電機(jī)原理及拖動(dòng)第4版習(xí)題及答案（邊春元）第二章思考與習(xí)題解答

思考與習(xí)題解答

2-1什么是電力拖動(dòng)系統(tǒng)？包括哪幾部分？都起什么作用？舉例說(shuō)明。

答：電力拖動(dòng)系統(tǒng)包括以下五個(gè)部分

(1)電源：為拖動(dòng)系統(tǒng)提供能源；

(2)電動(dòng)機(jī)：拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備；

(3)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：將機(jī)能量傳遞給工作機(jī)械；

(4)工作機(jī)構(gòu)：完成生產(chǎn)工藝要求的設(shè)備；

(5)控制設(shè)備：根據(jù)工藝要求，向電動(dòng)機(jī)發(fā)出各種指令。

2-2電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式中T,7；及〃的正方向是如何規(guī)定的？如何表示它們的

實(shí)際方向？

答：電磁轉(zhuǎn)矩T與電機(jī)轉(zhuǎn)向一致為正方向；負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與電磁轉(zhuǎn)矩方向相反為正方向；

電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩方向一致為正方向。它們的實(shí)際方向，可以根據(jù)參考方向加正負(fù)號(hào)來(lái)

表示。

2-3試說(shuō)明GD2與J的概念。它們之間有什么關(guān)系？

答：J是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是物體繞固定軸旋轉(zhuǎn)時(shí)慣性的度量；GD?是系統(tǒng)飛輪力矩，是轉(zhuǎn)

動(dòng)部分重力與回轉(zhuǎn)直徑平方的乘積，作為一個(gè)整體參數(shù)代替轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J進(jìn)行工程計(jì)算，它們

「力2

之間的關(guān)系是：J

4g

2-4從運(yùn)動(dòng)方程式如何看出系統(tǒng)是處于加速，減速，穩(wěn)速或靜止等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？

答：運(yùn)動(dòng)方程式T-”?茲，T-TL=T,,當(dāng)TdX)時(shí)系統(tǒng)加速；當(dāng)Td〈O時(shí)系

375dt

統(tǒng)減速，當(dāng)Td=O時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)速或靜止。

2-5在一個(gè)單軸拖動(dòng)系統(tǒng)中，怎樣判斷系統(tǒng)貯存的動(dòng)能是增加還是減少？

答：系統(tǒng)動(dòng)能變化由TQ和Ti。共同決定，當(dāng)?和Q方向相同時(shí)，如果Q增加則系統(tǒng)動(dòng)

能增加；反之，若Q減小則系統(tǒng)動(dòng)能減小。

2-6多軸拖動(dòng)系統(tǒng)為什么要折算成等效單軸系統(tǒng)？

答：研究多軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，要對(duì)每根軸單獨(dú)寫出運(yùn)動(dòng)方程聯(lián)立求解得出拖動(dòng)系統(tǒng)

的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)很繁瑣，為簡(jiǎn)化分析計(jì)算，將多軸系統(tǒng)折算為等效單軸系統(tǒng)，再按單軸拖動(dòng)系統(tǒng)

的運(yùn)動(dòng)方程式來(lái)分析。

2-7把多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)折算為等效單軸系統(tǒng)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩按什么原則折算？各軸的飛

輪力矩按什么原則折算？

答：負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算原則是：折算前后傳遞的負(fù)載功率不變；飛輪力矩的折算原則是：系

統(tǒng)總動(dòng)能不變。

2-8什么是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩？它與電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩有什么區(qū)別和聯(lián)系？

答：動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩是電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之差；當(dāng)它大于零時(shí)說(shuō)明負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)軸輸

出轉(zhuǎn)矩。

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩用來(lái)克服拖動(dòng)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的慣性，使是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入

穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩即為零。

2-9負(fù)載的機(jī)械特性有哪幾種主要類型？各有什么特點(diǎn)？

答：主要有反抗性負(fù)載和位能性負(fù)載。反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩在任何時(shí)候都與電機(jī)轉(zhuǎn)向相反;

