簡介:1,第六章土的抗剪強(qiáng)度,2,3,四大古典材料強(qiáng)度理論最大拉應(yīng)力理論(第一強(qiáng)度理論)最大伸長線應(yīng)變理論(第二強(qiáng)度理論)最大剪應(yīng)力理論(第三強(qiáng)度理論)形狀改變比能理論(第四強(qiáng)度理論),61概述,應(yīng)力是材料發(fā)生破壞的根本原因在應(yīng)力作用下,材料發(fā)生破壞的形式主要有兩類(1)流動破壞;(2)斷裂破壞。(材料力學(xué)劉鴻文主編,P302),,,(1)流動破壞,(2)斷裂破壞,4,土力學(xué)的基本理論之一土體穩(wěn)定問題分析的基礎(chǔ)土是由于受剪而產(chǎn)生破壞土的強(qiáng)度問題實(shí)質(zhì)上就是土的抗剪強(qiáng)度問題,屈服流動土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生弱化,并產(chǎn)生塑性變形。,剪切流動土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度,土沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對滑動。,,,土的破壞形式,土的抗剪強(qiáng)度理論,土的滲透破壞,,5,①土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性(如土壩、邊坡等),與土的強(qiáng)度有關(guān)的工程問題,②土壓力問題(擋土墻),③地基的承載力問題,6,,,,,,,,,,,,,,,O,應(yīng)變硬化段,應(yīng)變軟化段,彈性段,,B,A,C,B,,①理想彈塑性,③正常固結(jié)土或松砂,②超固結(jié)土或密實(shí)砂,土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線(一種圍壓下的),B點(diǎn)為峰值強(qiáng)度,,B點(diǎn)過后為殘余強(qiáng)度,應(yīng)變軟化階段,土的屈服與破壞過程,62土的抗剪強(qiáng)度和破壞理論,7,,,,,,Σ3100KPA,Σ3200KPA,Σ3300KPA,莫爾庫侖破壞理論,土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線,土的破壞理論,①廣義特萊斯卡(TRESCA)理論,②廣義米塞斯(VONMISES)理論,(最大剪應(yīng)力理論),(最大變形能理論),最大變形能,8,法國軍事工程師在摩擦、電磁方面奠基性的貢獻(xiàn)1773年發(fā)表土壓力方面論文,成為土的經(jīng)典理論。,③莫爾庫侖破壞理論,庫侖(CACOULOMB)17361806,9,庫侖定律(COULOMB,CA1776年提出的),,根據(jù)砂土試驗(yàn)結(jié)果得到?F?TAN?,對于粘性土,通過試驗(yàn)給出的表達(dá)式?FC?TAN?,有效應(yīng)力的表達(dá)式?FC???TAN??C???UTAN??,?F-土的抗剪強(qiáng)度,KPA;?-作用在剪切面上的法向應(yīng)力,KPA;?-土的內(nèi)摩擦角;C-土的粘聚力,KPA;,土體破壞時,破裂面上法向應(yīng)力與抗剪切強(qiáng)度之間滿足?FF?,庫侖定律抗剪強(qiáng)度包線假定為線性關(guān)系,③莫爾庫侖破壞理論,10,試驗(yàn)測試曲線,B點(diǎn)臨界破壞狀態(tài)A點(diǎn)不會發(fā)生剪切破壞C點(diǎn)已發(fā)生破壞(不存在的),,?FC?TAN?,莫爾庫侖破壞包絡(luò)線,?F′C′?′TAN?′,11,物體內(nèi)一個點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài),,,,,,,應(yīng)力分量,,,,,,M,土的極限平衡條件,12,土中任意一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可表示為(平面問題,主應(yīng)力),應(yīng)力分量,,摩爾圓作圖法,應(yīng)力狀態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,(?1,?3),,,,2Θ,13,土中任意一點(diǎn)在某一平面上的法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力表達(dá)式(主應(yīng)力),,,,,,,,(?,Τ),,?1,?,?3,Τ,O,,,,,,2Α,A,,,,14,極限平衡狀態(tài)土中任意一點(diǎn)在某一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度。,?FC?TAN?(破壞判斷準(zhǔn)則),,判斷式,,破壞面不是發(fā)生在剪應(yīng)力最大的面上。,,與大主應(yīng)力面夾角,15,摩爾-庫侖關(guān)于土的抗剪強(qiáng)度理論特點(diǎn),歸納為(1)土的抗剪強(qiáng)度隨剪切面上法向應(yīng)力的大小不同而變化;(2)摩爾應(yīng)力圓與與抗剪強(qiáng)度曲線相切時表明土產(chǎn)生了剪切破壞;(3)主剪切破壞面的法向與最大主應(yīng)力面的夾角為45+?/2;(4)土的抗剪強(qiáng)度與中間主應(yīng)力無關(guān);,16,例1地面以下某點(diǎn)的最大主應(yīng)力?1580KPA,最小主應(yīng)力?3190KPA。土的內(nèi)摩擦角?22?,粘聚力C20KPA。(1)繪摩爾應(yīng)力圓;(2)求最大剪應(yīng)力及作用方向;(3)與最小主應(yīng)力作用面成?85?斜面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力;(4)判斷該點(diǎn)是否破壞;(5)破壞面與最大主應(yīng)力作用面的夾角。