机电传动与控制资料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第二章,机电传动系统的动力学基础,机电传动系统的运动方程式；,多轴传动系统的简化方法；,了解几种典型生产机械的负载特性；,了解机电传动系统稳定运行的条件,以及学会分析实际系统的稳定性。,2.1 单轴拖动系统的运动方程式,一、单轴拖动系统的组成,电动机M通过连接件直接与生产机械相连，由电动机M产生,输出转矩,T,M,，用来克服,负载转矩,T,L,，带动生产机械以,角速度,（或速度,n,）进行运动。,电动机,电动机的驱动对象,连接件,系统结构图,转矩，转速正方向,二、运动方程式,在机电系统中，,T,M,、,T,L,、,（或,n,),之间的函数关系称为,运动方程式,。,根据动力学原理，,T,M,、,T,L,、,（或,n,),之间的函数关系如下：,运动方程式,T,M,电动机的输出转矩（N.m）;,T,L,负载转矩（N.m）;,J,转动惯量（kg.m,2,）;,角速度（rad/s）；,n,速度（r/min）；,t,时间（s）;,在工程计算中，用飞轮惯量,GD,2,代替转动惯量,J,G,mg J,m,2,mD,2,/4,惯性半径;,D,惯性直径；,m,质量;,g,重力加速度；,GD,2,4,gJ,三、传动系统的两种状态,为常数，传动系统以恒速运动。,T,M,=,T,L,时,传动系统处于恒速运动的这种状态被称为稳态。,即,传动系统加速运动。,即,传动系统减速运动。,T,M,T,L,时,传动系统处于加速或减速运动的这种状态被称为动态,。,动态转矩（N.m）。,四、,拖动转距和制动转距,拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。,T,M,（,T,L,）的作用方向与n方向相同，为,拖动转矩,；,T,M,（T,L,）的作用方向与n方向相反，为,制动转矩,。,举例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。,设重物,上升,时速度,n,的符号为,正,，,下降,时,n,的符号为,负,。,当重物上升时：,运动方程式为：,重物上升时，,T,M,为拖动转矩，,T,L,为制动转矩。,当重物下降时：,运动方程式为：,重物下降时，,T,M,为制动转矩，,T,L,为拖动转矩,。,T,M,为正，,T,L,为正。,T,M,为正，,T,L,为正。,重物上升时，电动机制动系统运动,T,M,为制动转矩，,T,L,为制动转矩。,22 多轴拖动系统的简化,为了对多轴拖动系统进行运行状态的分析，一般是将多轴拖动系统等效折算为单轴系统。,一、多轴拖动系统的组成,折算的原则是：稳态时,折算前后系统总的传输功率不变。,电动机通过减速机构（如减速齿轮箱、蜗轮蜗杆等）与生产机械相连：,二、负载转矩的折算,假设电动机以,M,角速度旋转，生产机械的转动速度为,L,，,负载转矩,T,L,折算到电动机轴上的负载转矩为,T,eq,。,电动机轴上的负载功率,P,M,和生产机械轴上的负载功率,P,L,为：,旋转运动机械负载,考虑传动机构在传输功率的过程中有损耗，这个损耗可用效率,c,来表示:,生产机械轴上的负载转矩折算到电动机轴上的等效转矩：,c,电动机拖动生产机械运动时,的传动效率；,传动机构的总传动比,对于直线运动(卷扬机构)，,机械功率分别为:,式中：,F,直线运动部件的负载力；,v,直线运动部件的运动速度；,T,eq,负载力,F,折算到电动机轴上的等效转矩；,根据功率平衡关系，如果电动机拖动生产机械移动（,上升,）：,如果生产机械拖动电动机转动（,下降,）：,三、转动惯量和飞轮惯量的折算,根据,动能守恒原则,，折算成电动机轴上的总转动惯量。,1对于旋转运动,当速度比,j,1,较大时，多用适当加大电动机轴上的转动惯量,J,M,的方法，来考虑中间传动机构的转动惯量,J,1,的影响：,折算到电动机轴上的总飞轮惯量,GD,2,4,gJ,2对于直线运动,设直线运动部件的质量为,m,折算到电动机轴上的总转动惯量为：,折算到电动机轴上的总飞轮惯量,具有中间传动机构带旋转运动部件或直线运动部件的多轴系统简化为等效的单轴系统。,计算举例,机电传动系统如下图(a)所示.已知每根轴的飞轮转矩和转速,负载转矩为98 ,电动机拖动转矩29.4 ,传动效率0.9,求生产机械轴上的加速度是多少?,3.