Guía de cálculo del par del motor AGV: Fórmulas, Ejemplos resueltos & Selección de motores

Guía de cálculo del par del motor AGV: Fórmulas, Ejemplos resueltos & Selección de motores

Los errores en el cálculo del par son la causa principal más común de fallas en el sistema de transmisión de AGV: sobrecalentamiento en servicio continuo., deslizamiento de las ruedas durante la aceleración, y potencia de ascenso insuficiente en rampas. Muchos equipos de ingeniería seleccionan motores según el par máximo del catálogo o la experiencia previa en proyectos., luego descubra que el AGV no puede mantener la velocidad en condiciones de piso del mundo real.

Esta guía proporciona una completa, Metodología basada en estándares para calcular el par del motor de accionamiento AGV, desde el modelo de equilibrio de fuerzas hasta la selección de la relación de caja de cambios., coincidencia de inercia, validación térmica, y especificación del motor por clase de carga útil. Sigue principios de cálculo consistentes con CEI 60034-1 (Máquinas eléctricas rotativas: clasificación y rendimiento.) y SIN MG 1 (motores y generadores), y hace referencia a la documentación técnica de Maxon., faulhaber, y yaskawa.

Para obtener una descripción más amplia de los tipos de motores AGV y los criterios de selección, vea nuestra guía complementaria: Cómo elegir un motor para aplicaciones AGV.

1. Por qué es importante el cálculo del par

Un motor de accionamiento AGV no funciona en un único punto de estado estable. Circula a través de la aceleración., crucero a velocidad constante, desaceleración, torneado, y ascenso de pendientes: cada uno impone una demanda de torque diferente en el eje del motor. Seleccionar un motor solo por el par nominal, sin mapear el ciclo de trabajo completo, conduce a uno de dos resultados:

Como señala Yaskawa en su documento técnico sobre selección de servomotores, El dimensionamiento adecuado requiere analizar el perfil de movimiento del mecanismo., Calcular el par requerido en cada fase., y verificando que ambos continuos (RMS) y el par máximo caen dentro del entorno de funcionamiento seguro del motor [1]. El mismo principio se aplica a Motores BLDC utilizado en sistemas de accionamiento AGV.

2. Modelo de resistencia a la conducción AGV

Para AGV industriales que operan a velocidades inferiores 2 EM, la resistencia aerodinámica es insignificante. La fuerza motriz total debe superar tres resistencias primarias., más una cuarta condición (torneado) que se aplica a configuraciones de transmisión diferencial [2][3].

El equilibrio de fuerzas fundamental es:

F_total =F_rollo + F_{calificación} + F_acc

Sólo cuando la fuerza de tracción impulsada por el motor sea igual o superior a F_total ¿Puede el AGV mantener un movimiento estable?.

2.1 Resistencia a la rodadura (F_rollo)

La resistencia a la rodadura surge de la deformación elástica entre la rueda y la superficie del suelo.. Es la resistencia dominante durante la operación a velocidad constante en terreno plano..

F_rollo = metro × gramo × C_RR × porque(i)

En terreno plano (θ = 0), porque(i) = 1, simplificando la expresión a F_rollo = metro × gramo × C_RR.

2.2 Pendiente / Resistencia de grado (F_{calificación})

Cuando el AGV sube una rampa, La gravedad produce un componente a lo largo de la pendiente que se opone al movimiento hacia adelante..

F_{calificación} = m × g × pecado(i)

Para ángulos pequeños que se encuentran comúnmente en los almacenes. (2–5% nota), el pecado de aproximación(i) ≈ bronceado(i) ≈ la proporción de calificaciones es aceptable. Por un 3% calificación:

F_{calificación} ≈ metro × 9.81 × 0.03 = 0.294 × metro (N por kg de masa del vehículo)

Por un 500 kg AGV en un 3% calificación: F_{calificación} ≈ 147 norte. Esto es aproximadamente igual a la resistencia a la rodadura en concreto liso, lo que significa que la resistencia a la pendiente puede doble el requerimiento total de fuerza de tracción en comparación con la operación en piso plano.

