電機(jī)及拖動基礎(chǔ)c08課件

1、第八章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式 電力拖動裝置可分為電動機(jī)、工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備及電源等四個組成部分 在許多情況下，電動機(jī)與工作機(jī)構(gòu)并不同軸，而在二者之間有傳動機(jī)構(gòu)，它把電動機(jī)的運(yùn)動經(jīng)過中間變速或變換運(yùn)動方式后再傳給生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu) 一、運(yùn)動方程式對于直線運(yùn)動 對于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 式中 m與G旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg）與重量（N） r 與D慣性半徑與直徑（m） 轉(zhuǎn)動慣量 單位為 式中 稱為飛輪慣量（ ）， 21、當(dāng)電動機(jī)靜止或等速旋轉(zhuǎn)，電力拖動系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下。2、當(dāng)電力拖動系統(tǒng)處于加速狀態(tài) 3、當(dāng)電力拖動系統(tǒng)處于減速狀態(tài) 二、運(yùn)動方程式中轉(zhuǎn)矩的正負(fù)符號分析運(yùn)動方程

2、式的一般形式 規(guī)定某個轉(zhuǎn)動方向?yàn)檎较?，則轉(zhuǎn)矩T 正向取正，反向取負(fù)；阻轉(zhuǎn)矩Tz 正向取負(fù)，反向取正。 3三、各種形狀旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量的計算 近年來，隨著制造業(yè)自動化程度的提高，各種各樣的機(jī)器人越來越廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)第一線。這一類生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動慣量是機(jī)器人控制系統(tǒng)中的重要參數(shù)。因此，需要計算各種形狀旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量1. 旋轉(zhuǎn)軸通過該物體的重心時，轉(zhuǎn)動慣量可以按以下公式計算：式中，該物體某個組成部分的質(zhì)量； 對質(zhì)量連續(xù)分布的物體用相應(yīng)的定積分計算:42. 旋轉(zhuǎn)軸為不通過該物體重心的任意軸時，這時該旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)動慣量是它圍繞著不通過其重心的任意轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量與它圍繞穿過自身重心且平行于該任意軸線

3、旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量之和 根據(jù)以上方法，可以推導(dǎo)出幾種常見的旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)動慣量的計算方法如下：1以為半徑，以O(shè)為旋轉(zhuǎn)軸線，質(zhì)量為m的旋轉(zhuǎn)小球（小球自身的半徑與相比充分小）的轉(zhuǎn)動慣量：52，圓環(huán)柱體 3，圓柱體自身的中軸線O為旋轉(zhuǎn)軸線 64，長度為L，寬度為d，質(zhì)量為m的長方體 如果寬度d與長度L相比充分小, 則為 5. 長方體的質(zhì)量為m，以O(shè)為旋轉(zhuǎn)軸線 76. 旋轉(zhuǎn)圓錐體 7. 圓柱體（圓桿），轉(zhuǎn)軸垂直于圓桿的軸線且穿過它的重心 88. 圓柱體（圓桿），轉(zhuǎn)軸垂直于圓桿的軸線且距離圓桿一端的距離為d 例8-1，有一個環(huán)形飛輪，其中有一個長方形支架如圖所示。內(nèi)環(huán)直徑為0.8m，外環(huán)直徑為1.2m，圓環(huán)體質(zhì)

4、量為60kg，長方體質(zhì)量為25kg，求出它的飛輪慣量。解：總轉(zhuǎn)動慣量：總飛輪慣量：9第二節(jié) 工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩、力、飛輪慣量和質(zhì)量的折算 以電動機(jī)軸為折算對象，需要折算的參量為：工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩 ，系統(tǒng)中各軸（除電動機(jī)軸外）的轉(zhuǎn)動慣量。對于某些作直線運(yùn)動的工作機(jī)構(gòu)，還必須把進(jìn)行直線運(yùn)動的質(zhì)量及運(yùn)動所需克服的阻力折算到電動機(jī)軸上去 等效折算圖傳動圖10一、工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩 的折算 折算的原則是系統(tǒng)的傳送功率不變 式中， j電動機(jī)軸與工作機(jī)構(gòu)軸間的轉(zhuǎn)速比 如果傳動機(jī)構(gòu)為多級齒輪或帶輪變速，則總的速比應(yīng)為各級速比的乘積。11二、工作機(jī)構(gòu)直線作用力的折算 根據(jù)傳送功率不變 三、傳動機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)飛輪慣量的折算 12

