電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2023/12/27電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一.運(yùn)動(dòng)方程式1.直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程式

F--拖動(dòng)力（N）；Fz--阻力（N）；m(dv/dt)--慣性力。作直線運(yùn)動(dòng)的物體（圖7-tem1）

2.旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的方程式為：

T--電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩(N·m);Tz--阻轉(zhuǎn)矩（或稱負(fù)載轉(zhuǎn)矩）(N·m);J(dΩ/dt)--慣性轉(zhuǎn)矩（或稱加速轉(zhuǎn)矩）。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體(圖7-tem2電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J表示m與G--旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg）與重量(N)；ρ與D--慣性半徑與直徑（m）；g=9.81m/s2--重力加速度。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J的單位為kg·m

GD2--稱為飛輪矩（N·m2）實(shí)際計(jì)算中常將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式化為另一種形式即將角速度Ω（rad/s）化成用每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n(r/min)表示的形式這樣有4.旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式的實(shí)用形式電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)5.不同形狀物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同形狀物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

物體形狀轉(zhuǎn)動(dòng)慣量回轉(zhuǎn)半徑插圖質(zhì)點(diǎn)mR2R(圖7-tem3e)圓柱mR2/2sqrt(2)R/2(圖7-tem3a)圓球2mR2/5sqrt(10)R/5(圖7-tem3b)圓環(huán)m(R2+3r2/4)sqrt(4R2+3r2/2)(圖7-tem3c)圓錐3mR2/10sqrt(30)R/10(圖7-tem3d)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)6.電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)當(dāng)T=TZ，dn/dt=0，n=常值，電動(dòng)機(jī)靜止或等速旋轉(zhuǎn)加速狀態(tài)當(dāng)T>TZ，dn/dt>0減速狀態(tài)當(dāng)T<TZ，dn/dt<0二.運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩的正負(fù)號(hào)分析應(yīng)用運(yùn)動(dòng)方程式，通常以電動(dòng)機(jī)軸為研究對(duì)象運(yùn)動(dòng)方程式寫(xiě)成下列一般形式

對(duì)公式中T與Tz前帶有的正負(fù)符號(hào)，作如下規(guī)定：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)矩(圖7-tem4)預(yù)先規(guī)定某一旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎较?，則1.轉(zhuǎn)矩T方向如果與所規(guī)定的旋轉(zhuǎn)正方向相同

T前取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)；2.阻轉(zhuǎn)矩Tz方向如果與所規(guī)定的旋轉(zhuǎn)正方向相同時(shí)

Tz前取負(fù)號(hào)，相反時(shí)取正號(hào)3.加速轉(zhuǎn)矩（GD2/375）(dn/dt)的大小及正負(fù)符號(hào)

由轉(zhuǎn)矩T及阻轉(zhuǎn)矩Tz的代數(shù)和來(lái)決定電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩、飛輪矩的折算實(shí)際拖動(dòng)系統(tǒng)的軸常是不止一根，這種系統(tǒng)顯然比一根軸的系統(tǒng)要復(fù)雜，計(jì)算起來(lái)也較為困難多軸系統(tǒng)到單軸的簡(jiǎn)化（圖8-2）如要全面研究這個(gè)系統(tǒng)的問(wèn)題，必須對(duì)每根軸列出其相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方程式；列出各軸間互相聯(lián)系的方程式；最后把這些方程式聯(lián)系起來(lái)，全面地研究系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。問(wèn)題！這種方法研究這個(gè)系統(tǒng)太復(fù)雜。對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)而言，通常把電動(dòng)機(jī)軸作為研究對(duì)象即可解決途徑：把實(shí)際的拖動(dòng)系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)等效原則：等效折算的原則是保持兩個(gè)系統(tǒng)傳送的功率及儲(chǔ)存的動(dòng)能相同電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一.工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩Tz'的折算用電動(dòng)機(jī)軸上的阻轉(zhuǎn)矩Tz來(lái)反映工作機(jī)構(gòu)軸上實(shí)際轉(zhuǎn)矩Tz'的工作折算的原則：

