电机选型典型案例1—滚珠丝杆垂直安装 + AC电机驱动，附excel 自动计算表格

1驱动机构的规格及运行条件

1.1 机构组成及形式

如图，工作台采用滚珠丝杆上下移动，动力为带电磁制动的AC减速电机。

图片来自网络

【补充说明】采用这种结构形式的实际案例很多，如用于垂直布置的双层皮带线两端的升降机，升降工作台，顶升上料装置，机械手等。

图片来自公众号《机械工程文萃》

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1.2 要求规格参数

1.3  运行条件（工况）

电机电源：单相220V，50H_Z

工作时间：1天间歇运5小时

工作条件：反复起动、停止；停止时需保持负载。

2 确定减速机的减速比

2.1 减速机输出轴的转速：

    [r/min]

【公式理解】公式比较好理解，其中60是时间单位由每秒种转换为每分钟。

2.2  减速机的减速比

带电磁制动电机（4极型）在50Hz下额定转为1200~ 1300 [r/min]

据此，选择减速比为 i = 9。

【公式理解】电机的速度是根据需求和相关电机型录资料查得。

3 必要转矩T_M 的计算

3.1 运行方向负载

  [N]

【公式理解】请参考：一文全面掌握电机选型计算通用公式，让你机械设计如虎添翼！公式（46）。

3.2 滚珠丝杆的预负载

 

  [N]

【公式理解】请参考：一文全面掌握电机选型计算通用公式，让你机械设计如虎添翼！公式（47）的说明，预负载的大小约为运动方向负责的二分之一到三分之一。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！

3.3 负载转矩

  [N·m]

【公式理解】请参考：一文全面掌握电机选型计算通用公式，让你机械设计如虎添翼！公式（47）。

考虑安全系数S_f = 2 。

    [N·m]

根据前面的计算结果：减速比i= 9、负载转矩T_L = 0.86 [N·m]，选择满足减速机容许转矩的减速机及带电磁制动电动机。

参考相关型录“装有减速机时的容许转矩”表，初选电机：4RK25GN-CW2ML1、减速机4GN9KF。

3.4  必要转矩T_M

将负载转矩换算为电机输出轴的数值，求得必要转矩T_M。

 

  

(减速机4GN9KF的传动效率 

)

前面选定的4RK25GN-CW2ML1的起动转矩为160 [mN·m]，满足必要转矩118 [mN·m]，因此该机构可以起动。

另外，确认停止时是否可通过电磁制动保持重力负载。

在此，假定是以与先前求得的负载转矩相等的负载进行运转。

3.5 电动机输出轴保持负载的必要转矩T’_M

= 0.0956 [N·m] = 95.6  [mN·m]

之前选定的4RK25GN-CW2ML1的电磁制动部分的静摩擦转矩为100[mN·m]，满足保持负载的必要转矩95.6 [mN·m]。

4 负载转动惯量J的确认

4.1 滚珠丝杆的转动惯量

=0.993×10^-4     [kg·m ²]

【公式理解】请参考：一文全面掌握电机选型计算通用公式，让你机械设计如虎添翼！公式（13）。

4.2  工作台与工作物的转动惯量

   [kg·m ²]

【公式理解】请参考：一文全面掌握电机选型计算通用公式，让你机械设计如虎添翼！公式（55）。

4.3 减速机输出轴的负载转动惯量J₀

J₀ = J_s+J_M

 = 0.993 x10^-4+0.286 x10^-4

= 1.28x10^-4    [kg·m ²]

4.4  转动惯量判定

此处减速比为9的减速机4GN9KF的容许负载转动惯量J_G，参照产品型录，使用以下公式：

   [kg·m ²]

因J_G，即负载转动惯量为容许值以下，故可以使用。

转矩尚有余量，可通过空载时的转速（约1470r/min）确认移动速度。

 =13.6 [mm/s]

N_M - 电机转速

【公式理解】电机通过减速机减速后的转速与滚珠丝杆导程的乘积得到工作台每分钟移动距离，60为时间单位每秒钟转换为每分钟。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！

以上确认结果均能满足规格要求。

由此，选用电机：4RK25GN-CW2ML1、减速机：4GN9KF。

5 总结

总体计算思路和步骤

（1）选确定减速机的减速比，满足工作台的移动速度是选择电机要达到的最基本的要求。

（2）计算必要转矩，以此为依据初步选定电机和减速机。所谓必要转矩给负载提供足够的力让负载移动所需要提供的扭矩。顾名思义，必要就是必要条件但不一定是充分条件。

（3）负载转动惯量校核确认，将初步选定的电机和减速机，整个驱动机构成为完整的系统，计算出整个系统的转动惯量，与电机（减速机）输出轴的容许值进行比较，是否满足要求。

概括起来：速度（减速比）-能动（必要扭矩）-按要求动（转动惯量）

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以上述选型计算过程，作为学习了解，采用excel自动计算更方便快捷。

《滚珠丝杆垂直安装 + AC电机驱动》excel自动计算表截图：

自动计算表格说明：手工输入基本参数，根据要求初选电机和减速机并输入相关参数，自动计算结果并进行判别是否可用，不可以则需要重新选择输入，直到结果符合要求为止，省去了手工计算的麻烦。

特别说明：

（1）计算说明部分参考某品牌电机选型资料进行整理完善及说明。excel自动计算表格为作者原创编写制作，版权为作者所有，未经允许不得违规使用。

（2）因作者水平、疏忽和时间局限等原因，文中可能会有疏漏之处，欢迎读者留言斧正和探讨。

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