減速機原理

一、減速機的一般理解：

最簡當的理解是，減速機是改變速度與輸出力矩的，提供大力矩，低轉速。減速機的轉數比=輸入轉數/輸出轉數，若轉數比為100，輸出轉矩大約為輸入轉矩的100倍。（轉速減慢而轉矩增加）

減速機也是一種變速機，不過一般變速機是用來減速的，習慣稱減速機而已；一般的減速機是固定傳動比的，也有可調的，但一般是分級調速。

大家容易想到的是，汽車上都有一個可調速的減速機，所以汽車就有了幾個檔位，汽油機(柴油機)就和電機一樣，加減油門速度可以變化，但變化范圍不大。

當然要說的是，離合器和減速機不是同一個東西，只不過一般說到減速機大家就容易想到汽車變速，想到是離合器的功勞，其實每次變速都是在拉動變速桿后才完成的。一般可調變速機在換檔時，是不能負荷的，所以要通過離合器把減速機輸出與汽車分離，換好檔后再聯接，離合器只是一種聯軸器（只不過是可分可合的）。

能量守恒定律告訴我們，電機輸出功率不可能無緣無故地變，只可能因為各種損耗變成熱能量了。功率不變，速度減小，那就使力量（力矩）變大了；相同輸出功率時，（角）速度與力（力矩）成反比，一般減速機也有能量損耗，效率為70%-99%不等。

二、     常見減速機的大致分類、特點及一般用途

■■常見減速機的大致分類

一般的減速機有斜齒輪減速機(包括平行軸斜齒輪減速機、蝸輪減速機、錐齒輪減速機等等)、行星齒輪減速機、擺線針輪減速機、蝸輪蝸桿減速機、行星摩擦式機械無級變速機等等。一般情況下其減速比是定死的，只有行星摩擦式機械無級變速機是可以調速的(減速機上面有一個連續(xù)可調的操作旋鈕)。

減速機的名字也可以這樣叫：減速器，減速箱，齒輪箱，齒輪頭（此叫法比較少見，新加坡，馬來西亞，臺灣會有這么叫的）。

■■常見減速機的特點

1） 蝸輪蝸桿減速機的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。

2） 諧波減速器的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差，輸入轉速不能太高，價格較高。

3） 行星減速器其優(yōu)點是結構比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大，但價格略貴。另外行星減速箱，有平齒和斜齒2種，精度和價格都有不同。

性能比較：

         蝸輪蝸桿減速器   諧波減速器    行星減速器

     體積       大            小            小

     背隙       低            高            高

     剛性       高            中            低

     壽命       中            短            長

     效率       低            高            高

■■常見減速機的一般用途及計算方法

1）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速箱額定扭矩。

2）減速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方；目的是實現匹配的慣量，這就是為什么有些地方即使力矩足夠也不用變頻器的真正原因。大家可以看一下一般電機都有一個轉矩轉子慣量數據。

3）如果調換輸入與輸出，它也可以用做成增速機構。

交流伺服電機或步進電機需要正反轉定位，所以比較關注減速箱精度，一般都在弧分級（一弧分為1/60度）。

三、     變頻器以及伺服驅動器的大致分類

■■變頻器大致分類：

通用型，什么樣的場合都可以選擇使用的；

風機水泵專用型，這種變頻器使用具有局限性，只能是在風機和水泵的負載上使用；

注塑機專用型，這種變頻器是專門為注塑機設計的；

選擇的時候，按照上面的內容往上套就可以了，再就是需要注意電機的功率，根據電機的功率來選擇合適的變頻器，一般變頻器的功率要和普通電機的功率相同或者是大一個等級，比方說，11KW的電機，應該選擇11KW或者是15KW（最好）的變頻器。

■■伺服驅動器大致分類：

前面一些小節(jié)已有詳細介紹，在此略過。（需要看的朋友可回到前面查看）

四、普通電機的最佳運行

普通電機設計得最佳運行頻率是50 - 60Hz，長期在低速下運行對電機本身得壽命是個損害，另外電機本身得散熱也是個問題。

有時為了獲得更低的速度，沒有減速機還真的是不行呢。曾有人應用過400：1的減速機做傳動，看上去低速端比蝸牛還要慢。減速機是剛性的，光用變頻器有時不能達到要求，同時也不贊成變頻器長期運行在20Hz下以獲得低的速度。

為什么變頻器要防止在20 Hz以下長期工作呢，（1）是因為轉速過低，風扇的散熱效果就很差，而變頻調速要保持恒磁通，在頻率很低時電壓就得很低，要保持恒轉矩電流就很大，發(fā)熱很大，散熱卻很差，對電機極為不利，對變頻器也很不利。（2）是減速機與變頻器的價格比相差很大，減速機一般按每千瓦一百元計算，而變頻器按每千瓦差不多要按兩千元計算，所以除非特別必要不能用變頻器代替減速機。

