北京公交路线电子版

第一讲电力拖动系统的动力学基础杜少武第一讲电力拖动系统的动力学基础1、电力拖动系统的运动方程式2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3、考虑传动机构损耗时的折算方法4、生产机械的负载转矩特性1、电力拖动系统的运动方程式电力拖动装置的组成•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电源控制设备电动机工作机构1.电力拖动系统运动方程式1.1电力拖动装置的组成1.2运动方程式1.3运动方程式中转矩的符号2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性1、电力拖动系统的运动方程式运动方程式tvmFFzddtJTTzddgGDmJ422单位为kg·m2•对于旋转运动•转动惯量•式中m——旋转部分的质量（kg）;G——旋转部分的重量（N）;——惯性半径（m）;D——惯性直径（m）。1.电力拖动系统运动方程式1.1电力拖动装置的组成1.2运动方程式1.3运动方程式中转矩的符号2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性•对于直线运动1、电力拖动系统的运动方程式•将602ntnGDTTzdd3752式中：GD2=4gJ称为飞轮惯量（N·m2）。•代入tJTTzddgGDmJ422•得：和•T=TZ时，dn/dt=0,电动机静止或等速旋转；•TTZ时，dn/dt0,电动机处于加速状态；•TTZ时，dn/dt0,电动机处于减速状态。1.电力拖动系统运动方程式1.1电力拖动装置的组成1.2运动方程式1.3运动方程式中转矩的符号2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性1、电力拖动系统的运动方程式运动方程式中转矩的符号•运动方程式的一般形式tnGDTTzdd375)()(2•规定某一转动方向为参考（正）方向，•电磁转矩T：与参考方向一致取正，反之取负；•阻转矩Tz：与参考方向一致取负，反之取正。1.电力拖动系统运动方程式1.1电力拖动装置的组成1.2运动方程式1.3运动方程式中转矩的符号2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算•以电动机轴为折算对象，需要折算的参量为：工作机构转矩TZ’，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1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩T´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性传动图等效折算图2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构转矩T´的折算•折算的原则是系统的传送功率不变zzzTTjTTTzZzz/式中，j——电动机轴与工作机构轴间的转速比，即•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，即321jjjjzznnj//1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩T´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构直线作用力的折算•根据传送功率不变zzzvFTnvFTzzz55.960/π2n1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩T´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算传动机构与工作机构飞轮惯量折算2222211222121212121zzdJJJJJ2222211///zzdJJJJJ222222212122///zzdnnGDnnGDnnGDGDGD1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩T´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构直线运动质量的折算•折算的原则是转动惯量JZ´中及质量mZ中储存的动能相等，即2222zzzvmJ222365)(nvGGDzzzgGDJzz4/260/π2ngGmzz/365)π/60(21.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩T´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性例：刨床传动系统如图所示。若电动机M的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮惯量GDd2=110.5N·m2，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N。各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮8的节距t8=25.13mm。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量。2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩T´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算解：1）旋转部分227825623421228256234212272623421225242122322212amN81.9)/()/()/()/()/()/()/()/()/()/(zzzzzzzzGDzzzzzzGDGDzzzzGDGDzzGDGDGDGD齿轮号12345678齿数Z2055306430783066飞轮惯量4.1220.19.8128.418.641.224.563.751.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩T´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性例：刨床传动系统如图所示。若电动机M的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮惯量GDd2=110.5N·m2，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N。各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮8的节距t8=25.13mm。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量。2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2）直线运动部分–齿轮8转速min/r5.12)/)(/)(/)(/(785634128zzzzzzzznn–工作台速度s/m347.0888ntzv222212mN35.7)(365nvGGGDb1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩T´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性例：刨床传动系统如图所示。若电动机M的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮惯量GDd2=110.5N·m2，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N。各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮8的节距t8=25.13mm。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量。2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3）刨床拖动系统在电机轴上总的飞轮惯量222222mN66.127mN)35.781.95.110(badGDGDGDGD1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩T´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法考虑传动机构损耗的简化方法•工作机构转矩TZ’的简化折算–电动机工作在电动状态1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性–电动机工作在发电制动状态czzzTT/jTTTczzczzczzzTTczzjTT–使用多级传动时321cccc3、考虑传动机构损耗时的折算方法•工作机构直线作用力的简化折算–电动机工作在电动状态czzzvFTczzznvFT55.9czzznvFT55.9cc12–电动机工作在发电制动状态–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1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法考虑传动机构损耗的较准确方法•电力拖动系统处于稳定运转状态–折算到电动机轴上的阻转矩TTTzz0Tz0—不考虑传动损耗时折算到电动机轴上的阻转矩（负载转矩）ΔT—由于传动机构的摩擦所引起的附加转矩1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法•提升时0000zcTTTTT00)1(TcTTzz00)1(TcTTzz•下放时NzNNzNTTTTTc0000cNcNNzNTT1Δ0•其中T0：空载时的摩擦转矩；T0：负载转矩TZ0引起的附加摩擦转矩；c:摩擦系数。TN：额定负载下传动机构总摩擦附加转矩；1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法•电力拖动系统处于加速运转状态–电力拖动系统处于加速运转状态时，附加摩擦转矩T0不能认为与TZ0成正比，因为此时通过传动机构除了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。–在加速运转状态下，计算附加摩擦转矩时，除考虑阻转矩外，还必须考虑传动机构的惯性转矩。1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法•以下图的等效拖动系统为例iiiiTcTT0ΔTi－第i个部件的总摩擦转矩T0i－第i个部件