1、目錄 · 第二章,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ) 2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.3 生產(chǎn)機械的機械特性2.4 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件,,,,,目錄 · 第二章,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ) 2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.3 生產(chǎn)機械的機械特性2.4 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件,,,

2、,,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,①掌握機電傳動系統(tǒng)的運行方程式， 學會用它來分析與判別機電傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài)；②了解在多軸拖動系統(tǒng)中， 為了列出系統(tǒng)的運動方程式，必須將轉(zhuǎn)矩等進行折算， 掌握其折算的基本原則和方法；③了解幾種典型生產(chǎn)機械的機械特性 n ＝ f (TL)；④掌握機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件， 并學會用它來分析與判別系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點。,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)

3、,,,運用運動方程式分別判別機電傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài)； 運用穩(wěn)定運行的條件來判別機電傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行點。,根據(jù)機電傳動系統(tǒng)中TM 、TL、n的方向， 確定TM 、TL是拖動轉(zhuǎn)矩還是制動轉(zhuǎn)矩， 從而判別出系統(tǒng)的運行狀態(tài)，是處于加速、減速還是勻速； 在機械特性上判別系統(tǒng)穩(wěn)定工作點時，如何找出TM 、TL。,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,,2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,機電傳動系統(tǒng)是一個由電動機拖動，并通過傳動

4、機構(gòu)帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的機電運動的動力學整體。,機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,,2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,盡管電動機種類繁多、特性各異，生產(chǎn)機械的負載性質(zhì)也可以各種各樣，但從動力學的角度來分析時，都服從動力學的統(tǒng)一規(guī)律。即在同一傳動軸上，電動機轉(zhuǎn)矩 TM、負載轉(zhuǎn)矩 TL、轉(zhuǎn)軸角速度ω三者之間，符合下面的關(guān)系：,TM－TL＝J,或用轉(zhuǎn)速 n 代替角速度ω，則為：,TM－TL＝,,,

5、運動方程的實用形式,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,,2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,,機電傳動系統(tǒng)的運動方程式 是描述機電系統(tǒng)機械運動規(guī)律的最基本方程式， 它決定著系統(tǒng)的運行狀態(tài)。,當Td＝0時，a＝0 ，表示系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，系統(tǒng)為勻速運動。 當Td≠0時，a≠0 ，表示系統(tǒng)處于動態(tài)， Td＞0時，拖動轉(zhuǎn)矩＞制動轉(zhuǎn)矩，a為正，系統(tǒng)加速運動； Td＜0時，拖動轉(zhuǎn)矩＜制動轉(zhuǎn)矩，a為負，系統(tǒng)

6、減速運動。,,,動態(tài)轉(zhuǎn)矩 Td ＝ TM － TL ；加速度 a ＝,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,,2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,,,正方向約定： 電動機轉(zhuǎn)矩 TM 取與 n 相同的方向為正向； 負載轉(zhuǎn)矩 TL 取與 n 相反的方向為正向。,若 TM 或 TL 與 n 方向相同， 則 TM 或 TL 為拖動轉(zhuǎn)矩； 若 TM 或 TL 與 n 方向相反， 則 TM

7、 或 TL 為制動轉(zhuǎn)矩。,若TM與n符號相同，則TM為拖動轉(zhuǎn)矩； 若TM與n符號相反，則TM為制動轉(zhuǎn)矩。 若TL 與n符號相同，則TL 為制動轉(zhuǎn)矩； 若TL 與n符號相反，則TL 為拖動轉(zhuǎn)矩。,根據(jù)上述約定，判定TM和TL的 性質(zhì),無方向約定：按照矢量分析判定TM和TL的 性質(zhì),第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,,2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,

8、,,綜合上述內(nèi)容，主要有如下三部分：① 判定TM和TL的方向，列寫機電傳動系統(tǒng)的運動方程式 TM 取與 n 相同的方向為正向； TL 取與 n 相反的方向為正向。② 判定TM和TL的性質(zhì) 若 TM 或 TL 與 n 方向相同，則 TM 或 TL 為拖動轉(zhuǎn)矩； 若 TM 或 TL 與 n 方向相反，則 TM 或 TL 為制動轉(zhuǎn)矩。③ 判定機電傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài) 拖動轉(zhuǎn)矩＝制動轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)勻速運動； 拖動轉(zhuǎn)矩＞制動轉(zhuǎn)矩，系

9、統(tǒng)加速運動； 拖動轉(zhuǎn)矩＜制動轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)減速運動。,TM－TL＝,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,,2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,,,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,,2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,,,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,,2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,,,機電傳動系統(tǒng)運動方程式中的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量 及飛輪轉(zhuǎn)矩等，均分別為同一軸上的數(shù)值。若運動系統(tǒng)為多軸系統(tǒng)，則必須將上述

10、各量折算 到同一轉(zhuǎn)軸上才能列出整個系統(tǒng)的運動方程式。由于一般均以傳動系統(tǒng)的電動機軸為研究對象， 因此，一般都是將它們折算到電動機軸上。轉(zhuǎn)矩折算應依據(jù)系統(tǒng)傳遞功率不變的原則。轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩折算應依據(jù)系統(tǒng)貯存的動能 不變的原則。,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,2.2.1 負載轉(zhuǎn)矩的折算依據(jù)系統(tǒng)傳遞功率不變的原則,多軸旋轉(zhuǎn)拖動系統(tǒng),,,,,實際負載功率=折算后的負載功率