5、四、工作機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動質(zhì)量的折算折算的原則是轉(zhuǎn)動慣量 中及質(zhì)量 中儲存的動能相等，即有（因?yàn)?， ， ， ）例8-2 刨床傳動系統(tǒng)如圖所示。若電動機(jī)M 的轉(zhuǎn)速為n=420r/min，其轉(zhuǎn)子（或電樞）的飛輪慣量工作臺重工件重 各齒輪齒數(shù)及飛輪慣量見表。齒輪8的節(jié)距t8=25.13mm 。求刨床拖動系統(tǒng)在電動機(jī)軸上總的飛輪慣量。13齒輪號12345678齒數(shù)Z2055306430783066飛輪慣量4.1220.109.8128.4018.6041.2024.5063.75 解1）旋轉(zhuǎn)部分14齒輪8轉(zhuǎn)速2）直線運(yùn)動部分工作臺速度3）刨床拖動系統(tǒng)在電機(jī)軸上總的飛輪慣量15第三節(jié) 電動機(jī)和工作機(jī)構(gòu)間速比

6、可變的系統(tǒng)速比 的大小是可變的 由直線運(yùn)動質(zhì)量 在電動機(jī)上反映的加速轉(zhuǎn)矩 ，按照傳送功率不變的原則，為反映在電動機(jī)軸上的阻轉(zhuǎn)矩為：16考慮到 ，則得式中 是由質(zhì)量 在電動機(jī)軸上反映的轉(zhuǎn)動慣量，其值是可變的。對 兩邊求導(dǎo)數(shù)，得則：如果考慮到電動機(jī)與速比可變的變換機(jī)構(gòu)之間還有速比不變的傳動機(jī)構(gòu)，則可得折算到電動機(jī)軸上的全部加速（動態(tài)）轉(zhuǎn)矩為 折算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為17第四節(jié) 考慮傳動機(jī)構(gòu)損耗時的折算方法一、考慮傳動機(jī)構(gòu)損耗的簡化方法 1. 工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩 的簡化折算1）電動機(jī)工作在電動狀態(tài) 2）電動機(jī)工作在發(fā)電制動狀態(tài) 18使用多級傳動時 2. 工作機(jī)構(gòu)直線作用力的簡化折算1）電動機(jī)工作在電

7、動狀態(tài) 2）電動機(jī)工作在發(fā)電制動狀態(tài) 在提升與下放時傳動損耗相等的條件下，下放傳動效率 與提升傳動效率之間有下列關(guān)系 19二、考慮傳動機(jī)構(gòu)損耗的較準(zhǔn)確方法 1. 電力拖動系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下 折算到電動機(jī)軸上的阻轉(zhuǎn)矩 Tz0不考慮傳動損耗時折算到電動機(jī)軸上的阻轉(zhuǎn)矩 T 由于傳動機(jī)構(gòu)的摩擦所引起的附加轉(zhuǎn)矩下放時20 2. 電力拖動系統(tǒng)處于加速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下 在這種情況下，附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0不能認(rèn)為與Tz0成正比，因?yàn)榇藭r傳送通過傳動機(jī)構(gòu)，除了Tz0外，還有慣性轉(zhuǎn)矩。慣性轉(zhuǎn)矩從系統(tǒng)的一個區(qū)段傳送到另一個區(qū)段時，要發(fā)生變化。 等效拖動系統(tǒng)及系統(tǒng)中傳送轉(zhuǎn)矩的變化圖Ti 第i個部件的總摩擦轉(zhuǎn)矩 T0i 第i

8、個部件的空載摩擦轉(zhuǎn)矩 進(jìn)入第i個傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩 21第一個部件的轉(zhuǎn)矩 （即為電動機(jī)轉(zhuǎn)矩 ）傳送到第二個部件上的轉(zhuǎn)矩 傳送到第三個部件上的轉(zhuǎn)矩 22可得 傳送到第四個部件上的轉(zhuǎn)矩 傳送到最后第（m1）個部件上的轉(zhuǎn)矩為 23工作軸的轉(zhuǎn)矩為可整理成如下的形式 與以下電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩式相比較可見24第五節(jié) 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 在運(yùn)動方程式中，阻轉(zhuǎn)矩（或稱負(fù)載轉(zhuǎn)矩）Tz 與轉(zhuǎn)速n 的關(guān)系Tz=f (n) 即為生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性25二、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性 通風(fēng)機(jī)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比 。為反抗性負(fù)載。通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性 屬于通風(fēng)機(jī)負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械有離心式通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等，其中空氣、水、油等介質(zhì)對機(jī)器葉片的阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比。恒功率負(fù)載特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成反比，切削功率基本