驱动轮直流电机选择计算

驱动轮电机用于驱动AGV 的运转，包含 AGV 的直行及差速转弯。在选择电

机时，我们往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

动电机的参数计算以前第一需要明确AGV 的各项设计要求，如表3-1 所示。

表 3-1 AGV 设计要求

设计要求设计参数

整车制定重量 m 100kg

最大负载 M max 200kg

最高行驶速度v m ax 1m / s

最大加快度 a m ax 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 战胜摩擦力向前行驶，电机输出转矩 Tq 为小车供给驱动力。而 Tq 经减速机减速后获得输出转矩Tt输出至驱动轮，输出转矩 Tt 为：

Tt i g Tq

式中i g——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，此时有关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F t，该力即为驱动轮的驱动力[29]。驱动力为：

F t Tt i

g

Tq

Rq Rq

式中Rq ——驱动轮的驱动半径。

因为驱动轮一般刚性较好，视其自由半径、静力半径、转动半径三者同样，

均为 Rq 。

2.驱动力与阻力计算

小车内行驶过程中要战胜各样阻挡力，这些力包含：转动阻力F f、空气阻力F w、

坡度阻力 F r、加快度阻力 F j。这些阻力均由驱动力F t来战胜，所以：

F t F f F w F r F j

(1)转动阻力 F f

转动阻力在AGV 行驶过程中，主要由车轮轴承阻力以及车轮与道路的转动摩擦阻力所构成，F f大小为：

F

f F

fz

F

fg

式中F fz——车轮与轴承间阻力；

F fg——车轮与道路的转动摩擦阻力。

此中，车轮轴承阻力 F fz为：

d / 2 d 0.015 48

F fz P P1000 3.6N

D / 2 D 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 M m ax为200kg，所以最大整车重量为300kg，一般状况下， AGV前行过程中，有三轮同时着地，知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，查文件 [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，优秀的沥青或混凝土路面摩擦阻力系数为—，

μ=。

车轮与道路的转动摩擦阻力F fg为：

F fg 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：

F f F fz F fg18.6N

(2)空气阻力 F w：

空气阻力是AGV 行驶过程中间，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构成。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，但因为 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，

所以以为空气阻力 F w 0 [31]。

(3)坡度阻力F r：

AGV 所实质行驶的路面并不是理想化绝对平坦，而是存在必定的坡度[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 F r，表达式为：

F r

G sin

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），关于 AGV 精准定位的泊车点，路面坡度需要小于

（含）[33]。

取坡度：

（H / L） 0.05 arctan0.05 2.86

所以：

F r

G sin3000 sin 2.86150N

（4）加快度阻力F j：

小车加快时，需战胜整体质量产生的惯性力，这个惯性力即为加快度阻力F j。

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]。一般状况下，将转动惯量换算成平移质量后再带入计算，加快度阻力计算式

为：

F

j ma

m ax

式中——旋转惯量换算系数；

m——满载总质量。

的值应当依据试验旋转零件的转动惯量（包含主动轮与从动轮）后进行计

2 算。但在一般满载状况下，查文件[40]可取=，依据设计要求a max0.5m/s 。

F j ma max1.04 300 0.5 156N

总驱动力为：

F t F f F w F r F j 18.6 150 156 324.6N

3. 确立电机功率与转矩

(1) 估量电机功率

电机驱动功率的计算公式为：

1 F t

v

max

1 324 .6 1

P

η

2

191 W

n

0.85

式中n ——驱动电机的数目，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） 估量电机转矩

差速驱动，AGV 拥有两台电机用于驱动。 所以，每台电机转矩的计算公式为：

T F t R q /(2i g )

0.97 ， i g 30 ，将有关参数带入上式得 T 0.56N m 。

4. 驱动电机的选型

依据上一节的计算，我们得悉，电机估量参数为： 电机功率

P 191W

电机转矩

T

0.56N m

减速机减速比

i g 30

所以折算电机的最高转速 n

v max i

g

60 30

2866r/min

n

3.14

D

0.2

式中v max ——小车的最高行驶速度， v max 60m / min ；

D ——车轮直径， D 0.2m 。

依据上述，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，而且免保护。

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