,17,解(1)摩爾應(yīng)力圓如圖,,破壞面與最大主應(yīng)力作用面的夾角為,(2)求出最大剪應(yīng)力與方向,18,,(3)與最小主應(yīng)力作用面成?85?斜面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力,,,,與小主應(yīng)力作用面夾角285?,,,,,,,,與大主應(yīng)力作用面夾角2(90?85?),19,先假定最小主應(yīng)力?3190KPA則求出最主應(yīng)力為,假定極限平衡狀態(tài)(相切),,,(4)判斷該點(diǎn)是否破壞,小于已知值580KPA,破壞狀態(tài)也可先假定?1,計(jì)算破壞時?3F,結(jié)果一樣。,20,(5)破壞面與最大主應(yīng)力的夾角為,,,,21,63土的抗剪強(qiáng)度的測定方法,(1)直接剪切試驗(yàn)(2)三軸壓縮試驗(yàn)(3)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(4)十字板剪切試驗(yàn),,,室內(nèi)試驗(yàn),現(xiàn)場試驗(yàn),22,一、直剪試驗(yàn),測定土的抗剪強(qiáng)度最簡單的方法,試驗(yàn)儀器直剪儀,試驗(yàn)方式應(yīng)變控制式;應(yīng)力控制式,,23,直剪儀,24,剪切盒,,,,,,,,土樣,,25,試驗(yàn)步驟(1)對試樣施加某一法向應(yīng)力?(2)再施加水平剪切應(yīng)力?,將下盒推動;(3)測定剪切位移和剪切應(yīng)力(4)繪制???曲線(5)進(jìn)行不同?下多個土樣的試驗(yàn)(6)確定破壞剪應(yīng)力?F,繪制?F??曲線。,,26,破壞剪應(yīng)力?F的確定,,(1)峰值時的剪應(yīng)力作為破壞剪應(yīng)力?F如較為堅(jiān)實(shí)的粘土及密砂(2)無峰值出現(xiàn)時,取4MM剪變形量的剪應(yīng)力作為?F如軟粘土和松砂,27,(1)快剪強(qiáng)度指標(biāo)用CQ、?Q表示。QQUICK。水平剪切速度08MM/S、35分鐘完成。(2)固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)用CCQ、?CQ表示。CCONSOLIDATION(3)慢剪(固結(jié))強(qiáng)度指標(biāo)用CS、?S表示。SSLOW。水平剪切速度002MM/S。固結(jié)變形小于0005MM。,按照剪切速度的不同,直剪試驗(yàn)可分為三種情況,28,,,,(5)不能嚴(yán)格控制排水條件,不能量測孔隙水壓力。,,剪切過程,優(yōu)點(diǎn)簡單、快捷缺點(diǎn)(1)剪切面限定在上下盒之間,不是沿土樣最薄弱面;(2)剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻;(3)上下盒之間的縫隙中易嵌入砂粒,使試驗(yàn)結(jié)果偏大;(4)剪切過程中,土樣剪切面逐漸縮?。?剪切后的面積,29,二、三軸剪切試驗(yàn),試驗(yàn)儀器三軸剪力儀(三軸壓縮儀)三軸壓縮試驗(yàn)較為完善的試驗(yàn)方法三軸壓縮儀的主要組成主機(jī)壓力室、軸壓系統(tǒng)穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)壓力泵量測系統(tǒng)排水管、體變管,30,三軸壓縮儀,31,32,壓力室結(jié)構(gòu)簡圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,試樣,,壓力室,,圍壓力進(jìn)水,,排水管,,,閥門,,軸向加壓桿,,橡皮套,,透水石,,接排水玻璃管或測孔隙水壓力,,,,,33,試樣為軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。垂直應(yīng)力?1是大主應(yīng)力;水平向應(yīng)力相等(?2?3)試樣首先施加靜水壓力(圍壓)?1?2?3。然后通過活塞桿施加應(yīng)力差△?(?1?3)。,土樣應(yīng)力狀態(tài)分析,34,試驗(yàn)步驟(1)將土樣切成圓柱體套在橡膠膜內(nèi),放在壓力室中;(2)施加周圍壓力?3(?2??);(3)施加豎向壓力(偏差應(yīng)力?????),使試件受剪破壞。,35,(4)破壞時大主應(yīng)力為?1,小主應(yīng)力為?3。(5)進(jìn)行不同圍壓三軸試驗(yàn),繪制破壞狀態(tài)的應(yīng)力摩爾圓。(6)畫出公切線強(qiáng)度包線,得到強(qiáng)度指標(biāo)C與?。,,36,三軸試驗(yàn)的排水條件不同,分三種情況,不固結(jié)不排水試驗(yàn)(UU)關(guān)閉排水閥門,施加圍壓??;施加軸向應(yīng)力(?????)直至破壞。土中含水量始終保持不變,孔隙水壓力也不能消散(UB,UA)。固結(jié)不排水試驗(yàn)(CU)打開排水閥門,施加圍壓??充分固結(jié),超靜孔隙水壓力完全消散;關(guān)閉排水閥門,施加軸向應(yīng)力(?????)直至破壞。測出孔隙水壓,計(jì)算有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)UA)。固結(jié)排水試驗(yàn)(CD)打開排水閥門,施加圍壓??充分固結(jié),超靜孔隙水壓力完全消散;排水閥門繼續(xù)打開,施加軸向應(yīng)力(?????)直至破壞。排出的水為土樣減小體積。測得的強(qiáng)度指標(biāo)為有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。,37,記號,固結(jié)排水試驗(yàn)(CD)CONSOLIDATEDDRAINEDTRIAXIALTESTCDCD?D(C?,??)固結(jié)不排水試驗(yàn)(CU)CONSOLIDATEDUNDRAINEDTRIAXIALTESTCUCCU?CU(C?,??)