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文檔簡介
電力拖動基礎(chǔ)第8章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)8.2典型生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動形式8.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程8.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算8.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算8.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算8.7生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性8.1電力拖動系統(tǒng)的組成
本章主要介紹電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性,對方程式中各參數(shù)的折算方法進(jìn)行分析研究,為學(xué)習(xí)電力拖動拖動的機(jī)械特性與過渡過程等內(nèi)容準(zhǔn)備必要的理論基礎(chǔ)。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.1電力拖動系統(tǒng)的組成拖動:用各種原動機(jī)使生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動,以完成一定的生產(chǎn)任務(wù)。電力拖動:用各種電動機(jī)作為原動機(jī)的拖動方式。電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)控制設(shè)備電源第8.1章電力拖動系統(tǒng)的組成1.電力拖動系統(tǒng)的組成
電力拖動系統(tǒng)由電動機(jī)、工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備及電源四個組成部分。返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室在許多情況下,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)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過中間傳動機(jī)構(gòu)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)。電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)電動機(jī)
工作機(jī)構(gòu)第8.1章電力拖動系統(tǒng)的組成返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室齒輪傳動機(jī)構(gòu)第8.1章電力拖動系統(tǒng)的組成返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)第8.1章電力拖動系統(tǒng)的組成返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室W
系列螺旋平面減速電機(jī)第8.1章電力拖動系統(tǒng)的組成返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室S
系列斜齒輪蝸輪蝸桿減速電機(jī)第8.1章電力拖動系統(tǒng)的組成返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室R
系列斜齒輪減速電機(jī)第8.1章電力拖動系統(tǒng)的組成返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室K
系列斜齒輪傘齒輪減速電機(jī)第8.1章電力拖動系統(tǒng)的組成返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室F系列平行軸斜齒輪減速機(jī)第8.1章電力拖動系統(tǒng)的組成返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室(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……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8.1章電力拖動系統(tǒng)的組成返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.2典型生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動形式1.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)。2.多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)8.2典型生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動形式返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室3.多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動加平移運(yùn)動系統(tǒng)4.多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動加升降運(yùn)動系統(tǒng)8.2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返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程T-TZ=Jd
d
t8.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式以下分析,忽略空載轉(zhuǎn)矩,如考慮,其方向和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反。返回目錄頁※
J——轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2)
——旋轉(zhuǎn)角加速度(rad/s2)
——慣性轉(zhuǎn)矩(N·m),是物體本身所具有的?!鵗——電動機(jī)產(chǎn)生的拖動轉(zhuǎn)矩,即電磁轉(zhuǎn)矩(N﹒m);※TZ——靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行(或d
/dt
=0)時,負(fù)載體現(xiàn)出的阻力轉(zhuǎn)矩(N﹒m);是一個物體施加在另一個物體之上的,即工作機(jī)構(gòu)施加在拖動系統(tǒng)上的。d
d
tJd
d
tJ=m
2黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室※電動狀態(tài)時,T與n
方向相同,TZ與n的方向和運(yùn)動狀態(tài)有關(guān),具體問題具體分析,提升重物時TZ與n的方向相反。TT08.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式電動狀態(tài)n返回目錄頁GnTZGnTZ※
制動狀態(tài)時,T與n
方向相反,TZ與n的方向和運(yùn)動狀態(tài)有關(guān),具體問題具體分析,下放重物時TZ與n的方向相同。TT0制動狀態(tài)n※相對于旋轉(zhuǎn)方向T與TZ有正負(fù)之分。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式T-TZ=Jd
d
t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
n60T-TZ=GD2
d4g
d
t回轉(zhuǎn)直徑(m)=GD2
dn375d
tGD2
dn375d
tT-TZ=返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式GD2
