电机与直线模组选型

一。普通电机选型

普通电机选型（一）

三相异步电机
定子：产生旋转磁场
转子：切割磁场，产生洛伦兹力
结构简单，成本低，稳定
效率较低，转速不稳定

N=60f/P
定子旋转速度：1500
转子旋转速度：1450
优点：结构简单，成本低廉
矽钢片和硅钢片是一种东西

同步电机：转子自己励磁或者永磁，转子转速与磁场转速一致，效率高，转速稳定，转速高

普通电机：
三相、单相异步电机
减速电机（电机加减速器）

交流电机和直流电机
微型：直流电机

碳刷电机：普通直流
无刷电机：高转速场合，低噪音场合（寿命是碳刷电机的6倍以上）

永磁电机
励磁电机

调速电机：
降压调速：通过调整电机的输入电压，改变电机转矩
变极调速：有级调速。P越小，转速越高，转速越高，扭矩越小
变频电机：改变电流频率，实现变速

单相异步电机（200W）（用的最多）

同步电机：反复启停，反复正反转，运行平缓，高转速

电磁制动电动机（抱闸电机）：可以快速停止，绝对停止

力矩电机：转速随负载变化，恒力矩输出   

控制力矩的方法：
1.力矩电机
2.磁粉离合器：配合电机使用，一般用于收卷，可以控制力矩不变
  磁粉制动器：单独使用，一般用于放料（卷料、铜线）
3.O型皮带（打滑皮带）

减速电机：德国四大减速机S  R   F  K 四大系列
S系列蜗轮蜗杆减速机
输出转速：0.1-397RPM
输出转矩：70NM-4200NM
功率：0.12KW-252KW
自锁能力

R系列同轴减速机
输出转速：0.05-1829rpm
输出转矩：50-18000NM
功率：0.09kw-160kw

F系列
输出转速：0.1-752rpm
输出转矩：130-18000NM
功率：0.12kw-200kw

K系列
直角伞齿轮
输出转速：0.1-522rpm
输出转矩：200-50000NM
功率：0.12-200kw

IP等级（i 防尘、p 液体防护）

IP68

IP44、IP54 （一般用这两个）

在工厂内：高于IP23

户外使用条件：IP54

防护等级越高，散热越差，成本越高

普通电机选型（二）

国产电机品牌：
1、兰州-兰州电机
2、上海-上海电机
3、重庆-赛力盟
4、湖南-湖南湘电
5、安徽-皖南电机
6、河北-掹牛电机
7、山东-华力电机
8、南阳防爆
9、佳木斯电机
10、台湾-东元、台创、晟邦（城邦）、万鑫

国外电机品牌：
1、瑞典-ABB
2、德国-西门子、力士乐、啸驰、诺德、赛威
3、日本-安川、三菱、三洋、松下、富士

电机选型流程：

一、选择电机类型
1.小负载输送机：单相异步电机，调速电机
2.中大型输送机：三相异步电机，变频电机
3.收料机：力矩电机（堵转）                   伺服力矩控制（打螺丝机，拧紧伺服）
4.反复启停、反复正反转：同步电机
5.低转速大扭矩输出：减速电机
6.一般精度一般转速控制：步进电机
7.高精度高转速控制：伺服电机
8.高精度，高扭矩：DD马达

二、工况分析及计算
1.小负载：计算功率
  摩擦力  外力  皮带张紧力
2.中大负载：计算扭矩及转速
   P=TxN/9550
T：扭矩   N·M
N：转速  r/min  rpm
P：功率   KW 千瓦
 

