论文部分内容阅读
摘 要：这篇文章先介绍了汽车工程开发的过程中电机减速机正向选型办法，并将工程现场使用现状与市场产品现状进行说明。重点将设备在选型阶段，通过建立简易计算模型进行电机减速机的选型方法介绍。通过规范相应的电机减速机选型使得设备整体结构更加经济合理。
关键词：汽车工程;电机减速机;选型
引言
随着现代科学技术的发展，设备的自动化程度日新月异，各个环节都可以通过各种自动化的解决方案实现原先复杂的人工操作。电机减速机作为自动化设备的主要驱动单元，使用的场景也随着自动化的提升越来越广泛。经不完全统计，一个整车厂的能耗，70%是由电机减速机消耗的。电机减速机的选型精益性直接影响工厂的日常运营。电机又作为日常的常备备件占据了工厂备件库存的半壁江山，电机的规格又因品牌不同、设备的结构而千差万别。日常工作中，即使同一种设备电机的选型因为不同供应商的设计规范差异，电机减速机的选型也是不尽相同。作为工程技术人员，了解和掌握电机减速机的选型办法可以为将来工厂的经济性运行做好铺垫。
关于某设备电机减速机选型方法
汽车整车厂的自动化设备多种多样，为了便于对电机减速机选型进行系统化的介绍，挑选了总装工厂输送设备中的皮带滚床为例进行说明。
滚床的输送原理主要是通过电机驱动同轴连接的齿形皮带，由齿形皮带轮带动滚轮，非金属包胶的滚轮推动带车滑橇按照规划的放行运行。为了更好对滚床进行受力分析，我们建立相应的力学模型如下：
●驱动力的核算
我们将产品的质量设置为G1，滑橇的质量设置为G2，滑橇及产品的输送速度按照惯例设置为20m/min，那么如果G1和G2需要在指定的输送方向上，按照物流力学分析，输送滚床需要提供给带车滑橇一个水平方向的推力F，考虑到带车滑橇需要从静止启动，所受到的摩擦阻力为静摩擦力，因为滚床的滚轮为尼龙包胶辊子，通过查询手册，选取尼龙与金属之间的静摩擦系数为0.07，根据摩擦力计算公式：
Ff=Gμ=（G1+G2）*g*μ
根据项目经验，滑橇的重量一般在150KG左右，白车身的重量一般在650KG左右，故将上述数据带入到公式中进行核算：
Ff=（650+150）*9.8*0.07=548.8 N
根据物理力与反力原理，推力F=最大静摩擦阻力= Ff=548.8 N
●驱动功率的核算
根据功率核算公式：P=F*V
输送速度通过转化V=20m/min=0.33m/s，带入公式中进行核算，如下
P初=F*V=548.8*0.33=182.93 W=0.183 KW
核算过程得出，驱动带车滑橇需要提供的做功功率为0.183 KW，考虑到部件传动的能效损失，建议系数为0.85，故初选电机功率P为
P=P初/0.85=0.183/0.85=0.215 KW
●角速度的核算
功率作为电机减速机中最重要的参数之一，我们通过以上的初步核算，基本可以确认电机减速机的电机功率数据，在实际选型中，因为设备的结构，供应商设计人员的参数选择差异，因为在统一功率下的电机减速机仍然存在多种的电机减速机组合，故需要同步确认其他参数来支持电机减速机的选型，那么下一个需要确认的我认为主要是电机的输出转速。
根据角速度计算公式，如下：
V=R*ω角，进行换算后，得出 ω角=V/R;
其中V为输送线速度，经过上文核算，V=0.33m/s;
R为驱动滚轮的半径，根据项目输送设备常用滚轮的尺寸进行测量为60mm，将以上数据带入公式中进行核算，结果如下：
ω角=V/R=0.33/0.06=5.5 rad/s。
●转速的核算
经过核算，电机减速机与驱动滚轮的角速度相同，我们同事也得到了电机减速机输出轴的角速度为5.5 rad/s，根据角速度的下列公式：
ω角=2*π*n转速/60，进行换算后，得出n转速=60*ω角/2π，将上文核算的角速度带入到公式中进行核算，结果如下：
n转速=60*ω角/2π=60*5.5/（2*3.14）=52.55 rpm。
根据上述的核算过程，我们得到了电机减速机的另外一个重要参数-输出转速，通过输出转速的换算过程，我们也可以了解到，如果要满足20m/min的输送速度，考虑到滚轮与带车滑橇传动损失，电机减速机的输出转速不能小于52.55rpm。
●电机型号初选
根据上述的核算过程，我们基本已经确认了电机减速机的两个主要的参数：
P=0.215 KW，n转速=52.55 rpm。
下一步，我们可以依据这两个主要参数结合滚长的结构来进行电机减速机的型号初选，这个时候我们需要查询的资料是电机减速机选型手册，一般情况下，国内整车厂输送滚床的电机尝试用SEW电机减速机，为了减少篇幅，我们以SEW电机减速机选型手册为例进行说明，其他品牌的产品选型时可以进行参考。
