AGV用轮毂电机参数计算和结构设计

背驮式AGV小车牵引力及电机选型计算①AGV运行参数圆周率π=重力加速度g=支撑轮滚动阻力系数f=AGV运行坡度角α=AGV车自重G1=AGV车载重G2=AGV动力轮数量（即驱动电机数量）N=驱动轮直径D0=驱动轮静摩擦系数μ=运行速度V=加速时间t=电机输出轴转速n=总效率η=减速机服务系数(电机安全系数)k=主动轮齿数（带轮或链轮）Z主=从动轮齿数（带轮或链轮）Z从=③运行参数计算AGV车总质量m=驱动轮转速n驱=1000V/(π*D)总传动比i总=n电/n驱副传动比i副=n主/n从=Z从/Z主加速度a=V/t④agv行驶阻力计算agv滚动阻力计算（静态力）F f=mg*fagv加速阻力计算（动态力）F j=maagv坡度阻力计算F i=mg*sinαagv行驶阻力（等于AGV所需的牵引力）∑F=F f+F j+F iagv行驶总阻力矩∑M=∑F*R ⑤扭矩与功率计算减速机输出轴转速n j=n驱*i副或n j=n驱*Z从/Z主减速机负载扭矩（单台）T j=∑M/N减速机所需配备电机功率（单台）P j=T j*n j/9550/η或P j=FV/1000/η/N电机额定功率P0=Pj/ηAGV单驱动轮所需牵引力F牵=∑F/N驱动轮所需的正压力Fn=F牵/μ/g电机的转矩可分为两部分计算：1、经启动达到匀速旋转后，克服轴承摩擦阻力转矩T2，T2=F2 R2 （式中F2为摩擦阻力，R2受力点的旋转半径启动转矩T1 ，圆盘由静止到开始匀速旋转所克服的惯性转矩及摩擦力矩T2，T1=F1R1+T2，（式中F1为惯性力计算3.1415939.807m/s20.02f=0.018～0.0201度0.017453293弧度325Kg1100Kg1250mm0.4(聚氨酯轮)150m/min1.25s2250r/min0.851.2530减速电机直接带驱动轮，此项可省略30减速电机直接带驱动轮，此项可省略1425Kg190.985932r/min11.7809725电机输出转速与驱动轮转速之比在没有二级传动情况下，总传动比12m/s2v的单位：m/s279.4995N f:支撑轮滚动阻力系数2850N243.896944N3373.39644N小车牵引力等于行驶阻力421.674555NM R:驱动轮半径190.985932421.674555NM N:驱动电机数量；9.92102345KW T:减速机所需扭矩，单位：NM，n：减速机输出转速，单位：n/min9.92175425KW V:小车的运行速度，单位:m/s F:小车行驶总阻力 ,单位:N 功率11.6717923KW3373.39644N∑F:AGV行驶总阻力 N:驱动轮数量859.94607Kg F=μ*mg摩擦力等于正压力与静摩擦系数的乘积牵擦阻力，R2受力点的旋转半径）， F2= f N （式中 f 为轴承滚动摩擦系数，可根据使用轴承的结构查表。

AGV设计电机选择计算篇一：AGV小车设计系统结构设计以及动力学建模型内容提要：设计了一辆前后轮分独立驱动的小车，后轮用步进电机驱动，实现动力源，前轮由私服电机驱动，实现转向。

并建立其动力学方程。

AGV系统结构设置所设计的AGV小车的模型如图所示。

小车采用前后轮独立驱动的模式，后轮由电机带动齿轮传动，给与合适的动力源。

前轮有电机带动直推轴焊接横轴来实现转向。

四轮结构与三轮结构相比有较大的负载能力和平稳性。

1. 蓄电池组2. 伺服交流电动机3. 激光扫描仪4. 车载控制器5. 无线通讯装置6. 伺服交流电动机7. 减速器8. 驱动车轮图 AGV小车的模型图由于采用了两轮独立驱动差速转动的方式，因此两个驱动车轮的速度的同步性成，成为车辆稳定运行的一个重要指标。

