第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ).

1、第二章：機電傳動的動力學基礎(chǔ)第二章：機電傳動的動力學基礎(chǔ)學習要點：學習要點：v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；v多軸傳動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原則和多軸傳動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原則和 方法；方法；v了解幾種典型生產(chǎn)機械的負載特性；了解幾種典型生產(chǎn)機械的負載特性；v了解機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件以及了解機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件以及學會分析實際系統(tǒng)的穩(wěn)定性；學會分析實際系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 一、單軸拖動系統(tǒng)運動方程式運動方程式dtdnJdtdJTTLM602dLMTTTdtdnGDdtgdnGDTTDgGDmDmJJGDdtdnJdtdJTTLMLM3756042)(4/4/6022

2、22222慣性直徑慣性半徑，代替轉(zhuǎn)動慣量用飛輪慣量二、傳動系統(tǒng)的狀態(tài)二、傳動系統(tǒng)的狀態(tài)dLMTTT三、三、 的參考方向的參考方向v假設(shè)電動機轉(zhuǎn)速假設(shè)電動機轉(zhuǎn)速n n為正為正v若若TM與與n的符號相同（同取正或反取負），則的符號相同（同取正或反取負），則表示表示TM的作用方向與的作用方向與n n相同，相同， TM為拖動轉(zhuǎn)矩；為拖動轉(zhuǎn)矩；若若TM與與n的符號相反，則表示的符號相反，則表示TM的作用方向與的作用方向與n n相反，相反， TM為制動轉(zhuǎn)矩。為制動轉(zhuǎn)矩。v若若TL與與n的符號相同（反取正或同取負），則的符號相同（反取正或同取負），則表示表示TL的作用方向與的作用方向與n相反，為制動轉(zhuǎn)矩；若

3、相反，為制動轉(zhuǎn)矩；若TL與與n的符號相反，則表示的符號相反，則表示TL的作用方向與的作用方向與n n相相同，為拖動轉(zhuǎn)矩。同，為拖動轉(zhuǎn)矩。nTTLM、dtdnGDdtgdnGDTTLM375604222舉例舉例v當啟動上升時，當啟動上升時，TM的作用方向與的作用方向與n的方向相的方向相同，故同，故TM的符號與的符號與n的符號相同，同取正；的符號相同，同取正；而而TL的作用方向與的作用方向與n的方向相反，故的方向相反，故TL的符的符號與號與n的符號相同，取正。的符號相同，取正。TM、 TL、n的方的方向如圖（向如圖（a）所示）所示 )(03756022加速dtdnGDdtdnJTTLM啟動加速制動

4、減速舉例舉例v當制動減速時，當制動減速時，TM的作用方向與的作用方向與n的方向相反，的方向相反，故故TM的符號與的符號與n的符號相反，的符號相反，TM取負；而取負；而TL的的作用方向與作用方向與n的方向相反，故的方向相反，故TL的符號與的符號與n的符的符號相同，號相同， TL取正。取正。TM、 TL、n的方向如圖（的方向如圖（b）所示所示 .啟動加速制動減速)(03756022減速dtdnGDdtdnJTTLM四、四、多軸拖動系統(tǒng)的組成多軸拖動系統(tǒng)的組成為了對多軸拖動系統(tǒng)進行運行狀態(tài)的分析，將多軸拖動系為了對多軸拖動系統(tǒng)進行運行狀態(tài)的分析，將多軸拖動系統(tǒng)等效折算為單軸拖動系統(tǒng)。折算的原則是：折

5、算前后系統(tǒng)統(tǒng)等效折算為單軸拖動系統(tǒng)。折算的原則是：折算前后系統(tǒng)總的總的傳輸功率傳輸功率不變。不變。將每一個轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量或?qū)⒚恳粋€轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量或直線運動部分的質(zhì)量都折算到電動機軸上直線運動部分的質(zhì)量都折算到電動機軸上。五、負載轉(zhuǎn)矩的折算 電動機軸角速度上的轉(zhuǎn)矩軸負載轉(zhuǎn)矩折算到電動機電動機軸功率MLMMLMTPTP負載旋轉(zhuǎn)角速度負載轉(zhuǎn)矩負載功率LLLLLLTPTP/5.1 勻速旋轉(zhuǎn)運動勻速旋轉(zhuǎn)運動)()(/速比傳動效率jcjTcTTcTTPPcLMLLLMLLLML五、負載轉(zhuǎn)矩的折算 電動機軸角速度的轉(zhuǎn)矩在電動機軸上產(chǎn)生負載力電動機軸功率MLMMLMFTPTPcFTcTFP

