驱动轮直流电机选择计算

驱动轮电机用于驱动 AGV 的运行 包括 AGV 的直行及差速转弯 在选 择电机时 我们通常需要计算出电机的额定功率 额定转矩 额定转速等 28 而在驱动电机的参数计算之前首先需要明确 AGV 的各项设计要求 如表 3 1 所示 表 3 1AGV 设计要求 设计要求设计参数 整车拟定重量 mkg100 最大负载 max Mkg200 最高行驶速度 max vs m1 最大加速度 max a 2 s m5 0 3 1 1 电动机的选择 1 驱动力与转矩关系 AGV 在地面行驶时 轮子与地面接触 AGV 克服摩擦力向前行驶 电机 输出转矩为小车提供驱动力 而经减速机减速后得到输出转矩输出至TqTqTt 驱动轮 输出转矩为 Tt qt g TiT 式中 减速机减速比 g i 电机输出转矩 qT 输出转矩 tT 电机轴经减速机到驱动轮的效率 驱动轮在电机驱动下在地面转动 此时相对于地将形成一个圆周力 而地 面对驱动轮也将产生一个等值 反向的力 该力即为驱动轮的驱动力 29 t F 驱动力为 q q q t g t R Ti R T F 式中 驱动轮的驱动半径 qR 由于驱动轮一般刚性较好 视其自由半径 静力半径 滚动半径三者相同 均为 qR 2 驱动力与阻力计算 小车在行驶过程中要克服各种阻碍力 这些力包括 滚动阻力 空气阻力 f F 坡度阻力 加速度阻力 这些阻力均由驱动力来克服 因此 w F r F j F t F jrwft FFFFF 1 滚动阻力 f F 滚动阻力在 AGV 行驶过程中 主要由车轮轴承阻力以及车轮与道路的滚 动摩擦阻力所组成 大小为 f F fgfzf FFF 式中 车轮与轴承间阻力 fz F 车轮与道路的滚动摩擦阻力 fg F 其中 车轮轴承阻力为 fz F N6 3 200 48015 0 1000 2 2 fz D d P D d PF 式中P 车轮与地面间的压力 AGV 设计中 小车自重 m 为 100kg 最 大载重量为 200kg 因此最大整车重量为 300kg 一般情况下 AGV 前行 max M 过程中 有三轮同时着地 满足三点决定一平面的规则 各轮的压力为 P 1000N 30 d 车轮轴直径 驱动轮在本次设计中选择 8 寸的工业车轮 即 d 48mm D 车轮直径 查文献 40 可知 驱动轮在本次设计中选择 8 寸的工 业车轮 即 D 200mm 车轮轴承摩擦因数 良好的沥青或混凝土路面摩擦阻力系数为 0 010 0 018 0 015 车轮与道路的滚动摩擦阻力为 fg F N15015 0 1000 fg QfF 式中Q 车轮承受载荷 Q 1000N 路面摩擦阻力系数 0 015 ff 则 N 6 18 fgfzf FFF 2 空气阻力 w F 空气阻力是 AGV 行驶过程当中 车身与空气间形成了相对运动而产生于 车身上的阻力 该阻力主要由法向力以及侧向力两部分组成 空气阻力与 AGV 沿行驶方向的投影面积以及车身与空气的相对运动速度有关 但由于 AGV 工 作于室内 基本工作环境中无风 且速度不快 同时 AGV 前后方的投影面积 均不大 因此认为空气阻力 31 0 w F 3 坡度阻力 r F AGV 所实际行驶的路面并非理想化绝对平整 而是存在一定的坡度 32 当 AGV 行驶到该坡度处时 重力将产生一个沿着坡度方向的阻力 这个阻力就被 称之为坡度阻力 表达式为 r F sin r GF 式中G AGV 满载总重量 最大坡度 在 GB T 20721 2006 自动导引小车国标 中表示 路面坡度 H L 定义为 在 100mm 以上的长度范围内 路线水平高度差与长度的最大比值 路面坡度 的最大比值需要小于 0 05 含 0 05 对于 AGV 精确定位的停车点 路面坡 度需要小于 0 01 含 0 01 33 取坡度 86 2 05 0 arctan05 0 LH 因此 N15086 2 sin3000sin r GF 4 加速度阻力 j F 小车加速时 需克服总体质量产生的惯性力 这个惯性力即为加速度阻力 j F 质量可分为平移质量和转动惯量 前者将产生惯性力 后者将产生惯性力 矩 34 一般情况下 将转动惯量换算成平移质量后再带入计算 加速度阻力计 算式为 maxj maF 式中 旋转惯量换算系数 m 满载总质量 的值应该根据试验旋转部件的转动惯量 包含主动轮与从动轮 后进行 计算 但在一般满载情况下 查文献 40 可取 1 04 根据设计要求 因此 加速度阻力为 2 max m s5 0 a N1565 030004 1 maxj maF 总驱动力为 N 6 324156150 6 18 jrf FFFFF wt 3 确定电机功率与转矩 1 估算电机功率 电机驱动功率的计算公式为 W191 850 16324 2 11 max vF n P t 式中n 驱动电机的数量 本次设计中小车为差速驱动方式 可知 n 2 电机到驱动轮的总效率 以电机输出轴到驱动轮的总效率为 0 85 即 85 0 2 估算电机转矩 差速驱动 AGV 拥有两台电机用于驱动 因此 每台电机转矩的计算公式 为 2 q gt iRFT 将相关参数带入上式得 97 0 30 g imN56 0 T 4 驱动电机的选型 根据上一节的计算 我们得知 电机估算参数为 电机功率 W191 P 电机转矩 mN56 0 T 减速机减速比 30 g i 因此折算电机的最高转速n r min2866 2 014 3 3060 max D iv n g 式中 小车的最高行驶速度 max vmin m60 max v 车轮直径 Dm2 0 D 根据上述 选择弗朗克电子的永磁无刷直流减速电机 型号为 FBL 92H25301RS 其技术参数如表 3 2 所示 该减速电机体积小 重量轻 力量大