如何确定电机的尺寸

如今，工程师在设计系统时有越来越多的运动控制产品可供选择。随着种类的增加，正确选择电机解决方案的需求变得至关重要，以确保最具成本效益的设计，同时保证可靠和良好的项目执行。这意味着不再使用过度或“这是我们上次所做的”作为设计标准。正确确定系统规模是必须的。在过去，这可能会被避免，因为它被认为很难或太耗时。但是，如果遵循一些简单的步骤，就可以收集所需的信息，从而为最适合的应用程序提供指导。

步骤1:定义运动轮廓

这一步有时是最具挑战性的。搬家周期有多长？移动之间有停顿吗？旅行的距离是多少？为了理解这些问题，通常需要将机械系统设计到完成或接近完成。完成设计还有助于收集信息，从而正确确定电机的尺寸。

在这一步，需要审查其他规格或参数。了解分辨率、位置保持和停止精度等要求可能会引导设计人员使用步进电机或伺服电机等电机技术。

步骤2:计算负载参数

要正确确定电机的尺寸，您需要计算扭矩和惯性。一个有时被忽略的参数是负载惯性矩或简称负载惯性。根据定义，惯性矩是改变物体旋转速度的难易程度的度量。机械系统的每个部件都有惯性，在确定负载惯性时必须包括在内。负载惯性对整体系统性能至关重要。如果负载惯性和电机惯性之间的比率过高，系统性能将受到影响。在某些情况下，它会阻止电机启动。

对于大多数系统来说，5:1到10:1之间的惯性比是一个很好的准则。如果需要高性能、高加速度，2:1或1:1的比率可能更合适。当惯性比高于10:1时，需要考虑改变机械系统。通常，对丝杠螺距的微小改变或增加齿轮箱将提供将惯性比降低到期望值的预期效果。这确实需要更高的电机速度来保持相同的输出速度。这就是为什么在选择电机时必须准备好电机扭矩曲线的原因。

一旦我们计算出惯性，我们需要计算系统的最大扭矩。最大扭矩是加速扭矩和摩擦扭矩的总和。了解运动轨迹至关重要的另一个原因是。负载所需的加速度越高，加速扭矩越高，因此最大电机扭矩也越高。当设计具有灵活性时，最好使用尽可能低的加速度，从而获得最低的加速度扭矩。如果加速度未知，计算加速度的经验法则是使用梯形运动曲线，其中三分之一的运动时间电机加速，三分之一的时间电机恒定运行，三分之一的运动时间电机减速。

有几个与负载机制相关的因素会影响摩擦扭矩。选择的机构会影响摩擦扭矩。例如，当设计线性致动器时，选择丝杠或滚珠丝杠会对摩擦扭矩产生重大影响。相互滑动的材料类型会影响摩擦系数，这些表面是否润滑最终会影响摩擦扭矩。这些变量可以通过选择减少摩擦和提高效率的机械部件来管理。这些变量强调了为什么尽可能多的了解机械系统信息对于电机的适当尺寸如此重要。

计算出最大扭矩后，参考速度-扭矩曲线，确定所选电机能否在最大电机速度下提供所需的扭矩。这就是理解伺服和步进机大小差异的地方。对于步进电机，使用峰值扭矩。选择步进电机解决方案以满足速度-扭矩要求时，一个好的经验法则是使用1.5的安全系数。选择电机后，确认电机与负载的惯性比低于10:1。如果不是，考虑修改机械系统以减少惯性，如添加齿轮箱或增加螺距（如果是丝杠机构）。这样做也将降低所需的扭矩。但是要注意，改变传动比会增加电机速度。再次检查电机在现在增加的电机速度下是否仍能产生所需的扭矩。

要计算必要的参数，您需要以下信息:

• 驱动机构–即直接驱动、滚珠丝杠、皮带轮、齿条和小齿轮
• 负载的尺寸和质量
• 零件的尺寸和质量
• 机械部件的摩擦系数
• 运动轮廓

其他考虑

• 解决
• 电源电压（交流或DC）
• 操作环境（IP等级）
• 运动控制组件
• 系统成本