new-第一章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

1、1第一章第一章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要 研究電力拖動系統(tǒng)動力學(xué)的目的是為介紹電力拖動的機械特性與過研究電力拖動系統(tǒng)動力學(xué)的目的是為介紹電力拖動的機械特性與過渡過程等內(nèi)容準備必要的理論基礎(chǔ)。渡過程等內(nèi)容準備必要的理論基礎(chǔ)。 第一節(jié)及第二節(jié)分析運動方程式，對方程式中各參數(shù)第一節(jié)及第二節(jié)分析運動方程式，對方程式中各參數(shù)(力、轉(zhuǎn)矩、力、轉(zhuǎn)矩、質(zhì)量和飛輪慣量等質(zhì)量和飛輪慣量等)的折算方法進行分析研究；的折算方法進行分析研究； 第三節(jié)中討論考慮傳動機構(gòu)損耗的簡化折算方法；第三節(jié)中討論考慮傳動機構(gòu)損耗的簡化折算方法； 第四節(jié)中將介紹幾種典型生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性。第

2、四節(jié)中將介紹幾種典型生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性。 2第一節(jié)第一節(jié) 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式 電力拖動裝置可分電力拖動裝置可分為為電動機電動機、工作機構(gòu)工作機構(gòu)、控制設(shè)備控制設(shè)備及及電源電源等四個等四個組成部分組成部分 在許多情況下，電動機與工作機構(gòu)并不同軸，而在二者之間有傳動在許多情況下，電動機與工作機構(gòu)并不同軸，而在二者之間有傳動機構(gòu)，它把電動機的運動經(jīng)過中間變速或變換運動方式后再傳給生機構(gòu)，它把電動機的運動經(jīng)過中間變速或變換運動方式后再傳給生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)產(chǎn)機械的工作機構(gòu) 3一、運動方程式一、運動方程式對于直線運動對于直線運動 tvmFFzdd對于旋轉(zhuǎn)運動對于旋轉(zhuǎn)運動

3、 tJTTzdd式中式中 m與與G旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg）與重量（）與重量（N） 與與D慣性半徑與直徑（慣性半徑與直徑（m） 轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量 gGDmJ422單位為單位為 2mkg602 ntnGDTTzdd37522mN2GD式中式中 稱為飛輪慣量（稱為飛輪慣量（ ），）， gJGD4241、當、當zTT 0ddtn電動機靜止或等速旋轉(zhuǎn)，電力拖動電動機靜止或等速旋轉(zhuǎn)，電力拖動系統(tǒng)處于穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下。系統(tǒng)處于穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下。2、當、當zTT 0ddtn電力拖動系統(tǒng)處于加速狀態(tài)電力拖動系統(tǒng)處于加速狀態(tài) 3、當、當zTT 0ddtn電力拖動系統(tǒng)處于減速狀態(tài)電力拖動系統(tǒng)處于減速狀態(tài)

4、二、運動方程式中轉(zhuǎn)矩的正負符號分析二、運動方程式中轉(zhuǎn)矩的正負符號分析運動方程式的一般形式運動方程式的一般形式 tnGDTTzdd375)(2規(guī)定某個轉(zhuǎn)動方向為正方向，則轉(zhuǎn)矩規(guī)定某個轉(zhuǎn)動方向為正方向，則轉(zhuǎn)矩T 正向取正，反向取負；阻轉(zhuǎn)正向取正，反向取負；阻轉(zhuǎn)矩矩Tz 正向取負，反向取正。正向取負，反向取正。 5思考題思考題1、什么是電力拖動？電力拖動系統(tǒng)主要由、什么是電力拖動？電力拖動系統(tǒng)主要由哪哪 些部分組成？些部分組成？2、什么是電力系統(tǒng)運動方程式？動態(tài)轉(zhuǎn)矩、什么是電力系統(tǒng)運動方程式？動態(tài)轉(zhuǎn)矩與與 系統(tǒng)運動狀態(tài)有何關(guān)系？系統(tǒng)運動狀態(tài)有何關(guān)系？習(xí)題習(xí)題1-1 (見教材見教材P14)6第二節(jié)第二

