhuǎn)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)；2 2）系統(tǒng)受某種外部干擾作用（如電壓波動(dòng)、）系統(tǒng)受某種外部干擾作用（如電壓波動(dòng)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等）而使運(yùn)行速度稍有變化負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等）而使運(yùn)行速度稍有變化時(shí)，應(yīng)保證系統(tǒng)在時(shí)，應(yīng)保證系統(tǒng)在干擾消除后能恢復(fù)到原干擾消除后能恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行速度來(lái)的運(yùn)行速度。2.4 2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件TmaxSm系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要充分系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要充分條件條件（1 1）兩機(jī)械特性有交叉點(diǎn)兩機(jī)械特性有交叉點(diǎn)（2 2）在平衡點(diǎn)處有一速度在平衡點(diǎn)處有一速度 n時(shí)，TMTL TM-TLT

11、L TM-TL0a點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)，點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)，b點(diǎn)不點(diǎn)不 是是。2.4 2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件 例例2-3 判斷下圖判斷下圖b點(diǎn)是否是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)？點(diǎn)是否是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)？2.4 2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件 例例2-3 判斷下圖判斷下圖b點(diǎn)是否是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)？點(diǎn)是否是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)？ 解解 系統(tǒng)中有交叉點(diǎn)，系統(tǒng)中有交叉點(diǎn)， 當(dāng)時(shí)ML TM-TL0 b點(diǎn)是平衡穩(wěn)定點(diǎn)點(diǎn)是平衡穩(wěn)定點(diǎn)注意注意：1.1.兩機(jī)械特性曲兩機(jī)械特性曲線的區(qū)別；線的區(qū)別； 2.2.同時(shí)滿足二穩(wěn)同時(shí)滿足二穩(wěn)定平衡條件。定平衡條件。 2.4 2

12、.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件2.5 2.5 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程 由一個(gè)穩(wěn)態(tài)向另一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)渡由一個(gè)穩(wěn)態(tài)向另一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)渡的過(guò)程（的過(guò)程（動(dòng)態(tài)過(guò)程動(dòng)態(tài)過(guò)程啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速）啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速） 外因外因 系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系被系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系被破壞破壞 內(nèi)因內(nèi)因 貯能的貯能的慣性慣性元件（機(jī)械慣性、電磁慣性和熱慣性）元件（機(jī)械慣性、電磁慣性和熱慣性） 實(shí)際意義實(shí)際意義 滿足生產(chǎn)的需要，必須研究轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流滿足生產(chǎn)的需要，必須研究轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流對(duì)對(duì)時(shí)間時(shí)間的變化規(guī)律才能正確地選擇機(jī)電傳動(dòng)裝置、

13、控制電的變化規(guī)律才能正確地選擇機(jī)電傳動(dòng)裝置、控制電路等路等2.5.1 2.5.1 研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的實(shí)際意義研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的實(shí)際意義2.5.2 2.5.2 加快過(guò)渡過(guò)程的方法：加快過(guò)渡過(guò)程的方法： 減少系統(tǒng)的飛輪矩減少系統(tǒng)的飛輪矩GDGD2 2（采用細(xì)長(zhǎng)圓柱形轉(zhuǎn)子）（采用細(xì)長(zhǎng)圓柱形轉(zhuǎn)子） 增加動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩增加動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩T Td d 采用多極電動(dòng)機(jī)（極對(duì)數(shù)采用多極電動(dòng)機(jī)（極對(duì)數(shù)p p多的）多的） 減少回路電阻減少回路電阻R Ra a（減少功率放大器內(nèi)阻）（減少功率放大器內(nèi)阻） 選用機(jī)械特性硬度大的電動(dòng)機(jī)選用機(jī)械特性硬度大的電動(dòng)機(jī) 選用力矩慣量比大的電動(dòng)機(jī)選用力矩慣量比大的電動(dòng)機(jī)2.5

14、 2.5 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程基本要求基本要求1. 1. 掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方程式，并學(xué)會(huì)用它掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方程式，并學(xué)會(huì)用它來(lái)分析與判別機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；來(lái)分析與判別機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；2. 2. 掌握在多軸拖動(dòng)系統(tǒng)，列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式掌握在多軸拖動(dòng)系統(tǒng)，列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式，必須將轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行折算，掌握其折算的基本，必須將轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行折算，掌握其折算的基本原則和方法；原則和方法；3. 3. 了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性 ；4. 4. 掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件，并學(xué)會(huì)用掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件，并學(xué)會(huì)用它來(lái)分析與判別系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。它來(lái)分析與判別系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。)(LTfn 2.6 2.6 小結(jié)小結(jié) 重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)重點(diǎn)1.1.運(yùn)用運(yùn)動(dòng)方程式分別判別機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)用運(yùn)動(dòng)方程式分別判別機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)。2.2.運(yùn)用穩(wěn)定運(yùn)行的條件來(lái)判別機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)用穩(wěn)定運(yùn)行的條件來(lái)判