电机选用与机械设备的配合应用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×Wμ：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×am：物体的质量a：直线加速度圆周运动惯性力T=I×αI：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=2rI=G/g×(D/2)2=GD2/4g--[kgfms2]J[kgfm2]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]1kgf=9.80665[N]ω角速度[rad/s]黏滞性---直线运动黏滞力FB=B×VB：黏滞系数V：直线速度圆周运动黏滞力τb=b×ωb: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×α3.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]1kgf.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