5、節(jié) 工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩、力、飛輪矩和質(zhì)量的折算工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩、力、飛輪矩和質(zhì)量的折算 以電動機軸為折算對象，需要折算的參量為：工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩以電動機軸為折算對象，需要折算的參量為：工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩 ，系統(tǒng)中各軸（除電動機軸外）的轉(zhuǎn)動慣量。對于某些作直線運動的系統(tǒng)中各軸（除電動機軸外）的轉(zhuǎn)動慣量。對于某些作直線運動的工作機構(gòu)，還必須把進行直線運動的質(zhì)量及運動所需克服的阻力折工作機構(gòu)，還必須把進行直線運動的質(zhì)量及運動所需克服的阻力折算到電動機軸上去算到電動機軸上去 zT等效折算圖傳動圖7一、工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩一、工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩 的折算的折算 zT折算的原則是系統(tǒng)的傳送功率不變折算的原則是系統(tǒng)的傳送功率不變 zzzTTj

6、TTTzzzz式中，式中， j電動機軸與工作電動機軸與工作機構(gòu)軸間的轉(zhuǎn)速比機構(gòu)軸間的轉(zhuǎn)速比 zznnj/如果傳動機構(gòu)為多級齒輪或帶輪變速，則總的速比應(yīng)為各級速比的如果傳動機構(gòu)為多級齒輪或帶輪變速，則總的速比應(yīng)為各級速比的乘積。乘積。321jjjj在一般設(shè)備上，電動機多數(shù)是高轉(zhuǎn)速的，而工作機構(gòu)多數(shù)是低轉(zhuǎn)速在一般設(shè)備上，電動機多數(shù)是高轉(zhuǎn)速的，而工作機構(gòu)多數(shù)是低轉(zhuǎn)速的，故的，故j1。在有些設(shè)備，如高速離心機上，電動機的轉(zhuǎn)速比工作。在有些設(shè)備，如高速離心機上，電動機的轉(zhuǎn)速比工作機構(gòu)軸的轉(zhuǎn)速低，這時機構(gòu)軸的轉(zhuǎn)速低，這時j1。 8二、工作機構(gòu)直線作用力的折算二、工作機構(gòu)直線作用力的折算 根據(jù)傳送功率不變根

7、據(jù)傳送功率不變 zzzvFTnvFTzzz55. 960/2 n在某些生產(chǎn)機械具有直線運動的工作機構(gòu)，如起重機的提升機構(gòu)或在某些生產(chǎn)機械具有直線運動的工作機構(gòu)，如起重機的提升機構(gòu)或刨床工作臺帶動工件前進，以某一切削速度進行切削，也是直線運刨床工作臺帶動工件前進，以某一切削速度進行切削，也是直線運動機構(gòu)。無論是鋼絲繩拉力或刨床切削力都將在電動機軸上反映一動機構(gòu)。無論是鋼絲繩拉力或刨床切削力都將在電動機軸上反映一個阻轉(zhuǎn)矩，折算原則是以傳送功率不變，不考慮傳動損耗。個阻轉(zhuǎn)矩，折算原則是以傳送功率不變，不考慮傳動損耗。 9三、傳動機構(gòu)與工作機構(gòu)飛輪慣量的折算三、傳動機構(gòu)與工作機構(gòu)飛輪慣量的折算 222

8、21222121212121zzdJJJJJ222222212122/zzdnnGDnnGDnnGDGDGD在多軸系統(tǒng)中，必須將傳動機構(gòu)各軸的轉(zhuǎn)動慣量及工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)動在多軸系統(tǒng)中，必須將傳動機構(gòu)各軸的轉(zhuǎn)動慣量及工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量折算到電動機軸上，用電動機軸上一個等效的轉(zhuǎn)動慣量來反映慣量折算到電動機軸上，用電動機軸上一個等效的轉(zhuǎn)動慣量來反映整個拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不同的各軸的轉(zhuǎn)動慣量的影響。各軸轉(zhuǎn)動慣量對整個拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不同的各軸的轉(zhuǎn)動慣量的影響。各軸轉(zhuǎn)動慣量對運動過程的影響直接反映在各軸轉(zhuǎn)動慣量所儲存的動能上。因此，運動過程的影響直接反映在各軸轉(zhuǎn)動慣量所儲存的動能上。因此，折算必須以實際系統(tǒng)與等效系統(tǒng)