建立系统运动方程式，,解:,折算到低速轴,1.电机转矩折算：,电机轴上的电机输出功率：,负载轴上的电机输出功率：,传输效率：,2.飞轮惯量折算,4.分析系统运动状态,23 生产机械的机械特性(机电传动系统的负载特性),传动系统同一转轴(默认为电动机轴)上的负载转矩和转速之间的函数关系，称为,生产机械的机械特性。,1、恒转矩型机械特性,（负载转矩为常数）,恒转矩型机械特性根据,负载转矩和运动方向的关系,可分为,反抗转矩和位能转矩,两种。,1反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下：,作用方向始终与速度,n,的方向相反,:,当,n,的方向发生变化时，它的作用方向也随之发生变化，总是阻碍运动。,转矩大小恒定不变；,T,L,电动机轴上的负载转矩；,n,电动机轴转速,n,为正方向时,T,L,为正，机械特性在第一象限；,n,为负方向时,T,L,为负，机械特性在第三象限。,反抗转矩,(由摩擦力和非弹性体的变形力),2位能转矩,其特点为：(,由物体重力,弹性体的变形力形成,),转矩大小恒定不变；,作用方向不变，与运动方向无关，即在某一方向阻碍运动而在另一方向促进运动。,卷扬机起吊重物，当电机拖动重物上升时，,T,L,与,n,的方向相反；,当重物下降时，,T,L,和,n,的方向相同。,机械额特性在第一、四象限。,二、离心式通风型机械特性,离心式通风型机械特性是按离心力原理工作的，如,离心式鼓风机、水泵,等，它们的负载转矩,T,L,的大小与速度,n,的平方成正比，即：,其中：C为常数。,三、直线型机械特性,直线型机械特性的负载转矩,T,L,的大小与速度,n,的大小成正比(,直流发电机,)，即：,其中：,C,为常数。,恒功率型机械特性的负载转矩,T,L,的大小与速度,n,的大小成反比，即,其中：,C,为常数。如图所示。,四、恒功率型机械特性,车床加工过程中:,粗加工时，,切削量大，负载阻力大，开低速；,精加工时，,切削量小，负载阻力小，开高速。,五、综合型机械特性,实际负载可能是几种类型的综合,实际通风机除了主要是通风机性质外，轴上还有一定的摩擦转矩。,一些生产机械具有各自的转矩特性:,曲柄连杆机构，它们的负载转矩是随转角而变化的;,球磨机、碎石机等生产机械，其负载转矩则随时间作无规律的随机变化等。,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,机电传动系统中，为了使系统运行合理，就要使,电动机的机械特性与生产机械的机械特性尽量相配合。,一、机电传动系统稳定运行的含义,1.系统应能一定速度匀速运行；,2.系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。,二、机电传动系统稳定运行的条件,电动机的机械特性曲线,n,=,f,(,T,M,)和生产机械的机械特性曲线,n,=,f,(,T,L,)必须有交点，称为,平衡点,。,电动机的输出转矩,T,M,和负载转矩,T,L,大小相等，方向相反。,机电传动系统稳定运行,系统匀速运转,机电系统运动方程式,平衡点,系统稳定运行（稳定平衡点）,分析举例,a、b两点是否为,稳定平衡点,？,a点,：,当负载突然增加后,当负载波动消除后,a,点为系统的,稳定平衡点,。,异步电动机的机械特性,生产机械的机械特性,交点a,交点b,b点,：,1.当负载突然增加后,转速n下降,T,M,减小,干扰消除后,转速n进一步下降,转速n为0,T,M,减小,2.当负载突然减小后,转速n上升,T,M,增大,干扰消除后,转速上升,转速n上升,越过B点,T,M,减小,三、机电系统稳定运行的充分必要条件,从,T,n,坐标上来看，就是电动机的机械特性曲线,n,=,f,(,T,M,)和生产机械的机械特性曲线,n,=,f,(,T,L,)必须有交点（,拖动系统平衡点）,。,2.充分条件,系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：,当干扰使速度上升时，有,T,M,T,L,。,符合稳定运行充分和必要条件:,平衡点称为稳定平衡点。,1.必要条件,曲线1为异步电动机的机械特性，曲线2生产机械的机械特性。,两曲线有交点b，即拖动系统有一个平衡点。,n,1,n,2,b点符合稳定运行的条件，因此b点为是,稳定平衡点,。,系统能在b点稳定运行。,