67537

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ СИЛОВОГО КАНАЛА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Лекция

Производство и промышленные технологии

На рис. 13.3 показана тележка, на которую действует сжатая пружина с силой F = cx, где с – коэффициент жесткости пружины; x – величина ее деформации. Сила направлена вправо независимо от направления движения – влево или вправо. Действие пружины обусловлено ее потенциальной энергией упругой деформации.

Русский

2014-09-12

300.5 KB

2 чел.

ГЛАВА  II 

МЕХАНИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ  СИЛОВОГО  КАНАЛА  ЭЛЕКТРОПРИВОДА

ЛЕКЦИЯ 13

Статические моменты исполнительных механизмов.

Статическая и динамическая балансировка

Уравнение механики для электропривода имеет вид

где Jосевой момент инерции; M – электромагнитный момент двигателя;  Mc – статический момент исполнительного механизма. Видно, что последний момент имеет не менее важное значение, чем электромагнитный момент. Рассмотрим различные типы статических моментов.

1. Активный момент.

Рис. 13.1. График активного статического момента

При изменении направления вращения активный момент направлен в ту же сторону. Рассмотрим примеры активного момента и активной силы.

 

 Рис. 13.2. Момент от груза  Рис.13.3. Сила пружины

На рис. 13.2  показан  барабан  радиуса  R с тросом, к которому  подвешен

груз массой m. Он тянет трос с силой mg и создает статический момент Mс = mgR. Направление этого момента не зависит от направления движения груза – вверх или вниз. Действие груза обусловлено его потенциальной энергией поднятого тела.

На рис. 13.3 показана тележка, на которую действует сжатая пружина с силой  F = cx, где с – коэффициент жесткости пружины; xвеличина ее деформации. Сила направлена вправо независимо от направления движения – влево или вправо. Действие пружины обусловлено ее потенциальной энергией упругой деформации.

2. Момент сухого трения.

Рис. 13.4. График момента сухого трения

При изменении направления вращения момент сухого трения изменяет знак на противоположный. Его величина определяется соотношениями:

ω > 0:  Мс = Мm;

ω < 0:  Mc = –Mm;

ω = 0: │MΣ│< Mm,  Mc = MΣ;

MΣ│ ≥ Mm,   Mc = Mm · sign (MΣ).

Как видно, при нулевой скорости момент сухого трения может иметь любое значение от –Mm  до  Mm. Поэтому график момента имеет вертикальный участок.

  1.  Момент вязкого трения

Момент вязкого трения определяется формулой

Mc = kω,

где kпостоянный коэффициент. Зависимость момента от частоты вращения показана на рис. 13.5.

Рис. 13.5. График момента  Рис. 13.6. Движение маятника в жидкости

вязкого трения

Такая зависимость наблюдается при ламинарном течении жидкости или газа, когда скорость движения меньше критической. Например, если маятник погружен в жидкость, то при его качании появляется сила, направленная против скорости движения, и колебания быстро затухнут (см. рис. 13.6).

Для демпфирования колебаний используется демпфер с постоянным магнитом, показанный на рис. 13.7.

Рис. 13.7. Демпфер с постоянным магнитом

На валу укреплен сектор из электропроводящего материала (например, из алюминия). Он может качаться в зазоре между магнитопроводами, по которым замыкается магнитный поток, созданный постоянным магнитом. При движении сектора в нем наводится ЭДС и протекают вихревые токи (токи Фуко). Они взаимодействуют с магнитным полем и возникает тормозной момент. Под его действием колебания быстро затухают.

Средняя скорость движения сектора относительно магнитного поля

v = rср ω.            (13.1)

ЭДС направлена согласно правилу правой руки и определяется формулой

E = Blv,            (13.2)

где Bмагнитная индукция; lдлина отрезка в пределах магнитного поля, перпендикулярного скорости. ЭДС вызывает вихревой ток согласно закону Ома

I = E/R.            (13.3)

Этот ток вызывает усилие, направленное согласно правилу левой руки и имеющее величину

F = BIl             (13.4)

Наконец, усилие создает момент

Mс = rср F.          (13.5)

Из формул (13.1) – (13.5) следует, что момент Mс прямо пропорционален частоте вращения ω.

4. Вентиляторный момент.

Вентиляторный момент пропорционален квадрату скорости вращения:

Mc = k ω2 sign(ω).

Его график показан на рис. 13.8. Такой момент возникает при турбулентном течении жидкости или газа, когда наблюдаются завихрения и перемешивание при скорости, большей критического значения.

