(上課)第2章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1

1、20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三1 1第第2 2章章 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)： 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式；機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式； 多軸傳動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原則和方法；多軸傳動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原則和方法； 了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性；了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性； 了解機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件了解機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 以及學(xué)會(huì)分析實(shí)際系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以及學(xué)會(huì)分析實(shí)際系統(tǒng)的穩(wěn)定性。20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三2 2 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)是一個(gè)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、通過(guò)通過(guò)傳

2、動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的整體。帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的整體。 盡管電動(dòng)機(jī)種類繁多，盡管電動(dòng)機(jī)種類繁多，特性各異特性各異； 但從動(dòng)力學(xué)的角度去分析，但從動(dòng)力學(xué)的角度去分析， 它們都應(yīng)它們都應(yīng)服從服從動(dòng)力學(xué)的統(tǒng)一規(guī)律。動(dòng)力學(xué)的統(tǒng)一規(guī)律。 生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性負(fù)載特性多種多樣；多種多樣；20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三3 32.1 2.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1 1、單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的組成、單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)距方向轉(zhuǎn)距方向電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)對(duì)象電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)對(duì)象連接件連接件電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)M M通過(guò)連接件直接與生產(chǎn)機(jī)械相連

3、，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)連接件直接與生產(chǎn)機(jī)械相連，由電動(dòng)機(jī)M M產(chǎn)生產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩T TM M，用來(lái)克服，用來(lái)克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L，帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)，帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械以械以角速度角速度（或速度（或速度n n）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三4 4 當(dāng)當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩T TM M與與負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L平衡時(shí)，平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n或或 角速度角速度不變；不變； 加速度加速度dn/dtdn/dt或角加速度或角加速度d d/dt/dt等于零，即等于零，即T TM M= =T TL L， 這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為靜態(tài)靜態(tài)（相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)）或（相

4、對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)）或穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)（ 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)）。穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)）。20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三5 5 顯然當(dāng)顯然當(dāng)T TM MT TL L時(shí)，轉(zhuǎn)速或角速度就要發(fā)生變化，時(shí)，轉(zhuǎn)速或角速度就要發(fā)生變化， 產(chǎn)生角加速度，速度變化的大小與傳動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)生角加速度，速度變化的大小與傳動(dòng)系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J J有關(guān)；有關(guān)； 把上述各種參量的關(guān)系用方程式表示出來(lái)，則有：把上述各種參量的關(guān)系用方程式表示出來(lái)，則有：tddJTTLM 20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三6 62 2、運(yùn)動(dòng)方程式、運(yùn)動(dòng)方程式 在機(jī)電系統(tǒng)中，在機(jī)電系統(tǒng)中，T TM M、T TL L、 （或（或n)

5、n)之間的函數(shù)關(guān)系之間的函數(shù)關(guān)系 稱為運(yùn)動(dòng)方程式。稱為運(yùn)動(dòng)方程式。根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，T TM M、T TL L、 （或（或n n) )之間的函數(shù)關(guān)系之間的函數(shù)關(guān)系如下：如下：tnJtJTTdd602ddLM 運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)動(dòng)方程式其中，其中，dLMTTT 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式 即：即： TM = TL + Td20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三7 7 TM 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）; TL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Nm）; J 單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）; 單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的角速度單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的角速度（rad/s）；）；

6、 n 單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速（r/min）；）； t 時(shí)間時(shí)間（s ）; tnJtJTdd602ddd 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（Nm）。）。 20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三8 8 因?yàn)椋趯?shí)際工程計(jì)算中，往往用因?yàn)椋趯?shí)際工程計(jì)算中，往往用n n代替代替，用飛輪，用飛輪 慣量慣量GDGD2 2代替轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因而有代替轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因而有snmNmNLmNMtdndGDTT375min/22 D 單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性直徑單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性直徑（m）; G 單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的重力單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的重力（Kg）。）。 GD2 應(yīng)視為一個(gè)整體物理量。應(yīng)視為一個(gè)整體物理量。 運(yùn)動(dòng)方程式是

7、研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)最基本的方程式，運(yùn)動(dòng)方程式是研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)最基本的方程式， 由它可描述出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的由它可描述出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)狀態(tài)及及特征特征。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三9 93 3、傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)、傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程式可知：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有兩種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程式可知：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有兩種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：:)1LM時(shí)時(shí)）穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)（TT 0ddd tJT 即即0dd t，為常數(shù)，傳動(dòng)系統(tǒng)以恒速運(yùn)動(dòng)。為常數(shù)，傳動(dòng)系統(tǒng)以恒速運(yùn)動(dòng)。 T TM M = =T TL L時(shí)時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)處于恒速運(yùn)動(dòng)的這種狀態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。傳動(dòng)系統(tǒng)處于恒速運(yùn)動(dòng)的這種狀態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。 時(shí)時(shí)）