2.3 Aceleración Inercia Resistencia (F_acc)

La segunda ley de Newton gobierna la fuerza necesaria para acelerar la masa del vehículo.:

F_acc = metro × un

2.4 Resistencia al giro (Transmisión diferencial)

Para AGV de tracción diferencial (dos ruedas motrices, múltiples ruedas), La rotación en el lugar suele ser la condición de torsión más exigente; a menudo 2 a 5 veces mayor que el par en línea recta [3]. Durante la rotación, Las ruedas giratorias generan una resistencia significativa a la dirección., y una rueda motriz avanza mientras la otra retrocede.

Una aproximación de ingeniería de la fuerza de resistencia al giro es:

F_girar = (2 ×F_rollo × √(W² + L²)) / W

donde W es la huella de la rueda (distancia entre las ruedas motrices izquierda y derecha) y L es la longitud del vehículo. El par resultante por rueda:

T_girar =F_girar × (D / 2)

En la mayoría de aplicaciones AGV reales, El par de rotación en el lugar define el cima requisito de par del motor, mientras que el movimiento rectilíneo define la continuo requisito de par [3]. Esta distinción es fundamental para la selección adecuada del motor; consulte nuestra Motor para AGV: Guía de selección completa para comparaciones de tipos de motores.

3. Fórmulas de cálculo del par central

Una vez determinada la fuerza motriz total, convertirlo a par en el lado de la rueda, luego al par del lado del motor a través de la caja de cambios.

3.1 Torsión del lado de la rueda

T_rueda = (F_total ×r) / norte_conducir

nota de ingeniería: Utilice siempre el cargado radio de la rueda, no es el diámetro nominal del catálogo. Las ruedas de poliuretano se comprimen entre un 3% y un 8% bajo carga., reduciendo el radio efectivo y aumentando el par requerido [4].

3.2 Torque del lado del motor (Después de la caja de cambios)

T_motor =T_rueda / (yo × n_gramo)

Para una comparación detallada de estímulo vs.. Cajas de cambios planetarias para aplicaciones AGV., ver Motor de engranaje recto versus motor de engranaje planetario. La elección entre tipos de cajas de cambios afecta directamente tanto al término de eficiencia η_gramo y el cálculo de la inercia reflejada..

3.3 Verificación de energía

PAGS_rueda =F_total ×v

PAGS_motor =P_rueda / (la_gramo × norte_motor)

donde η_motor para motores BLDC normalmente oscila entre 0.85 a 0.92 a carga y velocidad nominales, como se documenta en la guía de selección de motores de Maxon [5] y la información técnica del motor CC de Faulhaber [6]. La potencia nominal continua del motor debe exceder P_motor con un margen del 30 al 50 % para tener en cuenta los transitorios térmicos y las variaciones del ciclo de trabajo.

3.4 Cálculo de velocidad

V_metro = (v× 60) / (2p × r) × yo (revoluciones del motor)

La velocidad objetivo del motor bajo carga debe estar dentro del rango de eficiencia máxima del motor., normalmente entre el 60% y el 80% de la velocidad sin carga para motores BLDC [5][6]. Operando debajo 1,000 Las RPM aumentan el par dentado y la ondulación del par.; operando arriba 3,500 Las RPM aumentan el desgaste de los rodamientos y el ruido audible. [4].

4. Ejemplo resuelto 1: 200 kg de RAM (Bienes a persona)

Este ejemplo demuestra el cálculo del par para un AMR liviano utilizado en el cumplimiento del comercio electrónico..

4.1 Parámetros de entrada

4.2 Cálculo paso a paso

Sistema recomendado: 2 × Motores BLDC de 24 V y 100 W con 20:1 planetario de dos etapas caja de cambios, controlado por doble canal controladores de motores vía RS485 Modbus RTU.

5. Ejemplo resuelto 2: 1,200 kg AGV pesado (Línea de fabricación)

5.1 Parámetros de entrada

5.2 Cálculo paso a paso

Sistema recomendado: 2 × Motores BLDC de 48 V y 400 W con 50:1 caja de cambios planetaria de dos etapas, Controladores clase BLD6010 con frenado regenerativo habilitado. El circuito de frenado regenerativo disipa la energía contraEMF durante la desaceleración del 1,200 kg de masa, Proteger el controlador de disparos por sobretensión. [4].