鉴于此，齿轮减速结构与车轮通过柔性连轴器来连接。

AGV小车的动力学建模自从 A G V问世以来，人们在自动导引车的控制过程中一般满足于基于运动学的控制模型，而很少有人进行基于动力学的控制设计等方面的内容。

事实表明，根据AGV车体动力学模型，可以得到直接的电机输入与行走、导向车轮转速的非线性的耦合关系，将对指导车体机械结构设计、路径规划以及合理的路径跟踪控制规律设计有重要而且深远的意义。

由于 A G V在实际问题中有较严格地面要求的环境中运动，车速较低，限定了加速度的问题，而不会发生明显的车体“上跳”运动的现象出现，故可以在二维空间来研究其动力学模型。

现以我以后轮为电机带动齿轮来实现动力驱动的方式传达力矩，前轮则为由电机直接带动轴的转动从而达到转动的方式来实现转向的AGV为例建立动力学模型。

AGV由车体、蓄电池和充电系统、驱动装置、转向装置、精确停车装置、车上控制器、通信装置、信息采样子系统、超声探障保护子系统、移载装置和车体方位计算子系统等等组成。

“智能”较高的AGV都有车上控制器，它类似于机器人控制器，用以对AGV进行监控。

控制器计算机通过通信系统从地面站接受指令并报告自己的状态。

驱动轮电机用于驱动 AGV 的运行，包括AGV 的直行及差速转弯。

在选择电机时，我们通常需要计算出电机的额定功率、额定转矩、额定转速等[28]。

而在驱动电机的参数计算之前首先需要明确 AGV 的各项设计要求，如表3-1 所示。

表 3-1 AGV 设计要求3.1.1 电动机的选择1. 驱动力与转矩关系AGV 在地面行驶时，轮子与地面接触，AGV 克服摩擦力向前行驶，电机输出转矩Tq 为小车提供驱动力。

而Tq 经减速机减速后得到输出转矩Tt 输出至驱动轮，输出转矩Tt 为：q t g T i T η=式中 g i ——减速机减速比；q T ——电机输出转矩；t T ——输出转矩；η——电机轴经减速机到驱动轮的效率。

驱动轮在电机驱动下在地面转动，此时相对于地将形成一个圆周力，而地面对驱动轮也将产生一个等值、反向的力t F ，该力即为驱动轮的驱动力[29] 。

驱动力为：qqq t g t R T i R T F η== 式中q R ——驱动轮的驱动半径。

由于驱动轮一般刚性较好，视其自由半径、静力半径、滚动半径三者相同，均为q R 。

2. 驱动力与阻力计算小车在行驶过程中要克服各种阻碍力，这些力包括：滚动阻力f F 、空气阻力w F 、坡度阻力r F 、加速度阻力j F 。

这些阻力均由驱动力t F 来克服，因此：j r w f t F F F F F +++=(1) 滚动阻力f F滚动阻力在 AGV 行驶过程中，主要由车轮轴承阻力以及车轮与道路的滚动摩擦阻力所组成，f F 大小为：fg fz f F F F +=式中fz F ——车轮与轴承间阻力；fg F ——车轮与道路的滚动摩擦阻力。

其中，车轮轴承阻力fz F 为：N 6.320048015.010002/2/fz =⨯⨯===DdPD d PF μμ式中P ——车轮与地面间的压力，AGV 设计中，小车自重m 为100kg ，最大载重量m ax M 为200kg ，因此最大整车重量为300kg ，一般情况下，AGV 前行过程中，有三轮同时着地，满足三点决定一平面的规则，各轮的压力为P =1000N [30]；d ——车轮轴直径，驱动轮在本次设计中选择8寸的工业车轮，即d=48mm ；D ——车轮直径，查文献[40]可知，驱动轮在本次设计中选择8 寸的工业车轮，即D =200mm ；μ——车轮轴承摩擦因数，良好的沥青或混凝土路面摩擦阻力系数为—，μ =。

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电机的性能参数及减速装置的规格型号的确定直接决定整车的动力性，即车辆的运动速度和驱动力直接决定整车的动力特性。

因此电机必须通过详细计算进行选择，现在很多电机直接与减速装置组合在一起构成减速电机，为我们的设计带来了很大的方便，并且能使AGV的驱动系统简单化，结构小型化，此外性价比也比较高，因此此次设计直接选择减速电机作为驱动源。

