第11章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)課件

第11章電力拖動系統(tǒng)

的動力學(xué)基礎(chǔ)11.1電力拖動系統(tǒng)的組成11.2典型生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動形式11.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程11.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算11.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算*11.7電力拖動系統(tǒng)的暫態(tài)過程11.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算第11章電力拖動系統(tǒng)

的動力學(xué)基礎(chǔ)11.1電力拖動系統(tǒng)的組成11.2典型生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動形式11.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程11.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算11.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算*11.7電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程11.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算電機(jī)與拖動返回主頁第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.1電力拖動系統(tǒng)的組成

拖動：原動機(jī)帶動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動。電力拖動：用電動機(jī)作為原動機(jī)的拖動方式。1.電力拖動系統(tǒng)的組成電動機(jī)傳動機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)控制設(shè)備電源2.電力拖動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。(2)電動機(jī)類型多、規(guī)格全，具有各種特性，能滿足各種生產(chǎn)機(jī)械的不同要求。第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)(3)電動機(jī)損耗小、效率高、具有較大的短時過載能力。(4)電力拖動系統(tǒng)容易控制、操作簡單、便于實(shí)現(xiàn)自動化。3.應(yīng)用舉例精密機(jī)床、重型銑床、初軋機(jī)、高速冷軋機(jī)、高速造紙機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵……11.1電力拖動系統(tǒng)的組成第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.2典型生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動形式一、單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)等所有運(yùn)動部件均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。二、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)三、多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動加平移運(yùn)動系統(tǒng)四、多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動加升降運(yùn)動系統(tǒng)11.2典型生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動形式電動機(jī)

工作機(jī)構(gòu)

電動機(jī)

G第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程T2－TL=Jd

d

t※

J——轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）

——旋轉(zhuǎn)角加速度（rad/s2）

——慣性轉(zhuǎn)矩（N·m）

T2=T－T0※電動狀態(tài)時，T0與T

方向相反，T2＞0，T0＞0。制動狀態(tài)下放重物時，T0與T

方向相同，T2＞0，T0＜0。第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)d

d

tJd

d

t

電動狀態(tài)T2T0

制動狀態(tài)下放重物T2T0

正方向第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式T－TL=Jd

d

t忽略T0，則飛輪矩(N·m2)因?yàn)?/p>

J=m

2Gg=D2（）2GD24g=旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg）回轉(zhuǎn)半徑(m)2

n60T2－TL=GD2

d4g

d

t回轉(zhuǎn)直徑(m)※對于均勻?qū)嵭膱A柱體，

與幾何半徑R的關(guān)系為R2

==GD2

dn375d

tGD2

dn375d

tT2－TL=第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式GD2

dn375d

tT－TL=忽略T0，有

當(dāng)T2＞TL時，→n

dnd

t＞0→加速的瞬態(tài)過程。

當(dāng)T2=TL時，dnd

t=0穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)T2＜TL時，→n

dnd

t＜0→減速的瞬態(tài)過程。n=0n=

常數(shù)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)負(fù)載吸收的功率1.T2

＞0，電動機(jī)輸出機(jī)械功率2.T2

＜0，電動機(jī)輸入機(jī)械功率二、單軸電力拖動系統(tǒng)的功率平衡方程T2

－TL

=J

d

d

t（）=dd

tJ

212電動機(jī)輸出的功率系統(tǒng)動能P2－PL=J

d

d

t11.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式即T2

與Ω方向相同。

——電動狀態(tài)。即T2

與Ω方向相反。

——制動狀態(tài)。

電動狀態(tài)1T2TL

制動狀態(tài)1T2TL電動狀態(tài)2T2TL制動狀態(tài)2T2TL第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)3.TL

＞0，負(fù)載從電動機(jī)吸收機(jī)械功率。4.TL

＜0，負(fù)載釋放機(jī)械功率給電動機(jī)（拖動系統(tǒng)）。5.P2＞PL，6.P2＜PL，

Ω和n不能突變，

即系統(tǒng)不可能具有無窮大的功率。11.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式

即TL

與Ω方向相反。即TL與Ω方向相同。

，加速狀態(tài)，

，減速狀態(tài)，否則J

→∞

d

d

t

電動狀態(tài)1T2TL

制動狀態(tài)1T2TL電動狀態(tài)2T2TL制動狀態(tài)2T2TL系統(tǒng)動能增加。系統(tǒng)動能減少。第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算z1z4z5z2z3z6效等一、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩等效（折算）原則：機(jī)械功率不變。

TL=Tm

tΩm

ΩL=Tmj

t第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)nTLn1n2nmTm電動機(jī)等效負(fù)載nTLTLΩ

t=TmΩm

傳動機(jī)構(gòu)的效率傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

傳動機(jī)構(gòu)的總轉(zhuǎn)速比

j=j1·j2·jmΩΩmj=nnm=

1※j1=nn1=

1

2j2=n1n2=

2

m

jm

=n2nm=11.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算

常見傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比的計算公式：(1)齒輪傳動n1n2j=z2z1=(2)皮帶輪傳動n1n2j=D2D1=(3)蝸輪蝸桿傳動n1n2j=z2z1=齒輪的齒數(shù)皮帶輪的直徑蝸輪的齒數(shù)蝸桿的頭數(shù)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)二、等效轉(zhuǎn)動慣量（飛輪矩）等效（折算）原則：動能不變。設(shè)各部分的轉(zhuǎn)動慣量為：12JΩ2