三、减速比计算
1.皮带带轮
2.丝杆传动：导程
3.齿轮减速：减速比  涡轮
4.同步带、链轮
减速机：通过降低转速，提高扭矩

重力：G=mg
m=质量  kg
g=9.8   10

摩擦力：F=μmg
μ：摩擦系数  钣金（钢板）0.2    滚筒0.1     滚珠丝杆、直线轴承0.05

加速力：F=ma
加速度：a=V/t 

功率（P）计算：
直线功率：
P=F·V
F：摩擦力
V：直线运输速度

旋转功率：
P=T·ω
T：扭矩
ω：角速度

扭矩、转矩（T） 计算：
T=F·L
F：顶端输出力
L：力臂长度

T=F·R
齿轮，皮带轮，皮带辊
F传递的力
R半径
除了皮带辊以外，其他的传动均属于减速机构

拓展：
滚珠丝杆匀速力矩
T=Pb·（μmg+F）/2π
μmg：摩擦力（摩擦力不可忽略）
F外力
Pb导程

皮带张紧力：F=0.33μmg
因皮带张紧而导致传动系统所增加的额外负载

匀速直线运动所需要的克服的力（摩擦力、皮带张紧力）

加速扭矩：T=J·β
J：直线惯量+转动惯量
β：角加速度

β=ω/t
t：加速时间

ω=2πN/60
N转速

惯量（电机转动会产生惯量）：

空心轴：J=mr^2
均质圆柱体惯量：
计算负载的时候可以放大，不能缩小

滚珠丝杆、皮带辊  全惯性惯量：
 J = M(A/2Π)^2
A：电机没转一圈  物体直线运动的距离
丝杆：A=Pb(导程）
皮带辊：A=周长
M：质量

皮带机中的电机选型：

已知条件：
皮带输送机上的负载重量：200kg
皮带输送机所用皮带重量：10kg
皮带与支撑的摩擦系数μ：钣金、型材0.2   滚筒0.1
皮带输送机工况安全系数：K（小负载2-3，大负载4-10）  一般选 4
皮带输送机的传动的效率：0.75（综合考虑，可小不可大）
皮带输送机所用滚筒直径：D=89mm
皮带输送机输送速度：V=0.25m/s

安全系数：计算时省略的越多，安全系数越大

摩檫力计算：
P=F·V
F=摩擦力+皮带张力
F=μmg+0.33μmg
 =0.1·210kg·9.8+0.33（0.1·210kg·9.8）
匀速直线运动时克服的力 =273.714N

理论电机功率：
P=F·V
 =273.714 x 0.25
 =68.42 W

电机实际功率（P）=P·K/效率
效率：传动过程中产生的损耗（驱动传动部分所需要的基础功率）
K：安全系数 （小负载2-3，大负载4-10） 
电机实际功率（P） = 68.42 x 4/0.75=364.9 W
     

实际功率是算出来了，但是电机的转速是1400转/分钟，但是这里没有算减速器。

如果算的更加严格一点，绝对会比364.9W低，但是364.9W绝对是够用的
拓展：如果算的更加严格，还需要算下面的东西
效率：轴承（一对）  0.95  
           减速机0.9  
           滚珠丝杆0.98
           梯形丝杆0.4-0.6
           蜗轮蜗杆0.2-0.4  不确定
           同步带：0.9

工况系数：与海拔、工作制、环境温度、启动系数有关

皮带材质：

PVC（ 聚氯乙烯）   整体防静电处理      -10-80度  工业  烟草  物流  包装    便宜    缺点：不耐油，有毒
PU 聚氨酯 （优力胶）     -20-80度     耐油性好一点  粮食，工业 ，果蔬肉类
PE  聚乙烯    100度     无毒分解后也无毒  食品  医药 
橡胶皮带   -15 -130度    户外（但不耐低温）  便宜  强度高 矿山冶金煤炭沙场 重型运输 摩擦力大
硅胶皮带   -70 -280度   航天化工  冶金  电气绝缘  很贵   较软

皮带支撑：
    低速轻载   用钣金
    低速轻载   用型材
    高速重载  成本高   用滚筒
    混合支撑  滚筒+钣金  中速中载 性价比

普通电机选型（三）

板链输送机
1.皮带容易撕裂、刺穿、开裂    板链可以快速更换
维护简单
2.板链耐腐蚀优良
3.转弯能力优良

板链输送机中的电机选型 ：

已知条件：
板链输送机的滞留部分负载重量 M1=30kg 
板链输送机的传送部分负载重量 M2=70kg 
板链输送机的滞留部分板链重量 M3=20kg 
板链输送机的传送部分板链重量 M4=20kg 
板链输送机的回流部分板链重量 M5=40kg 
板链输送机所用板链重量M =板链每米重量（kg/m）·长度（m） 
板链与负载间的摩擦系数 μ1=0.2 
板链与滑轨间的摩擦系数 μ2=0.2 
板链输送机工况安全系数 K=2（小负载 2-3、大负载 4-6） 
板链输送机的传动的效率 η=0.75（要综合考虑，给小不给大） 
负载在板链输送机上速度 V=0.25m/s 
板链输送机所用链轮直径 D=142mm

