67539

Электропривод с упругими связями. Уравнения трехмассовой системы и колебания в двухмассовой системе. Люфт в механической передаче. Удары и выход из контакта. Механическая передача с упругими связями

Лекция

Производство и промышленные технологии

Рассмотрим упругий стержень, к концам которого приложены моменты М1, М2 (см. рис. 15.1). Концы имеют углы поворота α1 и α2, коэффициент жесткости стержня с12 . Если не учитывать момент инерции стержня, то из условия равновесия моментов получаем равенства...

Русский

2014-09-12

247.5 KB

37 чел.

ЛЕКЦИЯ 15

Электропривод с упругими связями. Уравнения

трехмассовой системы и колебания в двухмассовой системе.

Люфт в механической передаче. Удары и выход из контакта.

Механическая передача с упругими связями.

Упругость –  свойство тел изменять размеры и форму под действием усилий и моментов, а после их снятия восстанавливать размеры и форму.

Рассмотрим упругий стержень, к концам которого приложены моменты М1, М2 (см. рис. 15.1). Концы имеют углы поворота α1 и α2, коэффициент жесткости стержня с12 . Если не учитывать момент инерции стержня, то из условия равновесия моментов получаем равенства

М2 + М1 = 0;  М2 = –М1 ;

М1 = с121 – α2);    М2 = с122 – α1).    

Рис. 15.1. Упругий стержень под действием двух моментов

Теперь рассмотрим трехмассовую систему, состоящую из ротора электродвигателя и двух цилиндров, установленных на валы в опорах (см. рис.15.2). Валы двигателя и двух цилиндров связаны упругими стержнями с коэффициентами жесткости с12 и с23 .

Рис. 15.2. Трехмассовая система с упругими связями

Первое  тело  (ротор двигателя)  имеет   момент инерции J1, угол поворота α1 и  частоту  вращения ω1. Имеется электромагнитный момент М1 и статический момент сопротивления М. Второе тело имеет момент инерции J2, угол поворота α2, частоту вращения ω2 и статический момент сопротивления М.Третье тело имеет момент инерции J3, угол поворота α3 , частоту вращения ω3 и статический момент сопротивления М.

Тело с двумя закрепленными точками или на валу в опорах имеет одну степень свободы. Его движение описывается уравнением динамики и уравнением кинематики:

Здесь МΣ – суммарный момент, приложенный к телу.

Наша система имеет три степени свободы и описывается шестью уравнениями:

;

;

;

;

;

.

Следует обратить внимание, что угол поворота каждого тела входит в свое уравнение со знаком ''–'', а в уравнения других тел – со знаком  ''+''.

Свободные колебание в двухмассовой системе.

Рассмотрим два цилиндра, насаженные на валы, установленные в опоры. Между валами имеется упругий стержень с коэффициентом жесткости с. Первое тело имеет момент инерции J1, угол поворота α1 и частоту вращения ω1. Второе тело имеет момент инерции J2, угол поворота α2 и частоту вращения ω2 (см. рис. 15.3) . Моменты сопротивления не учитываются.

Рис. 15.3. Двухмассовая система с упругой связью

Двухмассовая система описывается двумя уравнениями динамики и двумя уравнениями кинематики:

С учетом уравнений кинематики можно записать два уравнения второго порядка относительно углов поворота тел:

          (15.1)            (15.2)

Разделим левые и правые части уравнений (15.1), (15.2) на моменты инерции J1 , J2 соответственно и вычтем из первого уравнения второе:

        (15.3)

Обозначим угловую деформацию стержня (угол закрутки)

.

Уравнение (15.3) принимает вид

          (15.4)

Обозначив

получаем дифференциальное уравнение

           (15.5)

Характеристическое уравнение

имеет чисто мнимые корни

Им соответствует общее решение

Записав уравнения (15.1), (15.2) в виде

получаем выражения для углов α1, α2:

Графики углов α1, α2 показаны на рис. 15.4. Видно, что их колебания находятся в противофазе. Момент инерции J1 < J2, и амплитуда колебаний угла α1 больше амплитуды колебаний угла α2.  При учете моментов трения и аэродинамических моментов колебания будут постепенно затухать.

Рис. 15.4. Графики углов при свободных колебаниях двухмассовой системы

Электропривод с люфтом

В механических передачах наблюдаются люфты (зазоры). Например, в зубчатых передачах, в муфтах. Люфты вызывают ударные явления, шум, износ передачи. Рассмотрим механическую систему ''двигатель – объект'' (см. рис. 15.5). Двигатель имеет координату x, а объект – координату y.

Рис. 15.5. Механическая система ''двигатель – объект'' с люфтом

двигатель имеет водило (палец),  а объект – вилку.  При движении  вправо

палец касается правой части вилки, а при движении влево – левой части. При изменении направления движения объект некоторое время неподвижен, пока не будет выбран зазор. При сравнительно медленных движениях, когда инерционность объекта можно не учитывать, взаимное расположение двигателя и объекта можно представить графиком на рис. 15.6.

Рис. 15.6. Зависимости координат двигателя и объекта

Если х растет, то y = x – δ. Если х уменьшается, то y = x + δ. При смене направления движения y = const, пока х изменяется на 2δ (это максимальный зазор). Этими характеристиками можно пользоваться, когда нагрузка малоинер-ционна.

Удары в механической передаче

Удары наблюдаются, когда два теда входят в контакт, имея различные линейные или угловые скорости. При ударных явлениях скорость меняется мгновенно.