1电机种类的选择与AGV相关参数自动引导车是电动车的一种，而电机是电动车的驱动源，提供给整车提供动力。

目前最常用的电动车辆驱动系统有以下三种:第一种是直流电机驱动系统，20世纪90年代前的电动汽车几乎全是直流电机驱动的。

直流电机木身效率低，体积和质量大，换向器和电刷限制了它转速的提高，一般其最高转速为6000-8000r/min。

但出于其缺点目前除了小型车外，电动车很少采用直流电机驱动系统。

第二种是感应电机交流驱动系统。

该系统是20世纪90年代发展起来的新技术，目前尚处于发展完善阶段。

电机一般采用转子鼠笼结构的三相交流感应电动机。

电机控制器采用矢量控制的变频调速方式。

其具有效率高、体积小、质量小、结构简单，免维护、易于冷却和寿命长等优点，该系统调速范围宽，而且能实现低速恒转矩，高速恒功率运转，但交流电机控制器成本较高。

目前，世界上众多著名的电动汽车中，多数采用感应电机交流驱动系统。

第三种是永磁同步电机交流驱动系统，其中永磁同步电机包括无刷直流电机和三相永磁同步电机，而永磁同步电机和无刷直流电机相比，永磁同步电机交流驱动系统的效率较高，体积最小，质量最小，也无直流电机的换向器和电刷等缺点。

但该类驱动系统永磁材料成本较高，只在小功率的电动汽车中得到一定的应用。

轮毂电机设计计算一、介绍轮毂电机是一种将电机直接安装在车辆的车轮轴上的电机，通过电机直接驱动车轮转动，实现车辆的驱动。

与传统车辆电机相比，轮毂电机具有结构简单、能量利用率高等优点。

本文将介绍轮毂电机的设计计算方法。

二、设计参数1.额定功率（Pn）:轮毂电机的设计功率，通常由车辆的需求来确定。

2.额定转速（Nn）:轮毂电机的设计转速，取决于车辆的最高速度和车轮直径。

3.额定扭矩（Tn）:轮毂电机的设计扭矩，由车辆的需求和转速来确定。

4.半径(r):车轮半径，决定了电机的大小和比功率。

5.密度(p):车辆的质量密度，用于估算车辆的操作条件。

根据这些参数，可以开始进行设计计算。

三、电机功率计算根据车辆的功率需求，可以计算轮毂电机的功率。

通常，功率计算公式如下：P=Pn/η其中，P为实际功率，Pn为车辆的额定功率，η为电机的效率。

电机的效率通常根据经验数据来确定。

根据车辆的额定扭矩和转速，可以计算轮毂电机的扭矩。

通常，扭矩计算公式如下：T=Tn/η其中，T为实际扭矩，Tn为车辆的额定扭矩，η为电机的效率。

五、电机转速计算根据车辆的最高速度和车轮直径，可以计算轮毂电机的转速。

转速计算公式如下：N=V/(πd)其中，N为电机的转速，V为车辆的最高速度，d为车轮直径。

六、电机电压计算根据车辆的功率需求，可以计算轮毂电机的电压。

电压计算公式如下：U=P/I其中，U为电机的电压，P为电机的功率，I为电机的电流。

电机电流通常通过电机的额定电压和额定功率来确定。

七、电机效率计算根据车辆的功率需求，可以估算轮毂电机的效率。

效率计算公式如下：η=P/(UI)其中，η为电机的效率，P为电机的功率，U为电机的电压，I为电机的电流。

在进行设计计算后，还需要选择合适的电机类型，常见的包括直流无刷电机、永磁同步电机和感应电机。

选择电机类型时需要考虑功率、效率、转速范围等因素。

总结：轮毂电机的设计计算是根据车辆的功率需求、转速和扭矩来确定电机的参数。

驱动系统部件的选择与校核AGV的驱动系统主要由驱动电源、电机和减速装置组成。

电机的性能参数及减速装置的规格型号的确定直接决定整车的动力性，即车辆的运动速度和驱动力直接决定整车的动力特性。

因此电机必须通过详细计算进行选择，现在很多电机直接与减速装置组合在一起构成减速电机，为我们的设计带来了很大的方便，并且能使AGV的驱动系统简单化，结构小型化，此外性价比也比较高，因此此次设计直接选择减速电机作为驱动源。

