機(jī)電傳動2第二章-機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)課件

1、第二章 機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)2.1 機(jī)電傳動系統(tǒng)的運動方程式2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.3 生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性2.4 機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件第二章 機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)第二章 機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)本章知識點：機(jī)電傳動系統(tǒng)運動方程式及轉(zhuǎn)矩正方向的約定；多軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算（基本原則和計算）；幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性；機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件及穩(wěn)定平衡點判定。第二章 機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)本章知識點：2.1 機(jī)電傳動系統(tǒng)的運動方程式TM 電動機(jī)轉(zhuǎn)矩； 軸系的角速度；TL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩； J 整個軸系的轉(zhuǎn)動慣量2.1 機(jī)電傳動系統(tǒng)的運動方程式TM 電

2、動機(jī)轉(zhuǎn)矩； 1. 運動方程式 對單軸拖動系統(tǒng)，受到電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 TM ，及負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 的作用:當(dāng)TMTL時，系統(tǒng)處于靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)。當(dāng)TMTL時，生產(chǎn)機(jī)械角速度發(fā)生變化。（動態(tài)） TM TL時，加速。 TM TL時，減速。1. 運動方程式當(dāng)TMTL時，系統(tǒng)處于靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)。 實際工程中，往往用轉(zhuǎn)速n代替角速度,用飛輪轉(zhuǎn)矩代替轉(zhuǎn)動慣量。為此，系統(tǒng)的運動方程可以進(jìn)行如下轉(zhuǎn)化： 其中=2n/60 可得到： 動態(tài)轉(zhuǎn)矩Td=TMTL，產(chǎn)生角加速度。 實際工程中，往往用轉(zhuǎn)速n代替角速度,用飛輪轉(zhuǎn)矩代替轉(zhuǎn)2. 轉(zhuǎn)矩正方向的約定 首先以電機(jī)的某一轉(zhuǎn)動方向為正，并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定。 （1）電機(jī)轉(zhuǎn)矩TM與規(guī)定的n

3、一致時為正，相反為負(fù)。 （2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與n方向相反為正，否則為負(fù)。2. 轉(zhuǎn)矩正方向的約定舉例說明如卷揚機(jī)在提升重物時，約定順時針方向為正，電機(jī)轉(zhuǎn)矩TM與n方向 相同，故取正號；TL與n方向 相反，也取正號。此情況下的運動方程式為：TM(+)TL(+)n(+)G舉例說明如卷揚機(jī)在提升重物時，約定順時針方向為正，電機(jī)轉(zhuǎn)矩T起重機(jī)提升重物時制動此時TM與n方向相反為負(fù)；負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為正；則動態(tài)轉(zhuǎn)矩Td， 則起重機(jī)減速直至停止。TM()TL(+)n(+)G起重機(jī)提升重物時制動TM()TL(+)n(+)G但起重機(jī)在下放重物時，約定電動機(jī)逆時針方向為正，電機(jī)轉(zhuǎn)矩TM與n方向相反，故為負(fù)；TL與n 相同

4、，取負(fù)號。此時的運動方程式為： (+)但起重機(jī)在下放重物時，(+)2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算目的：生產(chǎn)中的機(jī)電系統(tǒng)大多是多軸拖動系統(tǒng)，在分析此類系統(tǒng)時要將其轉(zhuǎn)化為單軸拖動系統(tǒng)。因此，需將多軸拖動系統(tǒng)的動力參數(shù)折算到電機(jī)軸上。原則：轉(zhuǎn)矩（功率守恒）；轉(zhuǎn)動慣量（能量守恒）。 2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算目的：生產(chǎn)中的機(jī)電系負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算（重要）（根據(jù)功率守恒原則，即各軸上的功率相等）負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算（重要）（根據(jù)功率守恒原則，即各軸上的功率相 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)運動時： 系統(tǒng)勻速運動，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載功率為： 設(shè)TL折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL,則電動機(jī)軸上的負(fù)載功率為: 當(dāng)執(zhí)