Рис. 15.7. Удар при поступательном движении

При абсолютно упругом ударе кинетическая энергия до удара равна кинетической энергии после удара. Рассеяние энергии не происходит.

Закон  сохранения  количества  движения  при  поступательном  движении

двух тел (см. рис. 15.7) имеет вид:

Здесь ''–0'' означает предел слева при  ''+0'' означает предел справа при

Закон сохранения кинетическрй энергии при упругом ударе:

При вязком ударе кинетическая энергия уменьшается, происходит пласти-ческая дефомация. При этом выделяется тепло.

При абсолютно вязком ударе сохраняется количество движения:

v2(+0) = v1(+0).

При вращательном движении рассматриваются другие величины:

Jω – кинетический момент (момент количества движения);

– кинетическая энергия.

При абсолютно упругом ударе двух вращающихся тел имеем уравнения сохранения кинетического момента и кинетической энергии:

J1ω1(–0) + J2ω2(–0) = J1ω1(+0) + J2ω2(+0);

Абсолютно вязкий удар дает соотношения:

J1ω1(–0) + J2ω2(–0) = (J1 + J21(+0);

.

При вязком ударе часть кинетической энергии переходит в тепло, совершается работа пластической деформации.

Уравнения движения

Если контакта нет, то движения ротора двигателя и объекта происходят независимо:

При контакте в механической передаче имеем соотношения:

ωо = ωд; αо = αд ± δ.

Условие потери контакта в механической передаче с люфтом

Рассмотрим механическую систему ''буксир – танкер'' (см. рис. 15.8).

       

Рис. 15.8. Буксир и танкер

Буксир имеет массу mб, силу мотора Fб и силу лобового сопротивления Fбс. Танкер имеет массу mбт и силу лобового сопротивления Fтс.

Ускорение буксира при свободном движении

;

Ускорение танкера при свободном движении

Если , то это совместное движение. Если же то ьуксир отстанет от танкера. Следовательно, условие потери контака имеет вид:

Условие потери правого контакта при вращательном движении ротора

двигателя и объекта имеет вид:

.

Условие потери левого контакта:

.

При расчете переходных процессов в электроприводе с люфтом нужно при наличии контакта проверять на каждом шаге условие потери контакта. При отсутствии контакта надо проверять, не произошел ли контакт и какие скорости вращения будут после удара.

Вопросы для самопроверки

1. Как зависит угол упругой деформации стержня от приложенного к нему момента?

2. Сколько степеней свободы и сколько уравнений имеет трехмассовая система с упругими связями?

3. Запишите уравнения динамики и кинематики для трехмассовой системы.

4. Запишите уравнения динамики и кинематики для двухмассовой сис-темы в случае свободных колебаний.

5. Почему при свободных колебаниях в двухмассовой системе тела отклоняются в противоположные стороны?

6. Напишите формулу для частоты свободных колебаний в двухмассовой системе.

7. Нарисуйте зависимость между входной и выходной координатами в механической передаче с люфтом при малоинерционном объекте.

8. Напишите уравнения движения ротора двигателя и объекта при отсутствии и наличии контакта вмеханической передаче.

9. Объясните условие потери контакта между танкером и толкающим его буксиром.

10. Запишите условия потери правого и левого контакта в механической передаче вращательного движения с люфтом.                   


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52857. Вулиця, на якiй я живу 30 KB
  My name is Semen. I live with my family in a big town. I live in Rivna street. My street is long. There are many green trees and flowers in our street. You can see many big houses and new shops in our street. My school is in our street too. In Rivna street you can always see many trams,buses and cars. In our street there are many men,women and children. My street is clean and nice. I like it very much
52858. About myself. My Biographical time-line 48 KB
  Мета уроку:систематизація пройденого лексико–граматичного матеріалу; формування комунікативних навичок усного мовлення; формування навичок аудіювання через прослуховування тексту з метою виділення ключової інформації; - biography to be born ballet primary school secondary school university to cheer to clap
52859. Освіта в Англії 192 KB
  Great Britain does not have a written constitution, so there are no constitutional provisions for education. The system of education is determined by the National Education Acts. It has many different faces, but one goal. Its aim is to realize the potential of all, for the good of the individual and the country. It embraces two educational purposes: first it gives a general education to all children, and second, it selects the most able and gives them more advanced education.
52861. What do you do? 47.5 KB
  James is lazy. He doesn’t like going to school. He has a quick shower every morning. He puts on his clothes, watches a cartoon. He never does his morning exercises to the radio. He eats bread and honey for breakfast. He has tea or coffee with a bar of chocolate. He never cleans his teeth. He catches the bus to school. He arrives at school late.
52862. Формування ключових та предметних компетентностей молодших школярів у контексті викликів сьогодення 90 KB
  Велику роль у цьому відіграють навчальні ігри. Їх використання підвищує інтерес дітей до навчання, сприяє створенню сприятливого психологічного клімату на уроці та розвитку активності учнів, а також дозволяє сконцентрувати увагу на головному – опануванні мовленнєвими навичками
52864. Guidelines to training students for Independent Assessment 35.5 KB
  In terms of requirements to Independent Assessment in English we offer strategies on completing tests in reading and writing with comments on the order of their fulfilling which enables students to minimize time and increase efficiency.
52865. Креативне письмо на уроці іноземної мови 67.5 KB
  Мета даної статті – проаналізувати навчальний потенціал креативного письма в вивченні іноземної мови, дослідити переваги роботи з креативним письмом на уроці іноземної мови, визначити цінність написання креативного тексту для розвитку учня як особистості.