AGV驱动系统电机及减速机选型计算书
1 编制目的
为保证AGV在额定载荷条件下能够满足启动、加速、匀速运行及爬坡等工况要求，对驱动系统进行理论计算，为驱动电机及减速机选型提供依据。
本计算依据车辆运动力学原理，综合考虑车辆滚动阻力、加速阻力及坡度阻力，计算驱动轮所需输出扭矩及驱动电机功率。
2 设计依据
本计算主要依据以下理论及标准：
- 《机械设计手册》
- 《机械设计》
- 《物流搬运设备设计》
- GB/T 30029 《自动导引车（AGV）通用技术条件》
- 电机及减速机厂家样本计算方法
3 基本设计参数
3.1 AGV运行参数
| 参数 | 符号 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| AGV自重 | G₁ | 1050 | kg |
| 额定载荷 | G | 4500 | kg |
| AGV总质量 | m | 5550 | kg |
| 最大运行速度 | V | 0.6 | m/s |
| 加速时间 | t | 2 | s |
| 坡度 | α | 0.5° | ° |
3.2 驱动系统参数
| 参数 | 符号 | 数值 |
|---|---|---|
| 驱动轮数量 | N | 4 |
| 驱动轮直径 | d | 200 mm |
| 驱动轮半径 | R | 0.1 m |
| 减速机速比 | i | 43.75 |
| 减速机效率 | η | 0.85 |
| 滚动阻力系数 | f | 0.02 |
| 重力加速度 | g | 9.81m/s² |
| 功率安全系数 | k | 1.30 |
4 计算假设
为了便于工程计算，本计算采用以下假设：
AGV运行地面平整，滚动阻力系数保持恒定。
四个驱动轮均参与驱动，并平均承担驱动力。
不考虑转弯时轮胎侧向滑移产生的附加阻力。
不考虑驱动轮及电机转动惯量产生的附加惯性力矩。
不考虑风阻及其他微小阻力。
电机长期工作于额定工况。
以上假设符合一般工业AGV的工程计算要求。
5 行驶阻力计算
AGV运行过程中，驱动系统需克服三部分阻力：
总阻力 = 滚动阻力 + 加速阻力 + 坡度阻力
即：
F = Ff + Fa + Fi
5.1 滚动阻力
滚动阻力由轮胎与地面接触产生，其计算公式：
Ff = m × g × f
代入数据：
Ff = 5550 × 9.81 × 0.02
计算结果：
Ff = 1087.8 N
分析：
滚动阻力与车辆质量成正比，是车辆匀速运行时持续存在的阻力。
5.2 加速阻力
车辆加速度：
a = V ÷ t
= 0.6 ÷ 2
= 0.3 m/s²
根据牛顿第二定律：
Fa = m × a
Fa = 5550 × 0.3
Fa = 1665 N
分析：
加速阻力仅在车辆启动和加速阶段存在，是决定电机峰值输出能力的重要因素。
5.3 坡度阻力
坡度阻力计算公式：
Fi = m × g × sinα
Fi = 5550 × 9.81 × sin0.5°
Fi = 474.4 N
分析：
坡度阻力来源于车辆重力沿坡面方向的分力。
本计算按0.5°坡度进行设计，满足一般厂房地坪要求。
5.4 总行驶阻力
F = 1087.8 + 1665 + 474.4
F = 3227.2 N
因此：
AGV满载加速运行时所需最大牵引力为：
3227.2N
6 驱动轮扭矩计算
6.1 驱动轮总输出扭矩
驱动轮输出扭矩：
M = F × R
M = 3227.2 × 0.1
M = 322.72 N·m
6.2 单台减速机输出扭矩
由于四轮平均驱动：
To = M ÷ N
To = 322.72 ÷ 4
To = 80.68 N·m
说明：
此值为减速机输出轴连续运行所需额定输出扭矩。
7 转速计算
驱动轮输出转速：
no = (1000 × V × 60) ÷ (π × d)
no = 57.3 rpm
电机额定转速：
nm = no × i
nm = 57.3 × 43.75
nm = 2507 rpm
分析：
电机转速约2500rpm，与3000rpm系列交流伺服电机匹配。
8 功率计算
减速机输出功率：
Po = To × no ÷ 9550
Po = 0.484 kW
考虑减速机效率：
Pm = Po ÷ η
Pm = 0.569 kW
考虑安全系数：
P = Pm × k
P = 0.74 kW
因此：
单台驱动电机额定功率应不低于：
0.74 kW
9 电机输出扭矩校核
电机轴额定扭矩：
Tm = To ÷ (i × η)
Tm = 2.17 N·m
考虑安全系数：
Tm = 2.17 × 1.3
Tm = 2.82 N·m
因此：
电机额定输出扭矩应不低于：
2.82 N·m
10 计算结果汇总
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 总质量 | 5550kg |
| 总行驶阻力 | 3227.2N |
| 驱动轮总输出扭矩 | 322.72N·m |
| 单台减速机输出扭矩 | 80.68N·m |
| 减速机输出转速 | 57.3rpm |
| 电机额定转速 | 2507rpm |
| 理论输出功率 | 0.484kW |
| 考虑效率后功率 | 0.569kW |
| 安全系数修正后功率 | 0.74kW |
| 电机额定输出扭矩 | 2.82N·m |
11 工程分析
滚动阻力约占总阻力的34%，是车辆持续运行时的主要负载。
加速阻力约占总阻力的52%，说明车辆启动阶段对驱动系统要求最高。
坡度阻力约占总阻力的14%，满足一般工业厂房运行要求。
本计算采用四驱平均受力方式进行计算，实际运行中由于地面不平整、载荷偏置等因素，各驱动轮受力可能存在差异，因此选型时已引入1.3安全系数，以保证系统具有足够的功率和扭矩储备。
12 选型建议
依据上述计算结果，单台驱动系统所需额定功率约为0.74kW，额定输出扭矩约为2.82N·m。
综合设备长期连续运行、启动冲击、制造误差、载荷波动及可靠性要求，建议驱动系统采用：
- 750W交流伺服电机 + 43.75减速机（满足正常工况）
- 若存在频繁启停、冲击载荷或未来扩展需求，建议采用1kW交流伺服电机，以提高系统可靠性及使用寿命。