電機選用與機械設備的配合應用

我在飛

我們了解到電機的選用是建構在「能量轉換」基礎上，一切是由「需求」開始也就是使用者的機構設備，一般我們統稱為「負載」，負載的型式種類會依機構傳動的方式而產生種種的變化，本文不談各種機構型態的計算公式，太復雜的公式反而讓各位怯步，而是要帶著各位從這些千變萬化的計算公式中進行尋根之旅，了解物體運動的本質。

一.   負載的基本面貌

1.負載的型式依物體傳動的方式可以區分為很多的型式

   圓周運動類：齒輪、圓盤、滾輪、凸輪、角或圓柱體………等。

   直線運動類：鏈條、皮帶、螺桿、連桿、齒條………………等。

上列的機構彼此間都有依存關系，藉由機構的傳動將電機的動能由圓周運動轉型態轉換為直線運動型態或圓周

運動型態來傳動物體動作，只要「動」就有能量的存在，也就產生各種形式的「力」，上列的傳動方式可以解析

為下列4種力的型態

   摩擦性---摩擦力 Wf = μ × W                              μ：摩擦系數     W：物體重量

      指的是物體在開始運動時，相對作用面其表面粗度所產生的阻力，與速度沒有關系。

   慣性----直線運動慣性力  F = m × a     m：物體的質量   a：直線加速度

                   圓周運動慣性力 T = I × α         I：物體的慣量   α：角加速度

                                    指的是物體的慣性慣量在做加速度運動時的力量。

                                           重力單位的慣性慣量I與SI單位的慣性慣量J的不同

    重力單位與SI單位的慣性慣量

      I = m × r2  -----[kgm2]

                     重量G = mg  直徑D = 2 r

      I = G/g ×(D/2)2 = GD2/ 4g --[kgf m s2]

       J [kg f m2] 與GD2的關系

     GD2 = 4J

    I = GD2 / 4g = J / g

      故 AC電機,伺服電機用----- GD2

               步進電機用-----   J

  

      重力單位與SI單位的離心力

     F =( W/g) × r × ω2 ---kgf

     F = m × r × ω2  ----N

     g = 9.80665 [ m/s2 ]
   
      1 kgf = 9.80665 [ N ]

      ω 角速度[ rad/s ]



   黏滯性---直線運動黏滯力 FB = B × V      B：黏滯系數     V：直線速度

                       圓周運動黏滯力τb = b × ω b: 黏滯系數    ω：角速度

                                       指的是物體運動過程中因潤滑油，軟性或黏滯性材質所造成的阻力，速度越快此力量越大。

   重力---  物體重量 W [kgf、N]

     物體是以質量(密度 × 體積)的形式存在，因有地心引力(g=9.80665[m/s2])，所以產生重量

     W = m × g = [kgf、N]

      2.負載的組成

         物體在運動的過程是由靜止-->運動-->靜止故又可分為 :

   靜態負載﹝TL﹞:物體在靜止時「力」的組成，包括「摩擦力」「重力」

靜態負載﹝TL﹞與上期式(5) TM = TL + Bωr + J(dωr/dt) 中的TL是一樣的，指的是物體由靜止狀態到開始

運動前由外部所需施加的力量，也就是上列摩擦力 F = Wf = μ × W，如何將F轉換成轉矩T請參考下表

TL = F × r ----[ N.m ]  1kgf.m = 9.80665 [ N.m ]，將r (力臂)以1代入。

   動態負載﹝Ta﹞:物體在運動時「力」的組成，包括「慣性慣量」「加速度」「最高速度」

動態負載﹝Ta﹞就是慣性力與上期式(5) TM = TL + Bωr + J(dωr/dt) 中Bωr + J(dωr/dt)= Ta，

故式(5)可以簡化TM = TL + Ta ------------(7)

物體作直線運動時慣性力  F = m × a ；物體作圓周運動時慣性力T = I × α

3.負載慣性力與電機轉矩的關系

    假設物體在做直線運動則可將其慣性力F以下列方式轉換為圓周運動時的慣性力T，來與電機的轉矩做比較，

因為電機是在做圓周運動。

    轉矩

    T = F × r   ----[ N.m ]

    1 kgf.m = 9.80665 [ N.m ]

     出力

    P = TM × ωr = N / 60 × 2π × T ----- [ J/sec ] = [ w ]

    P = 9.80665 × N / 60 × 2π × T

     = 1.027 × N × T ----[ w ]

     P = 1.027× 10-5 × N × T ---[ kgf.m] [gf.cm]

    N = 電機回轉速 [RPM]           

　

4.負載與電機力量平衡的關系

電機力量的傳動型態為圓周運動，故可以上列圓周運動時慣性力T = I × α來做描述，我們將公式中的I以J

來取代可得到 T = J/g × α，因此力量是在加速度的狀態下所產生，所以可以將T用Ta來取代，故可獲得下式

的結果    Ta = J/g × α ------------(8)

因電機的轉子有一轉子慣性慣量JO存在，在力量傳動的過程中必須與負載的慣性慣量JL相加，所以J = JL + JO

又α角加速度[rad/sec2]其物理意義是負載希望電機以每秒鐘多少速度的變化來帶動負載運動，所以可以下式來

描述α =   N2為電機最高轉速 N1為電機激活時的轉速，再將J與α的等式代入式(8)可

得到Ta  = ×  ------------(9)

再將式(9)及TL  = μ × W × r 代入式(7) 可得到下式:

TM  =  (μ × W × r)  + ×  ------------(10)

若電機與負載藉由減速機構連結時，則有減速比i及減速的傳動效率η因素存在，則式(10)又可變化為

TM × i × η =  (μ × W × r)  + ×  ------------(11)

liqiang260

頂一下

天上人間

看了之后暈暈忽忽的（我基礎太差），樓主有沒有完整的資料上傳啊。

哈奇

摟主，這個資料好像不是全部，能否上傳完整的資料，剛才看了兩遍，很多地方感覺不對！！

哈奇

可能是我的基礎知識不夠，讀不大明白！！1

尹懷化

先頂一下了

蛋炒飯丶糊了

謝謝樓主