机电传动系统的动力学基础教案资料.ppt

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1、机电传动系统的动力学基础风机起重机生产机械转矩分为：摩擦阻力产生的和重力作用产生的。摩擦阻力产生的转矩为反抗性转矩，其作用方向与n相反，为制动转矩。重力产生的转矩为位能性转矩，其作用方向与n无关，提升时为制动转矩；下放时为拖动转矩。2.1动力学方程式单轴机电传动系统如图所示：生产机械M+TL+ω+TM+TLωTM传动系统图转矩、转速的正方向TL正方向的规定：先规定转速n的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向相反。轴TTLn电动机运行时的轴受力如图示，由力学定律可知,其必须遵守下列动力学方程式:

2、TM：电磁转矩；TL：负载转矩,N.mJ：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2：电动机角速度,rad/s在工程计算中，常用n代替表示系统速度，用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。2.1.1单轴拖动系统的运动方程式=2n/60J=m2=(G/g)(D2)/4=GD2/4gm：系统转动部分的质量，KgG：系统转动部分的重量，N：系统转动部分的转动半径，mD：系统转动部分的转动直径，mg：重力加速度=9.8m/s2GD2：系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩）系数375具有m/min.s量纲电力拖动系统的运动状态：当T=TL，dnd

3、t=0稳态，匀速当T>TL，dndt>0暂态，加速当T

4、向相反TM与n异号（制动转矩TM）TL与n方向一致TL与n异号（拖动转矩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）注意：多轴系统需等效为单轴系统。等效指系统传递的功率不变。若不考虑损耗，只与传动比有关。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2.2.2转动惯量和飞轮转矩折算折算原则：折算前后系统

5、动能不变。根据动能守恒原则，则1)旋转运动折算到电机轴上的等效转动惯量为（，）(2.3)折算到电机轴上的等效飞轮转矩为(2.4)式(2.3)改为：(当较大时)式(2.4)改为：(修正系数取1.1~1.25)2)直线运动3)多轴拖动系统的运动方程式注意：365注意：3752.3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。2.3.2分类恒转矩型机械特性（TL为常数）恒功率型机械特性（P为常数）离心式通风机型机械特性直线型机械特性注意：匹配1)恒转矩型机械特性（TL为常数）(a)TL为反抗转矩（摩擦转矩）时，l恒与运

6、动方向相反，阻碍运动l如：金属切削机床等（切削力）(b)TL为位能转矩时，l作用方向恒定，与运动方向无关l如：卷扬机起吊重物等思考：TL方向nTm0Tm-TmTm电动机轴Tn负载的机械特性指：n=f(TL)关系TL为反抗转矩，负载转矩由摩擦力产生，其特点：大小恒定（与n无关）；作用方向与运动方向相反。位能性恒转矩负载特性负载转矩由重力，或者势能力产生其特点：绝对值大小恒定；作用方向与n无关，不变。nTL0TLTL电动机轴Tn提升时：n>0,TL>0阻转矩下放时：n<0,TL>0拖动转矩TLTTemnTL0TL由于存在传动转矩损耗T，因

7、此提升系统中，提升和下放时，电机轴承受的负载转矩不等。提升时，Tem=T+TL=TL升。TL升下放时，TL=T+TemTem=TL-T=TL下。TL下2)恒功率型机械特性（P为常数）TL=C/n（C为常数）或P=TLn=C如：车床加工粗加工（切削量大）——低速精加工（切削量小）——高速nTL03)离心式通风机型机械特性如：离心式鼓风机、水泵等（离心力原理）TL=Cn2实际上，TL=T0+Cn2风机负载机械特性负载转矩与转速成平方关系TL=kn2。nTm0风力发电机4)直线型机械特性如：他励直流发电机（模拟负载）TL=Cn5)其它机械

8、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。2.4系统稳定运行条件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