驱动轮直流电机选择计算审批稿

驱动轮直流电机选择计

算

YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】

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 3-1 AGV 设计要求 设计要求 整车拟定重量 m 最大负载Mmax 最高行驶速度vmax 最大加速度amax 设计参数 100kg 200kg 1m/s 0.5m/s2 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Tq

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：

Ft式中 Rq——驱动轮的驱动半径。

TtigTq RqRq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FwFrFj

(1) 滚动阻力Ff

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，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：

FfzPd/2D/2PdD10000.015483.6N

200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，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=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；

μ——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—，μ =。

车轮与道路的滚动摩擦阻力Ffg为：

FfgQf10000.01515N

式中 Q——车轮承受载荷，Q=1000N；

f——路面摩擦阻力系数，f=。

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0[31]。

(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[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Fr，表达式为：

FrGsin

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 （含 ），对于 AGV 精确定位的停车点，路面坡度需要小于 （含 ）[33]。 取坡度：

（H/L）0.05arctan0.052.86

因此：

FrGsin3000sin2.86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：

Fjmamax

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 =，根据设计要求

amax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324.6N

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：

P1Ftvmax1324.61191W

nη20.85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，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m。 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

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n

nvmaxigD60302866r/min

3.140.2

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、重量轻、力量大，无极调速，过载能力强，并且免维护。

表3-2 FBL-92H25301RS永磁无刷直流减速电机参数

额定电压 额定功率 额定转速 额定转矩 最大转矩 额定电流 VDC 24 W 250 r/min 3000 Nm Nm A 减速比 ig 30