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类型大学精品课件:机电传动第二章.ppt

  • 上传人(卖家):金钥匙文档
  • 文档编号:431412
  • 上传时间:2020-04-04
  • 格式:PPT
  • 页数:36
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    关 键  词:
    大学 精品 课件 机电 传动 第二
    资源描述:

    1、,第二章 机电传动系统的动力学基础,1、掌握机电传动系统的运动方程式及其含义;,4、了解机电传动系统稳定运行的条件,并能用它来分析系统的稳定平衡点。,2、掌握多轴拖动系统中转矩折算的基本原则和方法;,3、了解几种典型生产机械的负载特性;,本章要求:,本章的知识点,运动学方程 转动惯量的概念及计算 惯性矩的概念 负载转矩的折算 稳定运行的条件。,机电传动系统是一个由电动 机拖动、并通过传动机构带动生产机械运转的机电运动的动力学整体。尽管电动机种类很多、机械特性各异,生产机械的负载性质也各不相同,但从动力学的角度来看,都服从动力学的统一规律。,下面首先分析机电传动系统的运动方程式,然后分析机电传动

    2、系统稳定运行的条件 。,2.1 运动方程式 单轴机电传动系统如图所示:,2 动力学基础,生产机械,M,+TL,+,+TM,+TL,TM,传动系统图,转矩、转速的正方向,+TL,(2.1) 或 (2.2) 式中:J转动惯量( ) GD2飞轮惯量(飞轮转矩) g = 9.81 m/s2,TM电动机产生的转矩; TL单轴传动系统的负载转矩; 单轴传动系统的角速度; t时间; D惯性直径; 惯性半径。,4g*60/2=375,2.1.1 单轴拖动系统的运动方程式,转动惯量J的概念及计算,J=r dm dm=2rdr J= 2rdr = R4 /2 飞轮的设计就是根据这一公式把质量尽量放在边缘。,旋转物

    3、体保持原来运动状态的能力,不但与质量m成正比,还与质心到旋转中心的距离平方成正比,我们把这种影响旋转物体运动状态改变的物理量称为转动惯量。,J=m1r1+ m2r2+ m3r3+ + miri = J1 +J2 +J3+ +Ji J=miri= Ji,2、当TM大于TL作加速运动,称为拖动。 ddt0 3、当TM小于TL作减速运动,称为制动。ddt0,静态与动态,1、当TMTL时,n常数,dndt0,或=常数ddt0,我们称这种运动状态为静态(相对静止状态)或稳态(稳定运转状态)。,当TMTL时,根据牛顿第二定律,速度(n或)就要变化, ddt0,系统处于加速或减速的运动状态称为动态。,2.1

    4、.2 动态转矩Td (使系统的运动状态发生变化的转矩) 或,注: 当动态转矩Td = 0时,电动机转矩TM =负载转矩 TL ,系统处于静态或稳态,静态转矩TL也称为稳态转矩。即稳态时,电动机发出转矩的大小,仅由电动机所带的负载(生产机械)所决定。,电动机所产生的转矩在任何情况下,总是由轴上的负载转矩(即静态转矩)和动态转矩之和所平衡。,2.1.3 转矩方向的确定 (电动机的转速、转矩及负载转矩都是向量,有必要规定它们的方向。) 1) TM与n方向一致 TM取“+”号(拖动转矩TM) TL与n方向相反 TL取“+”号(制动转矩TL) 2) TM与n方向相反 TM取“-”号(制动转矩TM) TL

    5、与n方向一致 TL取“-”号(拖动转矩TL),M,+,+TM,+TL,转矩、转速的方向,M,+,-TM,-TL,2.1.4 举例(如提升机),1) 启动 (加速, ) 2) 制动 (减速,直到停止),2.2 多轴拖动系统的转矩折算,电动机的转速通常较高不能满足许多生产机械要求较低转速的需要,另外电动机的转矩较小,需要进行放大。,电动机与生产机械之间就得装设减速机构,如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆、皮带等减速装置。,因此实际的拖动系统多数为多轴拖动系统。,2.2 多轴拖动系统的转矩折算,为了便于分析,通常将各转动部分的转矩和转动惯量(或直线运动的质量)都折算到电机输出轴上。再按单轴传动的运动方程进行分析

    6、。 折算的基本原则:是折算前的多轴系统与折算后的单轴系统的能量或功不变。,2.2.1 负载转矩折算( 为静态转矩) 根据静态时功率守恒原则,则,1) 旋转运动 传动效率 故 折算到电动机轴上的负载转矩 为 (速比 ),减速机构有力矩放大作用,放大倍数等于减速比。,例:TL=100Nm;jL=5;TM=TL=20Nm,2) 直线运动 传动效率 而 故,注意: 如果生产机械拖动电动机旋转(如卷扬机构下放重物时,电动机处于制动状态),则 故,9.55 = 60/2,2.2.2 转动惯量和飞轮转矩折算 根据动能守恒原则,则,动能=(J2)/2,1) 旋转运动,折算到电机轴上的等效转动惯量JZ 为,(