=12JR

2

12J1

1212JmΩm211.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算nTLn1n2z1z4z5z2z3z6電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)nmTmJRJ1J2Jm＋＋12J2

22

＋J

=JR＋J1＋J2＋Jm

n1nnmn222n2nJ

=JR＋J1＋J2＋Jm

Ω1ΩΩmΩ22

2Ω2Ω第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)如果在電動機(jī)和工作機(jī)構(gòu)之間總共還有n

根中間軸，則:j=j1j2···jnjm或:GD2=4gJ11.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算J2j1j2J

=JR＋

＋

＋J1j1222Jmj1j2jm222J2j1j2

=JR＋

＋

＋J1j1222Jmj

2J

=JR＋J1＋J2＋···＋Jn

＋Jm

n1nnnn2222n2nnmnJ2

(j1j2)J

=JR＋

＋＋···＋

＋J1j122Jn(j1j2···jn

)2Jmj

2第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算【例11.4.1】某車床電力拖動系統(tǒng)，傳動機(jī)構(gòu)為齒輪組（如圖示），經(jīng)兩級減速后拖動車床的主軸，已知n=1440r/min，切削力F=2000N，工件直徑d=150mm，各齒輪的齒數(shù)為z1=15，z2=30，z3=30，z4

=45，各部分的轉(zhuǎn)動慣量JR=0.0765kg·m2，J1=0.051kg·m2，Jm=0.0637kg·m2

。傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率

t=0.9。求：(1)切削功率Pm

和切削轉(zhuǎn)矩Tm；(2)折算成單軸系統(tǒng)后的等效TL、JL和GD2。解：(1)切削功率Pm

和切削轉(zhuǎn)矩TmnJR

n1J1z1z4z2z3電動機(jī)車床nmJmz2z1j2===23015z4z3jm

===1.54530j=j1

jm

=2×1.5=3njnm

==r/min=480r/min14403第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算

d

nm60Pm

=F3.14×0.15×48060

=2000×W=7.536kW

TN

=260Pmnm

=×N·m=150N·m602×3.147536480(2)折算成單軸系統(tǒng)后的等效TL、JL和GD2TL=Tmj

t

=N·m=55.56N·m1503×0.9

J=JR＋

＋

J1j12Jmj

2

=0.0765＋

＋kg·m2

=0.0963kg·m2

0.051220.0637

32()GD2=

4gJ=4×9.81×0.0963N·m2

=3.78N·m2

第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

目的將平移作用力Fm

折算為等效轉(zhuǎn)矩TL

。將平移運(yùn)動的質(zhì)量m折算為等效J或GD2

。一、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩等效（折算）原則：機(jī)械功率不變。

TL

t=Fmvm11.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算vmFm

作用力

平移速度第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)432n1工件(m)刨刀齒條齒輪

電動機(jī)輸出的機(jī)械功率

切削功率TL=Fmvm

tΩ=Fmvm

tn602

第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)二、等效轉(zhuǎn)動慣量（飛輪矩）等效（折算）原則：動能不變。1.平移運(yùn)動折算成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動11.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算vmFm

作用力

平移速度432n1工件(m)刨刀齒條齒輪12JmΩ2

=12m

vm

2Jm

=m

vm

Ω22Gmgvm

n2Jm

=

602

22

=9.3Gm

vm

n22第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)2.等效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量和飛輪矩11.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算12JΩ2

=12JR

2

12J1

12＋＋12J2

22

＋12m

vm

212JΩ2

=JR

2＋J1

12＋J2

22＋JmΩ212121212J

=JR＋J1＋J2＋Jm

Ω1Ω22Ω2ΩJ

=JR＋J1＋J2＋Jm

n1n22n2n

一般公式：J2

(j1j2)J

=JR＋

＋＋···＋

＋JmJ1j122Jn(j1j2···jn

)2第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)【例11.5.1】有一大型車床，傳動機(jī)構(gòu)如圖示。已知：刀架重：Gm

=1500N

移動速度：vm=0.3m/s刀架與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)：

=0.1電動機(jī)：n=500r/min，

JM=2.55kg·m2齒輪1：z1=20，Jz1=0.102kg·m2齒輪2：z2=50，Jz2=0.51kg·m2齒輪3：z3=30，Jz3=0.255kg·m2齒輪4：z4=60，Jz4=0.765kg·m2傳動機(jī)構(gòu)：

t=0.8求:電動機(jī)軸上的等效TL和J

。

解:

