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mkg100最大负载maxMkg200最高行驶速度maxvs/m1最大加速度maxa2s/m5.03.1.1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：qtgTiT式中gi——减速机减速比；qT——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tF，该力即为驱动轮的驱动力[29]。驱动力为：qqqtgtRTiRTF式中qR——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qR。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wF、坡度阻力rF、加速度阻力jF。这些阻力均由驱动力tF来克服，因此：jrwftFFFFF(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：fgfzfFFF式中fzF——车轮与轴承间阻力；fgF——车轮与道路的滚动摩擦阻力。其中，车轮轴承阻力fzF为：N6.320048015.010002/2/fzDdPDdPF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maxM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fgF为：N15015.01000fgQfF式中Q——车轮承受载荷，Q=1000N；f——路面摩擦阻力系数，f=0.015。则：N6.18fgfzfFFF(2)空气阻力wF：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0wF[31]。(3)坡度阻力rF：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rF，表达式为：sinrGF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：86.205.0arctan05.0/）（LH因此：N15086.2sin3000sinrGF（4）加速度阻力jF：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jF。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：maxjmaF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2maxm/s5.0a。因此，加速度阻力为：N1565.030004.1maxjmaF总驱动力为：N6.3241561506.18jrfFFFFFwt3.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：W19185016324211max..ηvFnPt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85.0。（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：)2/(qgtiRFT97.0，30gi，将相关参数带入上式得mN56.0T。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W191P电机转矩mN56.0T减速机减速比30gi因此折算电机的最高转速nr/min28662.014.33060maxDivng式中maxv——小车的最高行驶速度，min/m60maxv；D——车轮直径，m2.0D。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3-2FBL-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VDCWr/minNmNmAgi2425030000.801.5913.0230