不固結(jié)不排水試驗(yàn)(UU)UNCONSOLIDATEDUNDRAINEDTRIAXIALTESTUUCUU?UU(C?,??),剪切前固結(jié)條件,剪切中排水條件,固結(jié)CONSOLIDATED,排水DRAINED,1固結(jié)排水試驗(yàn)(CD),2固結(jié)不排水試驗(yàn)(CU),固結(jié)CONSOLIDATED,不排水UNDRAINED,不固結(jié)UNCONSOLIDATED,不排水UNDRAINED,,,,,,,,3不固結(jié)不排水試驗(yàn)(UU),三種三軸試驗(yàn),39,三軸試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)能夠控制排水條件;可以量測土樣中孔隙水壓力的變化;三軸試驗(yàn)中試件的應(yīng)力狀態(tài)比較明確;剪切破壞時的破裂面在試件的最弱處;缺點(diǎn)設(shè)備相對復(fù)雜,無法直接進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。,三軸試驗(yàn)比較可靠,是土工試驗(yàn)不可缺少的儀器設(shè)備,40,三、無側(cè)限壓縮試驗(yàn),三軸壓縮試驗(yàn)的特殊情況(?30),又稱單軸試驗(yàn)。,試驗(yàn)儀器無側(cè)限壓力儀,也可用單軸壓縮儀。,41,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度破壞時的軸向壓力(QU),?30,一個方程可以求出(C,?),,42,對于飽和粘性土,不固結(jié)不排水條件下,可認(rèn)為?U0,此時CUQU/2。,故,43,四、十字板剪切試驗(yàn),常用的原位測試方法無需鉆孔取得原狀土樣,而使土少受擾動排水條件、受力狀態(tài)與實(shí)際條件接近特別適用于難于取樣和高靈敏度的飽和軟粘土,十字板剪切示意圖十字板,44,,?V,?H,,,,,,,,,H,D,,45,抗剪強(qiáng)度確定,圓柱體側(cè)面上的抗扭力矩,圓柱體上、下表面上的抗扭力矩,,,46,最大扭矩與抗扭力矩相等,故,可以求出(C,?),,,47,正常固結(jié)粘土和超固結(jié)粘土排水剪切過程中,64土在剪切過程中的性狀,軸應(yīng)變增大,體積減小,剪縮,軸應(yīng)變增大,體積增大,剪脹,48,粘性土殘余強(qiáng)度、靈敏度和觸變性,飽和粘性土靈敏度的定義在含水量不變的條件下,原狀土不排水強(qiáng)度與徹底擾動后的土(重塑土)的不排水強(qiáng)度之比。,根據(jù)靈敏度將粘性土分成六大類。,,49,粘性土觸變性的定義在含水量不變的條件下,土經(jīng)擾動后強(qiáng)度下降,靜置一段時間,強(qiáng)度會隨時間回復(fù)的現(xiàn)象。,強(qiáng)度再生,50,(1)三軸試驗(yàn)指標(biāo)與直剪試驗(yàn)指標(biāo),根據(jù)實(shí)際工程問題確定重大工程要求三軸試驗(yàn)指標(biāo),65實(shí)際工程中土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇,51,(2)峰值強(qiáng)度指標(biāo)還是殘余強(qiáng)度指標(biāo),一般問題峰值強(qiáng)度滑坡殘余強(qiáng)度,,,,,,,52,(3)有效應(yīng)力指標(biāo)還是總應(yīng)力指標(biāo),無超靜孔壓時,用總應(yīng)力指標(biāo)可確定超靜孔壓時,用有效應(yīng)力指標(biāo),土的抗剪強(qiáng)度的有效應(yīng)力指標(biāo)C?,??,?C???TG?????U,符合土的破壞機(jī)理,但有時孔隙水壓力U無法確定,土的抗剪強(qiáng)度的總應(yīng)力指標(biāo)C,?,?C?TG?,便于應(yīng)用,但U不能產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度,不符合強(qiáng)度機(jī)理,應(yīng)用時要符合工程條件,強(qiáng)度指標(biāo),抗剪強(qiáng)度,簡單評價,,,,,兩種強(qiáng)度指標(biāo)的比較,53,,,?1?,??’,?,??,??,?,,,???,,??,PP’,Q,,?,,,U,??,,,KF,KF?,,,,?F,?F?,U,松砂及正常固結(jié)粘土CU,強(qiáng)度包線與破壞主應(yīng)力線,有效應(yīng)力指標(biāo)還是總應(yīng)力,54,(A)固結(jié)排水剪強(qiáng)度指標(biāo),粘土地基上分層慢速施工的填方,穩(wěn)定滲流期的土壩,(4)應(yīng)根據(jù)實(shí)際排水條件確定,下面給出幾個典型實(shí)例,55,(B)固結(jié)不排水剪強(qiáng)度指標(biāo),在1層土固結(jié)后,施工2層,庫水位從1驟降到2,在天然土坡上快速填方,56,(C)不排水剪強(qiáng)度指標(biāo),軟土地基上快速施工的填方,土壩快速施工,心墻未固結(jié),粘土地基上快速施工的建筑物,57,例2飽和無粘性土試樣進(jìn)行三軸固結(jié)排水剪切試驗(yàn),測得總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為CD0,?D285?。如果對同一種試樣進(jìn)行三軸固結(jié)不排水剪試驗(yàn),施加周圍壓力?3200KPA,試樣破壞時的軸向偏應(yīng)力為?1??3F160KPA。計(jì)算(1)固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)?CU(2)破壞時的孔隙水壓力UF。,58,解?1F200160360KPA,?3F200KPA,CCU0,由極限平衡條件,得?CU165?,此外,??=?D285?,由有效應(yīng)力表示的極限平衡條件,59,聯(lián)立上述兩個式子可得??1F2476KPA,??3F876KPA。,破壞時的孔隙水壓力UF=?1F???1F36024761124KPA,,得出,,由于,60,本章小結(jié),土的破壞形式(剪切、蠕變)土的極限平衡條件(庫侖定律)土的剪切強(qiáng)度測試(直剪、三軸剪、十字剪)工程中剪切強(qiáng)度指標(biāo)的選擇,61,感謝大家的蒞臨,
