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 最大负载最高行驶速度最大加速度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驱动轮，输出转矩为：式中减速机减速比；电机输出转矩；输出转矩； 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 。驱动力为：式中驱动轮的驱动半径。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。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、坡度阻力、加速度阻力。这些阻力均由驱动力来克服，因此：(1) 滚动阻力滚动阻力在 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：式中车轮与轴承间阻力；车轮与道路的滚动摩擦阻力。其中，车轮轴承阻力为：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=1000N30；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0.0100.018， =0.015。车轮与道路的滚动摩擦阻力为：式中Q车轮承受载荷，Q=1000N；路面摩擦阻力系数，=0.015。则：(2) 空气阻力：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。(3) 坡度阻力：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：式中GAGV 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：因此：（4） 加速度阻力：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。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：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：总驱动力为：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：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。（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：，将相关参数带入上式得 。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：电机功率电机转矩减速机减速比 因此折算电机的最高转速式中小车的最高行驶速度，；车轮直径，。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，无极调速，过载能力强，并且免维护。表