马达选型计算方法

A Limited 文件名称： 文件编号： Organization

Page 1 of 5 马达选型计算方法

1. 常用马达特点

1.1. 交流马达：最常用。转矩大，转速一般在1500转/分左右。 1.2. 直流马达：

1.3. 步进马达：如东方。扭矩大。不能扭矩过载，否则会丢步。选型计算一般留100—200%的转矩余量。

1.3.1. 从静止到额定转速（1000转/分左右）要约0.2—0.4秒。

1.4. 数字伺服马达：如松下。功率大。高速时扭矩稳定，扭矩过载能力强，一般为额定的3倍。可以长时间工作的额定转矩的2倍。

1.4.1. 从静止到额定转速（3000转/分左右）要约60毫秒。 2. 选型计算例子：使用状况描述

2.1. 控制：使用 三菱PLC FX1S-20MT-001，最大脉冲速度100K Pulse/sec

行程120mm，定位精度+/-0.1mm阻力10牛前进Kg左右震动后退原点传感器伺服马达：松下，可以装减速机齿轮、齿条：品牌 日本MISUMI#行程：120mm#定位：精度+/-0.2mm（应该是个要求很低的定位精度）（一）齿条：左右震动，0.2～0.3秒一个往复，即单行程0.1～0.15秒。（二）齿轮：伺服马达（可以配减速机）驱动。·齿轮：安装在马达轴上，正反转·重量：0.05～0.2Kg·直径：20～50mm根据马达轴的直径确定 3. 马达种类的选择：

3.1. 有定位需要。因此：需要采用有定位功能的步进或伺服马达。 3.2. 步进与伺服的选择。

3.2.1. 一般步进便宜。优先选择步进。

3.2.2. 要求在0.1秒内急加速，达到600转/左右。反应速度是步进马达无法达到的，因此选择伺服。

4. 伺服马达的选型计算：主要是转速、扭矩、制动等问题。

4.1. 动作过程说明：在此起停频繁，仅仅最大允许0.15秒，采用三角型运行模式。 4.1.1. 梯形运行过程

阻力10牛前进加速度a加减速时间t3=t1=25ms0.025s速度V左右震动后退马达3000r/min加速度a加减速时间t1=25ms0.025s额定运转时间t2=0.1s总行程S=120mm A Limited 文件名称： 文件编号： Organization

Page 2 of 5 4.1.2. 三角形运动过程（适合频繁启停），此时T2=0。

最大速度V加速度a阻力10牛前进加速度a左右震动后退加减速时间t1=0.075s总行程S=120mm加减速时间t3=t1=0.075s 4.2. 计算过程 4.2.1. 考虑点：

4.2.1.1. 启动：机构负载、摩擦力/阻力f、直线加速v、角加速度θ 4.2.1.2. 平稳运行：机构负载、摩擦力/阻力f

4.2.1.3. 制动时：机构负载、摩擦力/阻力f、直线减速（惯性）、负角加速度（惯量） 4.2.2. 直线机构负载、摩擦力/阻力的计算 4.2.2.1. 直线机构1：平台

根据：

2

· s = v(t2) +[ ? x a (t1) ] x 2 · v = at1

· F1=ma（F1为负载力，m为质量，a为加速度）

·

F2=F1 + f（F2为总负载力，f为阻力/摩擦力） 加速时间=减速时间=t1=总时间0.15s / 2=0.075s 匀速运行时间t2=0s（三角启停） 行程s=120mm=0.12m 质量m=3Kg 阻力f=10N 加速度a=21.4m/s2

最大速度Vmax=at=21.4 x 0.075=1.605m/s 运动动作克服力F1=3Kg x 21.4m/s2 = 64.2N 运动总力F2=64.2 + 10=74.2N

需要转矩为M=F2 x r =74.2N x 0.02m = 1.484Nm

需要最大转速Vmax = Vmax / 2πr = 1.605 / （2π0.02） = 12.78转/秒 = 766.8转/分 需要最大角速度：ω=Vmax / π=12.78转/秒 / π=4.07rad/s（弧度/秒）

已知：

· · · · ·

计算得：

· · · ·

假设：使用r=0.02m（Φ40mm）齿轮

· · ·

预选型：

·

根据松下马达选型目录。选择相近转矩的马达，注意马达不同，转轴不同，使用的齿轮直径不同，所需要的转矩也不同。

A Limited 文件名称： 文件编号： Organization

Page 3 of 5 · ·

200W马达：额定转矩0.65Nm，最大转矩1.91Nm。

轴粗11mm，查MISUMI手册可以使用公称直径r=0.011m（Φ22mm）齿轮。 400W马达：额定转矩1.3Nm，最大转矩3.8Nm。

轴粗14mm，查MISUMI手册可以使用公称直径r=0.0195m（Φ39mm）齿轮。

假设马达选定：

使用r=0.011m（Φ22mm）齿轮

· · ·

需要转矩为M=F2 x r =74.2N x 0.011m = 0.817Nm

需要最大转速Vmax = Vmax / 2πr = 1.605 / （2π0.011） = 23.24转/秒 = 1394.4转/分 需要最大角速度：ω=Vmax / π=23.24转/秒 / π=7.41rad/s（弧度/秒） 需要转矩为M=F2 x r =74.2N x 0.0195m = 1.447Nm

需要最大转速Vmax = Vmax / 2πr = 1.605 / （2π0.0195） = 13.11转/秒 = 786.6转/分 需要最大角速度：ω=Vmax / π=13.11转/秒 / π=4.16rad/s（弧度/秒）