9、儲存動能相等為原則。折算必須以實際系統(tǒng)與等效系統(tǒng)儲存動能相等為原則。 四、工作機構(gòu)直線運動質(zhì)量的折算四、工作機構(gòu)直線運動質(zhì)量的折算折算的原則是轉(zhuǎn)動慣量折算的原則是轉(zhuǎn)動慣量 中及質(zhì)量中及質(zhì)量 中儲存的動能相等，即中儲存的動能相等，即zJzm2222zzzvmJ有有222365)(nvGGDzzz（因為（因為 ， ， ， ）gGDJzz4/260/2 ngGmzz/365)/60(210齒輪號齒輪號1 12 23 34 45 56 67 78 8齒數(shù)齒數(shù)Z Z20205555303064643030787830306666飛輪慣量飛輪慣量4.124.1220.1020.109.819.8128.4

10、028.4018.6018.6041.2041.2024.5024.5063.7563.75N176502G例例1-11-1 刨床傳動系統(tǒng)如圖所示。若電動機刨床傳動系統(tǒng)如圖所示。若電動機M 的轉(zhuǎn)速為的轉(zhuǎn)速為n=420r/min，其轉(zhuǎn)子（或電樞）的飛輪慣量其轉(zhuǎn)子（或電樞）的飛輪慣量工作臺重工作臺重工件重工件重22mN5 .110dGDN120501G 各齒輪齒數(shù)及飛輪慣各齒輪齒數(shù)及飛輪慣量見表。齒輪量見表。齒輪8的節(jié)距的節(jié)距t8=25.13mm 。求刨床拖動。求刨床拖動系統(tǒng)在電動機軸上總的飛系統(tǒng)在電動機軸上總的飛輪慣量。輪慣量。22mN/GD11思考題思考題1-3 (見教材見教材P13)1-4

11、(見教材見教材P13)1-5 (見教材見教材P13)習(xí)題習(xí)題1-4 (見教材見教材P14)1-5 (見教材見教材P14)12第三節(jié)第三節(jié) 考慮傳動機構(gòu)損耗時的折算方法考慮傳動機構(gòu)損耗時的折算方法一、考慮傳動機構(gòu)損耗的簡化方法一、考慮傳動機構(gòu)損耗的簡化方法（一）工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩（一）工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩 的簡化折算的簡化折算zT1電動機工作在電動狀態(tài)電動機工作在電動狀態(tài) czzzTT/jTTTczzczz此時電動機帶動工作機構(gòu)，功率由電動機向工作機構(gòu)傳送，傳動損此時電動機帶動工作機構(gòu)，功率由電動機向工作機構(gòu)傳送，傳動損耗由電動機承擔，電動機發(fā)出的功率比生產(chǎn)機構(gòu)消耗的功率大。耗由電動機承擔，電動機發(fā)出的功率比

12、生產(chǎn)機構(gòu)消耗的功率大。 13（二）工作機構(gòu)直線作用力的簡化折算（二）工作機構(gòu)直線作用力的簡化折算1電動機工作在電動狀態(tài)電動機工作在電動狀態(tài) czzzvFTczzznvFT55. 92電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài)電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài) czzznvFT55. 9在提升與下放時傳動損耗相等的條件下，下放傳動效率在提升與下放時傳動損耗相等的條件下，下放傳動效率 與提升傳與提升傳動效率之間有下列關(guān)系。動效率之間有下列關(guān)系。 ccc122電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài)電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài) czzzTTczzjTT此時工作機構(gòu)帶動電動機，功率由工作機構(gòu)向電動機傳送，傳動損此時工作機構(gòu)帶動電動機，功率由工作機構(gòu)

