习题与思考题

第二章 机电传动系统的动力学基础

2.1 试表述机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。

拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。 静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。 2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态？ TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。

2.3 试列出如题2.3图所示几种情况下系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）

TM TL TM TL

N

TM=TL TM< TL

TM-TL>0说明系统处于加速。 TM-TL<0 说明系统处于减速

TM TL TM TL

TM> TL TM> TL

系统的运动状态是减速 系统的运动状态是加速

TM TL TM TL

TM= TL TM= TL 系统的运动状态是减速 系统的运动状态是匀速

2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？

因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2

2.5为什么机电传动系统中低速轴转矩大，高速轴转矩小？ 因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。

2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多?

因为P=Tω，T=G?D2/375. P=ωG?D2/375. ,P不变 转速越小GD2越大，转速越大GD2 越小。

2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量JM=2.5kgm2, 转速nM=900r/min;

中间传动轴的转动惯量J1=2kg.m2，转速nl=300r/min；生产机械轴的转动惯量JL=16kgm2,转速nL=60 r/min。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。

折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=Nm/n1=900/300=3,j1=Nm/nl=15 J=JM+J1/j2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2

. 2.8 如图2.3（b）所示，电动机转速nM=950 r/min，齿轮减速箱的传动比J1= J2=4，

卷筒直径D=0.24m,滑轮的减速比J3=2，起重负荷力 F=100N,电动机的飞轮转矩GD2M=1.05N m2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。 试求提升速度v和折算到电动机轴上的静态转矩T L 以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD2z.。 ωM=3.14*2n/60=99.43 rad/s.

提升重物的轴上的角速度ω=ωM/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/s v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s

TL=9.55FV/ηCnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM GD2Z=δGDM2+ GDL2/jL2

=1.25*1.05+100*0.242/322 =1.318NM2

2.9 一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？

可分为

1恒转矩型机械特性

2离心式通风机型机械特性 3直线型机械特性

4恒功率型机械特性,4种类型的负载.

2.10 反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？

反抗转矩的方向与运动方向相反,,方向发生改变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而他总是阻碍运动的.位能转矩的作用方向恒定,与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促使运动。

2.11 在题2.11图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？

a 交点是系统的稳定平衡点. b 交点是系统的平衡点

c 交点是系统的平衡 d 交点不是系统的平衡点 e 交点是系统的平衡点

2.12 什么叫过渡过程？什么叫稳定运行过程？试举例说明之。

当系统中的转矩或负载转矩发生改变时,系统就要由一个稳定的运转状态变化到另一个稳定运转状态,这个变化过程称为过渡过程.如龙门刨床的工作台,可逆式轧钢机的启动,制动,反转和调速.

当系统中德福在转矩和拖动转矩相等时,没有动态转矩,系统恒速运转,这个过程叫稳定运行过程,如不经常启动,制动而长期运行的工作机械. 2.13 研究过渡过程有什么实际意义？试举例说明之。

为了满足启动,制动,反转和调速的要求,必须研究过渡过程的基本规律,研

究系统各参数对时间的变化规律,如转速,转矩,电流等对时间的变化规律,才能正确的选择机电传动装置,为电机传动自动控制系统提供控制原则.设计出完善的启动,制动等自动控制线路,以求改善产品质量,提高生产率和减轻劳动强度.这就是研究过渡过程的目的和实际意义.如造纸机要求衡转矩.

2.14 若不考虑电枢电感时，试将电动机突加电枢电压启动的过渡过程曲线

Ia=f(t),n=f(t)和R-C串联电路突加输入电压充电过程的过渡过程曲线ic=f(t)、uc=f(t)加以比较，并从物理意义上说明它们的异、同点。

2.15 机电时间常数的物理意义是什么？它有那些表示形式？各种表示式各说明

了哪些关系？

机电时间常数的物理意义是ns-n=GD2n0dn/375Tstdt

τm= GD2n0/375Tst是反映机电传动系统机械惯性的物理量,表达形式有τm= 222

GDn0/375Tst和τm=ΔnLGD/375TL和τm= GDns/375Td 2.16 加快机电传动系统的过渡过程一般采用哪些方法？

加快机电传动系统的过渡过程一般采用1减少系统GD2.2增加动态转矩Td. 2.17 为什么大惯量电动机反而比小惯量电动机更为人们所采用？

2

大惯量电动机电枢作的粗短,GD较大但它的最大转矩约为额定转矩的5到10倍,快速性能好,且低速时转矩大,电枢短粗,散热性好过载持续时间可以较长.

2.18 具有矩形波电流图的过渡过程为什么称为最优过渡过程？它为什么能加快

机电传动系统的过渡过程？

充满系数越接近1越好,说明整个动态过程中电流保持在最大值不变,整个

过渡过程终电流越大,加快过渡过程.从而可获得最短的过程.