8、：動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)（LM)2TT 時(shí)時(shí)：LMTT 0ddd tJT 即即 ,0dd t 傳動(dòng)系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)。時(shí)時(shí)：LMTT ,0ddd tJT 即即,0dd t 傳動(dòng)系統(tǒng)減速運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)減速運(yùn)動(dòng)。T TM M T TL L時(shí)時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)處于加速或減速運(yùn)動(dòng)的這種狀態(tài)傳動(dòng)系統(tǒng)處于加速或減速運(yùn)動(dòng)的這種狀態(tài)被稱為被稱為動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)。dLMTTT 20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三1010 處于處于動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)中必然存在一個(gè)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩：時(shí)，系統(tǒng)中必然存在一個(gè)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩：snmNmNdtdndGDT375min/22 它使系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。其轉(zhuǎn)矩平衡方程為：它使系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)

9、生變化。其轉(zhuǎn)矩平衡方程為：TM = TL + Td上式表明，在任何情況下，電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩總是被軸上的負(fù)載上式表明，在任何情況下，電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩總是被軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩之和所平衡。轉(zhuǎn)矩（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩之和所平衡。 由于傳動(dòng)系統(tǒng)有多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方程式由于傳動(dòng)系統(tǒng)有多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方程式 中的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的方向就不同，因此需要約定方向中的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的方向就不同，因此需要約定方向 的表達(dá)規(guī)則。的表達(dá)規(guī)則。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三11114 4、T TM M、T TL L、n n的參考方向的參考方向 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械以共

10、同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械以共同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以，一般以一般以（或（或n n）的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閰⒖紒?lái)確定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)。）的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閰⒖紒?lái)確定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)。 當(dāng)當(dāng)T TM M的實(shí)際作用方向的實(shí)際作用方向與與n n的方向相同的方向相同時(shí)（時(shí)（符號(hào)相同符號(hào)相同），）， 取與取與n n相同相同的符號(hào)，的符號(hào)，T TM M為為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；1)T1)TM M的符號(hào)與性質(zhì)的符號(hào)與性質(zhì) 當(dāng)當(dāng)T TM M的實(shí)際作用方向的實(shí)際作用方向與與n n的方向相反的方向相反時(shí)，時(shí)， 取與取與n n相反相反的符號(hào)，的符號(hào)，T TM M為為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日

11、星期三1212拖動(dòng)轉(zhuǎn)距促進(jìn)運(yùn)動(dòng)；制動(dòng)轉(zhuǎn)距阻礙運(yùn)動(dòng)。拖動(dòng)轉(zhuǎn)距促進(jìn)運(yùn)動(dòng)；制動(dòng)轉(zhuǎn)距阻礙運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)當(dāng)T TL L的實(shí)際作用方向的實(shí)際作用方向與與n n的方向相同時(shí)的方向相同時(shí)（符號(hào)相反符號(hào)相反），）， 取與取與n n相反相反的符號(hào)，的符號(hào)，T TL L為為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；2)T2)TL L的符號(hào)與性質(zhì)的符號(hào)與性質(zhì) 當(dāng)當(dāng)T TL L的實(shí)際作用方向的實(shí)際作用方向與與n n的方向相反時(shí)的方向相反時(shí)， 取與取與n n相同相同的符號(hào)，的符號(hào)，T TL L為為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三1313舉例：如圖所示電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)重物上升和下降。舉例：如圖所示電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)重物

12、上升和下降。 設(shè)重物設(shè)重物上升上升時(shí)速度時(shí)速度n n的符號(hào)為的符號(hào)為正正，下降下降時(shí)時(shí)n n的的符號(hào)為符號(hào)為負(fù)負(fù)。 當(dāng)重物當(dāng)重物上升時(shí)上升時(shí)：T TM M、T TL L、n n的方向如圖（的方向如圖（a a）所示。）所示。tnJTTdd602LM T TM M為正，為正，T TL L也為正。也為正。運(yùn)動(dòng)方程式為：運(yùn)動(dòng)方程式為：因此重物上升時(shí)，因此重物上升時(shí)，T TM M為為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，T TL L為為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三1414當(dāng)重物在上升過(guò)程中當(dāng)重物在上升過(guò)程中制動(dòng)時(shí)制動(dòng)時(shí)： T TM M為負(fù)，為負(fù)，T TL L為正。為正。運(yùn)動(dòng)方程式為