1电机种类的选择与AGV相关参数自动引导车是电动车的一种，而电机是电动车的驱动源，提供给整车提供动力。

目前最常用的电动车辆驱动系统有以下三种:第一种是直流电机驱动系统，20世纪90年代前的电动汽车几乎全是直流电机驱动的。

直流电机木身效率低，体积和质量大，换向器和电刷限制了它转速的提高，一般其最高转速为6000-8000r/min。

但出于其缺点目前除了小型车外，电动车很少采用直流电机驱动系统。

第二种是感应电机交流驱动系统。

该系统是20世纪90年代发展起来的新技术，目前尚处于发展完善阶段。

电机一般采用转子鼠笼结构的三相交流感应电动机。

电机控制器采用矢量控制的变频调速方式。

其具有效率高、体积小、质量小、结构简单，免维护、易于冷却和寿命长等优点，该系统调速范围宽，而且能实现低速恒转矩，高速恒功率运转，但交流电机控制器成本较高。

目前，世界上众多著名的电动汽车中，多数采用感应电机交流驱动系统。

第三种是永磁同步电机交流驱动系统，其中永磁同步电机包括无刷直流电机和三相永磁同步电机，而永磁同步电机和无刷直流电机相比，永磁同步电机交流驱动系统的效率较高，体积最小，质量最小，也无直流电机的换向器和电刷等缺点。

但该类驱动系统永磁材料成本较高，只在小功率的电动汽车中得到一定的应用。

但永磁同步电机是最有希望的高性能电机，是电动汽车电机的发展方向。

出于直流电机本身具有控制系统简单，调速方便，不需逆变装置等优点，并且本次毕业设计的AGV运行速度低，功率也不高，因此，采用直流电机（包含减速装置）作为驱动系统的动力源足够满足此次AGV设计，并且性价比优越。

单位AGV运行参数圆周率π重力加速度g m/s^2支撑轮滚动阻力系数f AGV运行坡度角α度AGV车自重G1kg AGV车载重GkgAGV动力轮数量（即驱动电机数量）N 驱动轮直径D mm 驱动轮静摩擦系数μ运行速度V m/s 加速时间t s 电机输出轴转速n 总效率η减速机服务系数(电机安全系数)k 传动比i运行参数计算AGV车总质量mkg 驱动轮转速n=1000V/(π*D)*60rpm 总传动比i 加速度a=V/t m/s^2加速距离s=V*V/2a m agv行驶阻力计算agv滚动阻力计算（静态力）Ff=mg*f N agv加速阻力计算（动态力）Fj=ma N agv坡度阻力计算Fi=mg*sin αN agv行驶阻力（等于AGV所需的牵引力）∑F=Ffji N agv行驶总阻力矩∑M=∑F*R Nm 扭矩与功率计算减速机输出轴转速njrpm 减速机负载扭矩（单台）Tj=∑M/N Mm 电机输出扭矩（单台）T=Tj/NMm 减速机所需配备电机功率（单台）Pj=Tj*nj/9550/η 或Pj=FV/1000/η/N kW 电机额定功率P0=Pj/ηkW 单驱动轮所需牵引力F牵=∑F/N N 驱动轮所需的正压力Fn=F牵/μ/g kg 电机输出轴转速n rpm 电机输出扭矩Nm 在D 列填入选型参数以下自动计算，勿修改，选中相应结果框可在顶上输入栏看到公式数据3.149.810.021.00150.002850.004.00200.000.402.0010.000.851.2515.003000.00190.9915.000.2010.00588.42600.00513.471701.89170.19190.9942.5510.641.001.18425.47108.462864.793.34。

表 3-1 AGV 设计要求3.1.1 电动机的选择1. 驱动力与转矩关系AGV 在地面行驶时，轮子与地面接触，AGV 克服摩擦力向前行驶，电机输出转矩Tq 为小车提供驱动力。

而Tq 经减速机减速后得到输出转矩Tt 输出至驱动轮，输出转矩Tt 为：q t g T i T η=式中 g i ——减速机减速比；q T ——电机输出转矩；t T ——输出转矩；η——电机轴经减速机到驱动轮的效率。

