电机选型及驱动轴连接方式

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

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。

3.1 确定动作模式    

参见2.1节

3.2 确定机械机构

1、负荷及导向方式

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

2、驱动方式及尺寸参数

    

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。

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

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    

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

b)通过齿轮齿条、皮带、链条、车轮驱动的直线运动

c)回转运动

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

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

b)回转运动

N：检测传感器的转速

LP：定位精度(mm)

θP：定位精度(°)    

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

b)脉冲速度f（Hz）---1秒的脉冲数

c)最小进给量LM（mm/step）---1个脉冲的进给量

d)必要脉冲数A---移动行程L所需的脉冲数

e)移动行程L所需时间t

A：脉冲数

tA：加减速时间

3.4 计算驱动力

1、负载驱动力

u负载的一般受力情况    

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

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    

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

TMO—电机瞬间最大扭矩

步进电机加减速扭矩TA的计算

图  步进电机脉冲图

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）   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

1、扭矩曲线的合成

参见2.6节

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

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

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    

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

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。    

审核编辑：黄飞