AGV設(shè)計(jì)電機(jī)選擇計(jì)算

(圓滿版)AGV設(shè)計(jì)電機(jī)選擇計(jì)算(圓滿版)AGV設(shè)計(jì)電機(jī)選擇計(jì)算(圓滿版)AGV設(shè)計(jì)電機(jī)選擇計(jì)算驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)零件的選擇與校核AGV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電源、電機(jī)和減速裝置構(gòu)成。電機(jī)的性能參數(shù)及減速裝置的規(guī)格型號(hào)確實(shí)定直接決定整車的動(dòng)力性，即車輛的運(yùn)動(dòng)速度和驅(qū)動(dòng)力直接決定整車的動(dòng)力特色。所以電機(jī)必然經(jīng)過詳盡計(jì)算進(jìn)行選擇，此刻好多電機(jī)直接與減速裝置組合在一同構(gòu)成減速電機(jī)，為我們的設(shè)計(jì)帶來了很大的方便，并且能使AGV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，結(jié)構(gòu)小型化，其余性價(jià)比也比較高，所以此次設(shè)計(jì)直接選擇減速電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。1電機(jī)種類的選擇與AGV有關(guān)參數(shù)自動(dòng)指引車是電動(dòng)車的一種，而電機(jī)是電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)源，供應(yīng)給整車供應(yīng)動(dòng)力。當(dāng)前最常用的電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有以下三種:第一種是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，20世紀(jì)90年月前的電動(dòng)汽車幾乎全部是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。直流電機(jī)木身效率低，體積和質(zhì)量大，換向器和電刷限制了它轉(zhuǎn)速的提升，一般其最高轉(zhuǎn)速為6000-8000r/min。但出于其弊端當(dāng)前除了小型車外，電動(dòng)車極少采納直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。第二種是感覺電機(jī)溝通驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是20世紀(jì)90年月發(fā)展起來的新技術(shù)，當(dāng)前尚處于發(fā)展圓滿階段。電機(jī)一般采納轉(zhuǎn)子鼠籠結(jié)構(gòu)的三相溝通感覺電動(dòng)機(jī)。電機(jī)控制器采納矢量控制的變頻調(diào)速方式。其擁有效率高、體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，免保護(hù)、易于冷卻和壽命長(zhǎng)等長(zhǎng)處，該系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，并且能實(shí)現(xiàn)低速恒轉(zhuǎn)矩，高速恒功率運(yùn)行，但溝通電機(jī)控制器成本較高。當(dāng)前，世界上眾多有名的電動(dòng)汽車中，多半采納感覺電機(jī)溝通驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。第三種是永磁同步電機(jī)溝通驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，此中永磁同步電機(jī)包含無刷直流電機(jī)和三相永磁同步電機(jī)，而永磁同步電機(jī)和無刷直流電機(jī)比較，永磁同步電機(jī)溝通驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率較高，體積最小，質(zhì)量最小，也無直流電機(jī)的換向器和電刷等缺點(diǎn)。但該類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)永磁資料成本較高，只在小功率的電動(dòng)汽車中獲得必然的應(yīng)用。但永磁同步電機(jī)是最有希望的高性能電機(jī)，是電動(dòng)汽車電機(jī)的發(fā)展方向。