6. Selección de relación de transmisión y adaptación de inercia

El torque es solo la mitad de la ecuación de tamaño. La coincidencia de inercia entre la carga y el rotor del motor determina la calidad de la respuesta dinámica: qué tan rápido acelera el AGV, que limpiamente se detiene, y si el bucle de control permanece estable.

6.1 Inercia de carga equivalente

La masa del vehículo, reflejado a través de la rueda y la caja de cambios, Aparece como una inercia rotacional equivalente en el eje del motor.:

j_carga = (metro / norte_conducir) ×r² / i²

donde i es la relación de la caja de cambios. La caja de cambios reduce la inercia de la carga reflejada en el cuadrado de la relación: a 20:1 La caja de cambios reduce la inercia de la carga en un factor de 400. Esta es la razón por la que las cajas de engranajes planetarios de alta relación son tan efectivas para mejorar la estabilidad del control del motor en aplicaciones AGV..

6.2 Directrices sobre la relación de inercia

Estas relaciones son consistentes con las pautas de selección de servomotores publicadas por Yaskawa. [1] y la metodología de dimensionamiento del motor descrita en el documento de selección del tipo de motor de Maxon. [5]. Para aplicaciones de motores paso a paso en AGV, ver nuestro Servomotor versus motor paso a paso comparación.

6.3 Método de selección de relación de transmisión

La relación de transmisión óptima satisface tres restricciones simultáneas:

1. Restricción de velocidad: yo = RPM_{motor,objetivo} / RPM_rueda, donde RPM_{motor,objetivo} es de 1.500 a 3.000 RPM (rango de eficiencia máxima para la mayoría de los motores BLDC) [5][6]
2. Restricción de par: Debo ser lo suficientemente alto como para que T_motor cae dentro de la clasificación de par continuo del motor seleccionado
3. La inercia limita: Debo ser lo suficientemente alto para que J_carga/j_rotor cae dentro de la proporción recomendada

En la práctica, Comience con la restricción de velocidad para determinar una proporción de candidatos., luego verifique las restricciones de torque e inercia. Si la relación de inercia es demasiado alta, aumentar la relación de transmisión o seleccionar un motor con mayor inercia del rotor. Para aplicaciones que requieren alta precisión de posicionamiento, a motor de accionamiento directo vs motor de engranajes puede estar justificado un análisis de compensaciones.

7. Pico vs.. Torque continuo: Validación térmica

Las hojas de datos del motor especifican dos valores de torque: cima (máximo) y continuo (clasificado). El par continuo está limitado por la capacidad térmica del motor: la clase de aislamiento del devanado y el método de enfriamiento determinan cuánto calor puede disipar el motor en funcionamiento en estado estable..

7.1 CEI 60034-1 Ciclos de trabajo

CEI 60034-1 define diez clases de ciclo de trabajo (S1 a S10) que especifican cómo se aplica la clasificación térmica de un motor a diferentes patrones de operación [7]. Para aplicaciones AGV, los más relevantes son:

Para servicio S5 (el perfil AGV más común), el RMS (media cuadrática) El par durante el ciclo completo determina el requisito de par continuo efectivo.:

T_RMS = √[(T_acc²×t_acc) + (T_correr²×t_correr) + (T_dic²×t_dic)] / (T_acc + T_correr + T_dic + T_detener)

El motor es continuo. (T1) La clasificación de torque debe exceder T_RMS, y la clasificación de par máximo del motor debe exceder el par máximo instantáneo (típicamente T_acc o T_girar). La herramienta de dimensionamiento AGV de Oriental Motor implementa este cálculo RMS con aceleración configurable, correr, desaceleración, y parámetros de tiempo de parada [8].

7.2 SIN MG 1 Clasificaciones de par

SIN MG 1 clasifica los motores en cuatro tipos de diseño según las características de par [9]. Si bien los estándares NEMA se aplican principalmente a motores de inducción de CA, El marco de clasificación del par es útil para comprender el comportamiento del motor.:

Para BLDC y servomotores utilizados en AGV, los parámetros análogos son el par máximo (correspondiente al rotor bloqueado o par de arranque), el par continuo (correspondiente al par nominal o de ruptura), y la forma de la curva par-velocidad. La documentación técnica de Faulhaber recomienda operar el motor en el rango donde el par de carga es menor que 50% del par de parada y la velocidad es mayor que 50% de velocidad sin carga para una eficiencia y vida útil óptimas [6].

