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数学公式

数学公式: 齿轮比计算器(扭矩与转速)
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  1. Output torque & speed

    Output torque & speed: 齿轮比计算器(扭矩与转速)

    Torque is multiplied by the ratio while speed is divided by it (ideal, lossless gearset).

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结果

齿轮比
3 : 1
输出齿数与输入齿数之比
输出扭矩 30 N·m
输出转速 1,000 RPM

什么是齿轮比?

齿轮比反映的是一对啮合齿轮在转速与扭矩之间的"取舍"关系。它等于从动轮(输出)齿数除以主动轮(输入)齿数。当齿轮比大于 1 时为减速:输出转得更慢,但扭矩更大;当齿轮比小于 1 时为超速(增速):输出更快,但扭矩更小。本工具是通用的机械计算器,适用于全球任何场景,不受地区限制。

两个啮合的齿轮,一个小的输入齿轮和一个较大的输出齿轮,显示齿数和旋转方向
一对齿轮:较小的输入齿轮(\(N_{in}\))驱动较大的输出齿轮(\(N_{out}\))。

如何使用本计算器

先填入主动轮齿数(连接电机或输入端)和从动轮齿数(连接负载或输出端),再输入以牛·米(N·m)为单位的输入扭矩,以及以 RPM(转/分)为单位的输入转速。计算器会自动算出齿轮比、输出扭矩和输出转速。

计算公式详解

齿轮比为 \(N_{out} / N_{in}\)。在理想齿轮系中功率守恒,因此扭矩与齿轮比成正比:

$$\tau_{out} = \text{ratio}\cdot\tau_{in}$$

而转速则与齿轮比成反比:

$$\omega_{out} = \dfrac{\omega_{in}}{\text{ratio}}$$

以上结果均假设效率为 100%;实际齿轮会因摩擦损耗几个百分点,所以真实输出扭矩会略低于计算值。

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展示齿轮副中扭矩与转速之间权衡关系的示意图
提高传动比可放大输出扭矩,同时降低输出转速。

实例演算

一个 12 齿的主动轮与一个 36 齿的从动轮啮合,输入扭矩为 10 N·m,输入转速为 3000 RPM。

$$\text{ratio} = \frac{36}{12} = 3$$$$\tau_{out} = 3 \times 10 = 30\ \text{N}\cdot\text{m}$$$$\omega_{out} = \frac{3000}{3} = 1000\ \text{RPM}$$

也就是说,这套齿轮系将扭矩提升至三倍,同时把转速降到原来的三分之一。

常见问题

3:1 的齿轮比是什么意思?意思是输入端每转三圈,输出端才转一圈,扭矩放大三倍,转速降为三分之一。

计算结果考虑摩擦损耗了吗?没有——它假设的是理想无损耗齿轮系。若要更贴近实际,可将输出扭矩乘以你的齿轮箱效率(例如 0.95)。

能用于链传动或带传动吗?可以。只需用链轮、皮带轮的齿数(或皮带轮直径)代替齿轮齿数即可。

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