电机选型设计案例

小白进阶篇—电机选型案例集
目的：掌握不同电机在不同工况下的选型问题
课程内容：
1
，皮带输送线电机选型
设计要求：
20Kg 物料X 2
传送速度1m/s
加速时间0.15s
已知条件：
摩擦系数=0.2
机械效率=90%
滚子直径=200mm
1.计算功率
s rad mm s mm mm s m D V T P M N R F T N F F N N N s s m Kg s m K a m f F /102002/10002002/14.282843112131338015.0/120/102.0g 402
=∙∙=∙∙=∙=∙=∙=⨯==⨯+==+=⨯+⨯⨯=∙+=π
ππππ（辊筒辊筒辊筒
负载负载辊筒皮带拉力负载负载皮带拉力负载ωω
W
W W P K P KW r T P M N M N T mm s mm r n n i i T T W
s rad M N T P 3823829
.02862.1286.09550min /14409.1154.2815200/1000min /1440284/104.28==⨯=∙==∙=∙=∙==∙====⨯∙=∙=ηω电机实际电机电机电机负载电机传动比
负载电机辊筒负载负载校验：π
设计要求；
M=50Kg
运行速度1m/s
加速时间0.25s
直线导轨摩擦系数0.1
带轮直径100mm
[]
N s m Kg s s m Kg s m Kg a
m g m F 250/)25
.015010501.0(25.0/150/10501.02
2=∙⨯+⨯⨯=⨯+⨯⨯=∙+∙∙=μ负载
s
rad s rad mm s
mm s r mm
s mm D V T
P m N m N mm N R F T /20/2100/1000/100/10005.1205.0250
50250
=∙∙=∙=∙=∙=∙=⨯=⨯=∙=ππππ同步轮负载负载负载负载负载同步轮
负载负载ωω
方案一：选择18NM 的步进电机
W s r M N P W mm s mm M N P T P 4.11302min
/60min /600183602100/100018=⨯⨯∙==⨯∙⨯∙==∙=πππ无减速器
最大转速电机负载
电机电机
电机电机ωωω
方案二：加减速器
M N i T T NM i s s r r i ∙=∙===⨯=2085
.214
.3min /60/220min /600电机输出的步进电机力矩为考虑到频矩特性，取静为调试留出余量，取π
已知条件：
丝杠质量m=2Kg 负载+滑台质量M=20Kg 进给速度V=0.2m/s 丝杠导程5mm
丝杠公称16mm
加速时间0.2s
直线导轨摩擦系数0.1
传动机械效率0.9
步骤：
1.确定丝杠惯量
222g 64m 2
181mm K R D m J ∙=∙=∙=丝杠2.负载直线运动质量等价转动惯量22）π（导程负载P M J ∙=上式二级公式推导过程
ππ22212
1
2222P
w v
R
P R w v w v m J
w J v m =∙=∙∙=∙=∙2213)25(20mm kg kg J ∙=∙∙=π
负载2
2000077.076m kg mm kg J J J ∙=∙=+=负载丝杠总3.确定惯性矩
）
π（加速时间导程总惯性矩
t P v J T ∙∙∙=2公式推导：加速时间
角加速度角速度
加速时间角速度角加速度角加速度总惯性矩ππt P v P v w t w J
T ∙∙=∙==
∙=22βββm N s m s m m kg T ∙=∙∙∙∙=096.0)2.0005.02/2.0(
000076.02π惯性矩单位换算；
[]
[]
m N m N m
s m Kg s m Kg s m m m Kg T ∙=∙=∙∙=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡∙=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡∙∙∙∙∙∙=096.0096.0/096.0096.02.0005.022.0000077.022222π惯性矩4.直线摩擦里等价旋转扭矩
π
导程摩擦力2P mg T ∙∙=μ公式推导；
πππ导程摩擦力导程摩擦力导程
摩擦力222P mg T R
P mg R T R
P mg R T ∙==∙=μμμ[]
[][]
m N mm
N mm N mm N mm Kg s m s mm m Kg mm s m Kg P mg T ∙=∙=∙=∙***=∙∙***=⎦⎤⎢⎣⎡∙∙***=***=∙=016.09.159.152510201.0/2510201.02510201.025/10201.02222π
π
πππ导程摩擦力μ5.计算功率
、
、
W s rad m N P s
rad s rad s r s r r mm P v
w m N m N m N T T T w
T P 9.309
.0/251111.0/2.251/240/402/40/5200mm/s 112.0016.0096.0=*∙==∙=*===
∙=∙+∙=+=∙=ππ导程惯性矩摩擦力总总η
6.结论总结
2
2000076.0403m kg mm kg J J J ∙=∙=+=负载丝杠总m
N m N m N T T T ∙=∙+∙=+=28.1319.096.0惯性矩摩擦力总W s rad m N w T P 3579
.0/31461.79.0=*∙=∙=总min /2400min /60/40r s s r n =*=转速
转盘质量M=100Kg
转盘直径D=840mm
要求转速0.2r/s
机械效率0.9
电机启动时间0.5s
1.确定转盘惯量
22
1R M J ∙=转盘角加速度
转盘惯性矩β∙=J T 2288200004201002
1mm Kg mm Kg J ∙=**=）（惯性矩2/8.05.02*/2.0s rad s
