等效轉(zhuǎn)動慣量的計算.ppt

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機電一體化系統(tǒng)設計,第六章機電一體化系統(tǒng)——機電有機結合分析與設計等效轉(zhuǎn)動慣量的計算講授：戴小標機械與能源工程系,機電一體化系統(tǒng)設計,第六章機電一體化系統(tǒng)——機電有機結合分析與設計6.1機電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)設計內(nèi)容和考慮的方法6.2機電有機結合之一——機電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計考慮方法6.2.1典型負載分析一、典型負載二、負載的等效換算1、等效轉(zhuǎn)動慣量的計算2、負載轉(zhuǎn)矩的等效換算6.2.2執(zhí)行元件的匹配選擇………………………………6.3機電有機結合之二——機電一體化系統(tǒng)的動態(tài)設計考慮方法6.4機電一體化系統(tǒng)的可靠性設計,,,,,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,說課,學情分析,,,機電一體化系統(tǒng)設計：第六章機電一體化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設計與分析——負載分析（執(zhí)行元件選擇與校核）,,,,教學內(nèi)容與目標,機電一體化機械系統(tǒng)設計：傳動系統(tǒng)各級傳動比的最佳分配原則—等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則（滿足機電系統(tǒng)響應快要求）,,,機械原理：建立機械系統(tǒng)等效動力學模型,,,理論力學：圓柱體轉(zhuǎn)動慣量計算,,,,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,說課,,,,教學內(nèi)容與目標,教學目標,轉(zhuǎn)動慣量的計算公式轉(zhuǎn)動慣量的等效原則等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式及計算分析,初步理解課程結構框架掌握轉(zhuǎn)動慣量及其等效的分析和計算方法,理解機電一體化系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動慣量等效的意義形成正確的機電一體化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設計的思維方法,,,,,,知識目標(掌握):,能力目標：,素質(zhì)目標：,,,,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,說課,,,,教學內(nèi)容與目標,,教學內(nèi)容,轉(zhuǎn)動慣量等效的意義,轉(zhuǎn)動慣量的計算公式,轉(zhuǎn)動慣量的等效原則,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式及計算分析,重點難點,,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,說課,,,,學情分析,,理論力學和機械原理中學習過，保留舊有的思維習慣,,,,教學方法,,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,說課,,案例式教學采取對比、反問、提問、歸納等方法,構建框架,動能守恒定理——系統(tǒng)中所有零部件動能(包括平移和轉(zhuǎn)動)總和與等效后的動能(一般為轉(zhuǎn)動)相等,拓展視野,通過對比剖析理論力學和機電一體化中對公式的不同要求,在工程背景上進行拓展訓練,提煉知識點結構主線：,,,,教學設計,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,問題的引出,1,,,,,圖1直流伺服電動機驅(qū)動全閉環(huán)控制系統(tǒng),例：由直流伺服電動機驅(qū)動的全閉環(huán)系統(tǒng)，如圖1所示，檢測傳感器安裝在移動工作臺導軌上。這種方式常用于不能采用大變速比的直流伺服電動機或CNC機床的連續(xù)切削控制等的驅(qū)動系統(tǒng)中。已知：,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,等效轉(zhuǎn)動慣量計算的意義,2,,,,,★機械系統(tǒng)設計：建立機械系統(tǒng)等效動力學模型★機電一體化系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)設計：傳動系統(tǒng)各級傳動比的最佳分配原則—等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則，滿足機電系統(tǒng)響應快速的要求★機電一體化系統(tǒng)設計：機電一體化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設計與分析★機電一體化系統(tǒng)設計：機電一體化系統(tǒng)負載分析（執(zhí)行元件的選擇與校核）,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,等效轉(zhuǎn)動慣量的推導,無論是直線運動還是回轉(zhuǎn)運動，應用等效前后總動能不變的原理，進行等效轉(zhuǎn)動慣量公式的推導。,3,等效原則,,,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,等效轉(zhuǎn)動慣量的推導,3,,,強度問題,注意,梁的強度條件,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式的相關問題,,,◎電機是機電一體化系統(tǒng)的執(zhí)行元件，執(zhí)行元件在機電一體化系統(tǒng)中為機和電的有機結合點，它的選取至關重要，等效轉(zhuǎn)動慣量的計算就是為后續(xù)執(zhí)行元件的選擇和校核做好準備；◎根據(jù)理論力學的知識：對于旋轉(zhuǎn)體零件轉(zhuǎn)動慣量J=ρπd4L/32。式中：ρ—材料密度，ρ鋼=7.8103kg/m3；d—直徑(m)；L—長度(m)。,為什么將轉(zhuǎn)動慣量常等效到電機輸出軸而不等效到其他軸？,4,梁的強度條件,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,工程應用,,,5,圖1直流伺服電動機驅(qū)動全閉環(huán)控制系統(tǒng),梁的強度條件,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,工程應用,,,5,圖1直流伺服電動機驅(qū)動全閉環(huán)控制系統(tǒng),,注意,梁的強度條件,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,工程應用,,5,,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算的規(guī)范過程,（1）確定研究對象，要等效到哪根軸；（2）分析移動部件有哪些，轉(zhuǎn)動部件有哪些；（3）列出所研究系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量計算公式；（4）分析并計算公式中的各未知參數(shù)；（5）將求得參數(shù)代入第(3)步公式求解。,,注意,梁的強度條件,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,由轉(zhuǎn)動慣量展開的關于知識點結構的討論,,6,機電一體化——公式的應用,理論力學——公式的推導,公式的推導與應用的區(qū)別？,思考：,公式的推導——注重邏輯推理，慎密，精確，考慮問題的普遍性,公式的應用——注重實際效果，忽略次要因素，具體問題具體分析,轉(zhuǎn)動慣量公式,考慮齒、鍵槽、軸肩、軸承……,忽略齒、鍵槽、軸肩、軸承……,,,理論力學和機電一體化系統(tǒng)設計研究對象有不同側重點,應用,,推導,,轉(zhuǎn)動慣量的表達式為,若剛體的質(zhì)量是連續(xù)分布的，則轉(zhuǎn)動慣量的計算公式可寫成,,注意,梁的強度條件,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,等效轉(zhuǎn)動慣量計算練習題,,7,設有一工作臺X軸驅(qū)動系統(tǒng)，如圖2所示，已知：參數(shù)為下表中所列以及MA=400kg，絲桿基本導程Ph=5mm，F(xiàn)L水平=800N，F(xiàn)L垂直=600N，工作臺與導軌間為滑動摩擦，其摩擦系數(shù)為μ=0.2。試求轉(zhuǎn)換到電動機軸(I軸)上的等效轉(zhuǎn)動慣量JeqI?,圖2工作臺X軸驅(qū)動系統(tǒng),,注意,梁的強度條件,,等效轉(zhuǎn)動慣量的計算,,,,謝謝！,