顾绳谷 电机及拖动基础 第四版下 最全课件

第一节电力拖动系统的运动方程“电力拖动”：以电动机作为原动机拖动机械设备运动的一种拖动方式，又称电气传动。电力拖动装置可分为电动机、工作机构、控制设备及电源等四个组成部分。在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴，而在二者之间有传动机构，它把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给生产机械的工作机构。第八章电力拖动系统动力学基础电源控制设备电动机工作机构一、运动方程式力学方程：直线运动：旋转运动：J为转动惯量：单位为称为飞轮惯量（），式中m与G——旋转部分的质量（kg）与重量（N）ρ与D——惯性半径与直径（m）再由tvmFFzddtJTTzddgGDmJ4222mkg602ntnGDTTzdd37522mN2GDgJGD42由分析：1、当、，电动机静止或等速旋转，电力拖动系统处于稳定运转状态下；2、当、，电力拖动系统处于加速状态；3、当、，电力拖动系统处于减速状态。tnGDTTzdd3752zTT0ddtnzTT0ddtnzTT0ddtn一、运动方程式中转矩的正负符号运动方程式的一般形式规定某个转动方向为正方向，则转矩T正向取正，反向取负；阻转矩Tz正向取负，反向取正。tnGDTTzdd375)(2三、各种形状旋转体转动惯量的计算1、旋转轴通过该物体的重心时，转动惯量可以按以下公式计算：式中，—该物体某个组成部分的质量；—该部分的重心到旋转轴的距离。对质量连续分布的物体用相应的定积分计算：2、旋转轴为不通过该物体重心的任意轴时，这时该旋转物体的转动惯量是它围绕着不通过其重心的任意转轴旋转的转动惯量与它围绕穿过自身重心且平行于该任意轴线旋转的转动惯量之和。iikimrJ21imirim2VJrdm2mLJJ根据以上方法，可以推导出几种常见的旋转物体转动惯量的计算方法：1、以ρ为半径，以O为旋转轴线，质量为m的旋转小球（小球自身的半径与ρ相比充分小）的转动惯量：2、圆环柱体：2mJ)(22221mJ3、圆柱体自身的中轴线O为旋转轴线：22mJ例：圆环柱体转体转动惯量的推导半径ρ处的环形区域质量为：根据得：222122212)(2MM12)(22221mJ2VJrdm)(24222222122214241322212222121212MMdMdMdmrJVM4、长度为L，宽度为d，质量为m的长方体：如果宽度d与长度L相比充分小，则为：5、长方体的质量为m，以O为旋转轴线：)(1222dLmJ212LmJ)(3212221mJ6、旋转圆锥体：7、圆柱体（圆杆），转轴垂直于圆杆的轴线且穿过它的重心：8、圆柱体（圆杆），转轴垂直于圆杆的轴线且距离圆杆一端的距离为d：23.0mrJ)3(1222rLmJ)121234(12222ddLrLmJ第二节工作机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算实际的拖动系统常常是多轴系统，一般按功率储能等效的远侧折算成单轴系统。以电动机轴为折算对象，需要折算的参量为：工作机构转矩，系统中各轴（除电动机轴外）的转动惯量。对于某些作直线运动的工作机构，还必须把进行直线运动的质量及运动所需克服的阻力折算到电动机轴上去。zTzzzTT一、工作机构转矩的折算按照传送功率不变：式中，j——电动机轴与工作机构轴间的转速比如果传动机构为多级齿轮或带轮变速，则总的速比应为各级速比的乘积：考虑传动机构损耗时：jTTTTTzzzzzzz)(zT321jjjjjTTTTTczzczzczzz/czzczzzjTTTT（电动机）（发电机）321cccczznnj//二、工作机构直线作用力的折算根据传送功率不变：考虑传动机构损耗时：zzzvFTnvFTzzz55.960/π2nczzzzzczvFTvFTczzzczzznvFTnvFT55.955.9（电动机）（发电机）（电动机）（发电机）在提升与下放时传动损耗相等的条件下，下放传动效率与提升传动效率之间有下列关系：ccc122222211222221122///2121212121zzdzzdJJJJJJJJJJ三、传动机构与工作机构飞轮惯量的折算根据储存动能等效：由将J、Ω替换为n、并化简得：222222212122///zzdnnGDnnGDnnGDGDGDgGDmJ42260/π2n2GD四、工作机构直线运动质量的折算根据储存动能等效：222222236521)602(42122nvGGDvgGngGDvmJzZZzZZzzZ例：龙门刨传动结构如图，齿轮1与电机相连，已知切削力，速度，传动效率0.8，齿轮6节距20mm，电机电枢飞轮惯量，工作台与机床摩擦系数0.1。（1）折算到电机轴上的总飞轮惯量和负载转矩；（2）切削时电机输出功率；（3）空载不切削，工作台有加速度时的电机转矩。代号名称重量齿数1齿轮8.25202齿轮40.20553齿轮19.60384齿轮56.80645齿轮37.30306齿轮137.2078G1工作台14715G2工件98102GDNFN9810min/43mvN2230mN2/2sm解答(1):齿轮6的转速为：根基各齿轮齿数比，要使齿轮6达到，电机转轴的输出转速需要为：smmvZ/717.0min/4322222222562342122623421225242122322212489.2130/7838/6420/5520.13738/6420/5530.3780.5620/5560.1920.4025.8//////mNnnnnnnGDnnnnGDGDnnGDGDGDGDrmm56.17802.01、旋转部分的飞轮惯量：min/564.27/56.1min/436rrmmnsm/717.0min/88.331205538643078min/564.27rrnZ2、直线运动部分飞轮惯量2222211278.41)717.0()88.331(981014715365)(365mNvnGGGDZZL所以总的飞轮惯量为：2222269.293mNGDGDGDLrmNnvFTzzzz25.3168.088.331717.05.1226255.955.9NFz5.12262)981014715(1.09810kwWNTTPZZ111099025.31655.988.331602考虑到传动效率为0.8，初步负载转矩为：（2）：削切功率：（3）：工作台有加速度，则齿轮6的加速度为根据齿数比，电机轴（齿轮1）的加速度为：2/2smdtdvZ2/28.1/56.1srrmdtdvZ222min/6.924/4.15205538643078/28.1rsrsrmNnvFTzzzz25.638.088.331717.0)147159810(1.055.955.92022033.7866.924375269.29325.63dd375dd375mNTtnGDTtnGDTTzz空载时电机输出转矩：在要求的加速度下的电机输出转矩第三节速比可变系统曲柄传动机构是典型的速比可变系统，其特点是是可变的。Zv曲柄传动机构的运动方程：由dtdvmvdtdvmTdtdvaamFZZZZZaZZZZZZZZFvFTdtdJdtdJJJJJdtdmdtdJmJdtddtddtdvvZZkiiidZZZZZZ122)(2dtdJdtdJTdtdJdtdJTdtdmdtdmdtdvmTaZZaZZZZZaZ222)(),(21fJfTZ由折算到电机轴上的转矩和转动惯量都是转子转角的函数，即：ddJdTdddJddJdddtddddtddtddtdJdtdJTTddJddJTZa222ddJddJTTZ22或即为变速比系统的运动方程。也就是匀速旋转系统的运动方程：的一般形式。dtdJTTZ第四节考虑传动机构损耗时的折算方法二、考虑传动机构损耗的较准确方法（一）电力拖动系统处于稳定运转状态下：折算到电动机轴上的阻转矩Tz0——不考虑传动损耗时折算到电动机轴上的阻转矩ΔT——由于传动机构的摩擦所引起的附加转矩下放时TTTzz00000zcTTTTT00)1(TcTTzz00)1(TcTTzzNzNNzNTTTTTc0000cNcNNzNTT1Δ0等效拖动系统及系统中传送转矩的变化图（二）电力拖动系统处于加速运转状态下在这种情况下，附加摩擦转矩ΔT0不能认为与Tz0成正比，因为此时传送通过传动机构，除了Tz0外，还有惯性转矩。惯性转矩从系统的一个区段传送到另一个区段时，要发生变化。ΔTi—第i个部件的总摩擦转矩T0i—第i个部件的空载摩擦转矩—进入第i个传动机构的转矩iiiiTcTT0tJTTiiiddiTtJTcTTiiiiiddΔ0iiiiTtJTTΔdd1iiiiiTtcJcT0dd)1()1(第一个部件的转矩（即为电动机转矩）TT1传送到第二个部件上的转矩0111112dd)1()1(TtcJcTT0222223dd)1()1(TtcJcTT传送到第三个部件上的转矩0220122112113)1(dd)1]()1([)1)(1(TcTtcJcJccTT传送到第四个部件上的转矩033023201332221132114)1()1)(1(dd)1]()1()1)(1([)1)(1)(1(TcTccTtcJcJccJcccTT传送到最后第（m＋1）个部件上的转矩为)1()1)(1([)1()1)(1(2112111mmmcccJcccTTtcJcccJmmmdd)]1()1()1)(1(322mmmTccTcccT03023201)1()1()1()1)(1(工作轴的转矩为tJTTzmzdd10可整理成如下的形式])1()1)(1()1)(1(1[210021021011mzmcccTTccTcTTtcccJccJcJJmzdd])1()1)(1()1)(1(1[21213121与以下电动机轴上的转矩式相比较tJTTzdd1TT可得)1()1)(1()1)(1(121002102101mzmzcccTTccTcTT)1()1)(1()1)(1(121213121mzcccJccJcJJJ第五节生产机械的负载转矩特性负载转矩特性：在运动方程式中，阻转矩（或称负载转矩）Tz与转速n的关系Tz=f(n)一、恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性二、通风机负载特性通风机负载的转矩与转速大小有关，基本上与转速的平方成正比。2KnTz三、恒