驱动轮在电机驱动下在地面转动，此时相对于地将形成一个圆周力，而地面对驱动轮也将产生一个等值、反向的力t F ，该力即为驱动轮的驱动力[29] 。

驱动力为：qqq t g t R T i R T F η==式中q R ——驱动轮的驱动半径。

由于驱动轮一般刚性较好，视其自由半径、静力半径、滚动半径三者相同，均为q R 。

2. 驱动力与阻力计算小车在行驶过程中要克服各种阻碍力，这些力包括：滚动阻力f F 、空气阻力w F 、坡度阻力r F 、加速度阻力j F 。

这些阻力均由驱动力t F 来克服，因此：j r w f t F F F F F +++=(1) 滚动阻力f F滚动阻力在 AGV 行驶过程中，主要由车轮轴承阻力以及车轮与道路的滚动摩擦阻力所组成，f F 大小为：fg fz f F F F +=式中fz F ——车轮与轴承间阻力；fg F ——车轮与道路的滚动摩擦阻力。

其中，车轮轴承阻力fz F 为：N 6.320048015.010002/2/fz =⨯⨯===DdPD d PF μμ式中P ——车轮与地面间的压力，AGV 设计中，小车自重m 为100kg ，最大载重量m ax M 为200kg ，因此最大整车重量为300kg ，一般情况下，AGV 前行过程中，有三轮同时着地，满足三点决定一平面的规则，各轮的压力为P =1000N [30]；d ——车轮轴直径，驱动轮在本次设计中选择8寸的工业车轮，即d=48mm ；D ——车轮直径，查文献[40]可知，驱动轮在本次设计中选择8 寸的工业车轮，即D =200mm ；μ——车轮轴承摩擦因数，良好的沥青或混凝土路面摩擦阻力系数为—，μ =。

背驮式AGV小车牵引力及电机选型计算①AGV运行参数圆周率π=重力加速度g=支撑轮滚动阻力系数f=AGV运行坡度角α=AGV车自重G1=AGV车载重G2=AGV动力轮数量（即驱动电机数量）N=驱动轮直径D0=驱动轮静摩擦系数μ=运行速度V=加速时间t=电机输出轴转速n=总效率η=减速机服务系数(电机安全系数)k=主动轮齿数（带轮或链轮）Z主=从动轮齿数（带轮或链轮）Z从=③运行参数计算AGV车总质量m=驱动轮转速n驱=1000V/(π*D)总传动比i总=n电/n驱副传动比i副=n主/n从=Z从/Z主加速度a=V/t④agv行驶阻力计算agv滚动阻力计算（静态力）F f=mg*fagv加速阻力计算（动态力）F j=maagv坡度阻力计算F i=mg*sinαagv行驶阻力（等于AGV所需的牵引力）∑F=F f+F j+F iagv行驶总阻力矩∑M=∑F*R ⑤扭矩与功率计算减速机输出轴转速n j=n驱*i副或n j=n驱*Z从/Z主减速机负载扭矩（单台）T j=∑M/N减速机所需配备电机功率（单台）P j=T j*n j/9550/η或P j=FV/1000/η/N电机额定功率P0=Pj/ηAGV单驱动轮所需牵引力F牵=∑F/N驱动轮所需的正压力Fn=F牵/μ/g电机的转矩可分为两部分计算：1、经启动达到匀速旋转后，克服轴承摩擦阻力转矩T2，T2=F2 R2 （式中F2为摩擦阻力，R2受力点的旋转半径启动转矩T1 ，圆盘由静止到开始匀速旋转所克服的惯性转矩及摩擦力矩T2，T1=F1R1+T2，（式中F1为惯性力计算3.1415939.807m/s20.02f=0.018～0.0201度0.017453293弧度100Kg1000Kg2125mm0.4(聚氨酯轮)30m/min1.5s2500r/min0.851.2530减速电机直接带驱动轮，此项可省略30减速电机直接带驱动轮，此项可省略1100Kg76.3943727r/min32.7249235电机输出转速与驱动轮转速之比在没有二级传动情况下，总传动比10.33333333m/s2v的单位：m/s215.754N f:支撑轮滚动阻力系数366.666667N188.271325N770.691992N小车牵引力等于行驶阻力48.1682495NM R:驱动轮半径76.394372724.0841247NM N:驱动电机数量；0.22665742KW T:减速机所需扭矩，单位：NM，n：减速机输出转速，单位：n/min0.22667412KW V:小车的运行速度，单位:m/s F:小车行驶总阻力 ,单位:N 功率0.26665579KW385.345996N∑F:AGV行驶总阻力 N:驱动轮数量98.232384Kg F=μ*mg摩擦力等于正压力与静摩擦系数的乘积牵擦阻力，R2受力点的旋转半径）， F2= f N （式中 f 为轴承滚动摩擦系数，可根据使用轴承的结构查表。

