机床主传动系统能量传输数学模型.pdf

年 月 第 卷第 期 重庆 大学学报 0 1 6 1 7 4 8 7 7 4 飞 4 一 引言 机床能虽传输特性的研究是机床节能技术研究以及机床能量信息监控技术研究的基础 5 过去对机床能最传输 特性的 研 究重视不够 近年来虽 有较大发展 但还很不系 统 还存在不 少 的间题和不 足 究其原 因 是至今 尚未建立 一个比较系统地 反映机 床能量传输状态的数 学模型 4劝 外有人 对此作过一些尝试 但 结果不尽令人满意 5 如 9 年 加拿大 5 6 8 78 提 收文日期 年 月刽日 5 第 期刘 飞等 机床主传动系统能量传输数学模型 出 了机床功率损失和效率的分析模型 在假设机床的输出功率是输入功率和 主轴转速的 函数的基础上 用多元逐步回归分析方法得出 了它们的定量关系 5 6 8 78 的建立数学模 型来研究机床功率损失和效率的方法是很有意义的 但他所用 的实验分析繁杂 模型参数只 能由具体对象的大量实验确定 他本人也认 为 这 种模型的适合程度只能是暂时令人满意 的 因比 研究机床的能 量传输数学模型 具有重要意义 二 机床主传动系统的能量流程 典型的机床主传动系统一般是 由一台异 步 电动机 以下简称电机 和机械传动系统相连 接所组成的机电系统 其能量流程如 图 所 示 第 卜 仍 5 功 图 典型 机床主传动系统的能量流 程 图中 机床主传动系统总输入 功率 6 凡 电机总机械功率 电磁转矩 电机输出功率 凡 时 如 电机定子绕组铜耗 转子绕组铜耗 铁损 附加损耗 机械损耗功率 平 不 或 电机磁场贮能 转子所储存的动能 转子转动惯量 角速度 二 第 转动环节 第 传动轴及 其所载传动件所组 成的系统 称为第 云传动环节 的转动惯量 角速度 所储存的动能 机 械损耗功率 输入 功率 和输出功率 6 一 一主轴输出功率和输出转矩即切削功率和切 削扭矩 0 0 机床主传动系 统的输入 输出能量 另外还约定第 传动环 节的输入端所 在的传动副的全部 摩擦损失 算在第 传动环 节的 5 中 而输出端所 在 的传功副的全 部摩擦损失算在 下一传动环 节 即第 传动环节的 5 十 中 三 机械传动系统的能量传输数学模型 机械损耗功率 5 的组 成和机 理均非常复杂 本文仅综合己有各文献中的研究结论 幻 将机床各传动环节中的机械损耗功率近似处理如 下 机床各传动环 节 的机械损耗功率 丁分 为两部 份 一部份与角速度 或转速 成 4 比 称为库仑摩擦损耗功 率 另一部份与角速度 的平方成正 比 称为粘 性 摩擦损耗 功率 重 庆大学学报 9 9 年 4 又可分 为两部份 一部份与传动环节的载荷功率 即输出功率 有关 并近似与其 成正比 称 为载荷损耗功 率 又 叫附加损耗功率 另一部份与载荷无关 称为 作载荷库 仑 摩擦损耗功率 非载荷库仑摩擦损耗功率与粘性摩擦损耗功率之和称为非载荷损耗功 率 以上论述可用能觉流 向图 表示如卜 6 4 翻 4 曰 区 一 史丝 电 图 第 传动环节的能量 流程 由此图 得 二 班 少补 有 二 夕 5 一3 十8 5 脸召 5 护 龙 一3 寸 8 了 一 5 以 5 口一山 一 寸 阳 以 切 丫 习口 十 口 厂 乙 式中 7 6 机床机 电系统载荷损耗系数 等效 作载荷库仑摩擦力矩 等效 粘性阻尼 系数和等效转 动惯量 令 二 及 八二 则 有 刀四 一 二 一 4 一 一 人二 竺瓦 重庆大学学报 9 9 年 月 6 一6了 6 一 4 6了 6了 三 诬不 一一 4夕 广 3 二48玄 万 艺 3 2 4乒 诬劫 二 月 5一0 4 4 5 4 一 7 4 2 6 0 8 7 7 74 7 4 5 9 7 5 1 5 5 17 2 4 5 9 7 5 1 5 5 6 8 2 7 8 工 2 川 4 7 上 刀 走