Расчет электромеханического привода

Расчет

электромеханического
привода

Методические указания 
к выполнению домашнего задания 

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

Под редакцией О.Ф. Тищенко

2-е издание, исправленное

УДК 621.81
ББК 31.291
 
Р24

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/115/book1757.html

Факультет «Радиоэлектроника и лазерная техника»
Кафедра «Элементы приборных устройств»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия 

Авторы:
Ю.А. Кокорев, В.А. Жаров,  
А.Я. Ожерельев, О.В. Готальская 

Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент В.Н. Герди,
канд. техн. наук, доцент В.В. Ягодкин

ISBN 978-5-7038-4822-7

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

 
 
Расчет электромеханического привода. Методические указания 
к выполнению домашнего задания / [Ю. А. Кокорев и др.] ; 
под ред. О. Ф. Тищенко. — 2-е изд., испр. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. — 47, [1] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-4822-7
Цель методических указаний — развить у студентов навыки самостоятельного 
расчета и проектирования электромеханических приводов (
ЭМП) приборных устройств, умение пользоваться справочными 
материалами и ЭВМ в инженерно-технических расчетах.
Для студентов приборных специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана.

УДК 621.81
ББК 31.291 

Р24

Предисловие

Электромеханический привод (ЭМП) широко применяют 
в системах автоматики, вычислительной техники, робототехники, 
в радиоэлектронной аппаратуре, оптико-электронных и оптико-
механических приборах. 
Разработка схемы и конструктивное решение ЭМП зависят от 
характера и параметров движения объекта, на который воздействует 
привод, а также от параметров двигателя, используемого 
в данном приводе. 
Цель методических указаний — развить у студентов навыки 
самостоятельного расчета и проектирования электромеханических 
приводов (ЭМП) приборных устройств, умение пользоваться 
справочными материалами и ЭВМ в инженерно-технических 
расчетах.
При выполнении задания студенту необходимо с учетом исходных 
данных и требований задания выбрать тип двигателя, 
определить наиболее рациональный схемотехнический состав 
привода и рассчитать элементы его конструкции, обеспечивающие 
функционирование ЭМП в соответствии с требованиями 
задания. 
Выполнение расчетов рекомендуется проводить на ЭВМ.

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ  
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА 

1.1. Предварительный выбор типоразмера  
электродвигателя

1.1.1. Определение типа (серии) электродвигателя

Проводится анализ исходных данных задания и намечается 
тип электродвигателя с учетом назначения и режима работы 
ЭМП, вида источников питания и условий эксплуатации (условий 
окружающей среды, ресурса, габаритов и массы). 
Необходимые дополнительные рекомендации по выполнению 
рассматриваемого этапа даны в [2, 4–6, 8, 9–14, 17, 18]. 

1.1.2. Определение расчетной мощности  
электродвигателя 

Порядок расчета мощности электродвигателя Pрас зависит от 
характера исходных данных, которые условно сводятся к трем основным 
вариантам.

Вариант 1 (рис. 1, а). ЭМП имеет один выход. В этом случае 
требуемая мощность электродвигателя определяется по формуле

 
P
P
рас
н

P
= η ,   
(1)

где Pн — мощность нагрузки на выходном валу; ηP — КПД цепи 
двигатель – нагрузка.

Вариант 2 (рис. 1, б). ЭМП имеет два выхода с параллельным 
разветвлением потока мощности. Для этого случая имеем

 
P
P
P

рас
н1
н2
=
+
η
η
1
2

,  
(2)

где Pн1, Pн2 — мощность нагрузки первого и второго потоков соответственно; 
η1 и η2 — КПД механизмов в первом и втором потоках.

Вариант 3 (рис. 1, в). ЭМП имеет единую кинематическую 
цепь с двумя выходными валами. Для этого случая имеем

 
P
P
P
рас
н2
н1
=
+






−
η
η

1 2
1
/
,  
(3)

Рис. 1

где η1–2 — КПД цепи между выходными валами; η1 — КПД цепи 
двигатель — первый выходной вал. 
Определим расчетную мощность нагрузки Pн в ваттах:
при вращательном движении выходного звена

 
P
M
M
n

i
i
i
i
i
н
н
вых
н
вых
=
=
ω
π

30 ;   
(4)

при поступательном движении выходного звена

 
Pнi = Fнi Vi, 
(5)

где Mн i — момент нагрузки на i-м выходном звене, H ⋅ м; 
nвых i — частота вращения i-го выходного вала, мин–1; wвых i — угловая 
скорость вращения i-го выходного звена, с–1; Fн i — усилие на 
i-м выходном звене, H; Vi — cкорость движения i-го выходного 
звена, м/с. 
При предварительных расчетах величинами КПД цепей необходимо 
задаться, поскольку до выбора типоразмера двигателя невозможно 
определить передаточное отношение кинематических 
цепей «двигатель — выходные валы» и наметить схемотехнический 
состав ЭМП, а следовательно, КПД цепей определить невозможно.
Значение КПД цепей может находиться в пределах 0,1…0,95, 
причем чем больше передаваемая мощность и меньше передаточное 
отношение цепи, тем большим значением η следует задаться. 
Для редукторов на базе цилиндрических колес обычно назначают 
ηi = 0,6…0,8 при нормальной температуре эксплуатации.