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簡介:目錄第二章,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)21機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式22轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算23生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性24機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件,,,,,目錄第二章,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)21機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式22轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算23生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性24機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件,,,,,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,①掌握機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)行方程式,學(xué)會用它來分析與判別機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài);②了解在多軸拖動系統(tǒng)中,為了列出系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,必須將轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行折算,掌握其折算的基本原則和方法;③了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性N=FTL;④掌握機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件,并學(xué)會用它來分析與判別系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,運(yùn)用運(yùn)動方程式分別判別機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài);運(yùn)用穩(wěn)定運(yùn)行的條件來判別機(jī)電傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。,根據(jù)機(jī)電傳動系統(tǒng)中TM、TL、N的方向,確定TM、TL是拖動轉(zhuǎn)矩還是制動轉(zhuǎn)矩,從而判別出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),是處于加速、減速還是勻速;在機(jī)械特性上判別系統(tǒng)穩(wěn)定工作點(diǎn)時,如何找出TM、TL。,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,21機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,機(jī)電傳動系統(tǒng)是一個由電動機(jī)拖動,并通過傳動機(jī)構(gòu)帶動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)電運(yùn)動的動力學(xué)整體。,機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,21機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,盡管電動機(jī)種類繁多、特性各異,生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)也可以各種各樣,但從動力學(xué)的角度來分析時,都服從動力學(xué)的統(tǒng)一規(guī)律。即在同一傳動軸上,電動機(jī)轉(zhuǎn)矩TM、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)軸角速度Ω三者之間,符合下面的關(guān)系,TM-TL=J,或用轉(zhuǎn)速N代替角速度Ω,則為,TM-TL=,,,運(yùn)動方程的實(shí)用形式,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,21機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,,機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式是描述機(jī)電系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的最基本方程式,它決定著系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。,當(dāng)TD=0時,A=0,表示系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài),系統(tǒng)為勻速運(yùn)動。