开始选型：

1.滞留部分（被挡板挡住的部分）受力分析（160N）

（板链+负载） 与导轨之间的摩擦力
（M1+M3）·μ2·g
（30kg+20kg）·0.2·10
  =100N

板链与负载之间的摩擦力
M1·μ1·g
30·0.2·10
=60N

2.传送部分（板链上还没有被挡住的部分）受力分析（180N）

（板链+负载） 与导轨之间的摩擦力
  (M2+M4)·μ2·g
（70+20）·0.2·10
  =180N

3.回流部分（板链的下面往回走的部分）受力分析（80N）
空载状态下板链与导轨的摩擦力
M5·μ2·g
40·0.2·10
=80N

总摩檫力：160+180+80=420N

理论上的电机功率：
P=F·V
 =420N·0.25m/s
 =105W

电机实际功率P = 理论电机功率P ·工况系数K/效率

当（工况系数）K=2时    电机实际功率=280W
当（工况系数）K=4时    电机实际功率=560W

计算减速比：

先求电机转速：
N=V/（πD）
N：电机减速后输出转速 rpm（r/min）
V：板链输送速度 m/s
D: 链轮直径  m

电机减速后输出转速N=0.25 / 3.14 x 0.142
 =0.56   转/秒 x 60
 =33.7  转/分钟

电机减速比 = 电机转子转速/电机减速后输出转速

1400/33.7 = 41.5

减速比尽可能选小（输送速度大于预定速度）
计算出来41.5 选择减速比40-35
输送机速度高于预定速度一定范围内没关系
但是如果输送机速度低于预定速度，那么电机可能面临重选

变频一般不超过100HZ

在米思米官网输入 卧式齿轮减速电机，选三相电机，输入转速为35(转速选大一点没事），发现能选的只剩四款电机，功率只有400和750w两种，价格相差不大，不需要电磁刹车情况下，最终选750w电机型号，完成选型

倍速链中的电机选型：
倍速链：适用于高负载，高运行速度的输送机

已知条件：
倍速链输送机的滞留部分负载重量 M1=40kg 
倍速链输送机的传送部分负载重量 M2=60kg 
倍速链输送机的滞留部分链条重量 M3=2kg 
倍速链输送机的传送部分链条重量 M4=2kg 
倍速链输送机的回流部分链条重量 M5=4kg 
倍速链输送机所用链条重量 M =链条每米重量（kg/m）·长度（m） 
倍速链输送线长度 L=5m 
有滞留时链条与负载间的摩擦系数 μ1=0.1 
有滞留时链条与滑轨间的摩擦系数 μ2=0.2 
无滞留时链条与滑轨间的摩擦系数 μ3=0.08 
倍速链输送机工况安全系数 K=4（小负载 2-3、大负载 4-6） 
倍速链输送机的传动的效率 η=0.75（要综合考虑，给小不给大） 
负载在倍速链输送机上速度 V=0.25m/s 
倍速链输送机所用链轮直径 D=82.2mm

开始选型：
1.滞留部分受力分析
（M1+M3）·μ2·g
（40+2）·0.2·10
=84N
负载与倍速链摩檫力：
 M1·μ1·g
 40·0.1·10
=40N

2.输送部分受力分析
（M2+M4）·μ3·g
（60+2）·0.08·10
=49.6N

3.回转部分受力分析
M5·μ3·g
4·0.08·10
=3.2N

总摩檫力：84+40+49.6+3.2=176.8N

链条输送速度：
V=物体输送速度/增速比
 =0.25/2.5
 =0.1 m/s

理论上的电机功率：
P=F·V
 =176N·0.1
 =17.6W

实际电机功率P = P·K/效率

P=17.6·4/0.75
 =94W

计算减速比：

输出轴转速
N=V/πD
 =0.1/（3.14·0.082）
 =0.38 r/s  x 60
 =24 rpm

减速比：1400/24 = 58.33

一般选减速比为50就可以了，如果客户要求一定要58.33的减速比，那么就可以用下面的方法：
1.电机调速（调压、变频）
2.改变驱动轮直径（直径越大，速度越快）

拓展：
750W的电机，负载力需求500W，电机实际输出功率为500W
750W的电机，负载力需求1000W，电机过载，并且转速下降，电机开始发热损坏

链条输送机中的电机选型：

已知条件：
链条输送机上的负载重量 M1=50kg 
链条输送机输送链条重量 M2=5kg 
链条输送机回程链条重量 M3=5kg 
链条输送机所用链条重量 M =链条每米重量（kg/m）·长度（m） 
链条与滑轨间的摩擦系数 μ=0.2 
链条输送机工况安全系数 K=3（小负载 2-3、大负载 4-6） 
链条输送机的传动的效率 η=0.75（要综合考虑，给小不给大） 
负载在链条输送机上速度 V=0.25m/s 
链条输送机所用链轮直径 D=50.1mm