Для выявления природы приведенной зависимости рассмотрим формулы для силы лобового сопротивления Fx и для подъемной силы Fy крыла (см. рис. 13.9) в зависимости от скорости полета v:

 

Рис. 13.8. График вентиляторного момента

        (13.6)

        (13.7)

Рис. 13.9. Профиль крыла и действующие на него силы

Здесь сx,  cy – безразмерные коэффициенты; α – угол атаки; Sплощадь крыла; ρ – плотность воздуха. Выражение  ρv2/2  представляет собой давление (динамический напор).

Теперь рассмотрим вентилятор с тремя лопастями, вращающийся с угловой скоростью  ω (см. рис. 13.10). Скорость движения лопасти на среднем радиусе R

v = R ω,            (13.8)

сила сопротивления  Fc  определяется формулой, аналогичной (13.6), а момент сопротивления, создаваемый тремя лопастями,

Mc = 3RFс.             (13.9)

Из формул (13.6), (13.8) и (13.9) следует, что момент сопротивления вентилятора пропорционален квадрату скорости вращения ω.

Рис. 13.10. Трехлопастной вентилятор

5. Момент маятниковости.

Момент маятниковости возникает, когда центр масс тела с двумя закрепленными точками отклонен от оси вращения и находится сбоку от вертикальной плоскости, проходящей через ось.

Рис. 13.11. Маятник и действующий на него момент

Рассмотрим маятник, имеющий ось вращения о и центр масс с (см. рис. 13.11). Масса маятника m, а расстояние от центра масс до оси вращения – l. На маятник действует сила mg, где  g – ускорение свободного падения. Эта сила создает момент

Mc = m g l sin α.

При малых углах справедливо равенство

Mc = m g l α.

Положение равновесия при нижней маятниковости устойчивое. Если свободно висящий маятник отклонить на небольшой угол и отпустить, то через некоторое время он вернется в первоначальное положение, при котором центр масс находится строго под осью вращения.

Иначе  обстоит дело при  верхней  маятниковости  (см. рис.13.12).  Если у

Рис. 13.12. Угол и момент при верхней маятниковости

маятника центр масс с расположен выше оси вращения о, то верхняя точка равновесия является неустойчивой. При отклонении на угол α появляется момент, направленный в ту же сторону, т.е. имеется положительная обратная связь между моментом и углом. В результате угол будет расти, пока маятник не упадет.

Статическая и динамическая балансировка

Система статически сбалансирована, если центр масс находится на оси вращения. Если тело повернуть на определенный угол, остановить и отпустить, то оно останется в этом положении. Такое равновесие называется безразличным.  Тело  сигарооборазной формы, показанное на рис. 13.13,  статически  сба-

Рис. 13.13. Динамически несбалансированное тело

лансировано. Центр масс с находится на оси вращения о-о.

Понятие динамической балансировки более сложное. Если ввести систему координат, связанную с телом, то можно найти шесть моментов инерции – три осевых и три центробежных:

; ; ;

;  ;  .

С каждым телом можно связать главные оси инерции. Центробежные моменты инерции относительно этих осей равны нулю. Система динамически сбалансирована, если ось вращения совпадает с одной из главных осей инерции. При вращении тела, показанного на рис. 13.13, на подшипники действует знакопеременная нагрузка. Данное тело динамически не сбалансировано. Его главные оси показаны штриховыми линиями под углами к оси вращения о-о.

Это можно объяснить, представив тело как совокупность двух масс m1 и m2, которые действуют при вращении с центробежными силами F1 и F2. В процессе вращения направления этих сил и созданного ими момента изменяются.

Рис. 13.14. Два положения динамически сбалансированного тела

На рис. 13.14 показаны два положения того же тела, что и на рис. 13.13, но динамически сбалансированного. Ось вращения совпадает с одной из главных осей инерции. При вращении такого тела знакопеременные моменты и вибрации не возникают.

Вопросы для самопроверки

1. Объяснить название активного статического момента. С какими видами энергии он связан?

2. Почему моменты сухого и вязкого трения, а также вентиляторный момент называются реактивными?

3. Почему момент сухого трения имеет множество значений при нулевой скорости?

4. При каких скоростях и почему наблюдаются моменты вязкого трения и вентиляторный?

5. Чем верхняя маятниковость качественно отличается от нижней маятниковости?

6. Каково условие статической балансировки и почему равновесие при этом называется безразличным?

7. Запишите формулы для осевых и центробежных моментов инерции.

8. К чему приводит отсутствие динамической балансировки?