13、：運(yùn)動(dòng)方程式為：tnJTTdd602LM 此時(shí)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和加速度都是負(fù)的，此時(shí)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和加速度都是負(fù)的， 它們使重物減速上升，直到停止為止，系統(tǒng)中它們使重物減速上升，直到停止為止，系統(tǒng)中 由動(dòng)能產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩被電機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載由動(dòng)能產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩被電機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載 轉(zhuǎn)矩所平衡。轉(zhuǎn)矩所平衡。20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三1515當(dāng)重物當(dāng)重物下降時(shí)下降時(shí)： T TM M、T TL L、n n的方向如圖（的方向如圖（b b）所示。）所示。tnJTTdd602LM 即：即： tnJTTdd602ML T TM M為正，為正，T TL L也為正。也為正。運(yùn)動(dòng)方程式為：運(yùn)動(dòng)

14、方程式為：因此重物下降時(shí)，因此重物下降時(shí)，T TM M為為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，T TL L為為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三1616 實(shí)際拖動(dòng)系統(tǒng)多為實(shí)際拖動(dòng)系統(tǒng)多為多軸拖動(dòng)系統(tǒng)多軸拖動(dòng)系統(tǒng)。因?yàn)?，多?shù)生產(chǎn)。因?yàn)?，多?shù)生產(chǎn)機(jī)械都有減速機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)。機(jī)械都有減速機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)。 例如，電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)（如減速齒輪箱、蝸輪例如，電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)（如減速齒輪箱、蝸輪 蝸桿等）與生產(chǎn)機(jī)械相連，如圖所示：蝸桿等）與生產(chǎn)機(jī)械相連，如圖所示：2.2 2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算20222022年年5 5月月4 4日星

15、期三日星期三1717 即，將各轉(zhuǎn)動(dòng)部分的即，將各轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩和和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量或或直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量部分的質(zhì)量折算到某折算到某一根一根軸上。軸上。一般折算到電機(jī)軸上一般折算到電機(jī)軸上。折算的基本原則是：折算前的多軸系統(tǒng)和折算后的折算的基本原則是：折算前的多軸系統(tǒng)和折算后的單軸系統(tǒng)在單軸系統(tǒng)在能量關(guān)系能量關(guān)系或或功率關(guān)系功率關(guān)系上保持不變。上保持不變。靜態(tài)時(shí)：靜態(tài)時(shí)： 為了對(duì)多軸拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的分析，為了對(duì)多軸拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的分析，一般是將多軸拖動(dòng)系統(tǒng)等效折算為單軸系統(tǒng)。一般是將多軸拖動(dòng)系統(tǒng)等效折算為單軸系統(tǒng)。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期

16、三18182.2.1 2.2.1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩是靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，可根據(jù)靜態(tài)時(shí)功率守恒原則負(fù)載轉(zhuǎn)矩是靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，可根據(jù)靜態(tài)時(shí)功率守恒原則進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。 對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)電動(dòng)機(jī)以角速度設(shè)電動(dòng)機(jī)以角速度M M旋轉(zhuǎn)，負(fù)載旋轉(zhuǎn)，負(fù)載 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T TL L折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T TL L， 而生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為而生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為L(zhǎng) L。 則電動(dòng)機(jī)輸出功率則電動(dòng)機(jī)輸出功率P PM M和負(fù)載所需功率和負(fù)載所需功率P PL L分別為：分別為：PM = TL M 輸入功率輸入功率PL = TL L 輸出功率輸出功率重點(diǎn)重點(diǎn)2022202

17、2年年5 5月月4 4日星期三日星期三1919 考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在傳輸功率過(guò)程中有損耗，這個(gè)損耗考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在傳輸功率過(guò)程中有損耗，這個(gè)損耗 可用效率可用效率c c來(lái)表示，即：來(lái)表示，即：MLLLCTTPPML傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入功率傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入功率傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出功率傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出功率 于是，于是，生產(chǎn)機(jī)械上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩生產(chǎn)機(jī)械上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的到電動(dòng)機(jī)軸上的 等效轉(zhuǎn)矩等效轉(zhuǎn)矩為：為： jTTTcLMcLLL 式中：式中：c c電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)效率；電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)效率； LM j傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比。20222022年年5 5月月4 4日星