出于直流電機(jī)自己擁有控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，調(diào)速方便，不需逆變裝置等長(zhǎng)處，并且本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的AGV運(yùn)行速度低，功率也不高，所以，采納直流電機(jī)（包含減速裝置）作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源足夠知足此次AGV設(shè)計(jì)，并且性價(jià)比優(yōu)勝。此次所設(shè)計(jì)的AGV有關(guān)參數(shù)以下表所示：AGV有關(guān)參數(shù)表參數(shù)名稱有關(guān)數(shù)據(jù)與說明額定載重20Kg最大載重25Kg外形尺寸500*300*200mm牽引方式光學(xué)指引式（黑白線指引）電源工業(yè)免保護(hù)24V鉛酸電池驅(qū)動(dòng)方式中置雙輪差速0爬坡能力坡道角α=2車架尺寸（長(zhǎng)L寬b高h(yuǎn)）500*300*30mm直線行走速度拐彎速度—湊近停位點(diǎn)時(shí)速度安全裝置故障報(bào)警，急停按鈕，超聲波測(cè)障（前后各一個(gè)），萬向輪剎車，防撞裝置等轉(zhuǎn)彎半徑>=5m依據(jù)AGV底盤設(shè)計(jì)可知選擇常用的鋁合金資料的密度為×103kg/m3,則AGV車架自重為G=ρL×103××××9.8=126NAGV的載重P=mg=2×59.8=245N；依據(jù)電源模塊知電源重量P1=5×9.8=49N;關(guān)于其余像電機(jī)，編碼器等模塊取一個(gè)安全系數(shù)進(jìn)行總重量計(jì)算，則AGV對(duì)地面的正壓力Fn=K×（P+G+P1）×(245+126+49)=462N;AGV運(yùn)行阻力的計(jì)算AGV在水平道路上等速行駛時(shí)必然戰(zhàn)勝來自地面的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力和來自空氣的空氣阻力?？墒茿GV剛起動(dòng)時(shí)車輪所處的滑動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，在起動(dòng)前必然先要戰(zhàn)勝靜摩擦力，因?yàn)殪o摩擦系數(shù)是三者中最大的，對(duì)應(yīng)的靜摩擦力也是最大的，所以只需保證AGV能起動(dòng)，今后所面對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力老是比靜摩擦力小得多【1】，所以計(jì)算AGV的起動(dòng)阻力即可，只需知足起動(dòng)條件則運(yùn)行條件自然就知足，以符號(hào)Ff表示最大靜摩擦力，以符號(hào)Fw表示空氣阻力。當(dāng)AGV在坡道上行駛時(shí)，還必然戰(zhàn)勝重力沿坡道的分力，稱為坡度阻力，以符號(hào)Fi表示。AGV加快行駛需要戰(zhàn)勝的阻力稱為加快阻力，以符號(hào)Fj表示。所以車輛運(yùn)行的總阻力為:FFf+Fw+Fi+Fj(1)AGV的靜摩擦力的計(jì)算FfFn式中:μ—最大靜摩擦系數(shù)，即車輪恰好轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的推力與對(duì)地面的正壓力之比，即單位車輛重力恰好所需的推力。最大靜摩擦系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確立。它與路面的種類、行駛車速以及車輪的結(jié)構(gòu)、資料等有關(guān)?？紤]到AGV在實(shí)驗(yàn)室，庫(kù)房等地方運(yùn)行，路面一般為釉面磚或混凝土路面，車輪選擇常用的橡膠輪，參照鐘月威等教授研究的影響建筑地面與橡膠界面靜摩擦問題分析論文【2】可知，在必然范圍內(nèi)靜摩擦系數(shù)跟著正壓力的增大而增大，并且與地面干濕程度有關(guān)，實(shí)驗(yàn)條件是24Kg正壓力，干法丈量，靜摩擦系數(shù)μ在～之間，實(shí)質(zhì)AGV重量比實(shí)驗(yàn)中的資料重一些，所以考慮必然的余量下取靜摩擦系數(shù)μ進(jìn)行計(jì)算，代入公式得靜摩擦力為:FfFn×；(2)加快阻力的計(jì)算AGV在加快行駛的過程中，需要戰(zhàn)勝其質(zhì)量加快運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力，即加速阻力Fj；設(shè)AGV從原地起步經(jīng)過的位移S=lm時(shí)，其車速達(dá)到Vt＝則AGV的加快度為:a=(Vt2-Vo2)/22故加快阻力為:FjMaaFng3.8N;/(3)坡度阻力的計(jì)算0AGV工作場(chǎng)的道路狀況一般較好，坡度較小，坡道角為α=2，則坡道阻力為:FiMgFn=16N;sinsin(4)空氣阻力的計(jì)算因?yàn)榭諝庾枇=-KV，K為空氣阻力系數(shù)，計(jì)算公式為：K=ρVDA/2；式中,2Cρ為空氣密度，V為車速，CD為氣動(dòng)阻力系數(shù)，A為汽車迎風(fēng)面積【3】；則空氣阻力正比于速度的三次方，AGV小車不同樣于道路行駛的高速車輛，此次AGV的最高時(shí)速為并且AGV的迎風(fēng)面積也比較小，所以空氣阻力對(duì)AGV行駛的影響可忽視不計(jì)。