13、向電動機傳送，傳動損耗由工作機構(gòu)承擔，傳送到電動機軸上的功率較工作機構(gòu)軸上的功耗由工作機構(gòu)承擔，傳送到電動機軸上的功率較工作機構(gòu)軸上的功率小。率小。 使用多級傳動時使用多級傳動時 321cccc(證明題證明題)14第四節(jié)第四節(jié) 生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性 在運動方程式中，阻轉(zhuǎn)矩（或稱負載轉(zhuǎn)矩）在運動方程式中，阻轉(zhuǎn)矩（或稱負載轉(zhuǎn)矩）Tz 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n 的關(guān)系的關(guān)系Tz=f (n) 即為生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性。即為生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性。一、恒轉(zhuǎn)矩負載特性一、恒轉(zhuǎn)矩負載特性 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性15二、通風機負載特性二、通風機負載特性 通風機負載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速

14、大小有關(guān)，基本通風機負載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比上與轉(zhuǎn)速的平方成正比 。為反抗性負載。為反抗性負載。通風機負載特性 屬于通風機負載的生產(chǎn)機械有離屬于通風機負載的生產(chǎn)機械有離心式通風機、水泵、油泵等，其中空心式通風機、水泵、油泵等，其中空氣、水、油等介質(zhì)對機器葉片的阻力氣、水、油等介質(zhì)對機器葉片的阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比?；旧虾娃D(zhuǎn)速的平方成正比。恒功率負載特性負載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成反比，切削負載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成反比，切削功率基本不變功率基本不變 。三、恒功率負載特性三、恒功率負載特性 nKTz2KnTz55. 955. 9602KnTnTTPzzzz16實際通風機負

15、載特性 實際生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性可能是實際生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性可能是以上幾種典型特性的綜合。例如，實際通以上幾種典型特性的綜合。例如，實際通風機除了主要是通風機負載特性外，由于風機除了主要是通風機負載特性外，由于其軸承上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩，因而實際其軸承上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩，因而實際通風機負載特性應(yīng)為通風機負載特性應(yīng)為 20KnTTz機床平移機構(gòu)實際的負載特性思考題思考題：1-6(教材教材P14)機床刀架等機構(gòu)在平移時，負載的性質(zhì)機床刀架等機構(gòu)在平移時，負載的性質(zhì)基本上是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，但從靜止基本上是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，但從靜止狀態(tài)起動及當轉(zhuǎn)速還很低時，由于潤滑狀態(tài)起動及當轉(zhuǎn)速還很低時，

16、由于潤滑油沒有散開，靜摩擦系數(shù)較動摩擦系數(shù)油沒有散開，靜摩擦系數(shù)較動摩擦系數(shù)大，摩擦阻力較大。當傳動機構(gòu)在旋轉(zhuǎn)大，摩擦阻力較大。當傳動機構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時，有些油和風的阻力，通常帶有通風時，有些油和風的阻力，通常帶有通風機負載的性質(zhì)，這導(dǎo)致在轉(zhuǎn)速較高時，機負載的性質(zhì)，這導(dǎo)致在轉(zhuǎn)速較高時，負載轉(zhuǎn)矩會略有增高。負載轉(zhuǎn)矩會略有增高。17小結(jié)小結(jié)電力拖動系統(tǒng)主要研究電動機和生產(chǎn)機械之間的關(guān)系，具體表現(xiàn)在電力拖動系統(tǒng)主要研究電動機和生產(chǎn)機械之間的關(guān)系，具體表現(xiàn)在電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T與負載轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩Tz的關(guān)系上，用電力拖動運動方程式具體體的關(guān)系上，用電力拖動運動方程式具體體現(xiàn)，現(xiàn)，tnGDTTzdd3752把工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩、力、飛輪慣量和質(zhì)量折算到電動機軸上，電動把工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩、力、飛輪慣量和質(zhì)量折算到電動機軸上，電動機和生產(chǎn)機械就成為同軸連接的系統(tǒng)，有著同樣的轉(zhuǎn)速。機和生產(chǎn)機械就成為同軸連接的系統(tǒng)，有著同樣的轉(zhuǎn)速。 n=f(T)的的方程式和曲線稱為電動機的機械特性，方程