18、期三日星期三2020 對(duì)于負(fù)載是對(duì)于負(fù)載是直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)的，例如圖的，例如圖2.3(b)2.3(b)的卷?yè)P(yáng)機(jī)。的卷?yè)P(yáng)機(jī)。 若若生產(chǎn)機(jī)械生產(chǎn)機(jī)械直線運(yùn)動(dòng)部件直線運(yùn)動(dòng)部件的的負(fù)載力負(fù)載力為為F F，運(yùn)動(dòng)速度為，運(yùn)動(dòng)速度為 v v, ,則所需的機(jī)械功率為：則所需的機(jī)械功率為： PL = F v 輸出功率輸出功率 它反映在電動(dòng)機(jī)軸上它反映在電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)械功率為：的機(jī)械功率為： PM = TL M 輸入功率輸入功率20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三2121 考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在傳輸功率過(guò)程中有損耗，這個(gè)損耗考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在傳輸功率過(guò)程中有損耗，這個(gè)損耗 可用效率可用效率c c來(lái)表示，根據(jù)功

19、率平衡關(guān)系有：來(lái)表示，根據(jù)功率平衡關(guān)系有：MnFvFvTcMcL55. 9 如果是生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，則有：如果是生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，則有： MnFvFvTcMcL55. 9 重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三22222.2 2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算 由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能有關(guān)，由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能有關(guān)， 因此，可根據(jù)動(dòng)能守恒原理進(jìn)行折算。因此，可根據(jù)動(dòng)能守恒原理進(jìn)行折算。 對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（圖對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（圖2.3a2.3a），）， 折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2L2

20、11ZLMjJjJJJ 式中，式中，JM、J1、JL電機(jī)軸、中間軸、電機(jī)軸、中間軸、 生產(chǎn)機(jī)械軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；生產(chǎn)機(jī)械軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 式中，式中，j1電機(jī)軸與中間軸之間的速比，電機(jī)軸與中間軸之間的速比， j1 = = M M/ /1 1； 式中，式中，jL電機(jī)軸與生產(chǎn)機(jī)械軸之間的速比，電機(jī)軸與生產(chǎn)機(jī)械軸之間的速比， jL = = M M/ /L L； 式中，式中，M、1、L電機(jī)軸、中間軸、電機(jī)軸、中間軸、 生產(chǎn)機(jī)械軸上的角速度生產(chǎn)機(jī)械軸上的角速度 重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三2323 同理，折算到電機(jī)軸上的總飛輪轉(zhuǎn)矩為：同理，折算到電機(jī)軸上的總飛輪轉(zhuǎn)矩為： 2

21、2212122LLMZjGDjGDGDGD 式中，式中，GD2M、GD21、GD2L電機(jī)軸、中間軸、電機(jī)軸、中間軸、 生產(chǎn)機(jī)械軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩。生產(chǎn)機(jī)械軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)速比當(dāng)速比j 較大時(shí)，中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大時(shí)，中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1、 或飛輪轉(zhuǎn)矩或飛輪轉(zhuǎn)矩GD21 在折算后在折算后占整個(gè)系統(tǒng)的比重不大，占整個(gè)系統(tǒng)的比重不大， 可以簡(jiǎn)略可以簡(jiǎn)略。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三2424 為計(jì)算方便起見(jiàn)，多采用適度加大電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)為計(jì)算方便起見(jiàn)，多采用適度加大電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量或飛輪轉(zhuǎn)矩的方法來(lái)簡(jiǎn)化運(yùn)算，即：慣量或飛輪轉(zhuǎn)矩的方法來(lái)簡(jiǎn)化運(yùn)算，即： 2L

22、LMZjJJJ 一般一般 =1.11.25。 2222LLMZjGDGDGD 重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三2525 對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)，折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)，折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：222L211ZMLMvmjJjJJJ 總飛輪轉(zhuǎn)矩為：總飛輪轉(zhuǎn)矩為：2222212122365nGvjGDjGDGDGDLLMZ 重點(diǎn)重點(diǎn)tnMZLMddGDTT3752程式：多軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三26262.3 2.3 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性 前面討論的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩前面討論

