首页/文章/ 详情

【电机】电机选型计算公式与知识点汇总

3月前浏览3224

点击下方名片关注时光

       专注于非标机械设计领域的研究,分享机械经验,选型计算,机械感悟,SW教学,CAD教学,电子资源,好书推荐的一个公众 号专栏。


  
   

今天我们来讲讲不同的机械传动机构中电机选型计算时候的一些计算方法和公式。

01        
减速机传动        

     

注:电机选型的方法是先计算整个传动系统的转矩转换到电机轴上的转矩,然后根据该参数选择电机(下同)。


02        
皮带或链条传动        

     

这种传动方式在非标设计要求中经常用到。

03        
齿轮齿条传动        

     

04        
螺杆传动        

     

包含螺纹传动、丝杆传动等。

折算到电机的转矩 :        
按照能量守恒定律        

如果我们考虑到螺杆、负载及工作台的数据和效率


05        
传送带        

     

06        
齿轮齿条传动        

     


07        
常见传动机构的机械的效率        

     
阿基米德螺杆(带铜衬套) : 0.35 - 0.65        
阿基米德螺杆(塑料衬套):0.50-0.85        
滚珠丝杠 : 0.75- 0.85        
预加载滚珠丝杠:0.85 - 0.95        
正齿轮 : ~ 0.75        
锥齿轮 : 0.90 - 0.95        
蜗轮 : 0.45 - 0.85        
链轮 : ~ 0.95, 0.98        
调速皮带 : ~ 0.96, 0.98        
轴承 : ~ 0.98        


08        
摩擦        

     
摩擦的公共模型有三个组成部分 :      
1,滑动摩擦: 幅值大致不变.      
2,零速时的粘滞摩擦 (静摩擦).      
从零速到滑行的摩擦过渡不明显.      
仅仅在很低的速度下发生.      
对系统有不稳定的影响, 会造成粘滑运动的现象.      
3,与速度成正比的粘滞阻尼.      
     
     
常见的滑动摩擦系数      
钢对钢 : ~ 0.58      
钢对钢 (涂脂) : ~ 0.15      
铝对钢 : ~ 0.45      
黄铜对钢 : ~ 0.35      
紫铜对钢 : ~ 0.58      
塑料对钢 : ~ 0.15, 0.25      
09        
惯量系数        

     
低惯量 = 高加速度  (解读:选用低惯量的电机可以快速启动)        
牛顿定律告诉我们,对于一个旋转的系统 :        
M = J ω’         
M : 转矩 (Nm)        
J : 惯量 (Kg.m²)        
ω’ : 角加速度 (rd/s²)        
ω’ = M / J (加速度 = 转矩 / 惯量)        

       
补充:        
对于直线运动系统,        
F=m·a      
F:力 (N);      
m:物体的质量 (Kg)      
a:直线加速度 (m/s²)      
旋转运动系统与直线运动系统参数有对应的关系。
     
低惯量电机特性 :        
允许高动态系统        
增加系统带宽        


10      
电机计算常用的公式      

   
     
1、 电动机的感应电动势公式    
E=4.44*f*N*Φ    
E:线圈电动势    
f:为频率    
S:为环绕出的导体(比如铁芯)横截面积、    
N:为匝数、    
Φ:是磁通。    
感应电动势是电磁感应的本质,有感应电动势的导体闭合后,就会产生感应电流。感应电流在磁场中就会受到安培力,产生磁矩,从而推动线圈转动。    
从上面公式知道,电动势大小与电源频率、线圈匝数及磁通量成正比。    
磁通量计算公式    
Φ=B*S*COSθ    
当面积为S的平面与磁场方向垂直的时候,角θ为0,COSθ就等于1,    
公式就变成    
Φ=B*S    
将上面两个公式结合一下,就可以得到:    
电机磁通强度计算公式    
B=E/(4.44*f*N*S)。    
2、安培力公式    
我们要知道线圈受到的力是多少,就需要这个公式。    
F=I*L*B*sinα    
式中:    
I:为电流强度;    
L:为导体长度;    
B:为磁场强度;    
α:是电流方向与磁场方向间的夹角。    
当导线垂直于磁场时候,公式就变成:    
F=I*L*B    
(如果是N匝线圈的话,磁通B就是N匝线圈的总磁通,而不需要再乘N了)。    
知道了受力,就知道转矩,转矩等于扭力乘以作用半径,    
T=r*F=r*I*B*L(向量乘积)。    
通过功率=力*速度(P=F*V)以及线速度V=2πR*每秒转速(n秒)两个公式 ,可以与功率建立上关系,得到下面序号4的公式。不过要注意,这时候使用实际输出扭矩,所以计算出的功率是输出功率。    
3、交流异步电机的转速计算公式    
交流异步电机的转速计算公式:    
n=60f/P    
这个很简单,转速与电源频率成正比,与电机极对子(记住是一对)数成反比,直接套用公式就好。    
不过这个公式实际计算出是同步转速(旋转磁场速度),异步电机实际转速会略低于同步转速,所以我们往往会看到4极电机一般是1400多转,达不到1500转。    
4、电机转矩、功率计转速的关系    
电机转矩、功率计转速的关系:    
T=9550P/n    
P:电机功率;    
n:电机转速    
可以从上面序号1内容中推导出来,不会会推导没关系,记住这个计算公式就可以。    
不过再次提醒,公式中功率P不是输入功率,而是输出功率,由于电机有损耗,输入功率不等于输出功率。    
5、电机功率(输入功率)    
① 单相电机功率计算公式    
P=U*I*cosφ,    
如果功率因数为0.8,电压为220V,电流为2A,那么功率P=0.22×2×0.8=0.352KW。    
② 三相电机功率计算公:    
P=1.732*U*I*cosφ    
cosφ:功率因素;    
U:为负载线电压;    
I:为负载线电流;    
不过这类的U和I与电机的接法有关,星形接法的时候,由于三个相隔120°电压的线圈公共端连接一起,形成一个0点,所以加载在负载线圈的电压实际是相电压;而三角形接法时,每个线圈两端各连一根电源线,所以加载负载线圈上的电压就是线电压。    
如果使用的是我们常用的3相380V电压,星形接法时候线圈是220V,而三角形则是380V,P=U*I=U^2/R,所以三角形接法时功率是星形接法的3倍,这也就是为什么大功率电机采用星三角降压启动的原因。    
注:以上公式中没有特别给出参数单位说明的都是国际制单位。    