s r t w ππ启动角加速度===β
[]
[]
m
N m N m N m s m Kg s m Kg s m Kg s rad m Kg J T ∙=∙=∙=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡∙∙=⎥⎦⎤⎢⎣
⎡∙=⎥⎦⎤⎢⎣
⎡∙*=*∙=∙=2.222.2215584.22155840.22155840.228.0820000.8/8.0820000.8222222
2ππ角加速度转盘惯量惯性矩β2.确定功率
[][]W W s m N s m N rad m N s r m N w T P 9.348
.022.02.22/8.022.02.228.022.02.228
.022.02.228.02/2.02.22=**=∙**=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡∙**=**∙=**∙=∙=πππππ惯性矩负载功率η
3.确定传动比
250
1min /3000min /12min /300060/2.0==*=r r r s s r n n 电机转盘
4.传动比分配
:
锥齿轮5,减速器50
5.确定电机输出扭矩
m
N T i T T ∙====088.0250/2.22250
1电机负载电机
6.确定电机输出功率
负载功率
电机P K P ∙>5
.1=K W
W P 4.529.345.1=*>实际
设计要求
托盘+发动机质量：M=200Kg
加速时间：t=0.5S
升速：V=0.5m/s
丝杠导程：P=10mm
丝杠直径：D=45mm
质心距离导轨：L=300mm
直线导轨间距：b=150mm
直线导轨摩擦系数=0.1
丝杠质量：m=8.5Kg
1.确定丝杠的顶升力
μ
∙++=N a F a g M F 2)(2
/1/s m t v a ==
N
F N m m N F L
F mm N F F F L F L F b ma N N N N
N N N N 88002440015.0603002200222121==∙=∙=∙==∙+∙=∙
N
F f N 880=∙=μN
N N f a g M F a 30808802200=+=++∙=）（2.轴向力等价扭矩πππ导程轴向力导程轴向力导程
轴向力
222P F T R
P F R T R
P F R T a a a ∙==∙=[][]m
N m N mm N mm N T ∙=∙**=∙*=*=9.42100010308021030802103080π
π
π
轴向力
3.确定丝杠转速
s
r r mm s mm r mm s m r mm s m P v n /50//1010005.0//105.0/10/5.0=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡*=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡===导程s
rad s rad s r /100/250/50ππ*=*=5.确定功率
1）确定外载功率
W
s m N s
rad m N w
T P 15013149.4/1009.4=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡∙*=*∙=∙=π外载功率2）确定丝杠加速扭矩
222215245g 5.88
181mm Kg mm K D m J ∙=∙*=∙=丝杠
[][][]
m N m
s m Kg s m Kg s mm Kg s s rad mm Kg t w J J T ∙=∙∙=∙=∙*=**∙=∙=∙=35.1/35.1/1000000
1351456/5.010021525.0/100215222
22
22ππ丝杠丝杠丝杠惯性βW
s m N s
rad m N w
T P 424424/10035.1=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡∙=*∙=∙=π丝杠惯性矩丝杠惯量m
N m N m N T T T W W W P P P ∙=∙+∙=+==+=+=13.635.178.419244241500丝杠惯性矩等价轴向力总丝杠惯性矩
等价轴向力总
工装板数量：6个
工装板质量：15Kg/个倍速链型号：BS30
停留工装板数量：4
传送工装板数量：2
工装板长度：480mm/个倍速链质量：0.4Kg/m 线体长：10m
线体速度：6m/min
摩擦系数如下
倍速链重量如下
选型步骤：
1.确定倍速链受摩擦产生的拉力
g f L L C f L C A f L A f L C H F c W r W W a W c W W ∙∙++∙∙++∙∙+∙∙+=1000)(1.1)(21221）（
2
.008
.01
.0/4.0/5.74215/g 1064156421=====∙==∙=
==r c a W W
W f f f m
Kg C m Kg m Kg H m K m Kg A m
L m
L N
s m m m Kg m m Kg m Kg m m Kg m m Kg m Kg F 501/1008.010/4.01.12.06)/4.0/10(1.06/104/4.0/5.72=∙⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙∙∙+∙∙++∙∙+∙+=）（
确定扭矩
m N mm N D F T p ∙=*=∙=4.14285012链条确定转速及传动比
s rad s r w r s r s
mm mm D v n p /2/5.0min /30/5.06056min /6000ππππ=∙===∙∙=∙=50min
/30min /1500==r r i 确定功率
W s rad N w
T P 48/4.14=∙=∙=π链条。