6、PcMLMLML傳動效率)(/運動速度直線運動部件的負載力FFPL/5.2 直線運動直線運動)(55. 9)(55. 9(602/制動，機械拖動電機起動，電機拖動機械電動機轉(zhuǎn)速）MLMLMMMncFTcnFTnn六、轉(zhuǎn)動慣量的折算六、轉(zhuǎn)動慣量的折算2211LLMZjJjJJJ軸的旋轉(zhuǎn)角速度；傳動軸、生產(chǎn)機械運動分別為電動機軸、中間、動軸之間的速度比；電動機軸與生產(chǎn)機械運之間的速度比；電動機軸與中間傳動軸軸上的轉(zhuǎn)動慣量；傳動軸、生產(chǎn)機械運動分別為電動機軸、中間、LMLMLMLMjjJJJ111125. 11 . 12一般LLMZjJJJ6.1 旋轉(zhuǎn)運動折算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量旋轉(zhuǎn)運動折算到電

7、動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量222211MLLMZvmjJjJJJ6.2 直線運動折算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量直線運動折算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量運動部件速度運動部件的質(zhì)量，軸的旋轉(zhuǎn)角速度；傳動軸、生產(chǎn)機械運動分別為電動機軸、中間、動軸之間的速度比；電動機軸與生產(chǎn)機械運之間的速度比；電動機軸與中間傳動軸軸上的轉(zhuǎn)動慣量；傳動軸、生產(chǎn)機械運動分別為電動機軸、中間、mjjJJJLMLMLMLM1111飛輪慣量）折算到電動機軸上的總（方程式）（多軸拖動系統(tǒng)的運動22375ZMZLMGDdtdnGDTT七、機電傳動系統(tǒng)的負載特性定義：電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間定義：電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。

8、的函數(shù)關(guān)系。 公式：公式：)(LTfn 7.1 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性曲線反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性曲線機床加工過程中切削力產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩就是反抗性恒轉(zhuǎn)矩。方向機床加工過程中切削力產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩就是反抗性恒轉(zhuǎn)矩。方向與運動方向相反，總是阻礙運動。與運動方向相反，總是阻礙運動。 TL作用方向始終與速度作用方向始終與速度n的方向相反，反抗性恒轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，反抗性恒轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速n取取相同的符號，相同的符號， n為正，為正，TL為正，特性曲線在第一象限；為正，特性曲線在第一象限；n為負，為負，TL為負，特性曲線在第三象限；為負，特性曲線在第三象限；七、機電傳動系統(tǒng)的負載特性定義：電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)

9、速之間定義：電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。的函數(shù)關(guān)系。 公式：公式：)(LTfn 7.2 位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性曲線位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性曲線 起重機提升重物時重力產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)起重機提升重物時重力產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩就是位能性恒轉(zhuǎn)矩，有可能阻礙運矩就是位能性恒轉(zhuǎn)矩，有可能阻礙運動，也有可能促進運動。電動機拖動動，也有可能促進運動。電動機拖動重物上升時重物上升時TL與與n的方向相反，取正，的方向相反，取正，在第一象限。重物下降時，在第一象限。重物下降時， TL與與n的方的方向相同，取負，在第四象限。向相同，取負，在第四象限。7.37.3 離心式通風機型負載特性曲線離心式通風機型負載特性曲線二次

