螺栓設計選用概要

螺栓為機械裝配最常使用的鎖固方式之一，從螺絲大小、材質、螺牙以至於鑽孔加工的大小皆是一門學問，以下根據常用的螺絲相關選擇做簡單的介紹：

螺拴規格

第一碼為螺栓的直徑，第二碼則為螺牙的螺距。每一種螺栓直徑皆有可能搭配不同的粗細牙的螺距，而鑽孔加工尺寸則使用外徑減螺距作為基準，較常使用的螺栓規格則如以下：

標準公制粗牙

M8 x 1.25：可以簡寫成M8，鑽孔尺寸= 8-1.25 =6.75mm≒6.8mm

M6 x 1 ：可以簡寫成M6，鑽孔尺寸= 6-1 = 5mm

M4 x 0.7 ：可以簡寫成M4，鑽孔尺寸= 4-0.7 = 3.3mm

公制細牙

M8 x 1：不可以簡寫，鑽孔尺寸= 8 - 1 = 7 mm

M8 x 0.75：不可以簡寫，鑽孔尺寸= 8 - 0.75 = 7.25 mm≒7.3mm

M6 x 0.75 ：可簡寫M6細牙，鑽孔尺寸= 6-0.75 = 5.25mm≒5.3mm

M4 x 0.5 ：可簡寫M4細牙，鑽孔尺寸= 4-0.5 = 3.5mm

螺牙

NPT（美制管用推拔螺紋）ANSI制，螺紋峰與根切成同形，又因公差大，餘隙、緊密兩種配合都可用。

NPTF牙根與牙峰處密合，產生金屬對金屬密封

PT(推拔螺紋)  JIS定為耐密用，組合外螺紋和內螺紋。

PF (平行螺紋 ─ 機械結合用) JIS定為機械接合用，外螺紋與內螺紋成一對，採用一般固定螺釘方法，外螺紋在負邊，內螺紋在正邊，成為無餘隙公差。

螺絲等級

螺栓按規格分為3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10餘個等級，數字越大等級越高，其中8.8級及以上螺栓材質為低碳合金鋼或中碳鋼，經熱處理（淬火、回火），通稱為高強度螺栓。

螺栓等級第一碼表示螺栓材料的抗拉強度，為以N/mm2 單位標示，除以100 後之數值。第二碼為屈強比值，稱下降服點（或是0.2%耐力）與抗拉強度之間比例乘以10 倍後的數值，因此8.8代表抗拉強度800N/mm2

4.8~6.8 低碳鋼，SWRCH冷打用線材

8.8~9.8 中碳鋼，SWRCH冷打用線材，球狀化退火

10.9 鉻鋼SCr 鉻鉬鋼SCM or 棚鋼

12.9鉻鉬鋼SCM+磷

外殼防護基準 IP Code

在一些特殊的客戶特定需求下會要求馬達本體的外部防護。如屋外使用可能會要求本體的防水特性，粉塵環境的工廠則可能要求本體具有防塵能力。IP為規範此防水防塵的標準，第一碼為固體微粒防護等級，第二碼則為防水等級。記載X則表示不提供該防護等級，如IP6X，代表提供6的防塵等級但不提供任何的防水保證。

第一碼為固體微粒防護等級

0-     無法保護外物入侵

1-     防止大型表面侵入，如手掌無法進入，但無法防止身體部位的有意接觸

2-     防護如手指大小之形體侵入

3-     能防止螺絲起子等工具侵入

4-     隔絕電線或小尖端的工具進入

5-     具有一定程度防塵，進入之粉塵量不足以影響運作

6-     完全防止灰塵進入接觸

       