F f滚动阻力m*g*μ185.22 F j加速阻力m*a118.13 F i坡道阻力m*g*sinα323ΣF运运动阻力ΣF运＝Ｆf+F j303ΣF总阻力627ΣM总阻力矩ΣF*D/247ΣM运运动阻力矩ΣF运*D/223ΣM滚滚动阻力矩ΣF f*D/214 m AGV及载物小车总质量945 m1AGV自重145 m2载物小车重量800 g重力加速度9.8μ滚动摩擦系数0.02 a加速度a=V2/2S0.125 sinα坡道角:2°sin(2π/180)0.035 D驱动轮直径0.15估算牵引型AGV自重F r载物小车静态起步阻力F r=m2*g*ε588.00 F i物载物小车坡道阻力F i物=m2*g*sinα273.61ΣF静物载物小车静态起步牵引力ΣF静物=F r+F i物861.61ΣF静ＡAGV静态起步牵引力ΣF静Ａ=(ε+sinα)*m1*gΔG前轮向后轮转移重量ΔG=ΣF静物*h/L316.29ε静态起步阻力系数0.075 h牵引栓高度290 L AGV轴距790β驱动轮载荷占车体总重比例0.7μD地面附着系数0.75AGV与载物小车的起步总阻力等于驱动轮最大静摩擦力ΣF静物+ΣF静Ａ＝μD(β*m1*g-ΔG)故ｍ1=(ΣF静物+μD*ΔG)/(μD*β-ε-sinα)/gm1AGV自重m1=(ΣF静物+μD*ΔG)/(μD*β-ε-sinα)/g270.12N N P f 滚动阻力功率P f =K a *F f *V/μN P j 加速阻力功率P j =K a *F j *V/μN P i 坡道阻力功率P i =K a *F i *V/μN P 总电机总阻力功率P 总=Max(P j ,P i )+P f N.m P 单电机阻力功率P 单=P 总/n N.m P 电机功率P>P 单N.m n 电机数量kg V 工作速度kg V max 最大速度kg η机构传动效率 m/s2k a电机安全系数橡胶轮与混泥土地面m/s2从静止经过1m 距离达到速度初选电机 功率:200W 转速:3000rpm 额定转矩:0.636N.mi max 最大主减速比i max ＝ｎ电/n 轮imin最小主减速比i min ＝ΣF 运/M D i 主主减速比i主＝ｉ减*i 链N i 减电机减速器减速比N i 链链条减速比i链＝Ｚ从/Z 主N n 电电机最大转速N n 轮车轮最大转速n 轮=V max /(π*d)N前轮驱动M D AGV 系统驱动力矩M D =M 电＊n M 电电机驱动力矩mm Z 主主动链轮齿数mmZ 从从动链轮齿数选择电机减速比电机功率计算干混泥土速度、力矩、加速度、轮径校核kgV核AGV最大运行速度V核=n电/i主/60*π*dM核驱动轮驱动力矩M核=M D*i主F D电机传到驱动轮的力F D=M/D*2a核加速度a核=(F D-F f)/mR max最大承压R max=1.2*m1*g/numR min最小承压R min=1.2*m1*g/numR c轮压R c=(2R max+R min)/3F c许用轮压F c=R*B*C p≥R cB车轮接触长度(轮宽）C p橡胶轮许用接触应力R核驱动轮半径R≥Ｒc/B/C p130.74W83.38W228.14W358.89W179.44W200W样本选取20.50m/s1m/s0.85开式链:0.851.2Ka=1.1~1.5636N.m23.5517.8922.06须满足ｉmin<i主<i max15样本选取1.473000rpm127.39rpm1.272N.m0.636N.m1725核1.07m/s V>V max核28.06N.m M>ΣM运核374.12N0.20m/s2a>a核568.40N426.30N521.03N27mm0.98N/mm220mm D/2≥Ｒ核。