電機(jī)選型及驅(qū)動(dòng)軸連接方式

電機(jī)的種類(lèi)，按工作電源分類(lèi)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)；按結(jié)構(gòu)及工作原理分類(lèi)可分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。

一般來(lái)說(shuō)，提供了驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類(lèi)型、電機(jī)的額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速便可以將電機(jī)大致確定下來(lái)。但如果要最優(yōu)化地滿(mǎn)足負(fù)載要求，這些基本參數(shù)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。

還需要提供的參數(shù)包括：頻率，工作制，過(guò)載要求，絕緣等級(jí)，防護(hù)等級(jí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，負(fù)載阻力矩曲線(xiàn)，安裝方式，環(huán)境溫度，海拔高度，戶(hù)外要求等，根據(jù)具體情況提供。

3.1 確定動(dòng)作模式?? ?

參見(jiàn)2.1節(jié)

3.2 確定機(jī)械機(jī)構(gòu)

1、負(fù)荷及導(dǎo)向方式

圖3.1 負(fù)荷及導(dǎo)向方式? ??

m：總質(zhì)量（kg ）—工件質(zhì)量、工作臺(tái)質(zhì)量等

W：總負(fù)荷載荷（N）—W=mg

F1：各種阻力（N）—加工阻力等

F：驅(qū)動(dòng)力（N）

r、r1、r2、h1、h2:負(fù)荷位置各尺寸

2、驅(qū)動(dòng)方式及尺寸參數(shù)

?? ?

3、驅(qū)動(dòng)軸連接方式

u驅(qū)動(dòng)基本模型

確定電機(jī)軸和驅(qū)動(dòng)軸的連接方式及減速機(jī)、傳動(dòng)要素的減速比。

M—電機(jī)???D—傳遞要素??L—負(fù)荷???R—減速機(jī)????C—聯(lián)軸器

u驅(qū)動(dòng)部分物理定義

圖3.2??典型驅(qū)動(dòng)部分的物理定義

I0—第0段轉(zhuǎn)動(dòng)慣量???????????????????（kg*m2）

I1—第1段轉(zhuǎn)動(dòng)慣量???????????????????（kg*m2）

R1—中間齒輪減速比（Z2/Z1）

R2—減速機(jī)減速比

Z1—中間齒輪減速部分輸入側(cè)齒數(shù)

Z2—中間齒輪減速部分輸出側(cè)齒數(shù)

3.3?確定電機(jī)基本規(guī)格?? ?

1、必要的電機(jī)轉(zhuǎn)速NM（r/min）

a)通過(guò)滾珠絲杠、梯形絲杠驅(qū)動(dòng)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)

b)通過(guò)齒輪齒條、皮帶、鏈條、車(chē)輪驅(qū)動(dòng)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)

c)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

NM：電機(jī)轉(zhuǎn)速

V：負(fù)載運(yùn)動(dòng)速度

P：絲杠節(jié)距

R：減速比

d：負(fù)載旋轉(zhuǎn)直徑

N：負(fù)載轉(zhuǎn)速

2、必要的檢測(cè)傳感器的分析能力P---轉(zhuǎn)1圈的脈沖數(shù)

a)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)

b)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

N：檢測(cè)傳感器的轉(zhuǎn)速

LP：定位精度(mm)

θP：定位精度(°)?? ?

3、步進(jìn)電機(jī)時(shí)，NM、P外，還要計(jì)算以下項(xiàng)目

a)電機(jī)步進(jìn)角θM（°/step）---1個(gè)脈沖的回轉(zhuǎn)角度

b)脈沖速度f(wàn)（Hz）---1秒的脈沖數(shù)

c)最小進(jìn)給量LM（mm/step）---1個(gè)脈沖的進(jìn)給量

d)必要脈沖數(shù)A---移動(dòng)行程L所需的脈沖數(shù)

e)移動(dòng)行程L所需時(shí)間t

A：脈沖數(shù)

tA：加減速時(shí)間

3.4 計(jì)算驅(qū)動(dòng)力

1、負(fù)載驅(qū)動(dòng)力

u負(fù)載的一般受力情況?? ?

M—總質(zhì)量

G—重力加速度（9.8m/s2 ）

f1、f2、f3、f4—負(fù)荷位置尺寸

μ—導(dǎo)向部位摩擦系數(shù)

F—驅(qū)動(dòng)力

F1—阻力、加工力等

3.5 計(jì)算電機(jī)軸換算負(fù)荷扭矩TL

參見(jiàn)2.3節(jié)

3.6 計(jì)算電機(jī)軸換算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量IL

參見(jiàn)1.3、2.4節(jié)

3.7 初選電機(jī)

電機(jī)輸出假設(shè)選定

從滿(mǎn)足第三項(xiàng)電機(jī)的基本規(guī)格中的電機(jī)中，假設(shè)選定滿(mǎn)足下列項(xiàng)目的電機(jī)輸出。

a)電機(jī)軸換算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量IL＜K1×電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量IM

b)電機(jī)軸換算負(fù)荷扭矩TL×K2＜電機(jī)使用轉(zhuǎn)速的額定扭矩TM?? ?