N

S

Fc

Fy

Fx

v

α

F2

о

с

v

Mc

α

с

F1

2

m1

Mc

0

ω

ω

Mm

Mc

Mc

–Mm

v'

Fc

ω

R

ω'

ω

mg

v

R

0

0

Mc

v

R

ω

о

о

mg

с

l

Mc

о

о

с

F

ω

m

0

о

о

о

с

Mc

α

mg


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30721. Основные этапы первой мировой войны. Факторы поражения германо-австрийского блока 27.5 KB
  В июле 1914 г Германия и Австровенгрия начинают первую мировую войну. Германия хотела сначала вывести из строя Францию чтобы прекратить борьбу на два фронта: Западном и Восточном. 1 этап вторжение в Бельгию где Германия потерпела поражение: в Восточной Пруссии Германия воевала с русскими армиями; в Галиции и Польше где победы достались русским. Германия и АвстроВенгрия были экономически истощены под влиянием революций в России среди военных германии и Австрии усилилась антивоенная агитация народ устал от...
30722. «Новый курс» Результата и его историческое значение 24.5 KB
  Его основная цель состояла в оздоровлении экономики и восстановления доверия граждан к государству. Политика Рузвельта получила название Новый курс который он восстановил государственное регулирование экономики и социальных отношений. Законом об оздоровлении национальной экономики вся промышленность была разделена на 17 групп по отраслям и регулировалась нормативными актами кодексами чести определявшими объем выпуска товаров уровня заработной платы распределение рынков сбыта продолжительность рабочего времени и др....
30723. Эволюция и крах бюрократических режимов в стране ЦЮВЕ 26.5 KB
  было сформировано коалиционное правительство в ГДР. Чехословакия и ГДР несколько условно могут быть отнесены к государствам с довольно высоким уровнем развития Польша Венгрия Хорватия и Словения страны среднего развития а Болгария Румыния четыре другие республики бывшей Югославии Сербия Черногория Македония Босния и Герцеговина Албания низкого. По решению парламентов ГДР и ФРГ с 1 июля 1990 г. ГДР прекратила свое существование вместо нее появились пять новых федеральных земель ФРГ.
30724. Изоляционизм США термин использовавшийся с середины 19 в. 25 KB
  Изоляционизм США термин использовавшийся с середины 19 в. для обозначения направления во внешней политике США в основе которого лежит идея невмешательства в европейские дела и вообще в вооруженные конфликты вне американского континента. складывались под влиянием ряда факторов: географическая обособленность Американского континента создание в США ёмкого внутреннего рынка способствовавшего тому что значительная часть буржуазии мало интересовалась заокеанской экспансией расширение за счет др.
30725. Великобритания выбор новой модели развития в условиях кризиса и распада колониальной империи 28.5 KB
  Черчилль предложил емкую формулировку такого мировидения концепцию трех великих кругов центром пересечения которых считалась Британия. Чем глубже пускала корни биполярная система мира тем активнее Британия искала себе место в условиях противостояния двух сверхдержав. в 19401950е годы Британия все еще ощущала себя империей однородным государством и державой глобального масштаба.
30726. Ялтинская и Потсдамская конференции глав правительств СССР, США и Великобритании. (1945) 22.5 KB
  Участвовали: Сталин СССР Черчилль Великобритания Рузвельт США. Основные решения: 1 Германия делилась на 4 оккупационные зоны СССР Франция Англия США. 3 Согласия СССР вступить в войну с Японией через 3 месяца после капитуляции Германии.
30727. Кризис неолиберализма в США. Переход к неконсервативной модели развития ГМК 26 KB
  Главный замысел неолиберализма снижение регулирующей роли государства в экономике При общем экономическом подъеме неолиберальный курс обусловил неустойчивость и нестабильность развития США Причиной экономического роста в США стали специфические внутренние и внешние факторы конца ХХ в. Экономическое развитие США последнего десятилетия окончательно подтверждает: неолиберальная перестройка это путь к строительству эффективной капиталистической экономики. Неолиберальный режим вызвал крайне нестабильный экономический рост в США в 90е...
30728. Политика «невмешательства» (1935 – 1937 гг.). Мюнхенское соглашение 1938 г. и его значение для судеб мира 24.5 KB
  СССР готово было прийти на помощь Чехословакии в 1935 г у СССР и Чехословакии был договор о взаимопомощи при поддержке Франции у которой с СССР был такой же договор. Но французское правительство не поддержало СССР т. Попытки англофранцузской дипломатии умиротворить нацистов без участи СССР оказались тщетными и тогда Англия и Франция вынуждены были предоставить гарантии безопасности возможным жертвам агрессии Польше Румынии Греции и начали секретные переговоры с Советским союзом. провалились изза недоверия...
30729. Внутренняя политика британских консерваторов в 1930-е гг 23 KB
  Консерваторы выдвигали идею отказа от свободной торговли и перехода к политике протекционизма поддержка национальной экономики и защита от иностранных конкурентов требовали активизаций колониальной политики беспомощного подавления национальноосвободительного движения ирландского народа. В период утверждения капитализма на Западе консерваторы противостояли либерализму и социализму они то приходили к власти то теряли ее. Консерваторы же упорно настаивали на своих методах регулирования экономики основываясь на рыночных отношениях и в...