【動力・トルク・回転数】減速機の仕様と直結する物理特性

機械化学機械

NEONEEETです。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象としています。

この記事を読むと、動力とトルクと回転数の関係を知ることができます。

結論

減速機を付けると、

動力は変わらず、

回転数は下がり

トルクは上がります。

はじめに

回転機器において動力・トルク・回転数の関係はたびたび話題になります。

減速機の前後でこれらの値がどう変わるか確認します。

定義

トルク

トルク\(T\)の定義は下記のとおりです。

$$T=Fr$$

\(T\)はトルク(N・m)、\(F\)は力(N)、\(r\)は距離(m)です。

これは一般には回転系に対して使用する概念です。

したがって、\(r\)は回転する物体の半径と考えるのが普通です。

ただし、技術的に半径で測定することはできないので、直径で記載します。

今回はそこは省略。

動力

動力\(P\)の定義はこれが普通でしょう。

$$P=\frac{W}{t}$$

\(P\)は動力(W)、\(W\)は仕事(J)、\(t\)は時間(s)

仕事\(W\)は以下の通り。

$$W=Fr’$$

\(r’\)は一般に距離です。力\(F\)で距離\(r’\)移動させるときに使用するエネルギーが仕事です。

単位という次元で見ると、仕事もトルクも同じです。

動力とトルクの関係

動力\(P\)とトルク\(T\)の関係は以下の通り

$$P=\frac{T}{t}$$

\(T\)と\(t\)で意味が分からなくなってきますね。。。

回転数

回転数とは1分間に何回転するかという定義でrpmという単位を使うことが多いです。

rpmはrevolution per minute

物理の時限的には(1/s)です。

これは\(n\)という文字を使うことが多いでしょう。

動力とトルクと回転数の関係

以上の関係から

動力\(P\)とトルク\(T\)と回転数\(n\)の関係は以下の通りになります。

$$P=Tn$$

減速機

減速機とは、速度を落とす機械です。

2つの歯車で歯数が異なると、回転数を変えることができます。

回転数が変わると速度が変わります。

減速機を使うとトルクが上がる

減速機を使うと、動力・トルク・回転数の関係はどう変わるでしょうか?

動力は基本的には変わりません。

厳密には減速機での動力ロスがありますが、そこは無視。

減速機の前を1、後を2という添え字を付けて

$$T_1n_1=T_2n_2$$

という関係になります。

減速機を付けると速度が落ちるので、\(n_2 < n_1\)です。

そうすると、\(T_2 > T_1\)

減速機を付けるとトルクが上がるというのはこういう理論です。

おわりに

動力・トルク・回転数の関係は、物理的に基本的なことです。

これを減速機について説明してみました。

この記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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