第二碼為液體滲透防護

0-     無防護

1-        垂直滴水防護 垂直滴水應無負面效果

2-        垂直到傾斜15°滴水防護，具有傘狀保護

3-     噴霧防護，設備上方60°的內水霧無負面效果

3-        潑濺防護，水從任何角度潑濺到設備上皆無負面效果

5-     低壓水柱防護，從噴嘴（6.3mm）射出的水柱從任意角度噴射到設備皆無負面效果

6-     高壓水柱防護，從強力噴嘴（12.5mm）射出的加壓水柱從任意角度噴射皆無負面效果

7-     浸入水中1m內防護，在明確水壓和時間下，浸入水中1m內時將不會因浸水而導致損壞。

8-     浸入水中超過1m防護，設備可在特定條件下長時間浸入水中

在IP 碼最後可以再註記一英文字母表示特殊需求，分類大致如下：

防止有害物體接觸

A-手背

B-手指

C-工具

D-電線

防護信息

H-高電壓設備

M-設備在水中測試時保持移動

S-設備在水中測試時靜止

W-天氣條件

馬達各部組常用材料介紹

電動機主要為金屬製品，但根據每個部組不同的需求仍有不同的選擇依據，以下針對馬達各部組材料選擇進行簡略介紹：

外殼：框架，托架，接線箱

外部結構主要依需求分為鑄鐵，鐵板，及鋁殼。

鑄鐵

含碳量在2%以上

灰鑄鐵(片狀石墨鑄鐵)－其成本低廉，鑄造性、加工性、減震性及金屬間摩擦性均優良。但是，由於片狀石墨對基體的嚴重割裂作用，灰鑄鐵強度低、塑性差。開模後，能以沙模灌注鐵水的方式大量製作，多數不注重重量問題之工業馬達皆使用鑄鐵當作外殼主要材料。

FC20-抗拉強度達到20kg/mm^2　相當於FC196

FC200-抗拉強度達到 200N/mm^2

鋼板

重量輕，較常用於小型馬達，主要分成熱軋與冷軋兩種製程

熱軋：熱軋的原料是扁鋼胚。將扁鋼胚加熱至約600度之後(高於再結晶溫度)，方可避免受加工硬化的影響而破裂熱軋。適合較大工件，較大變形量。

冷軋SPCC：.因材料延展性良好，不須加溫就可以直接加工.可避免熱漲冷縮的影響.而得到比較精密的成品。適合精準，變形量較小之工件。

鋁殼

鋁擠製程可塑性高，重量輕，但易受外力碰撞變形．常用於較注重重量問題之車用等小型馬達。

定轉子

定轉子之矽鋼片為主要影響馬達電機特性的重要材質，矽鋼可以表現出一些特殊的磁性，如產生一個磁滯區域、增加磁導率、減小磁芯損耗。一般將矽鋼片沖片成指定槽型的形狀後，會進行積片成為塊狀物，以層層分明的方式減少渦流損。矽鋼片主要為冷軋製作，並透過退火讓結晶方向一致，使壓延時晶格方向能產生較高的導磁率及低磁滯。常用之矽鋼片如50A1000,50A700,50A350，數字越小等級越高。

軸

軸主要成為轉動時之扭矩，並在有測向拉力時(如使用皮帶輪時)承受彎矩．除潛盾機會使用鉻鉬鋼外，其餘多數使用碳鋼。

S45C 中碳鋼，含有約0.45%之碳

高碳鋼：高碳鋼是指回火時間較長、含碳量高的鋼材，硬度、強度和耐磨性高

中碳鋼：中碳鋼是指回火時間較高碳鋼為短、含碳量適中，性質介於高碳鋼與低碳鋼之間的鋼材，主用途是製造不鏽鋼。

低碳鋼：低碳鋼是回火時間短之碳鋼，質軟、耐衝壓及可延展

油封橡膠

主要用於出軸端等動靜部的內外密封，油封易受溫度及腐蝕性影響，故依耐用度分成以下幾種不同等級的材質。

PU-基本上是由POLYOL與ISOCYANATE硬化而成,其特性取決於這兩種單體之種類,價格低廉常用在人造皮及防水材料

NBR-是一種人造橡膠,含有丙烯氰官能基的聚丁二烯,可用傳統加硫方式硬化,常用在油封及油管上.

Viton-杜邦氟碳橡膠之商品名,一般稱FKM,結構類似TEFLON,耐熱性及耐油性耐化性皆優於其他橡膠,但價格昂貴.