1.1.3. Подбор типоразмера электродвигателя

По найденному значению мощности Pрас подбирают конкретный 
двигатель из намеченных серий по справочным данным, при 
этом рекомендуется:
а) ориентироваться на быстроходные двигатели (с числом 
оборотов nдв ≥ 2500 мин–1);
б) выдерживать условие

 
P
P

таб

рас
зап
= ξ
,   
(6)

где Pтаб — мощность двигателя по паспортным данным; выбирается 
по табл. 1–3 или [1, 7, 17]; xзап — коэффициент запаса.

Таблица 1

Характеристики электродвигателей постоянного тока серии ДПР

Тип
двигателя
Напряжение 

питания, 
В

Частота 
вращения, 

мин–1

Номи- 
нальный 
момент
× 10–2, Н ⋅ см

Пусковой 
момент
× 10–2, 
Н ⋅ см

Момент 
инерции 
ротора,  
кг ⋅ см2

ДПР-32-01
ДПР-32-02
ДПР-32-03
ДПР-32-08
ДПР-42-01
ДПР-42-02
ДПР-42-03
ДПР-42-04
ДПР-52-01
ДПР-52-02
ДПР-52-03
ДПР-52-04
ДПР-62-01
ДПР-62-02
ДПР-62-03
ДПР-62-04
ДПР-72-01
ДПР-72-02
ДПР-72-03
ДПР-72-08

27
27
27
12
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
12

9000
6000
4500
2500
9000
6000
4500
2500
9000
6000
4500
2500
9000
6000
4500
2500
9000
6000
4500
2500

20
25
25
20
50
50
50
50
100
100
100
100
200
200
200
200
400
400
400
400

130
100
75
46
360
220
170
70
1200
920
700
120
2000
1700
1200
800
4500
3500
3000
1900

0,02
0,02
0,02
0,02
0,0057
0,0057
0,0057
0,0057
0,017
0,017
0,017
0,017
0,036
0,036
0,036
0,036
0,078
0,078
0,078
0,078

