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文档简介
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
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