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电机选型计算-电机选用

发布时间:2023-11-17 09:30      浏览数:45635



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电机选型计算-电机选用

电机的种类,按工作电源分类分为直流电动机交流电动机;按结构及工作原理分类可分为直流电动机异步电动机同步电动机

一般来说,提供了驱动的负载类型、电机的额定功率额定电压额定转速便可以将电机大致确定下来。但如果要最优化地满足负载要求,这些基本参数就远远不够了。
还需要提供的参数包括:频率工作制过载要求绝缘等级防护等级转动惯量,负载阻力矩曲线安装方式环境温度海拔高度户外要求等,根据具体情况提供。公众号《机械工程文萃》,工程师的加油站!

3.1 确定动作模式    

参见2.1节

3.2 确定机械机构

3.2.1 负荷及导向方式

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图3.1 负荷及导向方式    
m:总质量(kg )—工件质量、工作台质量等
W:总负荷载荷(N)—W=mg
F1:各种阻力(N)—加工阻力等
F:驱动力(N)
r、r1、r2、h1、h2:负荷位置各尺寸
3.1.2 驱动方式及尺寸参数

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3.1.3 驱动轴连接方式
u驱动基本模型
确定电机轴和驱动轴的连接方式及减速机、传动要素的减速比

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M—电机   D—传递要素  L—负荷   R—减速机    C—联轴器
u驱动部分物理定义

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图3.2  典型驱动部分的物理定义
I0—第0段转动惯量 (kg*m2
I1—第1段转动惯量 (kg*m2
R1—中间齿轮减速比(Z2/Z1
R2—减速机减速比
Z1—中间齿轮减速部分输入侧齿数
Z2—中间齿轮减速部分输出侧齿数

3.3 确定电机基本规格
3.3.1 必要的电机转速NM(r/min)
a)通过滚珠丝杠、梯形丝杠驱动的直线运动

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b)通过齿轮齿条、皮带、链条、车轮驱动的直线运动

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c)回转运动

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NM:电机转速
V:负载运动速度
P:丝杠节距
R:减速比
d:负载旋转直径
N:负载转速
3.3.2 必要的检测传感器的分析能力P---转1圈的脉冲数
a)直线运动

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b)回转运动

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N:检测传感器的转速
LP:定位精度(mm)
θP:定位精度(°)    
3.3.3 步进电机时,NM、P外,还要计算以下项目
a)电机步进角θM(°/step)---1个脉冲的回转角度

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b)脉冲速度f(Hz)---1秒的脉冲数

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c)最小进给量LM(mm/step)---1个脉冲的进给量

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d)必要脉冲数A---移动行程L所需的脉冲数

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e)移动行程L所需时间t

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A:脉冲数
tA:加减速时间
3.4 计算驱动力
3.4.1 负载驱动力
u负载的一般受力情况    

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M—总质量
G—重力加速度(9.8m/s² )
f1、f2、f3、f4—负荷位置尺寸
μ—导向部位摩擦系数
F—驱动力
F1—阻力、加工力等

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3.5 计算电机轴换算负荷扭矩TL
参见2.3节

3.6 计算电机轴换算转动惯量IL
参见1.3、2.4节

3.7 初选电机
电机输出假设选定
从满足第三项电机的基本规格中的电机中,假设选定满足下列项目的电机输出。
a)电机轴换算转动惯量IL<K1×电机转子转动惯量IM
b)电机轴换算负荷扭矩TL×K2<电机使用转速的额定扭矩TM    

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备注:步进电机的TM为脱出扭矩
3.8 计算电机轴换算加减速扭矩TA
参见2.5节
计算加减速时间tA

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TMO—电机瞬间最大扭矩
步进电机加减速扭矩TA的计算

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图  步进电机脉冲图

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TM—电机使用转速脱出扭矩
IL—负载和驱动系统换算到电机轴上的总惯量(所以会再加上

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)   kg*m2    
IM—电机自身转动的惯量   kg*m2
TL—电机轴转矩   NM
P—换传感器分析能力
θM—电机步进角(°/step)
f1—起始脉冲速度(Hz)
f2—运转脉冲速度(Hz)
tA—加减速时间(s)
3.9 计算最大扭矩Tmax、实效扭矩Trms
3.9.1 扭矩曲线的合成
参见2.6节
3.9.2 所需最大扭矩Tmax确认
将T1、T2、T3·····中最大值作为Tmax,确认该值比电机加速扭矩Tmo要小(安全值S参照表9.1)。
Tmax<Tmo

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3.9.3 实效扭矩Trms确认
用如下公式计算实效扭矩Trms,确认该值比电机额定扭矩TM要小(安全值S参照表9.1,步进电机不需要计算Trms) 。
Trms<TM

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注:实效扭矩是针对一个循环的,计算时一定要把休止时间加进去;TM/Trms>S

3.10 讨论确定电机    
3.10.1 其他考虑事项—刹车
电机刹车选型时机械设计应考虑内容,步骤如下
a 刹车最小静摩擦扭矩(Tbmin)的确认
计算负载的电机轴换算保持扭矩,确认刹车的最小静摩擦扭矩对其有30%以上的余量,另外计算保持扭矩时不考虑驱动部分效率。
Tbmin≥1.3×Tstatic
Tstatic电机轴换算保持扭矩
Tbmin刹车最小静摩擦扭矩
b 刹车最大静摩擦扭矩(Tbmax)的确认
紧急停止时刹车被用于制动,要确认制动时的冲击会不会损坏装置驱动部分,会不会发生错位。
刹车最大静摩擦扭矩不清楚时,按照最小静摩擦扭矩的2.2倍进行计算。
紧急停止时刹车被用于制动,要确认制动时的冲击会不会损坏装置驱动部分,会不会发生错位。
刹车最大静摩擦扭矩不清楚时,按照最小静摩擦扭矩的2.2倍进行计算。
Tbmax=2.2×Tbmin

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c 发热和寿命的确认    
预计会比较频繁制动时,使用工作热量( Energy ,单位焦耳)来评价发热和寿命。
①确认刹车的 [每一次允许工作热量] 和 [总工作热量] 。   规格书内无相关记载时与厂家确认。
②计算最坏条件下(最大负载、最高速度)的制动距离,求一次的工作热量。
③确认没有超过 [每一次允许工作热量] 。(超过规定值时会导致刹车摩擦材料提前损坏,制动距离加大)
④确认1次的工作热量×目标制动次数< [总工作热量] 。
※ 计算时注意rad/s和rpm的转换。
根据使用需要,再确认其他事项,如防护等级等,即可选定电机。 



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