23、的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L 可能是可能是常數(shù)常數(shù)，也可能是，也可能是轉(zhuǎn)速的函數(shù)轉(zhuǎn)速的函數(shù)。 我們把我們把同一軸上同一軸上負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩與與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速之間的之間的函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系稱為稱為 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性負(fù)載特性。 就是生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性，有時(shí)也稱為生產(chǎn)機(jī)械的就是生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性，有時(shí)也稱為生產(chǎn)機(jī)械的 機(jī)械特性機(jī)械特性。 今后均指今后均指電機(jī)軸上的負(fù)載特性電機(jī)軸上的負(fù)載特性。 不同類型的生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)動(dòng)中受阻的性質(zhì)是不同的，不同類型的生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)動(dòng)中受阻的性質(zhì)是不同的， 其其負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線的形狀也有所不同，大致分為：的形狀也有所不同，大致分為：

24、恒轉(zhuǎn)矩型恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特性、負(fù)載特性、離心式通風(fēng)機(jī)型離心式通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性、負(fù)載特性、 直線型直線型負(fù)載特性、負(fù)載特性、恒功率型恒功率型負(fù)載特性。負(fù)載特性。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三27272.3.1 2.3.1 恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特性 這一類型負(fù)載特性的這一類型負(fù)載特性的特點(diǎn)特點(diǎn)是：是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)。 如如P.11.P.11.圖圖2.42.4所示。所示。 依據(jù)依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩與與運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向的的關(guān)系關(guān)系，恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特性，恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特性 可分為可分為反抗性轉(zhuǎn)矩反抗性轉(zhuǎn)矩和和位能性轉(zhuǎn)矩位能性轉(zhuǎn)矩兩種。兩種。1 1反抗轉(zhuǎn)矩：又稱

25、摩擦性轉(zhuǎn)矩，其反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，其特點(diǎn)特點(diǎn)如下：如下： 由由摩擦摩擦、非彈性體非彈性體的的壓縮壓縮、拉伸拉伸與與扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)等作用所產(chǎn)生等作用所產(chǎn)生 的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 反抗性轉(zhuǎn)矩的方向恒與運(yùn)動(dòng)反抗性轉(zhuǎn)矩的方向恒與運(yùn)動(dòng)方向相反方向相反，阻礙運(yùn)動(dòng)；，阻礙運(yùn)動(dòng)； 反抗性轉(zhuǎn)矩的反抗性轉(zhuǎn)矩的大小恒常不變大小恒常不變。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三2828 根據(jù)轉(zhuǎn)矩正方向的約定可知，反抗性轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速根據(jù)轉(zhuǎn)矩正方向的約定可知，反抗性轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速n n 的方向相反時(shí)取正號(hào)，即：的方向相反時(shí)取正號(hào)，即： n n 為正方向時(shí)為正方向時(shí)T TL L 為正，特性在第一象限；

26、為正，特性在第一象限； n n 為負(fù)方向時(shí)為負(fù)方向時(shí)T TL L 為負(fù)，特性在第三象限。為負(fù)，特性在第三象限。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三29292 2位能性轉(zhuǎn)矩，其位能性轉(zhuǎn)矩，其特點(diǎn)特點(diǎn)如下：如下： 位能性轉(zhuǎn)矩的位能性轉(zhuǎn)矩的大小恒常不變大小恒常不變； 作用方向不變作用方向不變，與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，即在某一方向，即在某一方向 阻礙運(yùn)動(dòng)而在另一方向促進(jìn)運(yùn)動(dòng)。阻礙運(yùn)動(dòng)而在另一方向促進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 位能性轉(zhuǎn)矩是由物體的位能性轉(zhuǎn)矩是由物體的重力重力或或彈性體彈性體的的壓縮壓縮、拉伸拉伸、 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)等作用所引起的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；等作用所引起的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；重點(diǎn)重點(diǎn)2022202

27、2年年5 5月月4 4日星期三日星期三3030 卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊重物時(shí)，由于重物的作用方向永遠(yuǎn)向著卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊重物時(shí)，由于重物的作用方向永遠(yuǎn)向著 地心，所以，由它產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩永遠(yuǎn)作用在使地心，所以，由它產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩永遠(yuǎn)作用在使 重物下降的方向。當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)重物上升時(shí)，重物下降的方向。當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)重物上升時(shí)，T TL L與與 n n的方向相反；當(dāng)重物下降時(shí)，的方向相反；當(dāng)重物下降時(shí)，T TL L和和n n的方向相同的方向相同 （圖（圖2.32.3）。）。20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三3131 假設(shè)假設(shè)n n為正，為正，T TL L阻礙運(yùn)動(dòng)；阻礙運(yùn)動(dòng)； 則則n n為負(fù)時(shí)，為負(fù)時(shí)，