所以Fw=0N;依據(jù)AGV總的運(yùn)行阻力公式知：FFf+Fw+Fi+Fj；直流減速電機(jī)的選擇我們知道AGV在運(yùn)動(dòng)過程中，無論是直線行駛?cè)允枪諒?，轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力遠(yuǎn)比最大靜摩擦力小，由經(jīng)驗(yàn)知只需AGV能正常起動(dòng)，其余運(yùn)行條件都知足。關(guān)于起動(dòng)有兩種狀況，一是常例的起動(dòng)方式，起動(dòng)時(shí)AGV是直線狀態(tài)起動(dòng)；另一種就是以前AGV可能因?yàn)槟承┰删o迫泊車，今后起動(dòng)時(shí)AGV是轉(zhuǎn)彎狀態(tài)起動(dòng)，存在牽引力不均衡現(xiàn)象；所以分兩種狀況對(duì)直流減速電機(jī)進(jìn)行選擇，綜合兩種狀況選擇一款性價(jià)比較高的電機(jī)。詳盡分析以下：(1)起動(dòng)時(shí)AGV是直線狀態(tài)起動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最后所能開釋出的力與速度不可是取決于減速器的輸出，（這里的速度指AGV的實(shí)質(zhì)速度，而不是轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速）還遇到驅(qū)動(dòng)輪直徑大小的影響，驅(qū)動(dòng)輪直徑增大時(shí)，最后的輸出速度將增大，驅(qū)動(dòng)力則減??；相反，驅(qū)動(dòng)輪直徑變小時(shí)，最后的輸出速度將降低，驅(qū)動(dòng)力則增大【4】，同時(shí)聯(lián)合AGV的詳盡底盤尺寸，選擇了淘寶杰越機(jī)器人商鋪的優(yōu)異機(jī)器人專用輪胎鋁合金輪轂,直徑d=65mm具,體結(jié)構(gòu)尺寸見AGV裝置圖。因?yàn)榭偟倪\(yùn)動(dòng)阻力為Σ，則總的運(yùn)動(dòng)阻力MFr矩為:=×因?yàn)锳GV采納兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每個(gè)電機(jī)肩負(fù)一半的功率，由P=T×W知兩個(gè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)同樣的狀況下，力矩方向也同樣，所以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩最少為:T=11.2/2=5.6Nm,同時(shí)還要考慮留有必然的余量。(2)起動(dòng)時(shí)AGV是轉(zhuǎn)彎狀態(tài)起動(dòng)因?yàn)锳GV的轉(zhuǎn)彎速度比直線運(yùn)行速度低，就算是正常運(yùn)行時(shí)也才—，所以AGV在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)剛剛起動(dòng)時(shí)速度也很低，此次計(jì)算依據(jù)過去經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單估計(jì)，設(shè)開始起動(dòng)后1s內(nèi)達(dá)到正常運(yùn)行速度，取最大值進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)樵O(shè)計(jì)所采納的驅(qū)動(dòng)方式為兩驅(qū)，在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)起動(dòng)時(shí)能夠簡(jiǎn)化為兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)檐壽E半徑較大的那個(gè)車輪速度要求較大，在同樣時(shí)間里所對(duì)應(yīng)的加快度也越大，所以只需要估計(jì)軌跡半徑較大的那個(gè)車輪對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)即可，考慮轉(zhuǎn)彎半徑值與正常運(yùn)行速度，在1s內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