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

3 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

30885. Звуковые проявления сердечной деятельности 22 KB
  Тоны. Ухом как правило выслушиваются I и II тоны. I тон систолический протяжный 007013 сек низкий в начале фазы изометрического сокращения. Компоненты тона звук захлопывающихся а в клапанов вибрация стенок желудочков и папиллярных мышц.
30886. Электрические проявления сердечной деятельности 45 KB
  Электрические проявления сердечной деятельности Деятельность сердца сопровождается рядом внешних проявлений: Механические 2. Векторкардиография метод регистрации направления электрической оси сердца в ходе сердечного цикла. В 1901 году Эйнтховен с помощью струнного гальванометра впервые зарегистрировал биотоки сердца. Кривая которую Эйнтховен назвал электрокардиограммой регистрировалась с поверхности сердца Тело человека является проводником 2го порядка ионная проводимость следовательно всякое биополе в т.
30887. Функциональная классификация кровеносных сосудов 30.5 KB
  Сердценасос ритмически выбрасывающий кровь в сосуды генератор давления и регулятор расхода крови 2. Сосуды эластического типа принимающие порцию крови за счет растяжения стенок обеспечивают непрерывный пульсирующий ток крови формируют в динамике систолическое и пульсовое давление в большом и малом кругах кровообращения определяют характер пульсовой волны. Сосуды мышечного типа вносят основной вклад в формирования сопротивлению тока крови существенно изменяют свой просвет под действием нервных и гуморальных влияний. Они краны ССС...
30888. Сосудистый тонус 47 KB
  Сосудорасширяющие: а неспецифические метаболиты непрерывно образуются в тканях и в месте образования они всегда препятствуют сужению сосудов а также вызывают их расширение метаболическая регуляция. Сосудосуживающие БАВ при действии в месте выделения образуются специализированными клетками которые входят в состав сосудистого окружения катехоламины серотонин некоторые простагландины эндотелии 1пептид 21на аминокислота продукт инкреции эндотелия сосудов а также тромбоксан А2 выделяемый тромбоцитами при...
30889. Системная гемодинамика 54.5 KB
  Венозный возврат крови к сердцу. Объем циркулирующей крови. Согласно законам гемодинамики количество жидкости Q протекающее через трубку прямо пропорционально разности давлений в начале P1 и в конце Р2 трубы и обратно пропорционально сопротивлению R току жидкости: Если учесть что давление в конце системы Р2 в устьях полых вен в правом предсердии центральное венозное давление близко к нулю то можно записать: где Q количество крови изгнанное сердцем за 1 мин; Ρ величина среднего давления в аорте; R величина общего...
30890. Методы оценки основных показателей гемодинамики 24 KB
  Методы оценки основных показателей гемодинамики Артериальное давление. Боковое измеряется некровавым косвенным методом: а пальпаторный метод РиваРоччи; б аускультативный метод Короткова; в осциллографический метод определяется количественно среднее давление а также систолическое и диастолическое давление. Метод позволяет оценить риск развития гипертонии ее тяжесть дать более точный прогноз развития болезни. Метод разведения красителя.
30891. Регуляция системной гемодинамики 51 KB
  Регуляция системной гемодинамики Система мониторинга АД и ОЦК В организме существует система слежения мониторинга артериального давления и объема циркулирующей крови. Мониторинг осуществляется афферентными системами нервные окончания которых способны воспринимать изменение давления а некоторые из них изменение объема циркулирующей крови. Они информируют об изменениях объема крови. Третья группа вибрационные рецепторы воспринимают изменения давления связанные с вихревым движение крови турбулентностью потока.
30892. Микроциркуляция 49.5 KB
  В зависимости от ультраструктуры стенки выделяют три типа капилляров: соматический висцеральный и синусоидный. Стенка капилляров соматического типа образована сплошным слоем эндотелиальных клеток в мембране которых имеется огромное количество мельчайших пор диаметром 45 нм этот тип капилляров характерен для кожи скелетных и гладких мышц миокарда легких. Стенки таких капилляров хорошо пропускают воду растворенные в ней кристаллоиды малопроницаема для белков. Такой тип капилляров в почках кишечнике эндокринных железах т.
30893. Особенности гемодинамики в различных сосудистых регионах. Легочное кровообращение 39.5 KB
  Очень низкий тонус легочных сосудов т. Мускулатура сосудов легких при снижении pO2 и повышении pCO2 в альвеолярном воздухе сокращается. В ответ на действие гистамина брадикинина дистантное влияние гладкая мускулатура легочных сосудов также сокращается вазоконстриктор ное действие т. пункт 2 Высокая растяжимость кровеносного русла Высокий базальный тонус коронарных сосудов.