电机选型基础知识第1部分：如何计算负载转矩

正确选型电机需要满足 3 个标准：转矩、负载惯量和速度。对于本电机选型基础系列的第一部分，我将解释什么是负载转矩，如何针对特定应用示例计算负载转矩，以及它如何满足应用的转矩要求。

什么是扭矩?

扭矩定义为距旋转轴一定距离的旋转力。它以英制单位 lb-in(磅英寸)或公制单位 Nm(牛顿米)等单位进行测量。扭矩与电机的马力同样重要，甚至更重要。马力是工作完成的速度，计算方法是扭矩乘以速度。换句话说，扭矩是做功的能力，功率是做功的速度。

什么是负载扭矩?

扭矩有两个主要组成部分：负载扭矩和加速扭矩。 负载扭矩是应用程序不断需要的扭矩量，​​包括摩擦载荷和重力载荷。 加速扭矩是负载达到最大加速和减速速率所需的扭矩。负载需要加速的越快，加速力矩就越大。有时负载转矩较高;有时加速扭矩可能更高。计算两者都很重要;特别是对于快速运动配置文件。

在上图中，我们显示了几个箭头，它们描绘了在此应用程序中相互作用的力的方向。你认为哪个是负载转矩?答案是两者兼而有之。

负载转矩是摩擦负载和重力负载的总和。重力由重量或质量 x 重力加速度 ( g ) 决定。摩擦力的作用方向与输送机运动方向相反，计算方法是将负载质量乘以两个表面的摩擦系数：m x µ。

负载扭矩的计算对于不同的应用是不同的。让我们看一些常见的例子，看看负载扭矩是如何计算的。

示例：滑轮驱动

对于皮带轮驱动应用，负载扭矩计算非常简单。我们需要在离电机轴一定距离的地方产生一个力(扭矩的定义)。这可以通过将力 ( F ) 乘以旋转半径 ( r )来计算。为了移动负载(蓝色框)，电机必须产生比该值更大的扭矩。

要计算负载扭矩， 请将力 ( F ) 乘以距旋转轴的距离，即滑轮的半径 ( r )。如果负载(蓝色框)的质量为 20 牛顿，滑轮半径为 5 厘米，则应用所需的扭矩为 20 N x 0.05 m = 1 Nm。 通常，会使用一个安全系数，以便电机产生比适应计算所用变量的任何不准确性所需的扭矩更多的扭矩。

以下是使用所有变量计算皮带轮驱动负载扭矩的公式：

上述公式适用于有或没有摩擦负载的应用。如果您从系统中移除摩擦(滑动表面的摩擦系数µ = 0;外力FA = 0;传动比i = 1)，您基本上会得到相同的力 ( F ) x 半径 ( r ) 基本公式。

现在让我们尝试将这个概念应用到另一个处理摩擦的应用程序中。

示例：传送带

在负载由表面支撑的输送机应用中，摩擦力是恒定的并且与负载的质量成正比。接触表面的滑动程度或摩擦系数 ( µ)是确定摩擦力 ( F ) 所必需的。

以下公式用于计算皮带传动(输送机)以及齿轮齿条传动的负载扭矩。

对于此类应用，我们需要先计算力 ( F )，然后才能计算负载扭矩 ( TL )。这需要我们确定变量外力 ( FA )、质量 ( m ) 和倾角 ( Θ )。一旦我们有了F值，就可以将其代入负载扭矩 ( TL ) 公式。

示例：旋转索引表

旋转分度台的负载扭矩计算使用与皮带传动相同的公式，但需要略有不同的思维过程来确定必要的变量。在这种情况下，摩擦发生在滚珠(支撑轴承)和工作台接触的点，因此半径 ( r ) 将是从电机轴中心到工作台及其支撑轴承之间的接触点的距离。质量 ( m ) 将是工作台的质量加上负载。摩擦系数 ( µ)通常可在轴承规格中找到。

提示：电机选型提示

1. 注意不要在同一个公式中混用英制单位和公制单位。

2.如果需要换算单位，请确保换算正确;特别是小数点。*

3. 使用足够的安全系数。您宁愿选大尺寸也不愿选小电机。

4. 有另一双新的眼睛来仔细检查你的计算是有帮助的。

*使用一个 。< >单位转换计算器

然而，负载扭矩只是应用所需总扭矩的两个组成部分之一。为了选择合适的电机尺寸，我们仍然需要计算加速扭矩、负载惯量和速度。

在接下来的几篇文章中，我将介绍负载惯量、加速转矩、速度和轴向/径向负载的计算。舒服点就好了

审核编辑：汤梓红