關(guān)于電機減速機選型方法的研究胡慶邦

陳其良

摘 要：這篇文章先介紹了汽車工程開發(fā)的過程中電機減速機正向選型辦法，并將工程現(xiàn)場使用現(xiàn)狀與市場產(chǎn)品現(xiàn)狀進行說明。重點將設(shè)備在選型階段，通過建立簡易計算模型進行電機減速機的選型方法介紹。通過規(guī)范相應(yīng)的電機減速機選型使得設(shè)備整體結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟合理。

關(guān)鍵詞：汽車工程;電機減速機;選型

引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備的自動化程度日新月異，各個環(huán)節(jié)都可以通過各種自動化的解決方案實現(xiàn)原先復(fù)雜的人工操作。電機減速機作為自動化設(shè)備的主要驅(qū)動單元，使用的場景也隨著自動化的提升越來越廣泛。經(jīng)不完全統(tǒng)計，一個整車廠的能耗，70%是由電機減速機消耗的。電機減速機的選型精益性直接影響工廠的日常運營。電機又作為日常的常備備件占據(jù)了工廠備件庫存的半壁江山，電機的規(guī)格又因品牌不同、設(shè)備的結(jié)構(gòu)而千差萬別。日常工作中，即使同一種設(shè)備電機的選型因為不同供應(yīng)商的設(shè)計規(guī)范差異，電機減速機的選型也是不盡相同。作為工程技術(shù)人員，了解和掌握電機減速機的選型辦法可以為將來工廠的經(jīng)濟性運行做好鋪墊。

關(guān)于某設(shè)備電機減速機選型方法

汽車整車廠的自動化設(shè)備多種多樣，為了便于對電機減速機選型進行系統(tǒng)化的介紹，挑選了總裝工廠輸送設(shè)備中的皮帶滾床為例進行說明。

滾床的輸送原理主要是通過電機驅(qū)動同軸連接的齒形皮帶，由齒形皮帶輪帶動滾輪，非金屬包膠的滾輪推動帶車滑橇按照規(guī)劃的放行運行。為了更好對滾床進行受力分析，我們建立相應(yīng)的力學(xué)模型如下：

●驅(qū)動力的核算

我們將產(chǎn)品的質(zhì)量設(shè)置為G1，滑橇的質(zhì)量設(shè)置為G2，滑橇及產(chǎn)品的輸送速度按照慣例設(shè)置為20m/min，那么如果G1和G2需要在指定的輸送方向上，按照物流力學(xué)分析，輸送滾床需要提供給帶車滑橇一個水平方向的推力F，考慮到帶車滑橇需要從靜止啟動，所受到的摩擦阻力為靜摩擦力，因為滾床的滾輪為尼龍包膠輥子，通過查詢手冊，選取尼龍與金屬之間的靜摩擦系數(shù)為0.07，根據(jù)摩擦力計算公式：

Ff=Gμ=（G1+G2）*g*μ

根據(jù)項目經(jīng)驗，滑橇的重量一般在150KG左右，白車身的重量一般在650KG左右，故將上述數(shù)據(jù)帶入到公式中進行核算：

Ff=（650+150）*9.8*0.07=548.8 N

根據(jù)物理力與反力原理，推力F=最大靜摩擦阻力= Ff=548.8 N

●驅(qū)動功率的核算

根據(jù)功率核算公式：P=F*V

輸送速度通過轉(zhuǎn)化V=20m/min=0.33m/s，帶入公式中進行核算，如下

P初=F*V=548.8*0.33=182.93 W=0.183 KW

核算過程得出，驅(qū)動帶車滑橇需要提供的做功功率為0.183 KW，考慮到部件傳動的能效損失，建議系數(shù)為0.85，故初選電機功率P為

P=P初/0.85=0.183/0.85=0.215 KW

●角速度的核算

功率作為電機減速機中最重要的參數(shù)之一，我們通過以上的初步核算，基本可以確認電機減速機的電機功率數(shù)據(jù)，在實際選型中，因為設(shè)備的結(jié)構(gòu)，供應(yīng)商設(shè)計人員的參數(shù)選擇差異，因為在統(tǒng)一功率下的電機減速機仍然存在多種的電機減速機組合，故需要同步確認其他參數(shù)來支持電機減速機的選型，那么下一個需要確認的我認為主要是電機的輸出轉(zhuǎn)速。

根據(jù)角速度計算公式，如下：

V=R*ω角，進行換算后，得出 ω角=V/R;

其中V為輸送線速度，經(jīng)過上文核算，V=0.33m/s;

R為驅(qū)動滾輪的半徑，根據(jù)項目輸送設(shè)備常用滾輪的尺寸進行測量為60mm，將以上數(shù)據(jù)帶入公式中進行核算，結(jié)果如下：

