运动控制技术(二)--机械系统ppt课件.ppt

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1、第二章机械系统设计技术2.1机械系统建模及分析2.2机械系统参数对系统性能的影响2.3机电系统中常用机构2.4典型机电产品机械结构第二章机械系统设计技术研讨主题：1机械系统建模及仿真分析可应用Simulink，SimMechanics,Adams等软件对某一机械系统建模、运动仿真、动力学仿真分析2.机械系统参数对系统性能的影响在建模的基础上，应用Simulink分析质量/转动惯量、刚度、阻尼比等参数对系统性能的影响3.典型机电产品机械结构介绍作用在机械上的力驱动力/力矩工作阻力/力矩机械系统建模目的：分析系统动力学参量和运动学参量之间的联系。2.1机械系统

2、建模及分析例2.1图为组合机床动力滑台铣平面时的情况，当切削力f（t）变化时，滑台可能产生振动，从而降低被加工工件的表面质量和精度。试建立切削力与滑台质量块位移之间的动力学模型。2.1.1机械系统－移动系统5建立质量－弹簧－阻尼系统的力学模型2.1.1机械系统－移动系统在零初始条件下对方程两边进行拉氏变换：写成系统的传递函数形式：例2-2图2-2(a)表示一个汽车悬浮系统。当汽车沿着道路行驶时，轮胎的垂直位移作为一种激励作用在汽车的悬浮系统上。该悬浮隔振系统可简化为图2-3(b)的简化模型。假设P点上的运动xi作为系统的输入量，车体的垂直运动xo为输出量，

3、位移xo从无输入量xi作用时的平衡位置开始测量，求系统的传递函数。图2-2ab解：图2-2(b)所示系统的运动方程为：即对上式在零初始条件下进行拉式变换：整理得系统的传递函数为：82.1.2机械系统－转动系统例2.3图所示为扭摆的物理模型，J表示扭摆的转动惯量，B表示扭摆与空气的粘性阻尼，K表示扭簧的刚度，假设力矩M(t)直接作用扭摆轴上，试建立该系统的动态数学模型。例2.4单臂机械手（摆动），臂长102.1.3机械系统－传动系统例2.4图为一齿轮传动机构，假设齿轮传动无间歇，试求该系统输入力矩M(t)与输出转角θ2(t)之间的动态数学模型。M、M1---

4、---输入轴及齿轮1上的驱动力矩和负载力矩M2、Mfz-----输出轴及齿轮2上的驱动力矩和负载力矩1、2-----主动轮1、从动轮2的转角J1、J2-----主动轮1、从动轮2的转动惯量c1、c2-----主动轮1、从动轮2的粘滞阻尼系数11忽略两轴及齿轮的扭转弹性变形，分别对输入轴和输出轴列写旋转运动方程：简化到Ⅰ轴上：输入轴1：输出轴2：设齿轮传动比为并假设齿轮1、2间无传动功率损耗，于是有：2.1.2机械系统的等效动力学模型等效动力学建模原理：动能不变原则：等效构件的质量或转动惯量所具有的动能等于整个系统的动能之和。功(功率)不变原则：作用在等

5、效构件的等效力、等效力矩所作的功(或功率)等于整个系统的所有力、力矩所做功(或功率)之和。等效动力学模型等效力矩（力）等效阻尼系数等效弹簧系数等效质量/转动惯量外力作功不变系统动能不变1）等效转动惯量无论机械传动或变换元件是直线运动还是回转运动，应用总动能不变的原理，可进行等效转动惯量的计算。(1)直线移动工作台折算到转动部件的转动惯量丝杠螺母机构(导程L)齿轮齿条机构带传动(2)相邻两轴，2轴向1轴转动惯量的折算i——齿轮啮合的传动比机床传动机构示意图1、2、3、4—齿轮5—丝杠6—工作台等效转动惯量练习:2)负载转矩的折算求等效力矩遵循的原则：作用在各

6、构件上的外力和外力矩所作功(功率)之和等于作用在等效构件上的等效力矩（或力）所作功(功率)。机床传动机构示意图1、2、3、4—齿轮5—丝杠6—工作台若已知工作台的质量为m，工作台与导轨间的摩擦系数f，负载力为FW＝1000N，丝杠导程为l，齿轮减速比为i，试求折算到电机轴上的负载力矩练习:解:3）传动刚度的计算扭转刚度的归算：k1、k2分别为Ⅰ轴和Ⅱ轴的扭转刚度系数。当Ⅰ轴的输入转矩为T1时，Ⅰ轴扭角为△θ1时，Ⅱ轴扭角为△θ2：，在Ⅰ轴上有：略去摩擦损失在Ⅱ轴上有：传动刚度的示意图从Ⅰ轴输入端看，施加T1转矩后由于Ⅰ、Ⅱ轴扭转变形造成Ⅰ轴的总扭转角为∴式

7、中KI——传动链归算到Ⅰ轴的扭转刚度系数传动链中轴向刚度的归算。图所示机床进给系统在承担负载后，丝杠螺母副和螺母座都会产生轴向弹性变形。图是它的等效作用图，k是上述弹性变形的等效轴向刚度系数。机床工作台进给传动系统弹性变形等效作用图轴向刚度的归算丝杠和工作台之间的弹性变形为δ，对应于δ的丝杠转角为Δθ设丝杠输入力矩为T归算到丝杠上的等效扭转刚度系数：机床传动机构示意图1、2、3、4—齿轮5—丝杠6—工作台若各部分扭转刚度已知，丝杠导程L，试求折算到电机轴上的扭转刚度。练习:4）速度阻尼负载的计算Ⅱ轴上的动力学方程是：I轴输入力矩为T1，动力学方程是：归算到

8、I轴上的等效速度阻尼系数：例：数控机床进给系统建模数控机床进给传动