(1)等效TL

平移作用力

Fm

=

Gm=0.1×1500N=150NvmFm432n1工件(m)刨刀齒條齒輪11.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算TL=Fmvm

tn602

=×N·m=1.075N·m606.28150×0.30.8×500(2)等效轉(zhuǎn)動慣量Jz2

z1j1=50

20

==2.5z4

z3j2=60

30

==2

JR=JM＋Jz1

J1=Jz2＋Jz3J2=Jz4

=

(2.55＋0.102)kg·m2

=2.652kg·m2

=(0.51＋0.255)kg·m2

=0.765kg·m2

=0.765kg·m2

Jm

=9.3Gm

vm

n22

=9.3×kg·m2

1500×0.32

5002=0.00502kg·m2

第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)J2

(j1j2)J

=JR＋

＋＋JmJ1j1220.765

(2.5×2)2

=

2.652＋

＋＋0.00502kg·m2

0.7652.52=

2.652kg·m211.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

電動機(jī)輸出的機(jī)械功率PL工作機(jī)構(gòu)的機(jī)械功率Pm

11.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算

目的將Gm

折算為等效TL。將m折算為等效J。一、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩（升降力的折算）

TL

t=Gmvm第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)Gm電動機(jī)vmz2

z1z4

z3

提升重物時，Gm是阻力，電動機(jī)工作在電動狀態(tài)，PL＞Pm；下放重物時，Gm是動力，電動機(jī)工作在制動狀態(tài)，PL＜Pm。TL=Gmvm

tΩ=Gmvm

tn602

第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

傳動效率：11.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算

t=×100%PmPL則提升時

t＜1

，下放時

t＞1。二、等效轉(zhuǎn)動慣量（升降質(zhì)量的折算）1.升降運(yùn)動折算成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動12JmΩ2

=12m

vm

2Jm

=m

vm

Ω22

=9.3Gm

vm

n222.等效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量J2

(j1j2)J

=JR＋

＋＋···＋

＋JmJ1j122Jn(j1j2···jn

)2第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)abcdefgh

電動機(jī)蝸桿蝸輪齒輪齒輪卷筒導(dǎo)輪重物雙頭2010400.150.0250.400.07581.251.25100000.10.111.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算【例11.6.1】某起重機(jī)的電力拖動系統(tǒng)如圖示。各運(yùn)動部件的的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

編號

名稱齒數(shù)轉(zhuǎn)動慣量J/kg·m2重力G/N直徑d/m傳動效率

t=0.8，提升速度vm=9.42m/s。試求電動機(jī)的轉(zhuǎn)速na以及折算到電動機(jī)軸上的等效TL和J。dnabafgcehvm第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算

解:

(1)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速na

卷筒和導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速

nf=ng

=vm

dg

=

r/min=30r/min

9.42

3.14×0.1

轉(zhuǎn)速比zc

zbj1=20

2

==10ze

zdj2=40

10

==4轉(zhuǎn)速na

na=nb

=j1

j2nf=10×4×30

r/min=1200

r/mindnabafgcehvm第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)dnabafgcehvm(2)求等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL

TL=Gmvm

tn602

=×N·m=937N·m606.2810000×9.420.8×1200(3)求等效轉(zhuǎn)動慣量J

JR=Ja＋Jb

J1=Jc＋JdJ2=Je＋Jf＋Jg=(8＋1.25＋1.25)kg·m2=10.5kg·m2

=

(0.15＋0.025)kg·m2

=0.175kg·m2

=(0.4＋0.075)kg·m2

=0.475kg·m2

11.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)11.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算

Jm

=9.3Gm

vm

n22

=9.3×kg·m2

10000×9.422

12002=5.73kg·m2

dnabafgcehvmJ2

(j1j2)J

=JR＋

＋＋JmJ1j12210.5

(10×4)2

=

0.175＋

＋＋5.73kg·m2

0.475102=

5.916kg·m2第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)傳動機(jī)構(gòu)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

更多的圖片第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)W

系列螺旋平面減速電機(jī)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

更多的圖片第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)S

系列斜齒輪蝸輪蝸桿減速電機(jī)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

更多的圖片第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)R

系列斜齒輪減速電機(jī)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

更多的圖片第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)K

系列斜齒輪傘齒輪減速電機(jī)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

更多的圖片第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)F系列平行軸斜齒輪減速機(jī)第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

更多的圖片第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)蝸輪蝸桿第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

更多的圖片第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)*11.7電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程

機(jī)械慣性由于J（GD2）的存在，使

n不能躍變。

電磁慣性由于Lf

的存在，使

if

不能躍變。由于La

的存在，使

ia

不能躍變。第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

熱慣性機(jī)械慣性與電磁慣性產(chǎn)生機(jī)電瞬態(tài)過程。只考慮機(jī)械慣性時的順態(tài)過程稱為機(jī)械瞬態(tài)過程。第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

他勵直流電動機(jī)的機(jī)械瞬態(tài)過程1.轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律*11.7電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程n=n0－γTGD2375

=γ

dnd

t

＋n=nS※機(jī)械瞬態(tài)過程的時間常數(shù)：=Ra

GD2375CECTΦ2T－TL=dnd

tGD2375=n0－γ(＋TL)dnd

tGD2375γ＋n=n0－γTLdnd

tGD2375※

轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值：

nS=n0－γTL=nLt

n=nS＋(ni－nS)e－初始值第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)*11.7電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程微分方程的通解：t

n=nL＋(ni－nL)e－2.電磁轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律