    7、, ) (2.3),折算到电机轴上的等效飞轮转矩 GDZ2为,(2.4),式(2.4)改为: (取1.11.25),当速比j1较大时,中间轴转动惯量折算到电机轴上所占的比例较小,为便于计算,可适当加大电机轴的转动惯量,而忽略中间轴的转动惯量,2) 直线运动,3) 多轴拖动系统的运动方程式,注意:365 365=(60/)2,注意:375,GDZ2是折算到电机输出轴上的惯性矩,式中的G分别是各轴的重量 应有下标1、2、L等,2.3 生产机械的机械特性 2.3.1 定义 同一转轴上负载转矩和转速之间的函数关系,称为机械特性。,2.3.2 分类,1) 恒转矩型机械特性(TL为常数),(b) TL为位

    8、能转矩时, l 作用方向恒定,与运动方向无关 l 符号有时为正,有时为负 l 如:卷扬机起吊重物等,(a) TL为反抗转矩(摩擦转矩)时, l 恒与运动方向相反,阻碍运动 l 符号总是正的 l 如:输送机械、金属切削机床(切削力)等,TL,n,0,图2.4两种恒转矩型机械特性,-TL,TL,n,0,(a)反抗转矩,(b) 位能转矩,2) 恒功率型机械特性(P为常数),TL = C / n (C为常数) 或 P = TL n = C 如:车床加工 粗加工(切削量大)低速 精加工(切削量小)高速,T,n,0,图2.7恒功率型机械特性,3) 离心式通风机型机械特性,如:离心式鼓风机、水泵等(离心力原

    9、理) TL = C n2 实际上, TL = T0 + C n2,与容积式泵不同,(进、出口是完全隔离的)离心泵进、出口是不密封的,仅靠叶轮阻隔,流体一方面从出口流出,另一方面,有相当部分的流体从出口通过叶轮泄漏回进口,速度越高,泄漏越少,负载急剧上升,负载随着转速增加而增加。亦称为抛物线型负载。,T,n,0,图2.5离心式通风机型机械特性,4) 直线型机械特性 如:他励直流电动机(模拟负载) TL = C n,5) 其它机械特性 如:带曲柄连杆机构的生产机械TL随转角而变化; 球磨机、碎石机等生产机械TL随时间作无规律的随机变化。,T,n,0,图2.6直线型机械特性,2.4 系统稳定运行条件

    10、 2.4.1 基本要求 系统稳定运行,即电动机的机械特性与生产机械的机械特性配合好。,2.4.2 稳定运行的含义 1) 系统匀速运转 2) 在干扰消除后,系统恢复到原运行速度,2.4.3 稳定运行的条件 ,,1) 必要条件 TM = TL ,方向相反;两特性曲线有 交点a和b(即系统平衡点)。 2) 充分条件 系统有稳定平衡点(即a点)。,l n n a ,TM TL ,即n(干扰), 消除后TM - TL 0,加速,稳定工作点的判别,n,n,na,na,a,a,a,M,M,M=TL,例如:异步电动机拖动直流他励发电机的工作状态。,b点是稳定平衡点。 ( n n b ,TM TL),n,n=f

    11、(TM),n=f(TL),n0,异步电动机拖动直流他励发电机工作时的特性,TL,TL,TM,TM,2.4.4 机电传动系统的过渡过程,机电传动系统有两种可能的运行状态, 静态(稳态)和动态(暂态)。过渡过 程:是指机电系统由一种稳定工作状 态变化到另一稳定工作状态的过程。,2.4.4 机电传动系统的过渡过程,一、 引起工作状态变化的因素: 1、 给定发生变化(根据工作要求人为改变 给定,例如:加速、减速、停机等); 2、 负载波动(切削力突变); 3、 外界干扰(如电压波动);,二、 机电传动系统的一般要求:,1、 过渡过程尽可能短(响应要快); 2、 尽可能无超调、无静差; 3、 速度稳定波

    12、动小。,三、影响机电系统过渡过程的因素: 1、 机械惯性,使速度不能突变; 2、 电磁惯性(电感、电容等储能元件影响电压、电流的变化); 3、热惯性(主要影响电阻和磁导率的变化)(影响较小一般可不考虑)。 一般的机电系统,与机械惯性相比,电磁惯性要小得多,因此通常只考虑机械惯性的影响。,根据机电系统的动态方程: ,要取得大的dn/dt:,四、 提高机电系统的动态响应的措施,1、 选取力矩大且过载能力大的电机以获得大的TM;(过载能力大意味着T max/ GD2大);,2、 减小电机及负载的GD2,电机转子及执行机构尽可能做成细长型;,4、 选取合适的减速比。当折算到电机输出轴的等效转动惯量J/等于电机的转动惯量JM时,系统响应最快。对单级减速机构,j=(J/JM)1/2 ,J为负载的转动惯量。,3、 选用效率高的中间减速机构减小TL如用滚珠丝杆代替普通丝杆,用滚动代替滑动等,并且尽量缩短传动链,减少传动级数以提高效率。,5、选取合适的PID控制参数或控制算法(神经网络控制、模糊控制、自适应控制等)。,作业: 第五版:P19 2.3、 2.7、2.8、2.11,第二章结束,第四版:P13 2.3、 2.7、2.8、2.11,

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