備注：步進(jìn)電機(jī)的TM為脫出扭矩

3.8 計(jì)算電機(jī)軸換算加減速扭矩TA

參見(jiàn)2.5節(jié)

計(jì)算加減速時(shí)間tA

TMO—電機(jī)瞬間最大扭矩

步進(jìn)電機(jī)加減速扭矩TA的計(jì)算

圖??步進(jìn)電機(jī)脈沖圖

TM—電機(jī)使用轉(zhuǎn)速脫出扭矩

IL—負(fù)載和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)換算到電機(jī)軸上的總慣量（所以會(huì)再加上）???kg*m2?? ?

IM—電機(jī)自身轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量???????????????????????????????????????kg*m2

TL—電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩???????????????????????????????????????????????NM

P—換傳感器分析能力

θM—電機(jī)步進(jìn)角（°/step）

f1—起始脈沖速度（Hz）

f2—運(yùn)轉(zhuǎn)脈沖速度（Hz）

tA—加減速時(shí)間（s）

3.9 計(jì)算最大扭矩Tmax、實(shí)效扭矩Trms

1、扭矩曲線(xiàn)的合成

參見(jiàn)2.6節(jié)

2、所需最大扭矩Tmax確認(rèn)

將T1、T2、T3·····中最大值作為T(mén)max，確認(rèn)該值比電機(jī)加速扭矩Tmo要?。ò踩礢參照表9.1）。

Tmax＜Tmo

3、實(shí)效扭矩Trms確認(rèn)

用如下公式計(jì)算實(shí)效扭矩Trms，確認(rèn)該值比電機(jī)額定扭矩TM要小（安全值S參照表9.1，步進(jìn)電機(jī)不需要計(jì)算Trms） 。

Trms＜TM

注：實(shí)效扭矩是針對(duì)一個(gè)循環(huán)的，計(jì)算時(shí)一定要把休止時(shí)間加進(jìn)去；TM/Trms＞S

3.10 討論確定電機(jī)?? ?

1、其他考慮事項(xiàng)—?jiǎng)x車(chē)

電機(jī)剎車(chē)選型時(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)考慮內(nèi)容，步驟如下

a 剎車(chē)最小靜摩擦扭矩（Tbmin）的確認(rèn)

計(jì)算負(fù)載的電機(jī)軸換算保持扭矩，確認(rèn)剎車(chē)的最小靜摩擦扭矩對(duì)其有30%以上的余量，另外計(jì)算保持扭矩時(shí)不考慮驅(qū)動(dòng)部分效率。

Tbmin≥1.3×Tstatic

Tstatic電機(jī)軸換算保持扭矩

Tbmin剎車(chē)最小靜摩擦扭矩

b 剎車(chē)最大靜摩擦扭矩（Tbmax）的確認(rèn)

緊急停止時(shí)剎車(chē)被用于制動(dòng)，要確認(rèn)制動(dòng)時(shí)的沖擊會(huì)不會(huì)損壞裝置驅(qū)動(dòng)部分，會(huì)不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位。

剎車(chē)最大靜摩擦扭矩不清楚時(shí)，按照最小靜摩擦扭矩的2.2倍進(jìn)行計(jì)算。

緊急停止時(shí)剎車(chē)被用于制動(dòng)，要確認(rèn)制動(dòng)時(shí)的沖擊會(huì)不會(huì)損壞裝置驅(qū)動(dòng)部分，會(huì)不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位。

剎車(chē)最大靜摩擦扭矩不清楚時(shí)，按照最小靜摩擦扭矩的2.2倍進(jìn)行計(jì)算。

Tbmax=2.2×Tbmin

c 發(fā)熱和壽命的確認(rèn)?? ?

預(yù)計(jì)會(huì)比較頻繁制動(dòng)時(shí)，使用工作熱量（ Energy ，單位焦耳）來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)熱和壽命。

①確認(rèn)剎車(chē)的 [每一次允許工作熱量] 和 [總工作熱量] 。???規(guī)格書(shū)內(nèi)無(wú)相關(guān)記載時(shí)與廠(chǎng)家確認(rèn)。

②計(jì)算最壞條件下（最大負(fù)載、最高速度）的制動(dòng)距離，求一次的工作熱量。

③確認(rèn)沒(méi)有超過(guò) [每一次允許工作熱量] 。（超過(guò)規(guī)定值時(shí)會(huì)導(dǎo)致剎車(chē)摩擦材料提前損壞，制動(dòng)距離加大）

④確認(rèn)1次的工作熱量×目標(biāo)制動(dòng)次數(shù)＜ [總工作熱量] 。

※ 計(jì)算時(shí)注意rad/s和rpm的轉(zhuǎn)換。

根據(jù)使用需要，再確認(rèn)其他事項(xiàng)，如防護(hù)等級(jí)等，即可選定電機(jī)。?? ?

審核編輯：黃飛

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