當(dāng)TD≠0時,A≠0,表示系統(tǒng)處于動態(tài),TD>0時,拖動轉(zhuǎn)矩>制動轉(zhuǎn)矩,A為正,系統(tǒng)加速運(yùn)動;TD<0時,拖動轉(zhuǎn)矩<制動轉(zhuǎn)矩,A為負(fù),系統(tǒng)減速運(yùn)動。,,,動態(tài)轉(zhuǎn)矩TD=TM-TL;加速度A=,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,21機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,,,正方向約定電動機(jī)轉(zhuǎn)矩TM取與N相同的方向?yàn)檎?;?fù)載轉(zhuǎn)矩TL取與N相反的方向?yàn)檎颉?若TM或TL與N方向相同,則TM或TL為拖動轉(zhuǎn)矩;若TM或TL與N方向相反,則TM或TL為制動轉(zhuǎn)矩。,若TM與N符號相同,則TM為拖動轉(zhuǎn)矩;若TM與N符號相反,則TM為制動轉(zhuǎn)矩。若TL與N符號相同,則TL為制動轉(zhuǎn)矩;若TL與N符號相反,則TL為拖動轉(zhuǎn)矩。,根據(jù)上述約定,判定TM和TL的性質(zhì),無方向約定按照矢量分析判定TM和TL的性質(zhì),第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,21機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,,,綜合上述內(nèi)容,主要有如下三部分①判定TM和TL的方向,列寫機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式TM取與N相同的方向?yàn)檎?;TL取與N相反的方向?yàn)檎?。②判定TM和TL的性質(zhì)若TM或TL與N方向相同,則TM或TL為拖動轉(zhuǎn)矩;若TM或TL與N方向相反,則TM或TL為制動轉(zhuǎn)矩。③判定機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)拖動轉(zhuǎn)矩=制動轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)勻速運(yùn)動;拖動轉(zhuǎn)矩>制動轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)加速運(yùn)動;拖動轉(zhuǎn)矩<制動轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)減速運(yùn)動。,TM-TL=,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,21機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,,,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,21機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,,,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,22轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,,,機(jī)電傳動系統(tǒng)運(yùn)動方程式中的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量及飛輪轉(zhuǎn)矩等,均分別為同一軸上的數(shù)值。若運(yùn)動系統(tǒng)為多軸系統(tǒng),則必須將上述各量折算到同一轉(zhuǎn)軸上才能列出整個系統(tǒng)的運(yùn)動方程式。由于一般均以傳動系統(tǒng)的電動機(jī)軸為研究對象,因此,一般都是將它們折算到電動機(jī)軸上。轉(zhuǎn)矩折算應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)傳遞功率不變的原則。轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩折算應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)貯存的動能不變的原則。,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)22轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,221負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算依據(jù)系統(tǒng)傳遞功率不變的原則,多軸旋轉(zhuǎn)拖動系統(tǒng),,,,,實(shí)際負(fù)載功率折算后的負(fù)載功率,速比傳動效率,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)22轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,多軸直線運(yùn)動系統(tǒng),221負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算,,,,,(下放重物),,,,,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)22轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,222轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算依據(jù)動能守恒原則,折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為,電機(jī)軸、中間軸、負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)動慣量;電動機(jī)軸與中間傳動軸之間的速比;電機(jī)軸與負(fù)載軸之間的速度比;電機(jī)軸、中間軸、負(fù)載軸上的角速度中間軸、電機(jī)軸上的齒數(shù)。