11、,速比傳動效率,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,多軸直線運動系統(tǒng),2.2.1 負載轉(zhuǎn)矩的折算,,,,,（下放重物）,,,,,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,2.2.2轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算依據(jù)動能守恒原則，折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為,電機軸、中間軸、負載軸上的轉(zhuǎn)動慣量；電動機軸與中間傳動軸之間的速比；電機軸與負載軸之間的速度比；電機軸、中

12、間軸、負載軸上的角速度中間軸、電機軸上的齒數(shù)。,,,,,（旋轉(zhuǎn)型）,,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,2.2.2轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算依據(jù)動能守恒原則，折算到電機軸上的總飛輪矩為,電機軸、中間軸、生產(chǎn)機械軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩。,式中，,（旋轉(zhuǎn)型）,經(jīng)驗公式,,,,,,,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,直線運動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量、飛輪矩為,多

13、軸系統(tǒng)的運動方程式,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,例2-2 Z2/Z1=3，Z4/Z3=5，,解（1）,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,,解（2）飛輪矩的折算,近似計算,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,,2.3 生產(chǎn)機械的機械特性,,電動機拖動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個電力拖動系統(tǒng)， 其工作狀況不僅取決于電動機的特性， 同時也取決于作為負載

14、的生產(chǎn)機械的特性。 負載的機械特性： 生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。負載的機械特性由負載性質(zhì)決定，按生產(chǎn)機械在運動中所受阻力的性質(zhì)不同，分成幾種類型： ① 恒轉(zhuǎn)矩負載 —— 恒轉(zhuǎn)矩型機械特性 ② 泵與風機類負載 —— 通風機型機械特性 ③ 恒功率負載 —— 恒功率型機械特性 ④ 直線型負載 —— 直線型機械特性,第二章 機電傳動系統(tǒng)的

15、動力學基礎(chǔ),,,,2.3 生產(chǎn)機械的機械特性,,按生產(chǎn)機械在運動中所受阻力的性質(zhì)不同，分成幾種類型的負載。,通風機型機械特性,直線型機械特性,恒功率型機械特性,負載的轉(zhuǎn)矩特性即機械特性：,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,,2.3 生產(chǎn)機械的機械特性,,(1)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載 轉(zhuǎn)矩方向總是和轉(zhuǎn)速方向相 反，永遠是阻轉(zhuǎn)矩。 如：機床加工過程中切削力 產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩。(2)勢能性恒轉(zhuǎn)矩負載

16、 轉(zhuǎn)矩方向不隨轉(zhuǎn)速方向改變。 如：卷揚機起吊重物時重力 產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩。,1、恒轉(zhuǎn)矩型機械特性負載轉(zhuǎn)矩的大小為常量，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,2.3 生產(chǎn)機械的機械特性,,2、通風機型機械特性 如：水泵，離心式鼓風機等。負載轉(zhuǎn)矩的大小基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比。3、恒功率型機械特性 如：機床加工過程中的進刀。 負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速乘積為一常數(shù)，即負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。4、直

17、線型機械特性 如：他勵直流發(fā)電機作實驗模擬負載負載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成正比。,通風機型機械特性,直線型機械特性,恒功率型機械特性,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,2.4 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件,,在機電傳動系統(tǒng)中，電動機與生產(chǎn)機械連成一體， 為了使系統(tǒng)運行合理， 就要使電動機與生產(chǎn)機械兩者的機械特性盡量相配合。 特性配合好的一個基本要求是系統(tǒng)要能穩(wěn)定運行。1、機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義 一是系統(tǒng)應能以一定

18、速度勻速運轉(zhuǎn)，即電動機軸上的拖 動轉(zhuǎn)矩TM和折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩TL大小相等， 方向相反，相互平衡，這是必要條件。 二是系統(tǒng)受某種外部干擾作用(如電壓波動、負載轉(zhuǎn)矩波 動等)而使運行速度稍有變化時，應保證在干擾消除后系 統(tǒng)能恢復到原來的運行速度，這是充分條件。,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,2.4 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件,,2、穩(wěn)定工作點的判別① 電動機和生產(chǎn)機械的機械特性曲線 n

19、＝f (TM) 和 n＝f (TL)有交點(即拖動系統(tǒng)的平衡點)。② 給該點施加干擾，使轉(zhuǎn)速變化，然后取消干擾， 如果轉(zhuǎn)速能恢復，則該點為穩(wěn)定點，反之為不穩(wěn)定點。 當轉(zhuǎn)速大于平衡點所對應的轉(zhuǎn)速時，必須有TM ＜TL。 即若干擾使轉(zhuǎn)速上升，當干擾消除后應有TM－TL＜0， 才能使系統(tǒng)減速而回到平衡點。 當轉(zhuǎn)速小于平衡點所對應的轉(zhuǎn)速時，必須有TM ＞TL。 即若干擾使轉(zhuǎn)速下降

20、，當干擾消除后應有TM －TL＞0， 才能使系統(tǒng)加速而回到平衡點。,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,2.4 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件,,3、判別穩(wěn)定工作點的實用方法 在交點的轉(zhuǎn)速以上存在 TM ＜TL（轉(zhuǎn)速以下存在 TM ＞TL ） 則該點為穩(wěn)定點，反之為不穩(wěn)定點。,當干擾出現(xiàn)使TL →TL′， TM暫時不變，有TM ＞TL′， 使n →n ′， TM →TM′， 即使A點→A′點，

21、 TL′＝TM′ ； 當干擾消除使TL′→TL， TM′暫時不變，有TM′＜ TL ， 使n ′ →n ， TM′→TM， 即使A′點→A點，TL＝TM；,“1”電動機的機械特性 n＝f (TM)“2”生產(chǎn)機械的機械特性 n＝f (TL),第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ),,,2.4 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件,,4、舉例,“1”異步電動機的機械特性 n＝f