什麼是齒輪比?
齒輪比描述一對相互嚙合的齒輪如何在轉速與扭力之間取得平衡。它等於「被動(輸出)齒輪的齒數」除以「主動(輸入)齒輪的齒數」。當比值大於 1 時屬於減速:輸出轉得較慢,但扭力更大;比值小於 1 時則屬於增速(超速傳動):輸出轉得更快,但扭力較小。本工具是一款通用的機械計算器,適用於各種場合。
如何使用本計算器
請先輸入主動齒輪(連接馬達或輸入端)的齒數,以及被動齒輪(連接負載或輸出端)的齒數,接著填入以牛頓‧米(N·m)為單位的輸入扭力,以及以 RPM 為單位的輸入轉速。計算器會立即算出齒輪比、輸出扭力與輸出轉速。
公式解析
齒輪比為 \(N_{out} / N_{in}\)。由於理想齒輪組會維持功率不變,扭力會與齒輪比成正比放大:
$$\tau_{out} = \text{ratio}\cdot\tau_{in}$$而轉速則成反比縮小:
$$\omega_{out} = \dfrac{\omega_{in}}{\text{ratio}}$$以上結果均假設效率為 100%;實際齒輪會因摩擦損失數個百分比,因此真實的輸出扭力會略低一些。
實例試算
一個 12 齒的主動齒輪與一個 36 齒的被動齒輪嚙合,輸入扭力為 10 N·m、轉速為 3000 RPM。
$$\text{ratio} = \frac{36}{12} = 3$$$$\tau_{out} = 3 \times 10 = 30\ \text{N}\cdot\text{m}$$$$\omega_{out} = \frac{3000}{3} = 1000\ \text{RPM}$$這組齒輪將扭力放大為三倍,同時把轉速降為原本的三分之一。
常見問題
3:1 的齒輪比代表什麼?輸入端每轉三圈,輸出端才轉一圈,扭力放大為三倍,轉速則降為三分之一。
計算結果有考慮摩擦損失嗎?沒有,本計算器假設為理想且無損耗的齒輪組。若要更貼近實際情況,請將輸出扭力乘上你的齒輪箱效率(例如 0.95)。
可以用於鏈條或皮帶傳動嗎?可以。只要把齒輪齒數換成鏈輪、皮帶輪的齒數(或皮帶輪直徑)即可。