5、行機(jī)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)運動時： 輸入功率： 輸出功率： 傳動效率：( j=M/L傳動機(jī)構(gòu)的速比) 輸入功率： 輸出功率： 傳動效率：( j=當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為直線運動時： 系統(tǒng)勻速運動時，產(chǎn)生機(jī)械的負(fù)載功率為: PL = Fv 它反映在電動機(jī)軸上的機(jī)械功率為: PM= TLM當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為直線運動時： 輸入功率： 輸出功率： 傳動效率：折算轉(zhuǎn)矩： 輸入功率： 輸出功率： 傳動效率：折算轉(zhuǎn)矩： 飛輪轉(zhuǎn)矩的折算（重要）（根據(jù)能量守恒原則，即各軸上的動能之和等于折算到電機(jī)軸之后的動能）飛輪轉(zhuǎn)矩的折算（重要）（根據(jù)能量守恒原則，即各軸上的動能之一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)運動時有：根據(jù)動能守恒原則有：折算后的轉(zhuǎn)動慣量： 折算后的飛

6、輪轉(zhuǎn)矩：一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)運動時有：根據(jù)動能守恒原則有：二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)直線運動時有：折算后的轉(zhuǎn)動慣量：折算后的飛輪轉(zhuǎn)矩：二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)直線運動時有：折算后的轉(zhuǎn)動慣量：折算后的飛輪轉(zhuǎn)矩 將多軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)折算成單軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)后，根據(jù)求得的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量就可得到多軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的運動方程為： 將多軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)折算成單軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)后，根據(jù)求得2.3 機(jī)電傳動系統(tǒng)的負(fù)載特性負(fù)載特性概念：是指機(jī)電傳動系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系（指電動機(jī)軸上的）。即 n=f(TL)。按負(fù)載特性的性質(zhì)（指受阻力情況）不同，大致歸納為4種典型的負(fù)載特性。2.3 機(jī)電傳動系統(tǒng)的負(fù)載特性（1）恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特性（TL=C）1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)

7、載：由摩擦、非彈性體的變形產(chǎn)生，負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向恒與轉(zhuǎn)速方向相反，但大小不變。2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：由重力、彈性體的變形產(chǎn)生，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向和大小恒定。0TL-TLTn0TLTn(a)反抗性負(fù)載(b)位能性負(fù)載（1）恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特性（TL=C）0TL-TLTn0TLTn（2）離心式通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性（TL=Cn2）按離心力原理工作，如離心式通風(fēng)機(jī)，水泵。（3）直線型負(fù)載特性（TL=Cn）如發(fā)電機(jī)的負(fù)載與轉(zhuǎn)速的關(guān)系0nTL0nTL離心式通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性直線型負(fù)載特性（2）離心式通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性（TL=Cn2）0nTL0nTL（4）恒功率型負(fù)載特性（ TL=K/n ）如電動機(jī)、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。

8、0nTL恒功率型負(fù)載特性（4）恒功率型負(fù)載特性（ TL=K/n ）如電動機(jī)、發(fā)動機(jī)的2.4 機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義： （1）系統(tǒng)勻速運轉(zhuǎn) Td=0，動態(tài)轉(zhuǎn)矩為0。 （2）系統(tǒng)受外部干擾作用而速度發(fā)生變化，當(dāng)干擾消除后，系統(tǒng)可恢復(fù)其原運行速度。2.4 機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義：系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件必要條件：拖動轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反 （1）電動機(jī)的機(jī)械特性曲線n=f(TM)與負(fù)載特性曲線n=f(TL)有交點（平衡點）。 （2）由于干擾，當(dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速n大于平衡點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，當(dāng)干擾消除后，應(yīng)滿足TMTL，使速度下降至原轉(zhuǎn)速；反之，當(dāng)轉(zhuǎn)速n小于平衡點轉(zhuǎn)速時，當(dāng)干擾消除后，應(yīng)滿