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电机负载扭矩计算

参数说明
丝杠导程10mm
丝杠长度1500mm
丝杠直径60mm
大同步轮直径11.6cm 与丝杠连接重量为2.25kg
小同步轮直径6cm 与电机连接重量为1.05kg
减速比2:1 i = 2
负载重量(推纸器+ 推的纸张)最终可达250kg
铸铁材料的一般润滑情况下静摩擦力系数0.3
传动机械效率取:0.8
丝杠的转速达到1800r/min
电机的转速达到3600r/min
为保证推纸器的效率,推纸器在走完100mm的距离(即此时电机转了20r)后达到最大速度。

这是保证效率的加速度要求,不能比这时间还要小了。

负载惯量计算:
1)大齿轮惯量
J1 = 1/2 *m *R^2 = 37.845*10^-4 kg*m^2
2)小齿轮惯量
J2= 1/2 *m *R^2 = 4.725*10^-4 kg*m^2
3)丝杠惯量
J3 = 1/2 *PV*R^2 = 0.014974 kg*m^2 =149.74 *10^-4kg * m^2
4)工作台惯量
J4 = m*(P /2*3.14)^2 = 6.34 * 10^-4kg *m^2
折算到马达的总传动惯量
J = J2 + 1/i^2 (J1 + J3 + J4) = 53.20625* 10^-4 kg*m^2
Vt = 60r/s= 376.8rad/s
Vt^2 = 2as
a = 90r/s^2 =565.2rad/s^2
则推纸器的加速度为450mm/s^2.
Vt = a*t
t = 2/3S 加速时间需要2/3S。

则所需加速扭矩为:T1= J*a =3.0072n*m
克服摩擦需要的电机轴端输出的扭矩:
(mgu*P)/i = T2*2*3.14*0.8
T2 = 0.73N*m
计算必须扭矩
T = T1 + T2
T = 3.73N*m
切纸机在实际使用中加减速过程并不是很频繁,推纸到位后,还要等待切纸完成才进行下一步。

从启动到位到下次再启动,大概需要5S 的时间。

但是用1.26KW的电机较稳妥。

1.26KW 电机额定扭矩为4N*m,额定转速为3000rpm.电机惯量为5.8*10^-4kg*m^2
与1.26KW电机的惯量比为53.20625/5.8 = 9.17
从电机的最大扭矩来讲,750W,1000W电机在过载情况下,扭矩也能够达到,但是惯量比比较大。

750W电机惯量比,53.20625/1.36 =39.12
1000W 电机的惯量比,53.20625/1.9 = 28.0032
1.05KW 的电机额定转速为2000rpm.,不好用。

综合惯量比与扭矩来考虑,还是选择1.26KW的电机较好。

关于750W电机的论证
目前计算出的扭矩为3.73N*m,
从扭矩角度讲,可以使用750W的电机,利用电机的过载能力来进行控制。

当750w电机达到3000RPM时,扭矩是
T= 9550*p/n =9550 *0.75/3000 =2.3875N *m
此时,由于电机还有3倍过载能力,所以,仍然可以输出7.1N*m. 但是当750W 的电机超过3600rpm时,此时扭矩是
T= 9550*p/n =9550 *0.75KW/3600rpm =1.99N *m
此时,电机没有3倍过载能力了,可能只有1.5倍的过载能力,最大只能输出2.985N*M的扭矩。

那么电机此时就会报following error .
根据现场情况来看,当设定速度为3600rpm时,电机会出现following error。

假如要使电机在3600rpm时,仍然要输出3N*M的力,那么电机的功率至少是:
9550*P/3600rpm = 3 N*m p = 1.13KW
换句话说,要找一个1.13Kw,额定转速是3600rpm,额定转矩是3N*M 的电机,且具有过载能力的电机就符合要求。

如果我们使用1KW,3000转的电机
当速度运行在3600rpm时
9550 * 1KW/3600rpm = 2.65N*m
假如我们的电机在超速后,有1.5倍的过载能力,那么电机可以输出扭矩 3.97N*m,勉强可以满足。

但长期使用,电机会处在高温状态,电机的性能会下降。

所以,综上,在当前的情况下,如果使用1:2的减速比,那么选择1.26KW的电机。

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