10、方成正比的負載轉(zhuǎn)矩與nCnTL2虛線表示在有摩擦負載的實際情況7.4 7.4 直線型負載特性曲線直線型負載特性曲線CnTL實驗室中模擬負載用的他勵電動機，當勵磁電流和電樞電阻固定不變時，其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比。7.5 7.5 恒功率型負載特性曲線恒功率型負載特性曲線nCTL車床加工過程中，粗加工時，切削量大，負載阻力大，開低速；精加工時，切削量小，負載阻力小，開高速。切削功率基本不變。即呈現(xiàn)恒功率型機械特性。八八 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義v系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運行；系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運行；v系統(tǒng)受某種外部干擾（如電壓波動、負載系統(tǒng)受某種外部干擾（如電壓波動、負

11、載轉(zhuǎn)矩波動等）使運行速度稍有變化，應(yīng)保證轉(zhuǎn)矩波動等）使運行速度稍有變化，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運行速度。在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運行速度。 九九 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 n電動機的輸出轉(zhuǎn)矩電動機的輸出轉(zhuǎn)矩TM和負載轉(zhuǎn)和負載轉(zhuǎn)矩矩TL大小相等，方向相反，相大小相等，方向相反，相互平衡?；テ胶狻．惒诫妱訖C的機械特異步電動機的機械特性曲線性曲線1 1與生產(chǎn)機械的負載特性與生產(chǎn)機械的負載特性曲線有交點曲線有交點a a，b b。dtdnGDTTLM3752anTTnTaTTTnTTaTTTTnnnTTaTTTaLMLLMMLMMMMMaaLMLLL下降，

12、回到點，上升，干擾消除后，突然減小，。，又回到點減小，直到增大，電動機加速，干攏消除，工作點移到增大，轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)要減速，點，轉(zhuǎn)矩仍工作在電機轉(zhuǎn)速來不及變化，然增加出現(xiàn)干攏，負載轉(zhuǎn)矩突系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點/,:九九 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 n電動機的輸出轉(zhuǎn)矩電動機的輸出轉(zhuǎn)矩TM和負載轉(zhuǎn)和負載轉(zhuǎn)矩矩TL大小相等，方向相反，相大小相等，方向相反，相互平衡?；テ胶?。異步電動機的機械特異步電動機的機械特性曲線性曲線1 1與生產(chǎn)機械的負載特性與生產(chǎn)機械的負載特性曲線有交點曲線有交點a a，b b。dtdnGDTTLM3752aABBnTnTnTnTTTnTTbMLMLMMML段的點

13、進入直到越過繼續(xù)上升，增大，上升，突然減小，電動機停轉(zhuǎn)也減小，直到進一步下降，干擾排除后，減小，下降，初始來不及變化，突然增大，不是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點0:dtdnGDTTLM3752機械特性曲線轉(zhuǎn)速上升，具有向上的排除干擾后，機的轉(zhuǎn)矩增大干擾使轉(zhuǎn)速下降，電動、轉(zhuǎn)速小于平衡點時，機械特性曲線轉(zhuǎn)速下降，具有向下的排除干擾后，機的轉(zhuǎn)矩減小干擾使轉(zhuǎn)速上升，電動、轉(zhuǎn)速大于平衡點時，性曲線有交點線與生產(chǎn)機械的負載特、電動機的機械特性曲的充分必要條件機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行, 03, 021LMLMTTTT2.3 試列出以下幾種情況下系統(tǒng)的運動方程式，并說明系統(tǒng)的運試列出以下幾種情況下系統(tǒng)的運動方程式，并說明系統(tǒng)

14、的運行狀態(tài)是加速、減速還是勻速？（圖中箭頭方向表示轉(zhuǎn)矩的實際行狀態(tài)是加速、減速還是勻速？（圖中箭頭方向表示轉(zhuǎn)矩的實際作用方向）作用方向）答：答：a勻速，勻速，b減速，減速，c減速，減速，d加速，加速，e減速，減速，f勻速勻速答：答： j1=M/1= nM/n1=900/300=32.7 如圖所示，電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量如圖所示，電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量JM2.5kg.m2，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速nM900r/mim；中間傳動軸的轉(zhuǎn)動慣量；中間傳動軸的轉(zhuǎn)動慣量J12kg.m2，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n1300r/mim；生產(chǎn)機械軸的慣量；生產(chǎn)機械軸的慣量JL16kg.m2，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速nL60r/mim。試求折算到電動機軸上的等效