第1章機電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

1、第第1章章 機電傳動系統(tǒng)的機電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)動力學(xué)基礎(chǔ)范國偉范國偉安徽工業(yè)大學(xué)安徽工業(yè)大學(xué)機電傳動系統(tǒng)機電傳動系統(tǒng)l機電傳動系統(tǒng)是由電動機拖動，并通過傳動機構(gòu)帶動生產(chǎn)機械運行的一個動力學(xué)整體。雖然電動機有不同的種類和特性，生產(chǎn)機械的負(fù)載性質(zhì)也各種各樣，但從動力學(xué)的角度分析，它們都服從動力學(xué)的統(tǒng)一規(guī)律。本章主要介紹機電傳動系統(tǒng)的運動方程式、機電傳動系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行及過渡過程的條件，介紹生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)矩及系統(tǒng)慣量(飛輪矩)的折算方法，以及各種類型生產(chǎn)機械的機械特性 。1.1機電傳動系統(tǒng)的運動方程式機電傳動系統(tǒng)的運動方程式 l (1)系數(shù)375是個有量綱的系數(shù)，單位為m/mins。l(2)GD2

2、是代表物體旋轉(zhuǎn)慣量的一個整體物理量，在實際應(yīng)用中，不論計算還是書寫，GD2都應(yīng)寫在起。l(3)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用國際單位制(SI)，只使用轉(zhuǎn)動慣量J。對于工程上沿用的GD2。0MLdTTTJdt0MLdTTTJdt2375MLGDdnTTdt2375MLGDdnTTdt單軸系統(tǒng)l在生產(chǎn)實際中最簡單的機電傳動系統(tǒng)就是電動機直接與生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)(負(fù)載)相連接的單軸系統(tǒng)，如下圖所示。1.2 多軸系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量的折算多軸系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量的折算 l實際的機電傳動系統(tǒng)，將電動機的運動形式轉(zhuǎn)變成符合生產(chǎn)所需的運動形式，這種拖動系統(tǒng)稱為多軸機電傳動系統(tǒng)。 多軸機電傳動系統(tǒng)的簡化 l多軸機電傳動

3、系統(tǒng)的分析比單軸拖動系統(tǒng)復(fù)雜。但就電機拖動而言，一般不需要研究每根軸上的情況，而是把傳動機構(gòu)和負(fù)載等效成為電動機軸上的單一負(fù)載，從而把實際的多軸系統(tǒng)折算成為一個等效的單軸系統(tǒng) 。1.2.1 旋轉(zhuǎn)運動負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量旋轉(zhuǎn)運動負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量的折算的折算l1. 轉(zhuǎn)矩的折算l根據(jù)折算前后功率不變的原則折算l2. 轉(zhuǎn)動慣量的折算 l根據(jù)折算前后系統(tǒng)貯存動能不變的原則折算1.2.2 平移運動負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量平移運動負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量的折算的折算l1、 平移運動負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算 l根據(jù)折算前后電動機拖動功率不變的原則 l 2、平移運動負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的折算l根據(jù)折算前后動能不變的原則 13 生產(chǎn)機械的負(fù)載

4、轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性l直流電動機帶動生產(chǎn)機械運行，各種生產(chǎn)機械都是電機的負(fù)載，機電傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài)取決于電動機及其負(fù)載的雙方。因此，我們既要知道電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，即電動機的機械特性nf（T），也要知道生產(chǎn)機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，即生產(chǎn)機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性nf（TL）。典型的負(fù)載特性可歸納為三大類：即恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和風(fēng)機類負(fù)載。1.3.1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性l1、反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載l反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是由摩擦產(chǎn)生的，又稱摩擦轉(zhuǎn)矩或反作用轉(zhuǎn)矩，無論朝哪個方向運動，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL總是反抗運動的。此類負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向總是l與運動方向相反。當(dāng)運動方向l改變時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向也隨之

5、l改變。 1.3.1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性l2、位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載l位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是由物體的重力產(chǎn)生的，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向固定不變，與轉(zhuǎn)速的大小和方向無關(guān)，如起重機提升與下放重物這類負(fù)載，不論其運動方向如何，重力作用總是向下的。l特點是：la、由于是重力產(chǎn)生的，因此位能性l恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的大小是恒定不變的；lb、作用方向也保持不變,當(dāng)n0時TL0，l為阻礙運動的制動轉(zhuǎn)矩，當(dāng)n0l為幫助運動的拖動轉(zhuǎn)矩；lc、機械特性是穿過、象限的直線。 1.3.2 恒功率負(fù)載特性l恒功率負(fù)載特性，其特點是負(fù)載功率PL為一定值，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速nL成反比。l其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系式為：l而功率 l近似為常數(shù)。1LKTn260LLnPTT1.3.3 風(fēng)機類負(fù)載特性l此類負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，通風(fēng)機型負(fù)載特性是一條拋物線l其負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的l二次方成正比關(guān)系，l其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系式： 2LTKn1.4 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件l機電傳動系統(tǒng)要能穩(wěn)定運行，必須使電動機的機械特性與負(fù)載的機械特性配合得當(dāng)，否則系統(tǒng)在運行時會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。l必要條件：電動機機械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性必須有交點，即存在TMTL；l充分條件：在交點TMTL處，滿足l或者說，在