螺栓

常用為SWRM，但若需使用於防蝕環境時則使用不銹鋼

SWRM 軟鋼線材：數字越大，碳含量越高

不鏽鋼

3字頭

沃斯田鐵(鉻-鎳奧氏體) 16%—26%鉻和35%以下的鎳，通常具有最高的耐腐蝕性，不能通過熱處理進行強化，並且無磁性

304-標準成分是18 %鉻加8 %鎳。為無磁性

316-主要用於食品工業和外科手術器材，添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結構。

       

4字頭

肥粒鐵，麻田散鐵(鉻 馬氏體)

通常含有11.5%—18%鉻和1.2%以下的碳，有時也含鎳，可通過熱處理進行強化，具有中等的耐腐蝕性

410-耐磨性好，抗腐蝕性較差。原料價格較便宜，具有磁性、可經由熱處理硬化。

430SC-銘板

其他

SS41-(SS400)，抗拉強度>400MPa 用於吊環螺栓

BSW3-固定鉚釘

SK5-工具碳鋼，含碳量%　B壓簧

SF55-碳鋼鍛鋼，抗拉強度>540MPa，鍵

SCM435-鉻鉬鋼，數字越大含碳量越高，凸緣螺栓

BC607-擋塵圈

BSP-平墊圈

N35SH-永磁馬達用轉子用磁鐵

馬達散熱議題與手法

馬達於長時間運轉，會因感應電流等各種損失產生大量的熱，而馬達自身軸的旋轉則可以帶動扇葉進行基本的空氣熱對流散熱。然而扇及風路的設計因不同的需求而異，以下針對幾種設計考量進行初淺的討論。

風扇設計

風速大小主要取決於扇葉徑與轉速，扇徑大小的效果又比轉速更為顯著。風扇扇葉數與風速無明顯對應關係，但能讓出風較為順暢。增加扇徑與轉速會導致噪音增加，變更扇葉數則能改變風扇的噪音之頻譜。

風扇分類

離心扇

入風為軸向與出風為徑向，兩者相互垂直。風壓較強，風速較慢，同一設計正逆轉皆能使用，風吹送的距離較長，可適用於各種不同阻抗之條件。

軸流扇

入風為軸向與出風為軸向，兩者相互平行。風壓較弱，風速較快，只能單方向轉動使用，使用條件範圍較小，較可能因阻抗條件不同而失速。

特殊需求

變頻使用

主要用於會因為變頻使用而降低轉速之馬達，為防止操作轉速過低導致散熱不佳，因為外掛一個獨立之散熱馬達。

水冷

在某些特殊的環境下，空氣取得並不容易，或者散熱後之熱空氣無法在有效對流中進行熱交換(如潛盾機)。

另外根據IEC定義，馬達依使用需求對應以下幾大類

IC 01　

用於開放式馬達，由主軸帶動自帶扇進行散熱。

IC 40 (IC 410)

用於半密式馬達，無外扇，僅透過自然對流及熱輻射散熱。

IC 41 (IC 411) TEFC

用於半密式馬達，外框架有鰭片，透過自帶扇進行散熱。為最常用的馬達散熱型式。

IC 43 A (IC 416A)

用於半密式馬達，外框架有鰭片。透過外加之小馬達帶動風扇以進行散熱。主要用於會因為變頻使用而降低轉速之馬達，為防止操作轉速過低導致散熱不佳，因為外掛一個獨立之散熱馬達。

IC 43 R (IC 416R)

同上，但強制扇位置位於主馬達徑向

IC 61 (IC610)

用於半密式馬達，另設置熱交換區域，同時存有兩軌空氣循環。

矽鋼片與磁路設計要點

矽鋼片組成了定子，為馬達中影響效率最重要的因素之一。矽鋼片的設計常倚賴有限元素法進行磁路分析，但根據過往經驗，大體能歸納出以下幾個重要的項目。

磁路設計

增加導磁率(矽鋼片材質)，防止磁通密度飽和，盡可能增加槽面積(槽型)

軛部

避免鉚點影響磁通，數量盡可能減少，方向與磁通一致

尺寸越寬，機械強度高，減少振動噪音，避免磁通飽和，但會影響槽面積

軛部齒部與槽極配有一定的關係式

靴部

槽開口越小越能吸收磁鐵產生之磁力，但可能產生漏磁現象，入線製程難度增加

槽開口寬度與齒部寬度尺寸與齒部矽鋼片磁通密度設計值，則可評估槽深尺寸

齒部越小越能增加槽面積，但越可能產生磁通飽和的現象。

磁能設計

磁鐵的選用，磁鐵的配置方式

電能設計

漆包線線徑，繞組圈數