7.3 Reducción térmica

Las clasificaciones de par del motor en las hojas de datos se especifican a una temperatura ambiente de referencia. (normalmente 25°C por Maxon [5] o 40°C según IEC 60034-1 [7]). A temperaturas ambiente más altas, el motor debe ser reducido:

Para AGV que operan en ambientes superiores a 40°C (fundiciones, acerías, operaciones de verano al aire libre), especificar motores con Clase F (155° C) o Clase H (180° C) aislamiento para mantener la capacidad de torsión nominal. Nuestro normas de prueba de motores electricos La página detalla cómo GreenSky valida el rendimiento térmico según IEC 60034-1 condiciones.

8. Referencia del coeficiente de resistencia a la rodadura

El coeficiente de resistencia a la rodadura. (C_RR) tiene la variación más grande de cualquier parámetro de entrada; puede variar en un factor de 8 veces dependiendo de la combinación de rueda y piso. Utilizar un valor incorrecto es el error de cálculo más frecuente identificado por los proveedores de sistemas de propulsión AGV [2][3][4].

Recomendación: Mida o calibre siempre C_RR con datos de campo antes de finalizar la selección del motor. La guía de cálculo de par del fabricante de ruedas motrices AGV recomienda utilizar el límite superior del rango para el dimensionamiento inicial., luego validar con una prueba de desaceleración cargada en el piso de instalación real [2].

9. Errores de cálculo comunes

10. Selección de motor por clase de carga útil

Una vez que se completa el cálculo del par, asignar los resultados a las especificaciones del motor por clase de carga útil. La siguiente tabla proporciona configuraciones de punto de partida validadas en múltiples implementaciones de AGV. [4][10].

Para configuraciones de motor personalizadas fuera de estos rangos estándar, Ofertas GreenSky motor eléctrico personalizado servicios de diseño con IEC 60034-1 pruebas compatibles. Comprender las diferencias más amplias entre plataformas AGV y AMR que influyen en la selección del motor, ver nuestro AGV frente a AMR guía de comparación.

11. 7-Flujo de trabajo de cálculo de par de pasos

El siguiente flujo de trabajo consolida el proceso de cálculo completo en un procedimiento de ingeniería repetible.:

12. Verificación de adherencia y deslizamiento de ruedas

El cálculo del par garantiza que el motor pueda producir fuerza suficiente. La verificación de la adherencia garantiza que la rueda pueda transmitir que fuerza al suelo sin resbalar. Estas son comprobaciones independientes: un motor puede generar suficiente par para hacer girar la rueda sin mover el vehículo..

La restricción de adhesión es:

m×F_normal ≥F_tracción

Si la adherencia es insuficiente, las opciones incluyen: aumentar la fuerza normal mediante resortes de precarga, agregando ruedas motrices, o reducir el objetivo de aceleración. La fuerza de precarga requerida es F_normal =F_tracción / metro, con un margen de fatiga del 10 al 20% en la tasa de resorte [3].

13. Constantes de par del motor e interpretación de la hoja de datos

Los fabricantes de motores especifican el par en términos de una constante de par. (k_T), que relaciona la corriente del motor con el par de salida. Entendiendo K_T Es esencial para traducir el par del motor calculado a la configuración actual del controlador..

T_motor =K_T × yo

donde k_T está en N·m/A y I es la corriente de fase del motor en amperios. Según la documentación de datos del motor de Maxon, k_T Tiene tolerancias de hasta ±10% y disminuye con la temperatura del motor debido al debilitamiento del imán. [5]. La información técnica de Faulhaber también señala que la constante de par se especifica a 25 °C y puede variar según las condiciones de funcionamiento. [6].

Para comparaciones entre BLDC y servomotores en aplicaciones AGV, incluidas las diferencias de constantes de par, ancho de banda del bucle de control, y requisitos del codificador: consulte nuestra BLDC vs servomotores para AGV análisis.