系統(tǒng)的傳送功率不變，若不考慮中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗。有如下關(guān)系：轉(zhuǎn)速比，j=Ω/ΩZ=

n/nz電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)二。工作機(jī)構(gòu)直線作用力的折算如圖8-3其重機(jī)機(jī)構(gòu)。刨床工作臺(tái)帶動(dòng)工件前進(jìn)。它們都反映了一個(gè)阻轉(zhuǎn)矩折算原則與上面相同電動(dòng)機(jī)角速度換成，則上式變?yōu)殡娏ν蟿?dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)三傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)飛輪力矩的折算解決問(wèn)題的思路：將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1、J2、J3...及工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz折算到電動(dòng)機(jī)軸上，用電動(dòng)機(jī)軸上一個(gè)等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，來(lái)反映整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速不同的各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算原則：折算必須以實(shí)際系統(tǒng)與等效系統(tǒng)儲(chǔ)存動(dòng)能相等為原則得下列關(guān)系：電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)考慮到GD2=4gJ，Ω=2πn/60，得電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)例8-1刨床傳動(dòng)系統(tǒng)如圖8-4所示，M12456783圖8-4刨床傳動(dòng)系統(tǒng)vG1G2若電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)子（或電樞）的飛輪矩，工作臺(tái)重（相當(dāng)于1230kg重），工件重量（相當(dāng)于1800kg重）各齒輪的齒數(shù)及飛輪矩見(jiàn)表8-1。齒輪8的齒距。求刨床拖動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)軸上總的飛輪力矩。齒輪號(hào)12345678齒數(shù)2055306430783066飛輪力矩4.1220.109.8128.4018.6041.2024.5063.75電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)解：把刨床運(yùn)動(dòng)分為旋轉(zhuǎn)與直線運(yùn)動(dòng)兩部分。（1）旋轉(zhuǎn)部分（不包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子或電樞）的（2）直線運(yùn)動(dòng)部分的齒輪8的轉(zhuǎn)速電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)工作臺(tái)及工件直線運(yùn)動(dòng)速v（2）刨床拖動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)軸上總的飛輪力矩電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗的簡(jiǎn)化方法1.電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，功率由電動(dòng)機(jī)向工作機(jī)構(gòu)傳送，傳動(dòng)損耗由電動(dòng)機(jī)承擔(dān)，電動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率比生產(chǎn)機(jī)構(gòu)消耗的功率大2.電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)由工作機(jī)構(gòu)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)，功率傳送方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反傳動(dòng)損耗功率由工作機(jī)構(gòu)承擔(dān)，傳送到電動(dòng)機(jī)軸上的功率較工作機(jī)構(gòu)軸上的功率小hc為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率，在使用多級(jí)傳動(dòng)時(shí)，如各級(jí)效率為hc1、hc2、hc3...,則hc應(yīng)為各級(jí)效率的乘積：hc=hc1·hc2·hc3...每對(duì)齒輪（用滾動(dòng)軸承）的滿載效率為0.975~0.985，蝸輪蝸桿傳動(dòng)的滿載效率為0.5~0.7，可由機(jī)械工程手冊(cè)上查到(一)工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩Tz'的簡(jiǎn)化折算傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗的簡(jiǎn)化考慮方法可在折算公式中引入傳動(dòng)效率hc電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第四節(jié)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性在運(yùn)動(dòng)方程式中，阻轉(zhuǎn)矩（或稱負(fù)載轉(zhuǎn)矩）Tz與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系Tz=f(n)即為生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性,分為三大類恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz與轉(zhuǎn)速n無(wú)關(guān)，即當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz保持常值。又可分為：1.反抗性一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩（圖8-6）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點(diǎn)是，恒值轉(zhuǎn)矩Tz總是反對(duì)運(yùn)動(dòng)方向如金屬的壓延、機(jī)床的平移機(jī)構(gòu)等電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2.位能性位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩Tz具有固定的方向不隨轉(zhuǎn)速方向改變而改變?nèi)缙鹬仡愋拓?fù)載中的重物。位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩（圖8-7）二.通風(fēng)機(jī)負(fù)載

通風(fēng)機(jī)負(fù)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，即Tz=K·n2風(fēng)機(jī)類負(fù)載（圖8-8）此類負(fù)載有通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)三.恒功率負(fù)載車