通过手册查询，SEW电机减速机最靠近与0.215KW的电机减速机系列为0.25KW，因电机减速机驱动部件与减速机输出轴为直连方式，在进行减速机系列匹配时，我们考虑使用斜齿轮减速电机，在SEW选型手册当中为R系列，SEW电机减速机还有F、K、S等系列。为了减少机加部件的制作难度和滚床的整体强度，可以选择DR系列，该序号主要为说明电机减速机的安装方式。通过对结构的选型我们确定，滚床的电机减速机将在R..DR系列中进行选择。 利用电机减速机手册，查找到R系列中P=0.25KW选型系列表，根据初步核算的电机减速机输出转速52.55 rpm，可以查找到最接近此转速的电机减速机输出转速为58rpm，型号为R27DRS63L，通过手册我们还可以看到此款电机的其他参数。
●校核关键参数
根据上文核算，电机减速机需要提供的驱动力为548.8N，手册显示该电机可以承受的径向载荷为3180N，满足该设备的使用需求。关于使用系数，可以通过手册查询不同使用环境下的电机减速机使用系数含义，此部分不做详述。建议参数复核时，主要以扭矩为主。
r为电机输出轴齿轮的半径，根据项目输送设备常用滚轮的尺寸进行测量直径为85.5mm，通过公式R=D/2，换算后r=85/2=42.5mm=0.0425m，根据转矩公式：
M=F*r，上文核算后，F=548.8N，r=0.0425m，将以上数据带入公式中进行核算，得出：
M=F*r=548.8*0.0425=23.32 Nm<41 Nm，所选电机满足工况的使用要求
综上所属，带车滑橇输送的常规电机减速机选型可以确认为 P=0.25KW，輸出转速为58 rpm，输出转矩为 41Nm，电机减速机的轮廓系列为R27DRS63L，通过以上的信息我们就可以直接可以向SEW下发采购带车滑橇设备的驱动电机了。
结束语
在工程设计阶段，我们对电机减速机按照上述方式进行核算管理，一方面可以将设备的能耗、结构设计的更加经济合理，聚少成多，为后续的项目持续运营节省相当可观的运营费用。另一方面，我们通过对工况的受力分析，在进行电机减速机选型时，有效的将相似工况、不同设备供应商的设备所使用的电机减速机进行统一，避免后期在设备维护、备件采购上多品种管理，有效的促进了工厂设备和备件的标准化，提高工厂的运营管理效率。
参考文献：
[1]SEW.DRN.减速电机 样本，21933189/EN
关键词：汽车工程;电机减速机;选型
引言
随着现代科学技术的发展，设备的自动化程度日新月异，各个环节都可以通过各种自动化的解决方案实现原先复杂的人工操作。电机减速机作为自动化设备的主要驱动单元，使用的场景也随着自动化的提升越来越广泛。经不完全统计，一个整车厂的能耗，70%是由电机减速机消耗的。电机减速机的选型精益性直接影响工厂的日常运营。电机又作为日常的常备备件占据了工厂备件库存的半壁江山，电机的规格又因品牌不同、设备的结构而千差万别。日常工作中，即使同一种设备电机的选型因为不同供应商的设计规范差异，电机减速机的选型也是不尽相同。作为工程技术人员，了解和掌握电机减速机的选型办法可以为将来工厂的经济性运行做好铺垫。
关于某设备电机减速机选型方法
汽车整车厂的自动化设备多种多样，为了便于对电机减速机选型进行系统化的介绍，挑选了总装工厂输送设备中的皮带滚床为例进行说明。
滚床的输送原理主要是通过电机驱动同轴连接的齿形皮带，由齿形皮带轮带动滚轮，非金属包胶的滚轮推动带车滑橇按照规划的放行运行。为了更好对滚床进行受力分析，我们建立相应的力学模型如下：
●驱动力的核算
我们将产品的质量设置为G1，滑橇的质量设置为G2，滑橇及产品的输送速度按照惯例设置为20m/min，那么如果G1和G2需要在指定的输送方向上，按照物流力学分析，输送滚床需要提供给带车滑橇一个水平方向的推力F，考虑到带车滑橇需要从静止启动，所受到的摩擦阻力为静摩擦力，因为滚床的滚轮为尼龙包胶辊子，通过查询手册，选取尼龙与金属之间的静摩擦系数为0.07，根据摩擦力计算公式：
Ff=Gμ=（G1+G2）*g*μ
根据项目经验，滑橇的重量一般在150KG左右，白车身的重量一般在650KG左右，故将上述数据带入到公式中进行核算：
Ff=（650+150）*9.8*0.07=548.8 N
根据物理力与反力原理，推力F=最大静摩擦阻力= Ff=548.8 N
●驱动功率的核算
根据功率核算公式：P=F*V
输送速度通过转化V=20m/min=0.33m/s，带入公式中进行核算，如下