,,,,,(旋轉(zhuǎn)型),,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)22轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,222轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算依據(jù)動能守恒原則,折算到電機(jī)軸上的總飛輪矩為,電機(jī)軸、中間軸、生產(chǎn)機(jī)械軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩。,式中,,(旋轉(zhuǎn)型),經(jīng)驗(yàn)公式,,,,,,,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)22轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,直線運(yùn)動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量、飛輪矩為,多軸系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)22轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,例22Z2/Z13,Z4/Z35,,解(1),第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)22轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算,,解(2)飛輪矩的折算,近似計(jì)算,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,23生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性,,電動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn),構(gòu)成一個電力拖動系統(tǒng),其工作狀況不僅取決于電動機(jī)的特性,同時也取決于作為負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械的特性。負(fù)載的機(jī)械特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。負(fù)載的機(jī)械特性由負(fù)載性質(zhì)決定,按生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)動中所受阻力的性質(zhì)不同,分成幾種類型①恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性②泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載通風(fēng)機(jī)型機(jī)械特性③恒功率負(fù)載恒功率型機(jī)械特性④直線型負(fù)載直線型機(jī)械特性,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,23生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性,,按生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)動中所受阻力的性質(zhì)不同,分成幾種類型的負(fù)載。,通風(fēng)機(jī)型機(jī)械特性,直線型機(jī)械特性,恒功率型機(jī)械特性,負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性即機(jī)械特性,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,,23生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性,,1反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向總是和轉(zhuǎn)速方向相反,永遠(yuǎn)是阻轉(zhuǎn)矩。如機(jī)床加工過程中切削力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。2勢能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向不隨轉(zhuǎn)速方向改變。如卷揚(yáng)機(jī)起吊重物時重力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。,1、恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小為常量,與轉(zhuǎn)速無關(guān)。,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,23生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性,,2、通風(fēng)機(jī)型機(jī)械特性如水泵,離心式鼓風(fēng)機(jī)等。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比。3、恒功率型機(jī)械特性如機(jī)床加工過程中的進(jìn)刀。負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速乘積為一常數(shù),即負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。