   
机械设计的内容讲解到此结束,留言功能已开通,欢迎各位进行补充。    


-End-


免责声明:本文系网络转载或改编,仅供学习,交流所用,未找到原创作者,版权归原作者所有。如涉及版权,请联系删。

   

    



   
来源:非标机械专栏
电源电子电机传动
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-08-07
最近编辑:3月前
非标机械专栏
签名征集中
获赞 174粉丝 49文章 1186课程 0
点赞
收藏
作者推荐

【机械设计】机械工程师,值得耐心学习的非标机械设计总结

1.多动手实践机械设计往往离不开自己的阅历和经验的积累。固然可以从书本上学到不少,但是事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象,对别人的经验,自己没有一定的基础,要理解吸收真的是一件很不容易的事。所以要动动脑和动手,不要等着别人来给你解决问题,要自己去摸索。经过自己思考之后没能解决再去请教别人,这样对问题的理解程度就不一样了。2.了解加工工艺机械设计贯穿设计、制造、使用,维护的整个过程,设计时的疏忽总会在这些方面反映出来,成功与否是很容易判断的。设计的过程中,受制造的影响很大,亦就是说好的设计是不能脱离制造的,对制造越了解,越有助于提高设计水平。设计的图纸,投入生产,我没见过多少能立即按图加工装配,在审图、工艺等过程发现大堆的问题很常见,包括所谓“资深”的高工,总工拿出的图纸,还是经过多次开会研究反复讨论的出来的结果,原因是多方面的,绘图的规范性,看图者的水平是一方面,但设计方对制造工艺的了解不深入是主要原因。怎样判定自己对制造的了解程度?最简单的方法是随手抓一张自己设计的东西的图纸你是否能说出它的制造全过程。铸、锻、车、钳、铣、刨、磨,只是这样子,肯定是不行,在机械厂做过几年的谁不知道?必须细分下去,要全面了解各过程。比如说铸造时候怎么分型,浇口冒口怎么放,可能会有什么样的铸造缺陷产生,零件结构在热处理的时候会不会导致意外情况发生的,怎么在零件结构上进行优化,切削加工过程,在脑海中虚拟出来,总共用几把刀,转速,走刀量,甚至铁屑望哪里飞,各把刀使用的顺序,车工,铣工,磨工的操作动作全过程,如此等等,才算是有了比较好的基础。不是说搞设计的一定要会玩车床,铣床,会烧电焊才可以,但是要知道这些作业特点,在设计时加以充分考虑,作为搞机械设计的人这样才比摇车床烧电焊的强,才有安身立命之处。如此,在设计过程中,就会规避一些不合理的结构,设计的质量自然提高不少,可是还不够,一个有十年八年的工龄的技工能提出比你更成熟的细节方案(尽管整体的设计统筹他们做不了),但是多少个不眠的夜晚设计出就这样一个结果,岂不是斯文扫地耶?唯一的解决办法,多看书。别人总结出来的通常与生产相结合,俱是心血的结晶。带着问题学,多想就能消化。再也不会说“只要保证同心度就行了”这样愚蠢的回答,关键是你已经指出保证同心度的方法,甚至前辈的错误。3.设计要考虑维修使用根本就离不开维修,好的设计更不能忽视维修性。在一条大型的的生产线上,关键的设备,总共一年也就维修那么两次,但是每此都要把设备大卸八块,行车叉车千斤顶撬杠十八般兵器还不够用,老师傅们还要自己专门动脑动手玩几样好用的专用家当来伺候,导致停产的损失已经超过设备本身的价值,真是个无言的结局。一套大型设备仅因更换一只油封什么的,都要几乎将整机完全分解,使用单位不骂设计干的是断子绝孙的玩意才怪,真的是设计者的悲哀。4.设计学会继承与创新我们搞设计不光是要站在制造的基础上,还要有创新,但一定要学会继承。现在,全社会都在强调创新,但我们不能一强调创新,就瞧不起原有的东西。通常的创新分为两种,一种就是构成事物旧有元素的重新组合,一种是在旧有元素上加一些新的元素。所以,不管怎样,创新的东西总是含有一些旧有事物的影子是不可否认的。正像哲学中所讲,新事物都是在肯定中否定,否定中有肯定中产生的。不能为了创新,把旧有的东西全盘抛弃。原有的东西就如同一盘菜,创新就如同一点点调料,有了这么一点调料,菜的味道更加鲜美。