14. Referencias académicas y de estándares

La metodología de cálculo del par descrita en esta guía se basa en la mecánica clásica y está validada por múltiples fuentes académicas y de la industria.. Las referencias clave incluyen:

• CEI 60034-1:2022 — Máquinas eléctricas rotativas — Parte 1: Calificación y desempeño. Define clases de ciclo de trabajo. (T1-T10), clasificación térmica, y definiciones de par [7].
• SIN MG 1-2021 — Motores y Generadores. Define las clasificaciones de torsión de diseño NEMA A/B/C/D y las equivalencias de diseño N/H de IEC. [9].
• Selección del tipo de motor Maxon — Documento técnico que cubre la constante de par., curvas velocidad-par, y metodología de dimensionamiento de motores para motores DC y BLDC [5].
• Información técnica de los motores CC Faulhaber — Manual técnico que cubre las características de par-velocidad del motor de CC sin núcleo., límites térmicos, y recomendaciones de rango operativo [6].
• Informe técnico del software de dimensionamiento SigmaSelect de Yaskawa — Nota de aplicación que describe la metodología de selección de servomotores, incluido el análisis del mecanismo., cálculo del perfil de par, y verificación de par RMS [1].
• Cálculos paramétricos motores para la locomoción de robots (MDPI, 2022) — Artículo revisado por pares que presenta la metodología de selección del acoplamiento motor-transmisión para sistemas de accionamiento de robots móviles, incluido el análisis dinámico del rango operativo [11].
• Cómo modelar motores eléctricos sin escobillas para el diseño de aplicaciones de robótica (arXiv, 2023) — Tutorial que describe las ecuaciones rectoras para el modelado de motores BLDC, incluida la producción de par, back-EMF, y restricciones térmicas [12].
• Universidad Tecnológica de Michigan: Cálculos de motores — Documento de referencia de ingeniería que cubre la construcción de la curva par-velocidad a partir de mediciones de datos sin procesar., Útil para interpretar hojas de datos de motores AGV [13].

15. Preguntas frecuentes

¿Cuál es la fórmula para el par del motor AGV??

La fórmula central es T_rueda = (F_total ×r) / norte, donde F_total =F_rollo + F_{calificación} + F_acc, r es el radio de la rueda cargada, y n es el número de ruedas motrices. El par del lado del motor es T_motor =T_rueda / (yo × n_gramo), donde i es la relación de la caja de cambios y η_gramo es la eficiencia de la caja de cambios.

¿Qué factor de seguridad debo utilizar para el par del motor AGV??

Para AGV industriales estándar, aplicar 1,5–2,0× al par calculado de la rueda. Para aplicaciones críticas para la seguridad (médico, procesamiento de alimentos, colaboración humano-robot), utilizar 2,5×. El factor de seguridad tiene en cuenta la degradación del estado del suelo., variación de carga útil, y desgaste mecánico a largo plazo [2][4].

¿Cómo calculo el par RMS para un ciclo de trabajo AGV??

El par RMS es la media cuadrática del perfil de par durante un ciclo completo: T_RMS = √[S(T_i²×t_i) / Σt_i]. incluir aceleración, velocidad constante, desaceleración, y detener fases. El motor es continuo. (T1) La clasificación de torque debe exceder T_RMS. Esto es consistente con IEC 60034-1 Análisis del ciclo de trabajo S5 [7][8].

¿Qué coeficiente de resistencia a la rodadura debo utilizar para los cálculos de AGV??

Para ruedas de poliuretano sobre hormigón liso (el suelo AGV más común), utilizar C_RR = 0,018–0,025. Para pisos epoxi, utilizar 0,015–0,025. Para hormigón rugoso con juntas., utilizar 0,020–0,040. Utilice siempre el límite superior para el tamaño inicial y valídelo con mediciones de campo. [2][3].

¿Qué relación de inercia es aceptable para los motores AGV??

Para servosistemas de circuito cerrado y servosistemas BLDC, mantener J_carga/j_rotor ≤ 5:1. Para BLDC estándar con conmutación Hall, ≤ 10:1 a 15:1. Para motores paso a paso de bucle abierto, ≤ 10:1. Las proporciones más altas causan inestabilidad en el control., oscilación, y ancho de banda reducido [1][5].