开始选型：

输送面的受力：
链条与导轨之间的摩檫力F=（负载+链条自重）*u*g=(50+5)*0.2*10=110N

回程面的受力：
链条自重 *u*g = 5*0.2*10 = 10N

总摩檫力：110+10 = 120N

理论最低功率：
P = F*v = 120*0.25 = 30W

电机实际功率：
P= P*K/效率
  = 30*3/0.75
  = 120W

减速比：
N=V/πD
 = 0.25m/s / (3.14*0.05)
 = 1.59r/s *60 = 95.5 r/min

减速比：1400/95.5 = 14.6

那么电机选型就完成了

拓展：
电源形式选择
普通负载：220V 交流
大负载：   380V 交流
微型电机：24V 直流
AGV小车： 24 / 48V  直流

普通电机启停频率，不得小于15s一次
电机高温 ：
80-90度   正常情况

法兰式安装：省安装空间，适合电机自重较轻，负载较小
基座式安装：适合电机自重较重，负载较大

单相定速/调速电机：小负载皮带线
三相定速/变频电机：大负载输送
力矩电机：收料，张力控制场合
阻尼电机：频繁启停/正反转
刹车电机：绝对停止，快速停止
高温电机：适用于高温环境

真空型步进电机：-80到200度

刹车电机：
弹簧式：通电励磁-推开刹车盘-正常运行
              弹簧推动刹车片-制动
永磁式：通电励磁-推开刹车盘-正常运行
              永磁吸合，产生摩擦制动

永磁式发热小，适合长期使用，10000转，响应速度快，安装较为复杂
弹簧式发热大，5000转，响应速度慢，便宜

二。步进电机选型

步进电机选型（一）

步进电机：可以受控制的一个角度一个角度的转动

开环控制（步进电机）：只管下命令，不管是否完成

一步：静止-加速-匀速-减速-停止
过载：加速-匀速-减速-丢步-停止（不会去理丢步）

闭环控制（伺服电机、混合步进电机）：下命令以后，确保任务达成

一步：静止-加速-匀速-减速-停止
过载：静止-加速-匀速-减速-丢步-位置调整-相对静止（会及时调整位置）

价格相差不大，所以能选伺服电机就不选步进电机

80-90  摄氏度 正常
超过110-120度的时候，会导致转子消磁，转矩变小。
磁场锁不住转子---丢步
运行时间不超过50%，发热
24H小时：总动作时间不超过12H

设置/控制

严格控制脉冲数量--精确位置控制
严格控制脉冲频率--精确速度控制

怎么让步进电机实现闭环控制，就是外加编码器
外加编码器：反馈位置，反馈速度。当出现误差时，可以自动补偿

增量型（用的多、秒表式，便宜）
没有原位
仅限于单圈脉冲控制，多圈控制需要依靠

绝对值型（贵些）
全行程内，每一个位置都有独立的编码（有范围限定）
最高25位分辨率（2的25次方个脉冲）
精度要求较高
断电要求继续控制

机械式（钟表式）
电池+计数寄存器（设备断电）2-3年
韦根计数（磁极旋转，使线圈切割磁感线，产生脉冲）

闭环步进带编码器，但不仅仅是增加了编码器

旋转编码器：绕线机，绕线长度
40/50

光栅尺：直线电机、机床、高精度、成型工艺

步进电机（ 2相 3相 5相）
磁式        一般 2相 步距角7.5°
反应式    一般 3相 步距角1.5°      已经被市场淘汰了
混合式

相数：电机定子的线圈组数

2相 1.8°/0.9°    200/400  脉冲数量    1.8度  200步走一圈          0.9度   400步走一圈 
3相 1.5°/0.75°   240/480 
4相 0.9°/0.45°   400/800 （可以使用2相驱动器）
5相 0.72°/0.36°  500/1000

2相：运行稳定一般，精度一般

5相：精度要求较高，低速运行平稳性要好

250rpm以下       低速振动、低频振动（与负载无关）

如何解决低频振动：
1.升级成更高相数步进电机
2.升级成伺服电机
3.加减速器：避开低速区
（需求转速输出 200rpm、选择减速比3的减速器，电机600rpm）

4.细分：解决低频振动、提高精度
并没有从根本上大幅度改善步进电机精度
通过步进驱动器控制磁场精确变化

驱动器最大256倍细分
常用 2倍（半步）、4倍（优化低速振动）
4倍是保持精度的极限
4倍以上是无法保证精度

所以我们要么选2相，要么选5相