驱动轮直流电机选择计算

1、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 m100 kg取大负载M max200kg最高行驶速度Vmax1m/s最大加速度 amax0.5m /s23.1.1 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Tq为小车提供驱动力。而Tq经减速机减速后得到输出转矩 Tt输出至驱动 轮，输出转矩Tt为：Tt ig T

2、q式中 ig减速机减速比；Tq电机输出转矩；Tt 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 Ft，该力即为驱动轮的驱动力29。驱动 力为：F 卫 ig Tqt Rq Rq式中Rq 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Rq。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Ff、空气阻力Fw、坡度阻力Fr、加速度阻力Fj。这些阻力均由驱动力Ft来克服，因此:Ft Ff F w F r F j(1) 滚动阻力Ff滚动

3、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，Ff大小为：Ff Ffz Ffg式中Ffz车轮与轴承间阻力；Ffg 车轮与道路的滚动摩擦阻力其中，车轮轴承阻力Ffz为:fzP d/2D /210000.015 482003.6N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Mmax为200kg,因此最大整车重量为300kg, 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=1000NT ；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=48mmD车轮直径，查文献40可知，驱动轮在本

4、次设计中选择 8寸的工 业车轮，即D=200mm卩一一车轮轴承摩擦因数，良好的沥青或混凝土路面摩擦阻力系数为0.010 0.018，卩=0.015。车轮与道路的滚动摩擦阻力Ffg为:Ffg Qf 1000 0.01515N式中 Q 车轮承受载荷，C=1000N；f 路面摩擦阻力系数，f =0.015。则：Ff Ffz Ffg 18.6N(2) 空气阻力Fw :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

5、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 Fw 031 。（3）坡度阻力 Fr ：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昭，当AGV亍驶到该坡度处时，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 Fr ，表达式为：Fr G sin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

6、 0.01 （含 0.01 ） 33。取坡度：（ H / L）0.05 arctan0.05 2.86因此：Fr G sin 3000 sin 2.86 150N（4）加速度阻力 Fj ：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 Fj 。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：Fjmamax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 ，

7、根据设计要求 2amax 0.5m/s2 。因此，加速度阻力为：Fj mamax 1.04 300 0.5 156N总驱动力为：Ft Ff Fw Fr Fj 18.6 150 156 324.6N3. 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:1 Ftvmax1 324.6 12 085191W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 0.85。(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：T FtRq/(2ig )0.97，ig 30，将相关参数带入上式得T 0.56N m4. 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P 191W电机转矩T 0.56N m减速机减速比ig 30因此折算电机的最高转速nv maxi g nD60 303.14 0.22866r/min式中Vmax小车的最高行驶速度，Vmax 60m / min ;D车轮直径，D 0.2m。 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