4、直線型機(jī)械特性如他勵直流發(fā)電機(jī)作實(shí)驗(yàn)?zāi)M負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成正比。,通風(fēng)機(jī)型機(jī)械特性,直線型機(jī)械特性,恒功率型機(jī)械特性,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,24機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件,,在機(jī)電傳動系統(tǒng)中,電動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連成一體,為了使系統(tǒng)運(yùn)行合理,就要使電動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械兩者的機(jī)械特性盡量相配合。特性配合好的一個基本要求是系統(tǒng)要能穩(wěn)定運(yùn)行。1、機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的含義一是系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運(yùn)轉(zhuǎn),即電動機(jī)軸上的拖動轉(zhuǎn)矩TM和折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL大小相等,方向相反,相互平衡,這是必要條件。二是系統(tǒng)受某種外部干擾作用如電壓波動、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動等而使運(yùn)行速度稍有變化時,應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運(yùn)行速度,這是充分條件。,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,24機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件,,2、穩(wěn)定工作點(diǎn)的判別①電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線N=FTM和N=FTL有交點(diǎn)即拖動系統(tǒng)的平衡點(diǎn)。②給該點(diǎn)施加干擾,使轉(zhuǎn)速變化,然后取消干擾,如果轉(zhuǎn)速能恢復(fù),則該點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn),反之為不穩(wěn)定點(diǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速大于平衡點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時,必須有TM<TL。即若干擾使轉(zhuǎn)速上升,當(dāng)干擾消除后應(yīng)有TM-TL<0,才能使系統(tǒng)減速而回到平衡點(diǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速小于平衡點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時,必須有TM>TL。即若干擾使轉(zhuǎn)速下降,當(dāng)干擾消除后應(yīng)有TM-TL>0,才能使系統(tǒng)加速而回到平衡點(diǎn)。,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,24機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件,,3、判別穩(wěn)定工作點(diǎn)的實(shí)用方法在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以上存在TM<TL(轉(zhuǎn)速以下存在TM>TL)則該點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn),反之為不穩(wěn)定點(diǎn)。,當(dāng)干擾出現(xiàn)使TL→TL′,TM暫時不變,有TM>TL′,使N→N′,TM→TM′,即使A點(diǎn)→A′點(diǎn),TL′=TM′;當(dāng)干擾消除使TL′→TL,TM′暫時不變,有TM′<TL,使N′→N,TM′→TM,即使A′點(diǎn)→A點(diǎn),TL=TM;,“1”電動機(jī)的機(jī)械特性N=FTM“2”生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性N=FTL,第二章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),,,24機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件,,4、舉例,“1”異步電動機(jī)的機(jī)械特性N=FTM,“2”恒轉(zhuǎn)矩型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性N=FTL,A點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn),B點(diǎn)不是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。,
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上傳時間:2024-01-05
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