ω角=V/R=0.33/0.06=5.5 rad/s。

●轉(zhuǎn)速的核算

經(jīng)過核算，電機減速機與驅(qū)動滾輪的角速度相同，我們同事也得到了電機減速機輸出軸的角速度為5.5 rad/s，根據(jù)角速度的下列公式：

ω角=2*π*n轉(zhuǎn)速/60，進行換算后，得出n轉(zhuǎn)速=60*ω角/2π，將上文核算的角速度帶入到公式中進行核算，結(jié)果如下：

n轉(zhuǎn)速=60*ω角/2π=60*5.5/（2*3.14）=52.55 rpm。

根據(jù)上述的核算過程，我們得到了電機減速機的另外一個重要參數(shù)-輸出轉(zhuǎn)速，通過輸出轉(zhuǎn)速的換算過程，我們也可以了解到，如果要滿足20m/min的輸送速度，考慮到滾輪與帶車滑橇傳動損失，電機減速機的輸出轉(zhuǎn)速不能小于52.55rpm。

●電機型號初選

根據(jù)上述的核算過程，我們基本已經(jīng)確認了電機減速機的兩個主要的參數(shù)：

P=0.215 KW，n轉(zhuǎn)速=52.55 rpm。

下一步，我們可以依據(jù)這兩個主要參數(shù)結(jié)合滾長的結(jié)構(gòu)來進行電機減速機的型號初選，這個時候我們需要查詢的資料是電機減速機選型手冊，一般情況下，國內(nèi)整車廠輸送滾床的電機嘗試用SEW電機減速機，為了減少篇幅，我們以SEW電機減速機選型手冊為例進行說明，其他品牌的產(chǎn)品選型時可以進行參考。

通過手冊查詢，SEW電機減速機最靠近與0.215KW的電機減速機系列為0.25KW，因電機減速機驅(qū)動部件與減速機輸出軸為直連方式，在進行減速機系列匹配時，我們考慮使用斜齒輪減速電機，在SEW選型手冊當(dāng)中為R系列，SEW電機減速機還有F、K、S等系列。為了減少機加部件的制作難度和滾床的整體強度，可以選擇DR系列，該序號主要為說明電機減速機的安裝方式。通過對結(jié)構(gòu)的選型我們確定，滾床的電機減速機將在R..DR系列中進行選擇。 利用電機減速機手冊，查找到R系列中P=0.25KW選型系列表，根據(jù)初步核算的電機減速機輸出轉(zhuǎn)速52.55 rpm，可以查找到最接近此轉(zhuǎn)速的電機減速機輸出轉(zhuǎn)速為58rpm，型號為R27DRS63L，通過手冊我們還可以看到此款電機的其他參數(shù)。

●校核關(guān)鍵參數(shù)

根據(jù)上文核算，電機減速機需要提供的驅(qū)動力為548.8N，手冊顯示該電機可以承受的徑向載荷為3180N，滿足該設(shè)備的使用需求。關(guān)于使用系數(shù)，可以通過手冊查詢不同使用環(huán)境下的電機減速機使用系數(shù)含義，此部分不做詳述。建議參數(shù)復(fù)核時，主要以扭矩為主。

r為電機輸出軸齒輪的半徑，根據(jù)項目輸送設(shè)備常用滾輪的尺寸進行測量直徑為85.5mm，通過公式R=D/2，換算后r=85/2=42.5mm=0.0425m，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：

M=F*r，上文核算后，F(xiàn)=548.8N，r=0.0425m，將以上數(shù)據(jù)帶入公式中進行核算，得出：

M=F*r=548.8*0.0425=23.32 Nm<41 Nm，所選電機滿足工況的使用要求

綜上所屬，帶車滑橇輸送的常規(guī)電機減速機選型可以確認為 P=0.25KW，輸出轉(zhuǎn)速為58 rpm，輸出轉(zhuǎn)矩為 41Nm，電機減速機的輪廓系列為R27DRS63L，通過以上的信息我們就可以直接可以向SEW下發(fā)采購帶車滑橇設(shè)備的驅(qū)動電機了。

結(jié)束語

在工程設(shè)計階段，我們對電機減速機按照上述方式進行核算管理，一方面可以將設(shè)備的能耗、結(jié)構(gòu)設(shè)計的更加經(jīng)濟合理，聚少成多，為后續(xù)的項目持續(xù)運營節(jié)省相當(dāng)可觀的運營費用。另一方面，我們通過對工況的受力分析，在進行電機減速機選型時，有效的將相似工況、不同設(shè)備供應(yīng)商的設(shè)備所使用的電機減速機進行統(tǒng)一，避免后期在設(shè)備維護、備件采購上多品種管理，有效的促進了工廠設(shè)備和備件的標(biāo)準化，提高工廠的運營管理效率。

參考文獻：

[1]SEW.DRN.減速電機 樣本，21933189/EN