度大體為度，對(duì)應(yīng)的兩段弧長(zhǎng)比值為，為了計(jì)算方便并且考慮留有必然的余量，取2:1進(jìn)行計(jì)算，也即是軌跡半徑較大的那個(gè)車輪速度為0.4m/s,另一個(gè)為；所以加快度與以前的AGV運(yùn)行阻力同樣大小，假定AGV的質(zhì)量散布平均，則軌跡半徑較大的那個(gè)車輪遇到的最小驅(qū)動(dòng)力為：ΣF=ΣF總/2=343.2/2=171.6N;則總的運(yùn)動(dòng)阻力矩為:MFr×；因?yàn)榱硪粋€(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)阻力矩比小，所以無需再進(jìn)行計(jì)算了，所以該驅(qū)動(dòng)系一致個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩最少為T=5.6Nm,同時(shí)還要考慮留有必然的余量。綜合以上兩種起動(dòng)狀況選擇了淘寶電機(jī)馬達(dá)商城的53mm行星齒輪減速電機(jī)；該種減速電機(jī)結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程空隙小、精度較高，使用壽命很長(zhǎng)，額定輸出扭矩能夠做的很大。該系列電機(jī)參數(shù)列表以下所示：參照該系列電機(jī)參數(shù)列表并且考慮電機(jī)轉(zhuǎn)速選擇了型號(hào)為53ZY200的直流減速電機(jī)，53ZY200的直流減速電機(jī)詳盡參數(shù)表以下所示：電機(jī)有關(guān)參數(shù)表（備注：,RPM=r/min）參數(shù)名稱有關(guān)數(shù)據(jù)額定轉(zhuǎn)矩?m減速后額定轉(zhuǎn)速200r/min額定功率30W額定電壓24v額定電流空載轉(zhuǎn)矩470N?m減速比1:24重量565g價(jià)錢300元其余53ZY200的直流減速電機(jī)的外形結(jié)構(gòu)尺寸以以下列圖所示：（詳盡尺寸見整體裝配圖）53ZY200的直流減速電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸直流減速電機(jī)的校核(1)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)速度的校核在確立了電機(jī)今后，我們就能夠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)速度的校核，保證車輛有足夠驅(qū)動(dòng)力的同時(shí)也要知足所需要的工作速度。依據(jù)以下公式估計(jì)AGV的運(yùn)行速度【3】VrVmD/60式中Vr為AGV的運(yùn)行速度，Vm為電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）D為車輪直徑；，Vm＝200r/min則:Vr=（200××）明顯大于預(yù)期設(shè)定的速度值0.4m/s,其余校核AGV在彎道上行駛時(shí)能否會(huì)偏離軌道，因?yàn)锳GV正常行駛時(shí)遇到的摩擦力為轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力，橡膠輪與地面的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦系數(shù)大體在左右，而供應(yīng)AGV轉(zhuǎn)彎的向心力由最大靜摩擦力充任，因?yàn)棣蘉g=MV2/R,此中μ為最大靜摩擦系數(shù);所以V=（μgR）1/2=5.8m/s;因?yàn)檗D(zhuǎn)彎時(shí)AGV最大運(yùn)行速度為遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，所以AGV在彎道上行駛時(shí)不會(huì)偏離軌道，所以我們能夠經(jīng)過PWM調(diào)速控制AGV低速行駛，故能夠采納該電機(jī)。(2)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)能力的校核當(dāng)起動(dòng)時(shí)AGV是直線狀態(tài)起動(dòng)，因?yàn)樗x減速電機(jī)的扭矩MD，則車輪的驅(qū)動(dòng)力矩為:Mw=2×MD=2×因?yàn)镸wM，所以能保證AGV的正常起動(dòng)，并有必然的驅(qū)動(dòng)力貯備。當(dāng)起動(dòng)時(shí)AGV是轉(zhuǎn)彎狀態(tài)起動(dòng)，因?yàn)槭芰豈Fr最大的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)阻力