机电一体化原理与应用PPT教程-第四章.ppt

机电一体化原理与应用第四章 4.1 典型载荷分析 载荷：执行机构设计计算的一项重要原始数据。 分类：摩擦载荷、惯性载荷以及各种环境载荷等 4.1.1 摩擦载荷 1、定义 当两个物体间有相对运动或有相对运动的趋势时才产生摩擦载荷。它是两物体接触面上存在的一种阻止运动的力或力矩。 2、分类 静摩擦和动摩擦 滚动摩擦和滑动摩擦 干摩擦、半干摩擦、湿摩擦。 3、摩擦力的计算 1）静摩擦力 按库仑摩擦定律得： fs一般在0.1～0.3以上。 2）动摩擦力 f一般在0.1～0.3以下。 3）干摩擦、半干摩擦 符合库仑定律。 4）湿摩擦 湿摩擦与干摩擦的机理截然不同，但为了计算方便．工程上仍沿用摩擦系数的概念。一般f=0.012～0.10。 5）滚动摩擦 4、摩擦力矩 摩擦力与其作用力臂的乘积即为摩擦力矩。 5、减小摩擦载荷的措施 减小正压力、摩擦系数和作用力臂。 为了减小摩擦系数，可用滚动摩擦代替滑动摩擦，用湿摩擦代替干摩擦。 4.1.2 惯性载荷 1、产生条件 惯性载荷由于一定质量的物体具有加速度或角加速度才产生的。 2、惯性载荷的计算 1）回转运动惯性载荷的计算 计算转动惯量、角速度、角加速度等参数。 计算等效转动惯量： 图中，L为低速轴，JL为转动惯量，h为高速轴，传动比为： 若令效率为100%，根据能量守恒得： 则惯性力矩M为 M=Jε 2）移动物体惯性载荷的计算 惯性力：F=ma 3、减小惯性力或惯性力矩的措施 减小质量或转动惯量 减小质量的方法：采用减轻孔，采用空心薄壁结构，选比重小、强度高的材料等可减小质量。 减小转动惯量的方法：合理布局回转部分的质量，使重心尽量靠近回转轴； 对于减速传动链，减小折算到高速轴的转动惯量。 4.1.3 环境载荷 环境载荷指除了摩擦载荷和惯性载荷以外的载荷 露天作用的系统受到的风载荷，高温作用下的温度载荷 外载荷的确定，要视具体情况而定，有的可以从理论上进行推导，有的需要借助于实验来测定。 4.2 负载的力矩特性 1、分析的目的 为了选择电动机或其它原动机，使之满足功率的要求。 2、确定设计载荷的方法 计算法、类比法和实测法。 3、电动机克服负载力矩的两种典型情况 一种为峰值力矩，它对应于电动机最严重的工作情况； 一种为均方根力矩，它对应于电动机长期连续地变载荷工作的情况。 1）负载的峰值力矩特性 折算到电动机轴上的负载力矩为 折算到电动机轴上的负载峰值力矩是总传动比的函数。 2）负载的均方根力矩特性 折算到电动机轴上的均方根力矩为 Mw—作用在负载轴上的瞬时风力矩； Mf—作用在负载轴上的瞬时摩擦力 εL—负载轴的瞬时角速度； T—载荷变化的周期 it—从电动机轴到负载轴的总传动比。 4.3传动链的精度分析 4.3.1传动精度的概念 传动链传动精度：传动误差和空程误差 1、传动误差：指输入轴单向转动时，输出轴转角的实际值相对于理论值的变动量 2、空程误差：输入轴正向回转变为反向回转时，输出轴在转角上的滞后量。 4.3.2提高传动精度的结构措施 提高零部件本身的精度； 合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响； 采用消隙结构，以减少或消除空程误差。 4.4 电动机传动（驱动）系统 1、伺服电动机分类 交流电动机和直流电动机 2、比较 交流电动机结构简单、价格便宜、维护工作量小，但起、制动及调速性能不如直流电动机。 3、选择电动机原则 1）不需调速机械 长期工作制、短时工作制和重复短时工作制的机械，应采用交流电机。 3）在环境恶劣场合，宜采用无换向器、无火花、易密闭的交流电动机 4)交、直流电动机调速性能差不多,但交流电动机的飞轮力矩小，响应速度要快一些。 二、分类 按激磁方式可分为电磁式和永磁式两种。 电磁式的磁场由激磁绕组产生；永磁式的磁场由永久磁体产生。 三、直流伺服电动机的转矩特性 1）当Ωm＝0时， 即电动机为堵转状态或起动状态， 称Ms为堵转转矩（起动转矩） 2）Mm＝0时， 即电动机为空载状态 称Ω0为空载转速 调节特性： 四、总结 1、直流伺服电动机的转矩特性是一组斜率相同的直线。每条转矩特性和一种电枢电压相对应，与Ω轴的交点是该电枢电压下的理想空载角速度，与Mm轴的交点则是该电枢电压下的启动转矩。 2、直流伺服电动机的调节特性也是一组斜率相同的直线。每条调节特性和一种电磁转矩相对应，与Uc轴的交点是启动时的电枢电压。 五、选择电机应考虑的几点 1、要满足负载所需要的瞬时转矩和转速，即能够克服峰值负载所需要的功率； 2、当电动机的工作周期可以与其发热时间常数相比较，必须考虑电机的热定额问题。通常用负载的均方根功率作为确定电动机发热功率的基础。