驱动轮直流电机选择计算文档格式.doc
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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=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0.010—0.018,μ=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 G——AGV满载总重量;
——最大坡度。
在GB/T20721-2006“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
减速比
VDC
W
r/min
Nm
A
24
250
3000
0.80
1.59
13.02
30
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