畢設過程小記—直流減速步進電機選型計算

0 簡述

我的畢設是設計一個建築工地用清潔機器人，其中不妨就涉及多個元件的

驅動電機選型計算

。在查閱相關資料後，我對於電機大概怎麼個選型計算也有了些許認識（以前選電機都是問商家某款電機能否帶動xxkg的小車。。。），此文便將

簡述一下選型計算過程

。當然，此文簡述的計算過程

應該是適用於工程訓練大賽等比賽專案的輪式電機選型

的。（看過我工訓系列文章的小夥伴，也可以根據此文的計算過程，選擇適合的電機）

計算過程就那麼幾步，挺簡單的。

此文的選型思路：

由已知條件計算出轉矩，查電機引數表選定電機

。

最近一直在搞畢設，以至於FAST-LIO論文還沒看明白，新的論文閱讀任務又來咯，難搞。

ps：很久很久以前就準備寫寫各類常用的電機啦，可惜一直再拖。。。

畢業前我一定。。。 。。。 咕咕咕

幾個月前的文章草稿

1 選型計算過程

直接以一個四輪小車為例，把選型計算過程走一遍吧~

1。1 已知條件

已知有一輛

四輪四驅

小車車，我們在進行電機的選型前，

需要確定如下引數

。

小車車的總質量M、小車的最大移動速度v、車輪的半徑R、車輪滾動阻力系數μ、機械傳動效率η

。

資料以我的清潔小車為例，參考如下（直接word截圖）：

主動輪半徑 ”in“是英寸的單位，

1 in = 2.54 cm

。

阻力系數μ和傳動效率η的選取看著來就行。

1。2 計算轉矩and功率

有了前面的已知條件，我們就能

直接套用公式

計算

小車受到的摩擦阻力、電機所需轉矩、電機所需功率

咯。

計算轉矩時，一定要

除以主動輪個數N

。此處我們為四輪四驅，所以N=4。

如果是三輪車，其中兩個主動輪一個萬向輪，N=2。

由此，我們就得到了三個重要的引數：

電機轉矩T、電機轉速n、電機功率P

。

1。3 電機選型

根據我們上一步確定的三個重要引數，我們就可以進行具體電機的選型啦。這裡我們

先直接參考下面的電機引數表格

，進行具體電機的選型示範。

下面這個表格是TB商品詳情裡面找的。

根據我們前面的三個引數，我們可以發現五款電機可選：

減速比90：1 100：1 30w和40w電機、減速比75：1的40w電機。這幾款電機都

能同時滿足轉矩、轉速、功率要求

，選哪一款都可以。

2 梳理總結

根據上面的例子中，我們可知選型計算的過程主要有三步，即

1）確定已知條件 ：根據小車的工作情況、工作環境

2）套公式算T，n，P ：直接套公式

3）根據引數表選型：去淘寶找電機引數表（步進電機轉速一般在

1000rpm以下

，引數表中無轉速，

控制脈衝頻率越高，其轉速越快

）

根據上述三步驟，基本上就能夠解決

直流減速電機or步進電機的選型問題

。實際選型過程其實也是設計過程，

已知條件都需要自己確定

，故我對上述三個步驟進行一些必要的補充說明。

下面我將從設計移動小車的角度進行補充說明

2。1 已知條件確定

在進行移動小車的設計時，已知條件往往只有

載重、整體尺寸限制

，車輪大小等都是需要我們自己確定的。而已知條件確定的過程也很簡單（當然，供電電壓&控制需求這裡沒有談及，後續文章會提及）：

1）估算小車的整體質量（考慮底板、電機質量、機械臂等等） M

剛開始可以隨意估計大一點，後面確定完各個元件後再矯正

2）根據整體質量M及尺寸限制，去淘寶初步選定一個車輪

常見智慧小車車輪尺寸有 35/43/65/85/130mm 等

英寸 in： 1 in = 2。54cm

3）根據地面環境確定阻力系數（摩擦係數）μ

一般地面較平整取0。1，地面較粗糙取0。2。

4）傳動效率η

這裡考慮的傳動效率通常為電機輸出軸與聯軸器、軸承座、齒輪齧合傳動、帶傳動、鏈傳動等等之間的效率損失。查標準的手冊，基本上都是0。96、0。97、0。98什麼的，如果要求不高，自己看著隨便取一個就行。

