การคำนวณแรงบิดสำหรับงาน Belt Drive

การคำนวณที่แสดงในภาพ

การคำนวณหาแรง (F)

สูตรที่ใช้คือ: $F = M \times a$

จากโจทย์: Load (มวล, M) = 100 kg.

ข้อสังเกต: โดยทั่วไปในระบบฟิสิกส์ แรง (F) ที่กระทำต่อมวล (M) เพื่อให้เกิดความเร่ง (a) จะใช้สูตร $F = M \times a$ . แต่ในที่นี้ ค่าความเร่ง (a) ไม่ได้ถูกระบุในโจทย์ และค่าที่ใช้เป็นเลข 4 โดยการใช้หลัก 4 เท่าของความเร็วที่ต้องการ แต่หากต้องการหาแรงที่ใช้ในการยกโหลด 100 kg. ในแนวตั้ง แรงนั้นควรเป็นน้ำหนักของวัตถุ ( $F = m \times g$ ) ซึ่งจะได้ประมาณ $100 \times 9.81 = 981$ N.

การคำนวณหาแรงบิด (T)
- สูตรที่ใช้คือ: $T = F \times r$
- จากบรรทัดบน: แรง (F) ที่คำนวณได้คือ 400.00 N.
- ค่ารัศมี (r) ที่ใช้คือ 0.03175 m. (ค่านี้มาจากไหน?)
  - ในโจทย์ระบุ Dia. Pitch (เส้นผ่านศูนย์กลาง) ของ Drive Pulley คือ 63.5 mm.
  - ค่ารัศมี (r) คือครึ่งหนึ่งของเส้นผ่านศูนย์กลาง ดังนั้น $r = 63.5/2 = 31.75$ mm.
  - เมื่อแปลงเป็นเมตรจะได้ $31.75 \div 1000 = 0.03175$ m.
- การคำนวณ: $T = 400.00 \times 0.03175 = 12.70$ Nm.
- ข้อสรุป: การคำนวณแรงบิดนี้เป็นการหา แรงบิดที่จำเป็น (Required Torque) ที่มู่เลย์ขับจะต้องสร้างขึ้นเพื่อเอาชนะแรง (F) ที่กระทำ ณ ขอบของมู่เลย์

การคำนวณอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง

Motor Rate Speed: 3000 rpm.
Motor Rate Torque: 2.4 Nm.
- ค่านี้เป็น แรงบิดสูงสุด ที่มอเตอร์สามารถให้ได้
- ข้อสังเกต: แรงบิดที่คำนวณได้คือ 12.70 Nm. ซึ่ง สูงกว่า แรงบิดของมอเตอร์ (2.4 Nm) อย่างมาก แสดงว่ามอเตอร์ตัวนี้ ไม่สามารถขับโหลดนี้ได้โดยตรง ต้องมีการใช้ อัตราทด (Gear Ratio) ช่วยเพิ่มแรงบิด
Gear Ratio Need: 6
- อัตราทดที่ต้องการคือ แรงบิดที่ต้องการ ( $T_{re q u i re d}$ ) หารด้วยแรงบิดของมอเตอร์ ( $T_{m o t or}$ )
- $R a t i o_{n ee d} = 2.4 12.70 \approx 5.29$
- ตัวเลข 6 ที่แสดงในภาพจึงเป็นค่า อัตราทดขั้นต่ำ ที่ต้องใช้
Gear Ratio Select: 8
- ค่านี้คือ อัตราทดที่เลือกใช้จริง ซึ่งมากกว่าอัตราทดที่ต้องการ (6) เพื่อให้มีกำลังสำรอง (Safety Factor)
Speed Out:
- Speed Out (Result): 1.246 m/sec
- นี่คือความเร็วของสายพาน หลังจาก ที่ผ่านอัตราทด 8
- วิธีการคำนวณ:
  1. หาความเร็วรอบของเพลาที่ถูกขับ (Output Speed): $N_{o u t} = R a t i o _{se l ec t} N _{m o t or} = 8 3000 = 375$ rpm.
  2. แปลงความเร็วรอบเป็นความเร็วเชิงเส้น (เมตร/วินาที) โดยใช้เส้นผ่านศูนย์กลางของมู่เลย์ขับ (63.5 mm หรือ 0.0635 m): $v = 60 π \times D \times N _{o u t} = 60 3.14 \times 0.0635 \times 375 \approx 1.246$ m/sec.
- ข้อสังเกต: ความเร็วนี้ น้อยกว่า ความเร็วที่ต้องการในโจทย์ (1 m/sec) อยู่เล็กน้อย ซึ่งเป็นผลมาจากการเลือกใช้อัตราทดที่สูงกว่าที่คำนวยได้.

โดยสรุป การคำนวณที่แสดงในภาพเป็นการวิเคราะห์เพื่อหา แรงบิดที่จำเป็น ในการขับเคลื่อนโหลด และตรวจสอบว่ามอเตอร์ที่มีอยู่สามารถขับเคลื่อนได้หรือไม่ จากนั้นจึงหา อัตราทด ที่เหมาะสมเพื่อให้มอเตอร์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย.