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1、第二章 机电传动系统的动力学基础,吉林大学 机械科学与工程学院 机械制造及自动化系,第二章 机电传动系统的动力学基础,本章需掌握： 机电传动系统运动方程式； 多轴系统转矩折算的基本原则和方法； 几种典型生产机械的负载特性； 机电传动系统稳定运行的条件； 分析系统的稳定平衡点。,第二章 机电传动系统的动力学基础,2.1 机电传动系统的运动方程式 2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算 2.3 生产机械的机械特性 2.4 机电传动系统稳定运行的条件,2.1 机电传动系统的运动方程式,TM 电动机产生的转矩； 单轴传动系统的角速度； TL 单轴传动系统的负载转矩； t 时间； J 单轴传动系统的转动
2、惯量；,2.1 机电传动系统的运动方程式,1. 运动方程式 对单轴拖动系统，受到电机输出转矩 TM ，及负载转矩TL 的作用:,当TMTL时，系统处于静态或稳态。 当TMTL时，生产机械角速度发生变化。（动态） TM TL时，加速。 TM TL时，减速。,2.1 机电传动系统的运动方程式,系统转动惯量可描述为: 其中=2n/60 可得到： 动态转矩Td=TMTL，产生角加速度，从另一角度 TM=TL+Td电机的输出转矩驱动负载转矩并产生角加速度。,2.1 机电传动系统的运动方程式,2. 运动方向的约定 首先以电机的某一转动方向为正，并以此为基准进行规定。 （1）电机转矩TM与规定的n 一致时为
3、正，相反为负。 （2）负载转矩TL与n方向相反为正，否则为负。,下面举例说明,起重机匀速提升重物 电机TM与n 相同， 取正号； TL与n 相反，取正号； 故启动时要TMTL ， 而稳定匀速提升时TM=TL；,下面举例说明,起重机提升重物制动时 此时TM与n方向相反为负； 负载转矩TL为正； 则动态转矩Td， 则起重机减速直至停止。,下面举例说明,起重机下放重物 设电机逆时针转为正； 电机TM与n 相反，取负号； TL与n 相同，取负号 TM=TL时，匀速下放；,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,目的：生产中的机电系统大多是多轴拖动系统，在分析此类系统时要将其转化为单轴拖动系统。因此，需
4、将多轴拖动系统的动力参数折算到电机轴上。 原则：转动惯量（能量守恒）；转矩（功率守恒）。,负载转矩的折算（功率守恒）,负载转矩的折算（功率守恒）,当执行机构为旋转运动时： 系统匀速运动，生产机械的负载功率为： 设TL折算到电动机轴上的负载转矩为TL,则电动机轴上的负载功率为:,负载转矩的折算（功率守恒）,当执行机构为旋转运动时：,输入功率：,输出功率：,传动效率：,( j=M/L传动机构的速比),负载转矩的折算（功率守恒）,当执行机构为直线运动时： 系统匀速运动时，产生机械的负载功率为: PL = Fv 它反映在电动机轴上的机械功率为: PM= TLM,负载转矩的折算（功率守恒）,输入功率：,
5、输出功率：,传动效率：,当执行机构为直线运动时：,折算转矩：,负载转矩的折算（功率守恒）,当执行机构为旋转运动时：,当执行机构为直线运动时：,转动惯量和飞轮转矩的折算（能量守恒）,转动惯量和飞轮转矩的折算（能量守恒）,执行机构旋转运动时有：,根据动能守恒原则有： 折算后的转动惯量： 折算后的飞轮转矩：,转动惯量和飞轮转矩的折算（能量守恒）,执行机构直线运动时有：,折算后的转动惯量：,折算后的飞轮转矩：,转动惯量和飞轮转矩的折算（能量守恒）,执行机构直线运动时有：,将多轴转动系统折算成单轴转动系统后，根据求得的转矩和转动惯量就可得到多轴转动系统的运动方程为：,转动惯量和飞轮转矩的折算（能量守恒）
6、,执行机构直线运动时有：,将多轴转动系统折算成单轴转动系统后，根据求得的转矩和转动惯量就可得到多轴转动系统的运动方程为：,2.3 生产机械的机械特性,概念：生产机械的机械特性是指负载转矩TL与转速n之间的关系。即 n=f(TL)。 按生产机械机械特性的不同，大致归纳为4种典型的机械特性。,2.3 生产机械的机械特性,（1）恒转矩型机械特性，分为反抗转矩及位能转矩。,(a),(b),2.3 生产机械的机械特性,（2）离心式通风机型机械特性（TL=Cn2） （3）直线型机械特性（TL=Cn）,离心式通风机机械特性,直线型机械特性,2.3 生产机械的机械特性,（4）恒功率型机械特性（ TL=K/n
7、）,恒功率型机械特性,2.4 机电传动系统稳定运行条件,系统稳定运行含义 （1）系统匀速运转 Td=0，动态转矩为0。 （2）系统受外部干扰作用而速度发生变化，当干扰消除后，系统可恢复其原运行速度。,2.4 机电传动系统稳定运行条件,稳定工作点的判别,2.4 机电传动系统稳定运行条件,系统稳定运行的条件 （1）电机的外特性曲线n=f(TM)与负载的机械特性曲线n=f(TL)有交点。 （2）当转速n大于平衡点转速时应有TMTL，即当干扰消除后，由于TMTL使系统减速，回到平衡点；反之，当转速n小于平衡点转速时应有TMTL，即当干扰消除后，由于TMTL，使系统加速，回到平衡点。,2.4 机电传动系统稳定运行条件,系统稳定运行的条件,谢谢各位同学！,