¿Puedo utilizar un motor con un par superior al calculado??

Sí, el sobredimensionamiento entre un 20% y un 50% es aceptable y proporciona un margen térmico. Sin embargo, sobredimensionamiento excesivo (>2×) desperdicia energía de la batería, aumenta el costo del controlador, y puede causar que el motor funcione por debajo de su rango de velocidad eficiente.. Verifique que el motor aún funcione entre el 60% y el 80% de la velocidad sin carga bajo carga típica. [5][6].

Referencias

1. Yaskawa América, Cª, “Software de dimensionamiento SigmaSelect: Selección adecuada del servosistema,” Libro Blanco WP.MTN.13. [En línea]. Disponible: https://www.yaskawa.com/delegate/getAttachment?documentoId=WP.MTN.13
2. Rueda motriz AGV, “Cómo calcular el par de torsión de la rueda motriz del AGV y el tamaño del motor,” Abr. 2026. [En línea]. Disponible: https://agvdrivewheel.com/blog/how-to-calculate-agv-drive-wheel-torque-and-motor-sizing
3. Equipo inteligente Yikong (bicontroles), “Guía de dimensionamiento del motor AGV de rueda motriz diferencial: Cálculo de par y adaptación de inercia,” Jun. 2026. [En línea]. Disponible: https://en.bicontrols.com/news_detail/104.html
4. Shenghe Motor (NBshzl), “Diseño del sistema de accionamiento AGV - BLDC + Caja de cambios + Referencia de ingeniería del controlador,” Jun. 2026. [En línea]. Disponible: https://www.nbshzl-motor.com/agv-drive-system/
5. Grupo Maxon, “Selección del tipo de motor,” Documento Técnico, Ago. 2019. [En línea]. Disponible: https://www.maxongroup.us/medias/sys_master/root/8835096313886/5-Motor-Type-Selection.pdf
6. Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG, “Información técnica de motores CC,” Abr. 2026. [En línea]. Disponible: https://www.faulhaber.com/fileadmin/Import/Media/EN_TI_DC-MOTORS.pdf
7. Comisión Electrotécnica Internacional, CEI 60034-1:2022 Máquinas eléctricas rotativas. Parte 1: Calificación y desempeño, Ginebra, Suiza: CEI, 2022. [En línea]. Disponible: https://webstore.iec.ch/publication/60796
8. Oriental Motor EE.UU.. Corp., “AGV: herramienta de dimensionamiento de vehículos guiada automáticamente,” Jun. 2026. [En línea]. Disponible: https://www.orientalmotor.com/motor-sizing/agv-sizing.html
9. Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos, SIN MG 1-2021: Motores y Generadores, Rosslyn, Virginia: NO HAY, 2021. Referencia de clasificación de par: https://www.engineeringtoolbox.com/iec-nema-standards-torques-d_741.html
10. Equipo inteligente Yikong (bicontroles), “Guía de selección del sistema de accionamiento AGV: Método de cálculo dinámico para ruedas motrices, Servomotores y servoaccionamientos de bajo voltaje,” Jul. 2026. [En línea]. Disponible: https://en.bicontrols.com/news_detail/111.html
11. C. T. Yen e Y. H. Tsai, “Cálculos paramétricos motores para la locomoción de robots,” Procedimientos de ingeniería, volumen. 20, No. 1, pag. 8, Jul. 2022. [En línea]. Disponible: https://www.mdpi.com/2673-4591/20/1/8
12. S. PAGS. norte. Singh y C.. mi. Hubert, “Cómo modelar motores eléctricos sin escobillas para el diseño de aplicaciones de robótica,” arXiv preimpresión arXiv:2310.00080, Oct. 2023. [En línea]. Disponible: https://arxiv.org/pdf/2310.00080
13. Universidad Tecnológica de Michigan, “Cálculos de motores: construcción de curvas de par-velocidad a partir de datos sin procesar,” Jun. 2003. [En línea]. Disponible: https://pages.mtu.edu/~wjendres/ProductRealization1Course/DC_Motor_Calculations.pdf

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