机电一体化系统设计.ppt

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1、机电一体化系统设计第六章机电一体化系统——机电有机结合分析与设计等效转动惯量的计算讲授：戴小标机械与能源工程系机电一体化系统设计第六章机电一体化系统——机电有机结合分析与设计6.1机电一体化系统的稳态与动态设计内容和考虑的方法6.2机电有机结合之一——机电一体化系统的稳态设计考虑方法6.2.1典型负载分析一、典型负载二、负载的等效换算1、等效转动惯量的计算2、负载转矩的等效换算6.2.2执行元件的匹配选择………………………………6.3机电有机结合之二——机电一体化系统的动态设计考虑方法6.4机电一体化系统的可靠性设计等效转动惯量的计

2、算说课学情分析关键词等效转动惯量机电一体化系统设计：第六章机电一体化系统稳态设计与分析——负载分析（执行元件选择与校核）教学内容与目标机电一体化机械系统设计：传动系统各级传动比的最佳分配原则—等效转动惯量最小原则（满足机电系统响应快要求）机械原理：建立机械系统等效动力学模型理论力学：圆柱体转动惯量计算等效转动惯量的计算说课教学内容与目标教学目标转动惯量的计算公式转动惯量的等效原则等效转动惯量的计算公式及计算分析初步理解课程结构框架掌握转动惯量及其等效的分析和计算方法理解机电一体化系统中转动惯量等效的意义形成正确的机电一体化系统稳态设

3、计的思维方法知识目标(掌握):能力目标：素质目标：等效转动惯量的计算说课教学内容与目标教学内容转动惯量等效的意义转动惯量的计算公式转动惯量的等效原则等效转动惯量的计算公式及计算分析重点难点等效转动惯量的计算说课学情分析理论力学和机械原理中学习过，保留旧有的思维习惯大学工科学生缺乏工程认识和实践教学方法等效转动惯量的计算说课案例式教学采取对比、反问、提问、归纳等方法构建框架动能守恒定理——系统中所有零部件动能(包括平移和转动)总和与等效后的动能(一般为转动)相等拓展视野通过对比剖析理论力学和机电一体化中对公式的不同要求在工程背景上进行

4、拓展训练提炼知识点结构主线：教学设计等效转动惯量的计算问题的引出1图1直流伺服电动机驱动全闭环控制系统例：由直流伺服电动机驱动的全闭环系统，如图1所示，检测传感器安装在移动工作台导轨上。这种方式常用于不能采用大变速比的直流伺服电动机或CNC机床的连续切削控制等的驱动系统中。已知：等效转动惯量的计算等效转动惯量计算的意义2★机械系统设计：建立机械系统等效动力学模型★机电一体化系统机械传动系统设计：传动系统各级传动比的最佳分配原则—等效转动惯量最小原则，满足机电系统响应快速的要求★机电一体化系统设计：机电一体化系统稳态设计与分析★机电一

5、体化系统设计：机电一体化系统负载分析（执行元件的选择与校核）等效转动惯量的计算等效转动惯量的推导无论是直线运动还是回转运动，应用等效前后总动能不变的原理，进行等效转动惯量公式的推导。3等效原则等效转动惯量的计算等效转动惯量的推导3强度问题注意梁的强度条件等效转动惯量的计算等效转动惯量的计算公式的相关问题公式中的零件转动惯量J又如何得来？问题1：◎电机是机电一体化系统的执行元件，执行元件在机电一体化系统中为机和电的有机结合点，它的选取至关重要，等效转动惯量的计算就是为后续执行元件的选择和校核做好准备；◎根据理论力学的知识：对于旋转体零

6、件转动惯量J=ρπd4L/32。式中：ρ—材料密度，ρ钢=7.8×103kg/m3；d—直径(m)；L—长度(m)。问题2：为什么将转动惯量常等效到电机输出轴而不等效到其他轴？4梁的强度条件等效转动惯量的计算工程应用5图1直流伺服电动机驱动全闭环控制系统梁的强度条件等效转动惯量的计算工程应用5图1直流伺服电动机驱动全闭环控制系统注意梁的强度条件等效转动惯量的计算工程应用5小结等效转动惯量的计算的规范过程（1）确定研究对象，要等效到哪根轴；（2）分析移动部件有哪些，转动部件有哪些；（3）列出所研究系统的等效转动惯量计算公式；（4）分析

7、并计算公式中的各未知参数；（5）将求得参数代入第(3)步公式求解。注意梁的强度条件等效转动惯量的计算由转动惯量展开的关于知识点结构的讨论6机电一体化——公式的应用理论力学——公式的推导公式的推导与应用的区别？思考：公式的推导——注重逻辑推理，慎密，精确，考虑问题的普遍性公式的应用——注重实际效果，忽略次要因素，具体问题具体分析转动惯量公式考虑齿、键槽、轴肩、轴承……忽略齿、键槽、轴肩、轴承……理论力学和机电一体化系统设计研究对象有不同侧重点应用推导转动惯量的表达式为若刚体的质量是连续分布的，则转动惯量的计算公式可写成注意梁的强度条件

8、等效转动惯量的计算等效转动惯量计算练习题7设有一工作台X轴驱动系统，如图2所示，已知：参数为下表中所列以及MA=400kg，丝杆基本导程Ph=5mm，FL水平=800N，FL垂直=600N，工作台与导轨间为滑动摩擦，其摩擦系数为μ=0