使用r=0.0195m（Φ39mm）齿轮

· · ·

因此，初步确定，选择200W马达。

4.2.2.2. 直线机构2：无 4.2.3. 转动机构

4.2.3.1. 转动机构1：齿轮 计算质量m、转动惯量J 根据：m=ρv；J=1/2 mr2

· ·

密度ρ=7.8x103Kg/m3；

r=0.011m（Φ22mm）齿轮

体积v=πr2 h（r为齿轮半径，h为厚度）=3.14 x 0.0112 x 0.020= 76x10-7m3(准确到0.1cm3) 质量m=7.8x103Kg/m3 x 76x10-7m3 = 59.28x10-3 Kg

转动惯量J=0.5 x 59.28x10-3 x 0.0112 = 0.036x10-4 Kg.m2

r=0.0195m（Φ39mm）齿轮

体积v=πr2 h（r为齿轮半径，h为厚度）=3.14 x 0.01952 x 0.020=238x10-7m3(准确到0.1cm3) 质量m=7.8x103Kg/m3 x 238x10-7m3 = 185.7x10-3 Kg

转动惯量J=0.5 x 185.7x10-3 x 0.01952 = 0.353x10-4 Kg.m2 4.2.3.2. 转动机构1：马达自身

·

200W马达：转动惯量J200W =0.14x10-4 Kg.m2 400W马达：转动惯量J400W =0.26x10-4 Kg.m2

4.2.3.3. 转动机构3：无 4.2.3.4. 总转动惯量：

200W马达时：转动惯量J=J200W +J齿轮=0.14x10-4 + 0.036x10-4 =0.176x10-4 Kg.m2 400W马达时：转动惯量J400W +J齿轮=0.26x10-4 + 0.353x10-4 =0.613x10-4 Kg.m2

4.2.3.5. 克服总转动惯量所需要的力矩： 根据：

· ·

M=Jθ（J为总转动惯量，θ为角加速度）

ω=θt（ω为角速度，t为时间） · t=0.075s 200W马达时：

A Limited 文件名称： 文件编号： Organization

Page 4 of 5 需要力矩M=Jθ=J ω/t=0.176x10-4 Kg.m2 x 7.41rad/s / 0.075s =1.74x10-3 N.m 400W马达时：

需要力矩M=Jθ=J ω/t=0.613x10-4 Kg.m2 x 4.16rad/s / 0.075s =3.4x10-3 N.m

4.2.4. 需要的总力矩 200W马达时，

J总=J直线 + J转动 =0.817 +1.74x10-3 = 0.82N.m

400W马达时，

J总=J直线 + J转动 =1.447 +3.4x10-3 = 1.46N.m

4.3. 马达的最后确定： 4.3.1. 选型标准：

4.3.1.1. 配合相应的齿轮后，所需要转速满足情况下，所需要的转矩是马达最大转矩的60%以内，即最大转矩余量大于40% 4.3.2. 马达资料

4.3.2.1. 200W马达：额定转矩0.65Nm，最大转矩1.91Nm。额定转速50r/s(3000r/min) 4.3.2.2. 400W马达：额定转矩1.3Nm，最大转矩3.8Nm。额定转速50r/s(3000r/min) 4.3.3. 计算结果：

4.3.3.1. 200W马达时，需要力矩M=1.03Nm。

4.3.3.1.1. 最快转速23.24转/秒，额定转速的50/23.24=2倍。根据伺服的恒定功率特性，使用中最大转速时，最大出力可以为额定转矩的2倍（但小于最大转矩）：0.65 x 2=1.3Nm 4.3.3.1.2. 马达最大出力转矩1.2Nm，>大于，所需要的0.82Nm，>大于，额定转矩0.65Nm（1-0.82÷0.65=20%）

4.3.3.1.3. 最大扭矩余量1-0.82÷1.3=36%）。

4.3.3.2. 400W马达时，需要力矩M=1.83Nm。最快转速13.11转/秒，

4.3.3.2.1. 最快转速13.11转/秒，额定转速的50/13.11=3.8倍。根据伺服的恒定功率特性，使用中最大转速时，最大出力可以为额定转矩的3.8倍（但小于最大转矩）：1.3 x 3.8=4.94Nm>额定转矩，因此最大提供转矩为3.8Nm

4.3.3.2.2. 马达最大出力转矩3.8Nm，>大于，所需要的1.46Nm，>大于，额定转矩1.3Nm（1-1.3÷1.46=11%）

4.3.3.2.3. 最大扭矩余量1-1.46÷3.8=61%。

4.3.4. 根据结果，使用200W、400W都可以，最好选400W。 以上计算不考虑使用减速机。 ∽∽∽∽∽∽完∽∽∽∽∽∽ 5. 其他

5.1. 若直线机构相对转动机构的质量很大，如本例。

5.1.1. 近似方法1（个人经验，非理论计算）：

可以将转动机构的质量的一半直接加到直线机构近似计算。

5.1.2. 近似方法2：将转动物体的质量近似转化到转动机构的表面处的质量。 设转动物体的等效匀物体：质量质量m，半径r， 已知：

A Limited 文件名称： 文件编号： Organization

Page 5 of 5 · · ·

能量E=1/2 mv2，m为质量（Kg），v速度（m/s米/秒）。v为物体在r/2处线速度。 同时E=1/2 Kω2，K转动惯量（Kg.m2 千克.米平方），ω为角速度（弧度/秒） v=ω（r/2）；v为物体在r/2处线速度。

计算得： m=4k/r2 Kg 6. 完。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7w7a.html