机电传动控制第二章《机电传动系统的运动学基础》.ppt

* 第二章????机电传动系统的运动学基础 机电传动系统的运动方程式； 多轴传动系统中转矩折算的基本原则和方法； 了解几种典型生产机械的负载特性； 了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际系统的稳定性。 2.1 单轴拖动系统的运动方程式 2.3 生产机械的机械特性 2.4 机电系统稳定运行的条件 2.2 多轴拖动系统的简化 章节内容 2.1 单轴拖动系统的运动方程式 一、单轴拖动系统的组成 电动机M通过连接件直接与生产机械相连，由电动机M产生输出转矩TM，用来克服负载转矩TL ，带动生产机械以角速度ω（或速度n）进行运动。 电动机 电动机的驱动对象 连接件 系统结构图 转距方向 二、运动方程式 在机电系统中，同一根轴上TM、TL、?（或n)之间的函数关系称为运动方程式。 根据动力学原理： ……运动方程式 ……转矩平衡方程式 TM ─ 电动机的输出转矩（N.m）; TL─ 负载转矩（N.m）; J ─ 转动惯量（kg.m2）; ?─ 角速度（rad/s）； n ─ 速度（r/min）； t ─ 时间（s ）; ─ 动态转矩（N.m）。 三、传动系统的状态 根据运动方程式可知：运动系统有两种不同的运动状态： 即 传动系统以恒速运动。 TM =TL时传动系统处于恒速运动的这种状态被称为稳态。 即 加速运动。 即 减速运动。 TM ?TL 时传动系统处于加速或减速运动的这种状态被称为动态。 四、TM、TL 、n的参考方向 因为电动机和生产机械以共同的转速旋转，所以，一般以ω（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负。 当TM的实际作用方向与n的方向相同时，取与n相同的符号； 1. TM的符号与性质 当TM的实际作用方向与n的方向相反时，取与n相反的符号； 当TM的实际作用方向与n的方向相同（符号相同）时， TM为拖动转距，否则为制动转距。 拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。 当TL的实际作用方向与n的方向相同时，取与n相反的符号； 2. TL的符号与性质 当TL的实际作用方向与n的方向相反时，取与n相同的符号； 当TL的实际作用方向与n的方向相同（符号相反）时， TL为拖动转距，否则为制动转距。 举例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。 设重物上升时速度n的符号为正，下降时n的符号为负。 重物上升 重物下降 TM为拖动转矩 TL为制动转矩 TL为正 TM为正 TM为制动转矩 TL为拖动转矩 TM为正 TL为正 2．2 多轴拖动系统的简化 为了对多轴拖动系统进行运行状态的分析，一般是将多轴拖动系统等效折算为单轴系统。 一、多轴拖动系统的组成 电动机通过减速机构（如减速齿轮箱、蜗轮蜗杆等）与生产机械相连，如图所示： 折算的原则是：静态时，折算前后系统总的传输功率不变。 二、负载转矩的折算 假设电动机以ωM角速度旋转，负载转矩TL折算到电动机轴上的负载转矩为Teq，而生产机械的转动速度为ωL 。则电动机输出功率PM和负载所需功率PL分别为： 考虑传动机构在传输功率的过程中有损耗，这个损耗可用效率ηc来表示，且 则生产机械上的负载转矩折算到电动机轴上的等效转矩为： 式中：ηc—电动机拖动生产机械运动时的传动效率； —传动机构的总传动比 2.3 生产机械的机械特性 在同一轴上，负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。 一、恒转矩型机械特性 恒转矩型机械特性根据其特点可分为反抗转矩和位能转矩两种。分别如图所示： 1．反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下： 作用方向始终与速度n的方向相反，当n的方向发生变化时，它的作用方向也随之发生变化，恒与运动方向相反，即总是阻碍运动的。 转矩大小恒定不变； 按关于转矩正方向的约定可知：反抗转矩恒与转速n取相同的符号。 即n为正方向时TL为正，特性在第一象限； n为负方向时TL为负，特性在第三象限。 反抗转矩 2．位能转矩 , 其特点为： 转矩大小恒定不变； 作用方向不变，与运动方向无关，即在某一方向阻碍运动而在另一方向促进运动。? 卷扬机起吊重物时，由于重物的作