2。2 轉矩單位

我們在進行電機選型時，務必要

注意電機引數表中轉矩的單位

！

我們前面計算得到的轉矩單位為

Nm

然而，TB商品詳情找到的電機引數列表中，可能的單位有

Nm、Kg.m、kgf.cm、gf.cm、Kg.cm、g.cm

等等，

只關注數值大小可不行

！

kg是質量的單位，kgf是力的單位

。1kgf 即1千克力，指的是

1千克的物體所受的重力

。千克力的

符號

為：

kgf、kg、kp

。有

1 Nm = 0.98 Kgf.m

。

Kg。cm 與 kgf。cm 是一個意思， gf。cm與g。cm也是一個意思。

1gf 即1克力，指的是

1克的物體所受的重力

。 有

1000 gf = 1kgf

= 9.8 N

。

還有一個釐牛（cN）， 1 gf = 0。98 cN，感興趣的看百度百科。

綜上，我們可以得到

三個主要單位

：

gf.cm、kgf.cm、Nm

，其換算關係可以參考下圖。

一些電機的引數表格，如下。（看看錶格中的單位，再次回顧一下上面的內容）

1 kg。cm = 1kgf。cm = 0。001 kgf。m = 0。098 Nm

1 g。cm = 1 gf。cm = 0。001 kgf。cm = 0。000098 N。m

1 kgf。cm = 0。001 kgf。m = 0。098 Nm

以上，直流減速電機or步進電機的選型其實蠻簡單滴，就這些步驟。

3 步進電機補充

這裡的步進電機選擇，依舊圍繞著 將電機用於移動小車車輪的驅動

—— 2022/5/4

最近接了一個知友的付費諮詢，詢問了有關於

步進電機的選型計算過程。

步進電機的選型與前面的直流減速電機稍有不同，步進電機是脈衝控制的，其控制線一般有4根（比如普通的42步進電機）；而直流減速電機一般只有兩根電源線（一正一負），給點就開始轉動。步進電機選型主要考慮兩個引數：

轉矩大小

步距角

步進電機的轉速一般在1000rpm以下，rpm即r/min。透過控制脈衝頻率控制轉速。

步進電機常見型號有28/42/57/86等，數字大小代表著步進電機尺寸的大小，比如42步進電機，其垂直輸出軸的截面尺寸即為42*42mm。同時，步進電機的功率，無需考慮太多，直接透過選則前述不同型號的步進電機即可。我們在TB上搜索步進電機，其產品詳情裡面的引數表中，主要的引數有“轉矩、轉速、輸出軸徑”等，一般都沒有功率字樣。

3。1 步距角

步距角，也就是

給步進電機一個脈衝時，步進電機的輸出軸轉過的角度

，一般為1。8°。即，控制器給步進電機發送一個脈衝，步進電機的輸出軸將轉動1。8°，而要讓步進電機轉一圈，就需傳送 360/1。8=200個脈衝。當然，如果選用的步進電機是用於驅動小車車輪旋轉子類，就沒必要考慮步距角這個引數啦。此外，就算選用的步進電機步距角為1。8°，也可以藉助步進電機驅動器，將步距角進行8、16、32等細分，實現更精細的控制。

3。2 轉矩計算

相較於步距角的選擇，

步進電機轉矩的計算更重要

。而前面的文章內容中，電機轉矩的計算只考慮了摩擦力矩，並

未考慮慣性力距

。為此，這裡做出適當的內容補充。

前面進行的轉矩計算，先計算了小車車輪的摩擦力，然後再套用力矩公式計算電機所需的轉矩。該種計算方式忽略了車輪的

慣性力距對電機的阻礙

影響。當電機轉動時，他是帶著輪子轉動的，而輪子本身是有一定的質量的。當電機加速或減速時，輪子的質量會對電機產生一個慣性力，

這個慣性力會對電機輸出軸產生一個慣性力矩

。

比如，我們坐在小汽車上，當汽車突然急剎車時，我們的身體會一下子往前傾，這便是受到了慣性力的影響。

所以，想要更加準確的進行電機轉矩的計算，可以將慣性力距的計算考慮進去。我這裡偷個懶，直接甩圖，可以根據圖中公式進行計算。

圖片源於TB某款步進電機的商品詳情

此外，下面是一篇關於步進電機選型的文章，挺詳細的。