兩個齒數為二十和十二的齒輪相互齧合、反向旋轉,小齒輪恰好比大齒輪快三分之五倍,正如傳動比所要求的那樣。右邊一隻轉速錶的指標在紅區旁擺動,下面編碼器的開槽圓盤帶著閃爍的感測器緩緩轉動,底部一個標記沿刻度一直走到三千。
單位頁
SI 之外 · 轉動力學 第 1/1 頁 · 修訂 2026-09每分鐘轉數
SI 之外的單位 · 量:轉速 n · 1 min⁻¹ = 1/60 s⁻¹
從電機銘牌上讀取、用燈光閃爍來校驗的單位
每臺電動機的銘牌上,在千瓦和伏特旁邊都印著一個像 1450 這樣的數:這就是軸在額定負載下一分鐘轉過的圈數。這個量最容易想象,也最難看見,因為每分鐘幾百轉時,眼睛就已分不清輪輻,輪子融成一個模糊的圓盤。
所以測量它得靠巧思。機械轉速錶靠離心力把重塊甩開,電子轉速錶用發電機,而頻閃儀做了最簡單的事:用短促的閃光照亮軸,當閃光頻率與轉動頻率相合時,軸上的標記凝住不動,彷彿軸停了。但閃光慢一半時它也會凝住,不少技師就栽在這個陷阱裡。
國際單位制裡沒有每分鐘轉數,只有秒的負一次方和弧度每秒,但機床、電機和唱機仍然用分鐘說話,因為圓整的數恰好裝得下:五十赫茲電網上四極電機 1500,兩極電機 3000,密紋唱片三十三又三分之一。
標準寫作 min⁻¹ 或 r/min,中文口語說「轉/分」,rpm 則以小寫活在銘牌和產品目錄上;大寫的 RPM 也常見,但標準不喜歡它。轉數用字母 n 表示,角速度用字母 ω 表示,單位是弧度每秒。
以每秒轉數計的轉速與以弧度每秒計的角速度之間隔著一個 2π 因子:3000 r/min 的軸每秒轉五十圈,但它的角速度約為 314 rad/s。把 ω 寫成「50 Hz」,就錯了六倍多。
01 · 定義
軸 · 傳動 · 閃光 · 陷阱每分鐘轉數是物體在六十秒內轉過整整一圈時的轉速。它等於秒的負一次方的六十分之一,這種轉動的角速度是 2π/60 弧度每秒,約為十分之一。
轉速的好處在於可以數,而不必測:只要知道在已知時間裡轉了多少圈就夠了。所以它很容易穿過齒輪傳動——一對齒輪按齒數之比把它除或乘——也所以工業如此喜愛它,每臺機床都用一組主軸轉速級來描述。
頻閃儀靠重合來測轉速:閃光頻率等於轉動頻率時,軸上的標記點每次閃光都在同一位置,看上去靜止不動。但如果閃光少整數倍,情形也一樣:軸在兩次閃光之間轉了兩圈、三圈或四圈,眼睛卻察覺不到。檢驗方法是把閃光頻率加倍——真正重合時會出現兩個標記,倍數重合時則依舊靜止。
非同步電動機總是比同步轉速稍慢,用同一電網供電的頻閃儀會把這個差值顯示為標記緩緩向後漂移。數一數標記一分鐘轉了幾圈,技師不用任何轉速錶就能直接得到以轉計的轉差。
橙色輪裝在電機軸上,青綠色輪裝在輸出軸上,上面只亮著一個標記。兩輪始終齧合:小輪齒數少幾倍就轉快幾倍,而且反向轉動。普通光下它們以慢放顯示;開啟頻閃儀,兩個輪子就呈現出閃光所顯示的樣子:靜止不動,緩緩向前或向後爬行,有時同時出現兩三個標記。
軸上是閃光頻率。高高的橙色豎線是唯一真實的重合,每轉落一次閃光;它左邊的青綠色豎線是每兩、三、四轉一次的閃光,標記在那裡也靜止;右邊的紅色虛線是比轉動更頻繁的閃光,標記在那裡變成兩個、三個。白線是你的燈。
02 · 換算
單位 · 圓周速度 · 功率與轉矩從電機銘牌到銑刀刃口
第一個標籤把轉數換算成每秒頻率、弧度和度數。第二個把它換算成不同直徑刀具刃口的圓周速度,第三個顯示在這個轉速下傳遞給定功率需要多大轉矩。