但没有人为了纯鲜美,不要菜,光来一盘炒调料的。所以我们强调创新,但不能忘记继承,只有继承,没有创新,那是因循守旧,而只有创新,没有继承,那是空中楼阁。作为从事设计行业的人来讲,抄袭是一件可耻的事情。所谓一抄二改三创造。简练的概括了设计人员的成长之路。刚入门的时候,只能照抄,但是在抄袭的同时要拼命的去理解原设计者的意图和思维,理解整个机器的传动,各个装置之间的相互关联,每个零件的相互关系,理解了之后就可以出图,图纸上就可以有明确的尺寸配合要求,形位公差约束。只知道画下来,随手胡扯几根线条上去,大概感觉机器精度比较高,就玩命的把精度往上提动不动就0.005,0.002,在图纸上大言不惭的签名在设计栏。号称自己搞的东西是很精密的。这种不知所谓的号称机械机械设计工程师的信手拈来满地都是。5.做设计要有自己的想法,形成自己的设计风格模仿优秀的作品是每一个设计师的必走之路。但是做设计,一定要有自己的想法,人也要有自己鲜明的个性,久了,就形成了自己的风格,风格的养成与一个人的艺术素养和个人修养有直接关系。罗嗦的人搞出来的东西就是那么罗嗦的,小气的人搞出来的东西就是一副小家子气,不负责任的人搞出来的机器就跟那人的德行一样的不负责任。能有自己的设计理念,设计风格,就是不一样,这样捣腾出来的东西就有了独特的灵魂。行家一看就知道,这是用心的杰作。在抄袭的时候积累了经验就要抱着否定的态度学习。查阅资料,多看些经典的设计案例,和设计的禁忌,与自己接触过的一些东西进行对比,就有了大的提高。就可以在现有的机器上动手术。如:提高机器的附加值,完善更多的功能,让整机具备更高的可靠度。从而迎合高端的客户;或者进行结构精简,保留一些常用功能,降低成本,满足些买不起那么也用不上多功能的客户的需求。做到这样就可以称的上做机械设计开始入门了。能不能成为世界级的发明家这个事情很难说的,呵呵。但是凭自己多年经历见识,将一些结构进行组合,变异,嫁接,创造一些新的东西是不难的。与其用一生的时间去研究永动机之类的高深课题,或者搞一些莫名其妙不能创造任何价值的所谓专利,不如用自己有限的生命去做些能在这个美丽的星球上留下点印记的事情。到时候老得快死了,临终的时候还会想到,活了这么多年,捣腾了那么多机器在地球上跑,足以含笑九泉。一个真正谈的能称之为机械设计工程师,需要十年甚至十年以上的磨砺。还要有相当的天分以及勤奋和能造就人的环境。天才等于99%的勤奋+1%的努力其实说的并不是只要下苦工就会有成就。这句话说的是若一个人对某个职业没有那1%天分,再勤奋也是没有用的。勤奋是一个发掘自己天分的一个途径,是有所成就的必须条件之一,而不是全部。绝对不是。机械设计贯穿设计、制造、使用,维护的整个过程零件的工况(震动,冲击,高温,低温,高速,高载都应当慎重对待);零件尺寸和质量的限制;零件的重要程度(对于整机可靠度的相对重要性)2、工艺要求毛坯制造(铸造,锻打,切板,切棒);机械加工;热处理;表面处理3、经济性要求:材料价格(普通圆钢与冷拉型材,精密铸造,精密锻造的毛坯成本与加工成本的对比,);加工批量和加工费用;材料的利用率;(如板材,棒料,型材的规格,合理的加以利用);替代(尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料。还要考虑当地材料的供应情况4、机械设计的基本要求对机器使用功能方面的要求要注意协调、平衡。对机器经济性的要求设计经济性,在短的时间里投产上市,捞回开发期间的消耗,甚至边设计边制造。使用经济性、 要有最佳的性能价格比(产品在小批量做开始赚了,再来改的更好)项目制造力流程。对机械零件设计的基本要求 。在预定工作期限内正常、可靠地工作,保证机器的各种功能 。要尽量降低零件的生产、制造成本 ,尽可能多的采用市场常见标准件。对可能系列化的产品,尽可能的在开始设计的时候考虑零件的通用性,无法通用的也要尽可能的在结构上类似,以减少制造过程的工艺编排,夹具工装设计的工作量。来源:非标机械专栏

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