P初=F*V=548.8*0.33=182.93 W=0.183 KW
核算过程得出，驱动带车滑橇需要提供的做功功率为0.183 KW，考虑到部件传动的能效损失，建议系数为0.85，故初选电机功率P为
P=P初/0.85=0.183/0.85=0.215 KW
●角速度的核算
功率作为电机减速机中最重要的参数之一，我们通过以上的初步核算，基本可以确认电机减速机的电机功率数据，在实际选型中，因为设备的结构，供应商设计人员的参数选择差异，因为在统一功率下的电机减速机仍然存在多种的电机减速机组合，故需要同步确认其他参数来支持电机减速机的选型，那么下一个需要确认的我认为主要是电机的输出转速。
根据角速度计算公式，如下：
V=R*ω角，进行换算后，得出 ω角=V/R;
其中V为输送线速度，经过上文核算，V=0.33m/s;
R为驱动滚轮的半径，根据项目输送设备常用滚轮的尺寸进行测量为60mm，将以上数据带入公式中进行核算，结果如下：
ω角=V/R=0.33/0.06=5.5 rad/s。
●转速的核算
经过核算，电机减速机与驱动滚轮的角速度相同，我们同事也得到了电机减速机输出轴的角速度为5.5 rad/s，根据角速度的下列公式：
ω角=2*π*n转速/60，进行换算后，得出n转速=60*ω角/2π，将上文核算的角速度带入到公式中进行核算，结果如下：
n转速=60*ω角/2π=60*5.5/（2*3.14）=52.55 rpm。
根据上述的核算过程，我们得到了电机减速机的另外一个重要参数-输出转速，通过输出转速的换算过程，我们也可以了解到，如果要满足20m/min的输送速度，考虑到滚轮与带车滑橇传动损失，电机减速机的输出转速不能小于52.55rpm。
●电机型号初选
根据上述的核算过程，我们基本已经确认了电机减速机的两个主要的参数：
P=0.215 KW，n转速=52.55 rpm。
下一步，我们可以依据这两个主要参数结合滚长的结构来进行电机减速机的型号初选，这个时候我们需要查询的资料是电机减速机选型手册，一般情况下，国内整车厂输送滚床的电机尝试用SEW电机减速机，为了减少篇幅，我们以SEW电机减速机选型手册为例进行说明，其他品牌的产品选型时可以进行参考。
通过手册查询，SEW电机减速机最靠近与0.215KW的电机减速机系列为0.25KW，因电机减速机驱动部件与减速机输出轴为直连方式，在进行减速机系列匹配时，我们考虑使用斜齿轮减速电机，在SEW选型手册当中为R系列，SEW电机减速机还有F、K、S等系列。为了减少机加部件的制作难度和滚床的整体强度，可以选择DR系列，该序号主要为说明电机减速机的安装方式。通过对结构的选型我们确定，滚床的电机减速机将在R..DR系列中进行选择。 利用电机减速机手册，查找到R系列中P=0.25KW选型系列表，根据初步核算的电机减速机输出转速52.55 rpm，可以查找到最接近此转速的电机减速机输出转速为58rpm，型号为R27DRS63L，通过手册我们还可以看到此款电机的其他参数。
●校核关键参数
根据上文核算，电机减速机需要提供的驱动力为548.8N，手册显示该电机可以承受的径向载荷为3180N，满足该设备的使用需求。关于使用系数，可以通过手册查询不同使用环境下的电机减速机使用系数含义，此部分不做详述。建议参数复核时，主要以扭矩为主。
r为电机输出轴齿轮的半径，根据项目输送设备常用滚轮的尺寸进行测量直径为85.5mm，通过公式R=D/2，换算后r=85/2=42.5mm=0.0425m，根据转矩公式：
M=F*r，上文核算后，F=548.8N，r=0.0425m，将以上数据带入公式中进行核算，得出：
M=F*r=548.8*0.0425=23.32 Nm<41 Nm，所选电机满足工况的使用要求
综上所属，带车滑橇输送的常规电机减速机选型可以确认为 P=0.25KW，輸出转速为58 rpm，输出转矩为 41Nm，电机减速机的轮廓系列为R27DRS63L，通过以上的信息我们就可以直接可以向SEW下发采购带车滑橇设备的驱动电机了。
结束语
在工程设计阶段，我们对电机减速机按照上述方式进行核算管理，一方面可以将设备的能耗、结构设计的更加经济合理，聚少成多，为后续的项目持续运营节省相当可观的运营费用。另一方面，我们通过对工况的受力分析，在进行电机减速机选型时，有效的将相似工况、不同设备供应商的设备所使用的电机减速机进行统一，避免后期在设备维护、备件采购上多品种管理，有效的促进了工厂设备和备件的标准化，提高工厂的运营管理效率。
参考文献：
[1]SEW.DRN.减速电机 样本，21933189/EN