28、T TL L一定促進(jìn)運(yùn)動(dòng)。一定促進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 特性在第一、四象限。特性在第一、四象限。 不難理解，不難理解，在運(yùn)動(dòng)方程式中在運(yùn)動(dòng)方程式中，反抗性轉(zhuǎn)矩反抗性轉(zhuǎn)矩T TL L的符號(hào)的符號(hào) 總是總是與與n n相同相同；位能轉(zhuǎn)矩位能轉(zhuǎn)矩T TL L的符號(hào)的符號(hào)則則有時(shí)有時(shí)與與n n 相同相同， 有時(shí)有時(shí)與與n n相反相反。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三32322.3.2 2.3.2 離心式通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性離心式通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性 離心式通風(fēng)型機(jī)械特性是按離心力原理工作的，離心式通風(fēng)型機(jī)械特性是按離心力原理工作的， 如離心式鼓風(fēng)機(jī)、水泵等，它們的如離心式鼓風(fēng)機(jī)、水泵等，它們的負(fù)載

29、轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L的大小的大小 與與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n的平方的平方成成正比正比，即：，即：2LCnT 其中：其中：C C為常數(shù)。為常數(shù)。特性曲線如圖特性曲線如圖2.52.5所示。所示。20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三33332.3.3 2.3.3 直線型負(fù)載特性直線型負(fù)載特性 直線型負(fù)載的直線型負(fù)載的負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L的大小與的大小與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n的大小的大小 成成正比正比，即，即 ：CnT L其中：其中：C C為常數(shù)。為常數(shù)。特性曲線如圖特性曲線如圖2.62.6所示。所示。20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三34342.3.4 2.3.4 恒功

30、率型負(fù)載特性恒功率型負(fù)載特性 恒功率型負(fù)載的恒功率型負(fù)載的負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L的大小與的大小與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n的的 大小成大小成反比反比，即，即nCT L其中：其中：C C為常數(shù)。例如機(jī)床。為常數(shù)。例如機(jī)床。 實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)載可能是單一類型的，也可以是幾種實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)載可能是單一類型的，也可以是幾種 類型的復(fù)合。類型的復(fù)合。特性曲線如圖特性曲線如圖2.72.7所示。所示。20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三35352.4 2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連成一體，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連成一體， 為

31、了使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行合理，就要使為了使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行合理，就要使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械電動(dòng)機(jī)的機(jī)械 特性特性與與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性盡量盡量相匹配相匹配。 特性配合好壞的基本要求是特性配合好壞的基本要求是系統(tǒng)能系統(tǒng)能穩(wěn)定穩(wěn)定運(yùn)行運(yùn)行。1 1、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的含義含義包括：包括：1) 1) 系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運(yùn)行；系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運(yùn)行；2) 2) 系統(tǒng)受某種外部干擾作用（如電壓波動(dòng)、負(fù)載系統(tǒng)受某種外部干擾作用（如電壓波動(dòng)、負(fù)載 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等）而使運(yùn)行速度發(fā)生變化，應(yīng)保證轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等）而使運(yùn)行速度發(fā)生變化，應(yīng)保證 系統(tǒng)在干擾消除后能恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行速度。系統(tǒng)在干擾消除后

32、能恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行速度。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三36362 2、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件1) 1) 必要條件必要條件 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T TM M和負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L大小相等大小相等， 方向相反方向相反。 從從T Tn n 坐標(biāo)上看，就是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線坐標(biāo)上看，就是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線 n n = =f f( (T TM M) )和生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線和生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線n n = =f f( (T TL L) ) 必須有交點(diǎn)，交點(diǎn)被稱為必須有交點(diǎn)，交點(diǎn)被稱為平衡點(diǎn)平衡點(diǎn)。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022

33、年年5 5月月4 4日星期三日星期三37372) 2) 充分條件充分條件 系統(tǒng)受到干擾后，要系統(tǒng)受到干擾后，要具有恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的具有恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的 能力能力，即：，即： 當(dāng)干擾使速度上升時(shí)，有當(dāng)干擾使速度上升時(shí)，有 T TM M T TL L 。 這是穩(wěn)定運(yùn)行的這是穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件充分條件。 符合穩(wěn)定運(yùn)行條件的平衡點(diǎn)稱為符合穩(wěn)定運(yùn)行條件的平衡點(diǎn)稱為穩(wěn)定平衡點(diǎn)穩(wěn)定平衡點(diǎn)。重點(diǎn)重點(diǎn)20222022年年5 5月月4 4日星期三日星期三3838 機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件也可表述為：機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件也可表述為：電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n= f（Tm） 與負(fù)載特性與負(fù)載特性n