电机选用与机械设备的配合应用

我在飞

我们了解到电机的选用是建构在「能量转换」基础上，一切是由「需求」开始也就是使用者的机构设备，一般我们统称为「负载」，负载的型式种类会依机构传动的方式而产生种种的变化，本文不谈各种机构型态的计算公式，太复杂的公式反而让各位怯步，而是要带着各位从这些千变万化的计算公式中进行寻根之旅，了解物体运动的本质。

一. 负载的基本面貌

1.负载的型式依物体传动的方式可以区分为很多的型式

圆周运动类：齿轮、圆盘、滚轮、凸轮、角或圆柱体………等。

直线运动类：链条、皮带、螺杆、连杆、齿条………………等。

上列的机构彼此间都有依存关系，藉由机构的传动将电机的动能由圆周运动转型态转换为直线运动型态或圆周

运动型态来传动物体动作，只要「动」就有能量的存在，也就产生各种形式的「力」，上列的传动方式可以解析

为下列4种力的型态

摩擦性---摩擦力 Wf = μ × W μ：摩擦系数 W：物体重量

指的是物体在开始运动时，相对作用面其表面粗度所产生的阻力，与速度没有关系。

惯性----直线运动惯性力 F = m × a m：物体的质量 a：直线加速度

圆周运动惯性力 T = I × α I：物体的惯量 α：角加速度

指的是物体的惯性惯量在做加速度运动时的力量。

重力单位的惯性惯量I与SI单位的惯性惯量J的不同

重力单位与SI单位的惯性惯量

I = m × r2 -----[kgm2]

重量G = mg 直径D = 2 r

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

J [kg f m2] 与GD2的关系

GD2 = 4J

I = GD2 / 4g = J / g

故 AC电机,伺服电机用----- GD2

步进电机用----- J



重力单位与SI单位的离心力

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 ]



黏滞性---直线运动黏滞力 FB = B × V B：黏滞系数 V：直线速度

圆周运动黏滞力τb = b × ω b: 黏滞系数 ω：角速度

指的是物体运动过程中因润滑油，软性或黏滞性材质所造成的阻力，速度越快此力量越大。

重力--- 物体重量 W [kgf、N]

物体是以质量(密度 × 体积)的形式存在，因有地心引力(g=9.80665[m/s2])，所以产生重量

W = m × g = [kgf、N]

2.负载的组成

物体在运动的过程是由静止-->运动-->静止故又可分为 :

静态负载﹝TL﹞:物体在静止时「力」的组成，包括「摩擦力」「重力」

静态负载﹝TL﹞与上期式(5) TM = TL + Bωr + J(dωr/dt) 中的TL是一样的，指的是物体由静止状态到开始

运动前由外部所需施加的力量，也就是上列摩擦力 F = Wf = μ × W，如何将F转换成转矩T请参考下表

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

动态负载﹝Ta﹞:物体在运动时「力」的组成，包括「惯性惯量」「加速度」「最高速度」

动态负载﹝Ta﹞就是惯性力与上期式(5) TM = TL + Bωr + J(dωr/dt) 中Bωr + J(dωr/dt)= Ta，

故式(5)可以简化TM = TL + Ta ------------(7)

物体作直线运动时惯性力 F = m × a ；物体作圆周运动时惯性力T = I × α

3.负载惯性力与电机转矩的关系

假设物体在做直线运动则可将其惯性力F以下列方式转换为圆周运动时的惯性力T，来与电机的转矩做比较，

因为电机是在做圆周运动。

转矩

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 = 电机回转速 [RPM]



4.负载与电机力量平衡的关系

电机力量的传动型态为圆周运动，故可以上列圆周运动时惯性力T = I × α来做描述，我们将公式中的I以J

来取代可得到 T = J/g × α，因此力量是在加速度的状态下所产生，所以可以将T用Ta来取代，故可获得下式

的结果 Ta = J/g × α ------------(8)

因电机的转子有一转子惯性惯量JO存在，在力量传动的过程中必须与负载的惯性惯量JL相加，所以J = JL + JO

又α角加速度[rad/sec2]其物理意义是负载希望电机以每秒钟多少速度的变化来带动负载运动，所以可以下式来

描述α = N2为电机最高转速 N1为电机激活时的转速，再将J与α的等式代入式(8)可

得到Ta = × ------------(9)

再将式(9)及TL = μ × W × r 代入式(7) 可得到下式:

TM = (μ × W × r) + × ------------(10)

若电机与负载藉由减速机构连结时，则有减速比i及减速的传动效率η因素存在，则式(10)又可变化为

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

liqiang260

顶一下

天上人间

看了之后晕晕忽忽的（我基础太差），楼主有没有完整的资料上传啊。

哈奇

搂主，这个资料好像不是全部，能否上传完整的资料，刚才看了两遍，很多地方感觉不对！！

哈奇

可能是我的基础知识不够，读不大明白！！1

尹怀化

先顶一下了

蛋炒饭丶糊了

谢谢楼主