Таблица 2

Характеристики электродвигателей постоянного тока серии ДПМ

Тип
двигателя
Напряжение 

питания, 
В

Частота 
вращения, 

мин–1

Номи- 
нальный  
момент
× 10–2, Н ⋅ см

Пусковой 
момент
× 10–2, 
Н ⋅ см

Момент 
инерции 
ротора,  
кг ⋅ см2

ДПМ-20-11
ДПМ-20-12
ДПМ-20-13
ДПМ-20-14
ДПМ-25-09
ДПМ-25-03

12
12
12
12
12
12

9000
6000
4500
2500
9000
6000

15
20
15
10
35
45

60
50
40
20
150
100

0,0037
0,0037
0,0037
0,0037
0,0116
0,0116

Тип
двигателя
Напряжение 

питания, 
В

Частота 
вращения, 

мин–1

Номи- 
нальный  
момент
× 10–2, Н ⋅ см

Пусковой 
момент
× 10–2, 
Н ⋅ см

Момент 
инерции 
ротора,  
кг ⋅ см2

ДПМ-25-10
ДПМ-25-11
ДПМ-30-08
ДПМ-30-09
ДПМ-30-10
ДПМ-30-11
ДПМ-35-08
ДПМ-35-09
ДПМ-35-10
ДПМ-35-11

12
12
12
12
12
12
12
12
12
12

4500
2500
9000
6000
4500
2500
9000
6000
4500
2500

50
50
70
100
100
100
150
200
200
200

120
80
400
350
300
250
700
700
600
500

0,0116
0,0116
0,029
0,029
0,029
0,029
0,062
0,062
0,062
0,062

Таблица 3

Характеристики электродвигателей серий ДИД, ДГ

Тип
двигателя
Напряжение 

питания, 
В

Мощность, 

Вт

Частота 
вращения, 

мин–1

Номи-
наль-
ный 
момент
× 10–2, 
Н ⋅ мм

Пус- 
ковой 
момент
× 10–2, 
Н ⋅ мм

Момент 
инерции 
ротора 
× 10–8, 
кг ⋅ м2

ДИД-0,1ТА
ДИД-0,5ТА
ДИД-0,6ТА
ДИД-1ТА
ДИД-2ТА
ДИД-3ТА
ДИД-5ТА
ДГ-0,1ТА
ДГ-0,5ТА
ДГ-1ТА
ДГ-2ТА
ДГ-3ТА
ДГ-5ТА

36
36
36
36
36
36
36
36
36
36
36
36
36

0,1
0,32
0,6
1,0
2,0
3,0
5,0
0,07
0,5
1,0
2,0
3,0
5,0

13 000
14 000
16 000
18 000
18 000
8000
6000
9000
14 000
15 000
16 000
8000
6000

0,15
0,4
0,65
0,9
1,8
5,6
12,0
0,15
0,65
0,8
1,6
5,0
10,0

0,26
1,0
1,2
1,6
3,4
10,0
22,0
0,26
1,2
1,6
3,4
10
22

2,25
4,5
7,5
7,0
9,0
24,0
250,0
5,0
13,0
8,0
11,0
37,0
40,0

Примечание. Характеристики электродвигателей для нерегулируемых 
приводов приведены в [7, 17]. 

Окончание табл. 2

Для нерегулируемого привода и постоянной статической нагрузки 
принимают xзап = 1,05…1,1; для следящих приводов обычной 
точности xзап = 1,2…2,5; для точных следящих приводов 
xзап = 2,5…5 [2].
В случае отсутствия в паспортных данных Pтаб мощность двигателя 
ориентировочно определяется по формуле, Вт,

 
Pтаб = Mном wном,

где Mном — номинальный момент двигателя, Н ⋅ м; wном — номинальная 
угловая скорость вала двигателя, с–1.

1.2. Кинематический расчет  
электромеханического привода

1.2.1. Определение передаточных отношений цепей ЭМП

Передаточное отношение цепи двигатель — i-й выходной вал 
определяется по формуле

 
i
n
n
общ
дв

н
=

i
,  
(7)

где nдв — частота вращения вала двигателя, мин–1; nн i — частота 
вращения i-го выходного вала, мин–1. 
В ряде заданий величина nн i задана непосредственно, в остальных 
случаях она задана в неявном виде и ее надо определить.

Вариант 1. Задана угловая скорость выходного вала wн, рад/с. 
Тогда

nн = 30 wн /π.

Вариант 2. Задана линейная скорость Vн перемещения выходного 
звена, мм/с. Тогда

nн = 60 Vн /(πd),

где d — диаметр ведущего валика барабана лентопротяжного 
механизма или диаметр делительной окружности реечного колеса, 
мм.

Вариант 3. Заданы угол поворота выходного вала ϕн в градусах 
и время этого поворота t в секундах. Тогда для равномерного 
движения

n
t
н
н
= ϕ

6 .

Вариант 4. Заданы скорость вращения одного выходного вала 
nн 1 и передаточное отношение между выходными валами i12, тогда 
частота вращения другого выходного вала 

n
n
i
н2
н1
=

12
.

1.2.2. Определение схемотехнического состава  
электромеханического привода

Определение схемотехнического состава является одним из 
важнейших этапов при разработке рациональных ЭМП. Выбор 
элементов привода зависит от закона движения выходного звена, 
передаточного отношения, передаваемой мощности, требуемой 
точности, заданной компоновочной схемы механизма, условий 
эксплуатации и долговечности, технологичности и экономических 
факторов. Анализируя исходные данные задания, следует 
выделить главные факторы, которые определяют необходимые 
типы передач. Назовем такие передачи базовыми. Например, для 
ввода в герметизированное пространство необходимо использовать 
волновой зубчатый редуктор (ВЗР), для поступательного 
движения выходного звена — реечную или винтовую передачу, 
для компоновочной схемы входные — выходные валы под углом 
друг к другу — червячную или коническую передачу и т. д.
Если возникает неоднозначность в выборе базовых элементов, 
то следует проанализировать рациональность их выбора с учетом 
дополнительных требований (например, технологичности, стоимости).

Выбрав базовые элементы, следует назначить получаемое 
с их помощью передаточное отношение в одной ступени. Исходя 
из опыта конструирования, можно принять следующие передаточные 
отношения в одной ступени: для волновой передачи  
iвзр = 50…250; для червячной iч = 8…80; для конической 
iк = 1…3; для цилиндрической iц = 1…8; для фрикционной 
iф = 3…4; для планетарной iпл = 3…1500, в зависимости от схе-