記憶口訣:要得到弧度每秒,把每分鐘轉數除以 9.55;要得到以牛·米計的轉矩,把千瓦乘以 9550 再除以轉數。
非同步電動機銘牌上的轉速是滿載時的額定轉速;空載時軸幾乎以同步轉速旋轉,過載時落後更多。計算傳動用額定數值,用頻閃儀校驗時則看實際情況。
| 量 | 數值 | 說明 |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
{text}
從地球自轉到牙科渦輪機,相差將近九個數量級,全都用同一個單位書寫,儘管低端用「每圈幾天」、高階用「千赫」會更順手。請注意,自然界的紀錄保持者——已知最快的脈衝星——轉得幾乎和高速銑床的主軸一樣快,只不過它的質量是太陽的一倍半到兩倍,直徑只有幾十公里。
04 · 測量儀器
離心式 · 頻閃儀 · 光電式 · 編碼器數清看不見之物的四種辦法
兩個鉸接的重塊轉得越快張得越開,並帶動一個套筒,套筒再轉動指標。同樣的結構當了一百年蒸汽機的調速器:套筒升起就關小蒸汽閥。
燈以可調頻率閃光,技師不斷調節,直到軸上的標記凝住;儀器刻度直接以每分鐘閃光次數標定。它完全不接觸軸,但需要做加倍檢驗,否則可能讀到真實轉速的一半。
在軸上貼一條反光膜,儀器計算反射光束每秒回到光電二極體多少次。這裡沒有「一半陷阱」,卻有另一個:軸上若有第二個亮點,讀數就會加倍。
一個帶數百或數千個槽口的圓盤直接裝在軸上,轉速等於脈衝數除以時間再除以槽數。每臺伺服驅動器、每臺數控機床都這樣測量,每秒數百次。
05 · 書寫規則
min⁻¹ · r/min · rpm · 不加點轉既不是赫茲,也不是弧度
轉速用字母 n 和單位 min⁻¹ 或 r/min 書寫,角速度用字母 ω、單位弧度每秒,符號 rpm 用小寫,不加點。
第一個錯誤把分鐘和秒混為一談,把頻率誇大了六十倍。第二個把角速度寫成赫茲,丟掉了 2π 因子。第三個在沒有點的符號里加點。第四個給已經含有「每分鐘」的單位再加負冪,第五個完全忘了時間,第六個把頻率變成了時長。
06 · 相鄰單位
s⁻¹ · rad/s · 馬力每分鐘轉數依靠三個鄰居:每秒頻率,除以六十即可換算;角速度,帶著 2π 因子;以及軸與轉矩一起傳遞的功率。
轉速的 SI 單位;赫茲在形式上也是秒的負一次方,但按慣例留給週期振動,而不用於轉動。
轉動的全部力學都用它書寫:功率等於轉矩乘角速度,圓周速度等於角速度乘半徑。
瓦特用一匹拉磨的馬來測量它,也就是透過轉數和出力;在測功機上,發動機功率至今仍由轉矩和轉速求得。
目錄中與它相鄰的是 馬力——瓦特從馬拉磨盤推匯出來的——以及 度電,舊電錶的轉盤也在計轉數,只不過計的不是軸,而是電能。
07 · 歷史部分
檔案 · 人們如何學會看見轉動從瓦特的重塊到埃傑頓的閃光
{text}
每分鐘轉數沒有自己的基準,也不需要:有秒就夠了,圈數按定義來數。但很長時間裡,充當計轉基準的是電網。同步電動機嚴格隨電網頻率轉動,所以唱機轉盤上印著頻閃點:在每秒閃爍一百次的燈光下,一排一百八十個點恰好在每分鐘三十三又三分之一轉時靜止不動。
這種校驗的精度就是電網的精度,而電力系統把每天的周波數控制得如此嚴格,以至於電網時鐘多年內與天文時間的偏差不超過幾秒。於是最普及的轉速基準不在實驗室裡,而在發電廠裡,每個音樂愛好者都在不知不覺中用它校驗自己的唱機。