位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向始終不變。

2-10試求出某拖動(dòng)系統(tǒng)（教材57頁(yè)，圖2-13）以1，〃/的加速度提升重物時(shí)，電動(dòng)

機(jī)應(yīng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩?折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩'"”=195N.m,折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系

統(tǒng)（包括卷筒）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=2奴,卷筒直徑D=0.4m,減速機(jī)的速比j=2.57.計(jì)算時(shí)忽

略電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩。

解：設(shè)物體提升速度V'

1

?.?卷筒線速度v=2v'，則包=2電■=2a=2mls

dtdt

卷筒轉(zhuǎn)速〃,“=?"口，則也60dv60

=-------=----?z.

dt7lDdt7lD

dn/%=2.57x95.5/s

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=jnm,貝II—=

dtdt

T=T+也也;,4x9.81x2

=195+----------x245.4=246N-m

紳"375dt375

答：忽略空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)產(chǎn)生246N?m電磁轉(zhuǎn)矩。

2-11試求圖2-14所示（教材57頁(yè)）拖動(dòng)系統(tǒng)提升或下放罐籠時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)軸上

的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及折算到電動(dòng)機(jī)上的拖動(dòng)系統(tǒng)升降運(yùn)動(dòng)部分的飛輪力矩，已知罐籠的質(zhì)量

也=300依，重物的質(zhì)量m=1000依，平衡錘的質(zhì)量，%=600依，罐籠提升速度

v,?=1.5m/5,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速〃=980r/min，傳動(dòng)效率%=0.85。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及卷筒的飛輪力

矩略而不計(jì)。

解：（1）根據(jù)折算后功率不變?cè)瓌t：工呻Q=G,/m

考慮傳動(dòng)效率有：Z”,0=9.55G,“二其中：n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速980r/min

合成后負(fù)載重力G,“=(?+加一勺,)g=(300+1000-600)x9.81=6867N

折算到電動(dòng)機(jī)軸上Tniea=9.55G,,,上―=9.55x6867———=1187V-m

Mmi，980x0.85

(2)根據(jù)折算前后系統(tǒng)動(dòng)能不變?cè)瓌t，升降部分折算到電機(jī)軸上等效飛輪力矩

G￡),L=365G,”(%了=365x6867x(―)2=5.87N?m2

miqn980

2-12如圖2-5所示的龍門刨床，已知切割力工廠2000N。切削速度匕,=10m/min,傳動(dòng)效

率〃0=0.8,工作臺(tái)質(zhì)量加7=3000煙，工件質(zhì)量肛.=600處,工作臺(tái)與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)

〃=0.1;齒輪8的直徑4=500mm；傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)為Z]=15,Z2=47,Z3=22,Z4=58,Z5=18,

Z6=58,Z7=14,

Zg=46;齒輪的飛輪力矩GO?]=3.1M/〃2,GD；=152N7n),GD；=8N.m：

GD：=24N2,GD；=14Nm2,G￡＞；=38N?〃/,GD；=26N-m2,GD；=42Nm2,

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的飛輪力矩GO」=200N.m2。試求：

(1)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪力矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩(包括切削轉(zhuǎn)矩及摩擦轉(zhuǎn)矩兩部分)：

(2)切削時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出的功率。

解:傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各級(jí)速比為7=：*胃人羨=||比

Zg__46_?4_

z714nf

vJ=7；^=87.46

v10

n=——=-----=3.67r/min

Ff

TIDS3.14X0.5

/.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=jnf=87.46x6.37=557r/min

（1）T,=9.55改+組+犯"）g=19.767V一

nrje

平移部分折算到電機(jī)軸上的飛輪力矩為

GD；=365^4-=365敢%+”?）匕；=iA5N-m2

rTn

系統(tǒng)總的等效飛輪力矩為

GR=GD；+3^+處華+西理+零+GD，=736N-席

"j,2（工爐（./U2J3）2J2Q

19.75x557

（2）p=1.15Aw

2—9550-—9550

2T3某拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2-16所示（教材57頁(yè)）。根據(jù)工藝要求，生產(chǎn)機(jī)械軸