dn375d
tT-TZ=當(dāng)T>TZ時,→n
dnd
t>0→加速的暫態(tài)過程。
當(dāng)T
=TZ時,dnd
t=0穩(wěn)定運(yùn)行。
當(dāng)T<TZ時,→n
dnd
t<0→減速的暫態(tài)過程。
n=0n=
常數(shù)返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室2.單軸電力拖動系統(tǒng)的功率平衡方程T
-TZ
=J
d
d
t()=dd
tJ
2128.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式返回目錄頁電動機(jī)輸出的功率負(fù)載吸收的功率系統(tǒng)動能電動機(jī)輸出的功率負(fù)載吸收的功率系統(tǒng)儲存的動能電動機(jī)輸出的功率負(fù)載吸收的功率P-PZ=J
d
d
t(1)T
>0,
電動機(jī)輸出機(jī)械功率(2)T
<0,電動機(jī)輸入機(jī)械功率即T與Ω方向相同。
——電動狀態(tài)。即T與Ω方向相反。
——制動狀態(tài)。電動狀態(tài)1TTZ制動狀態(tài)1TTZ電動狀態(tài)2TTZ制動狀態(tài)2TTZnnnn黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室(3)TZ
>0,負(fù)載從電動機(jī)吸收機(jī)械功率。(4)TZ
<0,負(fù)載釋放機(jī)械功率給電動機(jī)。(5)P>PZ,(6)P<PZ,
Ω和n不能突變,
即系統(tǒng)不可能具有無窮大的功率。8.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式即TZ
與Ω方向相反。即TZ與Ω方向相同。
,加速狀態(tài),
,減速狀態(tài),否則J
→∞
d
d
t系統(tǒng)動能增加。系統(tǒng)動能減少。返回目錄頁電動狀態(tài)1TTZ制動狀態(tài)1TTZ電動狀態(tài)2TTZ制動狀態(tài)2TTZnnnn黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式3.運(yùn)動方程式中轉(zhuǎn)矩的符號(對復(fù)雜運(yùn)動系統(tǒng))預(yù)先規(guī)定某一轉(zhuǎn)速方向?yàn)閚的正方向(+n,常把正向電動時的旋轉(zhuǎn)方向作為轉(zhuǎn)速的正方向,順時針方向):電磁轉(zhuǎn)矩T:與轉(zhuǎn)速正方向一致取正,反之取負(fù);阻轉(zhuǎn)矩TZ
:與轉(zhuǎn)速正方向一致取負(fù),反之取正;運(yùn)動方程式的一般形式(T
與TZ
為無符號量)返回目錄頁慣性轉(zhuǎn)矩:的大小和正負(fù)號由和的代數(shù)和決定。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式(1)、返回目錄頁TTZn當(dāng)T>TZ時,→n
dnd
t>0→正向加速的暫態(tài)過程。
當(dāng)T
=TZ時,dnd
t=0穩(wěn)定運(yùn)行。
當(dāng)T<TZ時,→n
dnd
t<0→正向減速的暫態(tài)過程。
n=0n=
常數(shù)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式(2)、返回目錄頁TTZn當(dāng)|T|>|TZ|時,→n
dnd
t→正向減速的暫態(tài)過程。
<0>0當(dāng)|T|<|TZ|時,→n
dnd
t→正向加速的暫態(tài)過程。
當(dāng)|T
|=|TZ|時,dnd
t=0穩(wěn)定運(yùn)行。
n=0n=
常數(shù)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.3電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式(3)、返回目錄頁TTZn當(dāng)|T|>|TZ|時,→n
d(-n)d
t→反向加速的暫態(tài)過程。
<0>0當(dāng)|T|<|TZ|時,→n
d(-n)d
t→反向減速的暫態(tài)過程。
當(dāng)|T
|=|TZ|時,d(-n)d
t
=0反向穩(wěn)定運(yùn)行。
n=0n=
常數(shù)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算z1z4z5z2z3z6效等電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)nTZn1n2nZTZ'電動機(jī)等效負(fù)載nTZ8.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算以電動機(jī)軸為折算對象,需要折算的參量有:工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩TZ',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。返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室1.等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩(靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算)等效(折算)原則:機(jī)械功率不變。
TZ=TZ'
tΩΩZ=TZ'j
tTZΩ
t
=TZ'ΩZ
傳動機(jī)構(gòu)的效率傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比8.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算返回目錄頁1).電機(jī)工作在電動狀態(tài)2).電機(jī)工作在發(fā)電制動狀態(tài)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室傳動機(jī)構(gòu)的總轉(zhuǎn)速比
j=j1·j2·
jZΩΩZj=nnZ=
1※j1=nn1=
1
2j2=n1n2=
2
ZjZ
=n2nZ=8.4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(jì)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)返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室等效(折算)原則:動能不變。設(shè)各部分的轉(zhuǎn)動慣量為:12JΩ2
=12Jd
2
12J1
1212JZΩZ28.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算nTZn1n2z1z4z5z2z3z6電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)nZTZ'JdJ1J2JZ++12J2
22
+J
=Jd+J1+J2+JZ
Ω1ΩΩZΩ222Ω2ΩJ
=Jd+J1+J2+JZ
n1nnzn222n2n返回目錄頁2.等效轉(zhuǎn)動慣量(動負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室如果在電動機(jī)和工作機(jī)構(gòu)之間總共還有n
根中間軸,則:j=j1j2···
jn
jZ或:GD2=4gJ8.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算J2j1j2J
=Jd+
+
+J1j1222JZj1j2
jZ222J2j1j2
=Jd+
+
+J1j1222JZj
2J
=Jd+J1+J2+···+Jn
+JZ
n1nnnn2222n2nnZnJ2
(j1j2)J
=Jd+
++···+
+J1j122Jn(j1j2···jn
)2JZj
2返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算
【例10.4.1】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(電動機(jī)),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Jd=0.0765kg·m2,J1=0.051kg·m2,JZ=0.0637kg·m2
。傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率
t=0.9。求:(1)切削功率PZ'
和切削轉(zhuǎn)矩TZ'
;(2)折算成單軸系統(tǒng)后的等效TZ、J
和GD2。解:(1)切削功率Pz
'
和切削轉(zhuǎn)矩Tz
'n
Jd
n1J1z1z4z2z3電動機(jī)車床nZJZz2z1j1===23015z4z3jZ
===1.54530j=j1
jZ
=2×1.5=3njnZ
==r/min=480r/min14403返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.4多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算
d
nZ60PZ'
=F3.14×0.15×48060
=2000×W=7.536kW
TZ'=602PZnZ
=×N·m=150N·m602×3.147536480(2)折算成單軸系統(tǒng)后的等效TZ、J
和GD2TZ=TZ'j
t
=N·m=55.56N·m1503×0.9
J=Jd+
+
J1j12JZj
2
=0.0765+
+kg·m2
=0.0963kg·m2
0.051220.0637
32()GD2=
4gJ=4×9.81×0.0963N·m2
=3.78N·m2
返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算8.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算直線運(yùn)動運(yùn)動方程式(以下按電動機(jī)慣例講解)F—由旋轉(zhuǎn)電動機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的,作用在拖動系統(tǒng)直線運(yùn)動部件上的拖動力(N);
—靜負(fù)載力,系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行()時,負(fù)載體現(xiàn)的阻力(N);
—慣性力,由速度變化引起的加速力(N),質(zhì)量的單位為kg,速度υ的單位為m/s,時間t的單位為s。返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室
目的(1)將平移作用力
Fm
折算為等效轉(zhuǎn)矩TZ
(電機(jī)軸上、靜轉(zhuǎn)矩折算)。
(2)將平移運(yùn)動的質(zhì)量
m折算為等效J或GD2
(電機(jī)軸上、動轉(zhuǎn)矩折算)。1.等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩(靜轉(zhuǎn)矩折算)
等效(折算)原則:機(jī)械功率不變。8.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算返回目錄頁vmFm作用力平移速度432n1工件(m)刨刀齒條齒輪黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算返回目錄頁TZ
t=FmvmvmFm作用力平移速度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TZ=Fmvm
tΩ=Fmvm
tn602
1).電機(jī)工作在電動狀態(tài)時
2).電機(jī)工作在發(fā)電制動狀態(tài)時
TZ
=Fmvm
t′黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室2.等效轉(zhuǎn)動慣量(飛輪矩)(動轉(zhuǎn)矩折算)等效(折算)原則:動能不變。(1)平移運(yùn)動(m)折算成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動8.5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返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室(2)等效到單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量和飛輪矩8.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算12JΩ2
=12Jd
2
12J1
12++12J2
22
+12m
vm
212JΩ2
=
Jd
2+J1
12+J2
22+JmΩ212121212J
=Jd+J1+J2+Jm
Ω1Ω22Ω2ΩJ
=Jd+J1+J2+Jm
n1n22n2n
一般公式:J2
(j1j2)J
=Jd+
++···+
+JmJ1j122Jn(j1j2···jn
)2返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室
【例10.5.1】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TZ和J
。解:
(1)等效TZ
平移作用力
Fm
=
Gm=0.1×1500N=150NvmFm432n1工件(m)刨刀齒條齒輪8.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算TZ=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
Jd
=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
返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室J2
(j1j2)J
=
Jd+
++JmJ1j1220.765
(2.5×2)2
=
2.652+
++0.00502kg·m2
0.7652.52=
2.652kg·m28.5平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室電動機(jī)輸出的機(jī)械功率PZ工作機(jī)構(gòu)的機(jī)械功率Pm
8.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算目的(1)將Gm
折算為等效TZ。
(2)將m折算為等效J。1.等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩(升降力的折算,靜折算)
(1)提升重物
TZ
t↑=GmvmGm電動機(jī)vmz2
z1z4
z3TZ=Gmvm
tΩ=Gmvm
t↑
n602
8.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室8.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算返回目錄頁提升重物時,Gm是阻力,電動機(jī)工作在電動狀態(tài),PZ(電動機(jī)軸輸出功率)>Pm(負(fù)載功率),傳動機(jī)構(gòu)的損耗由電動機(jī)提供
。(2)下放重物下放重物時,Gm是動力,電動機(jī)工作在制動狀態(tài),PZ<Pm,傳動機(jī)構(gòu)的損耗由重物提供
。TZ=GmvmΩ
t
↓=Gmvm
t
↓
n602
TZ
=Gmvm
t
↓黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動化教研室傳動效率:
8.6升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算
t=×100%PmPZ則提升時
t<1
,下放時
t>1。2.等效轉(zhuǎn)動慣量(升降質(zhì)量的折算,動折算)(1)升降運(yùn)動折算成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(到電動機(jī)軸)12JzΩ2
=12m
vm
2JZ
=m
vm
Ω22
=9.3Gm
vm
n22(2)等效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量J2
(j1j2)J
=Jd+
++···+
+JZJ1j122Jn(j1j2···jn
)2返回目錄頁
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