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机电一体化系统设计 第六章 机电一体化系统 ——机电有机结合分析与设计 等效转动惯量的计算 讲授：戴小标 机械与能源工程系 机电一体化系统设计 第六章 机电一体化系统——机电有机结合分析与设计 6.1 机电一体化系统的稳态与动态设计内容和考虑的方法 6.2 机电有机结合之一——机电一体化系统的稳态设计考虑方法 6.2.1典型负载分析 一、典型负载 二、负载的等效换算 1、等效转动惯量的计算 2、负载转矩的等效换算6.2.2 执行元件的匹配选择 ……………………………… 6.3 机电有机结合之二——机电一体化系统的动态设计考虑方法 6.4 机电一体化系统的可靠性设计 等效转动惯量的计算 说课 学情分析 关键词 等效 转动惯量 机电一体化系统设计：第六章 机电一体化系统稳态设计与分析——负载分析（执行元件选择与校核） 教学内容与目标 机电一体化机械系统设计：传动系统各级传动比的最佳分配原则—等效转动惯量最小原则（满足机电系统响应快要求） 机械原理：建立机械系统等效动力学模型 理论力学：圆柱体转动惯量计算 等效转动惯量的计算 说课 教学内容与目标 教学目标 转动惯量的计算公式 转动惯量的等效原则 等效转动惯量的计算公式及计算分析 初步理解课程结构框架 掌握转动惯量及其等效的分析和计算方法 理解机电一体化系统中转动惯量等效的意义 形成正确的机电一体化系统稳态设计的思维方法 知识目标(掌握): 能力目标： 素质目标： 等效转动惯量的计算 说课 教学内容与目标 教学 内容 转动惯量等效的意义 转动惯量的计算公式 转动惯量的等效原则 等效转动惯量的计算公式及计算分析 重点 难点 等效转动惯量的计算 说课 学情分析 理论力学和机械原理中学习过，保留旧有的 思维习惯 大学工科学生 缺乏工程认识和实践 教学方法 等效转动惯量的计算 说课 案例式教学 采取对比、反问、提问、归纳等方法 构建框架 动能守恒定理——系统中所有零部件动能(包括平移和转动)总和与等效后的动能(一般为转动)相等 拓展视野 通过对比剖析理论力学和机电一体化中对公式的不同要求 在工程背景上进行拓展训练 提炼知识点结构主线： 教学设计 等效转动惯量的计算 问题的引出 1 图1 直流伺服电动机驱动全闭环控制系统 例：由直流伺服电动机驱动的全闭环系统，如图1所示，检测传感器安装在移动工作台导轨上。这种方式常用于不能采用大变速比的直流伺服电动机或CNC机床的连续切削控制等的驱动系统中。已知： 等效转动惯量的计算 等效转动惯量计算的意义 2 ★机械系统设计：建立机械系统等效动力学模型 ★机电一体化系统机械传动系统设计：传动系统各级传动比的最佳分配原则—等效转动惯量最小原则，满足机电系统响应快速的要求 ★机电一体化系统设计：机电一体化系统稳态设计与分析 ★机电一体化系统设计：机电一体化系统负载分析（执行元件的选择与校核） 等效转动惯量的计算 等效转动惯量的推导 无论是直线运动还是回转运动，应用等效前后总动能不变的原理，进行等效转动惯量公式的推导。 3 等效原则 等效转动惯量的计算 等效转动惯量的推导 3 强度问题 注意 梁的强度条件 等效转动惯量的计算 等效转动惯量的计算公式的相关问题 公式中的零件转动惯量J又如何得来？ 问题1： ◎电机是机电一体化系统的执行元件，执行元件在机电一体化系统中为 机和电的有机结合点，它的选取至关重要，等效转动惯量的计算就是 为后续执行元件的选择和校核做好准备； ◎根据理论力学的知识：对于旋转体零件转动惯量J=ρπd4L/32。 式中： ρ—材料密度，ρ钢=7.8×103kg/m3；d—直径(m)； L—长度(m) 。 问题2： 为什么将转动惯量常等效到电机输出轴而不等效到其他轴？ 4 梁的强度条件 等效转动惯量的计算 工程应用 5 图1 直流伺服电动机驱动全闭环控制系统 梁的强度条件 等效转动惯量的计算 工程应用 5 图1 直流伺服电动机驱动全闭环控制系统 注意 梁的强度条件 等效转动惯量的计算 工程应用 5 小结 等效转动惯量的计算的规范过程 （1）确定研究对象，要等效到哪根轴； （2）分析移动部件有哪些，转动部件有哪些； （3）列出所研究系统的等效转动惯量计算公式； （4）分析并计算公式中的各未知参数； （5）将求得参数代入第(3)步公式求解。 注意 梁的强度条件 等效转动惯量的计算 由转动惯量展开的关于知识点结构的讨论 6 机电一体化——公式的应用 理论力学——公式的推导 公式的推导与应用的区别？ 思考： 公式的推导——注重逻辑推理，慎密，精确，考虑问题的普遍性 公式的应用——注重实际效果，忽略次要因素，具体问题具体分析 转动惯量公式 考虑齿、键槽、轴肩、轴承…… 忽略齿、键槽、轴肩、轴承…… 理论力学和