平均加速度必須為力，“/力=3r/（min.s）,但按現(xiàn)有的傳動(dòng)系統(tǒng)加速度過(guò)大。為此用增加飛

輪的辦法來(lái)減少起動(dòng)加速度，現(xiàn)只有一個(gè)飛輪，其飛輪力矩為G￡>2=625Mn2。問(wèn)將此飛

輪裝在哪根軸上才能滿足要求？圖中各軸的飛輪力矩及轉(zhuǎn)速如下：

GD：=80N.m2,n,=2500r/min;

22

GD2=250N.m,n2=1000r/min;

GD；=750N.m~,n3=500r/min;

負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm=100N.m,電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T=30N.m,不計(jì)電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩To

解：方法一，折算到電機(jī)軸上。

GD2dn

系統(tǒng)等效運(yùn)動(dòng)方程：T-“不了

系統(tǒng)總速比/=".衛(wèi)=5

T100

折算到電動(dòng)機(jī)軸上等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tmea=華?——=20N.m

J5

,?*n-jn：.—==5x3=15r/(min.s)

dtdt

375

GDgf).

/dt

=(30-20)x375/15=250M/

設(shè)x為加裝飛輪力矩的軸速比

G必=G邛+GD；//+GD；/./2+GZ)2/X2

250=80+250/2.52+750/52+625/x2

Vx=2.5.?.應(yīng)GOz加在中間軸上。

方法二，折算到負(fù)載軸上的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩Teg

Teq=7j=30x5=150N.m

滿足器=3r/min.s時(shí)系統(tǒng)等效飛輪力矩G%

GD。,

(150-100)=.一'&x3GCrq=6250N.m

不加飛輪時(shí)折算到負(fù)載軸上的系統(tǒng)總飛輪力矩GO；"

G/=(2)+(與+GO；+G》/=80x(鏢了+250x+750=3750N.蘇

ruru400500

與G%的差值為G叱八一G%=6250-3750=2500Nn

現(xiàn)有飛輪的飛輪力矩GD1,=625N.m<2500N.相。故裝在負(fù)載軸上不能滿足要求。

將飛輪裝在2軸上，其飛輪力矩折算到負(fù)載軸的值為

GD；,=Gr>；(—)2625x(US)2=2500N.m,可滿足要求，，應(yīng)加在中間軸上。

皿「173500

2-14一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)，其傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2T7所示(教材58頁(yè))，其各部分的數(shù)據(jù)如下:

Z1=20,GD；=1N.m2；

Z?=100?GD^=6N.nr；

22

Z3=30,GD3=3N.m；

2

Z4=124,GD4=1ON.nT；

2

Z5=25,GD；=8N.m；

22

Z6=92,GD6=14N.Z?7?

卷筒直徑d=0.6m,質(zhì)量啊=130kg,卷筒回轉(zhuǎn)半徑p與r之比p/r=0.76,重物質(zhì)量m=6000

kg，

吊鉤和滑輪的質(zhì)量”,=200依，重物提升速度%,=120m/min,每對(duì)齒輪的傳動(dòng)效率/z=0§5,

滑輪的傳動(dòng)功率%z=0.97,卷筒回轉(zhuǎn)效率=0.96,卷筒效率〃萬(wàn)=0.96,略去鋼繩的質(zhì)量。

22

電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)為Ev=20kW,nN=950r/min,GDR=2IN.m?試求：

（1）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪力矩；

（2）以匕“=120m/min提升和下放重物時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

解：各級(jí)速比>=Z2/4=100/20=5

j2=Z4/Z3=124/30=4.13

j,=Z6/Z5=92/25=3.68

卷筒回轉(zhuǎn)半徑p=0.76r=0.76x-=0.76x—=0.228m

22

卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=m7p1=130x0.2282=6.76^/n2

卷筒飛輪力矩GZ^=4gJ=4x9.81x6.76=265N-m2

提升部分重力G,"=（加+m?）g=（600。+200）9.8l=