一般變頻器是取代流量閥控制變化較大的液體與氣體的流量的，可以省下閥門的巨大損失，可在半年內收回投資，有推廣價值；再就是需要調速的機械，例如機床用主軸變頻調速（主軸無級調速），若不需要調速則沒必要用變頻器。

曾有一個公司，全廠大約有100多臺電機，除一臺是直流的(大概300KW)，其他全是變頻的，小的30Kw，中等900Kw，再大2000Kw，最大的6000多Kw，都是變頻的，但幾乎沒有一臺不用變速箱的，而且一般變速箱比電機都大；而在此時變頻器和伺服相比，在大功率的應用上性價比優(yōu)勢就明顯了。

五、如果用于低速的場合，只用一個普通低速的電機能行嗎？或用伺服電機呢？

只用一個普通低速的電機那當然不行，因為：

1）速度一般達不到：一般情況下減速機的數比可以低到3:1甚至更小，也可以高于180:1甚至更大。

也就是說，當普通電機轉速為1380轉/分(4極電機)時，減速機輸出轉速可以高到460轉甚至更大，也可以低到7.6轉甚至更小。而普通電機可以實現這么大的變速范圍嗎？就算是多極變速電機，轉速最快的2極電機轉速為2880-2970轉/分左右，轉速最低的12極電機轉速為480-490轉/分左右。如果只需要幾十轉/分的轉速，普通電機那就更不行了。

2）普通電機轉矩一般達不到：要求在低速運轉的負載，一般說來都要求比較大的轉矩(比如說提升機、電梯、生產線、卷繞機等等)，即使普通電機的轉速符合要求了，轉矩也往往不能剛好符合要求。注意低速時機械導軌容易出現“爬行”現象。

用于低速的場合，只用一個交流伺服電機能行嗎？那還得分具體的不同情況：

用交流伺服電機做低速運行是沒有問題的（伺服驅動器內部有內置的電子齒輪，可任意設置，但建議1/50≤減速比≤50）。但是同樣存在轉速符合要求了，轉矩未必能剛好符合要求的情況，若轉矩也符合了要求了那當然是排在第一位的最佳方案了。

若轉矩不符合要求，又可細分為兩小類不同配置方案：A）大功率交流伺服裝置（交流伺服驅動器+伺服電機）方案；B）小功率交流伺服裝置+減速機方案。

A）在位置精度沒有特別要求的情況下，選用大功率的交流伺服裝置方案因其成本較高，和小功率的交流伺服裝置+減速機方案，相比較而言，性價比優(yōu)勢不明顯。

（我們有一客戶安裝在一大型立式車床上，其上、下、左、右四處運動進給，就都是采用交流伺服裝置+減速機的方案）

B）但若是有較高的位置精度要求的，雖然采用大功率的交流伺服裝置方案成本高些，但位置精度要求得到了保障；而小功率的交流伺服裝置+減速機方案，因減速機存在機械齒輪背隙，位置精度是要做出一些犧牲的。最終方案要根據具體的設備、設計目標、技術指標、精度要求等因素來確定。

C）另外還得兼顧電機的轉矩轉子慣量。

　　六、伺服電機和減速機是怎樣選配的？比如選擇中慣量750W的電機，選擇一種減速比在60左右的減速機，應該怎樣選?

選型時應注意：

1）確認你的負載額定扭矩要小于 > 減速機額定輸出扭矩。

　　 2）伺服電機額定扭矩（乘以）x減速比要大于 > 負載額定扭矩。

　　 3）負載通過減速機轉化到伺服電機的轉動慣量，要在伺服電機允許的范圍內。

　　 4）確認減速機精度能夠滿足您的控制要求。

　　 5）減速機結構形式，外型尺寸既能滿足設備要求，同時能與所選用的伺服電機連接。

除了減速機傳動比，輸出轉矩，輸出軸的軸向力，徑向力校核；還要看減速機的傳動精度，根據工作條件選擇。因為傳動精度高價格高，只要電機和減速機配套后滿足你的要求（功能和性能），就可以了。

技術指標要符合要求，材料成本價格適中，就是好的方案。

七、普通電機、減速機、變頻器（伺服驅動器）三者關系

  通常普通電機提供的是的功率，即比較合適的轉速與轉矩，但是轉矩小的電機體積就小，功率因數和效率也高，所以一般都造1400到2800以上的高速電機。如果需要低速大轉矩就配減速機，但減速機在大減速比時效率非常低，這時就需要更低速度的電機。

一般來講減速機的轉數比是固定的，錐齒輪配合的減速機也可以調速，但是只能是手動固定調速，性能與變頻器不可同日而語；總之減速機的作用是取得合適的轉速與轉矩的同時追求高效率。

變頻器的作用是變頻調速，可以動態(tài)大范圍快速調速，在工頻以下是恒轉矩調速，在工頻以上恒功率調速，其作用也不能完全取代減速機。

如果需要簡單的傳動系統，大的轉矩，高的效率，大的調速比而對體積不太敏感，也可以使用力矩電機配變頻器。如果對效率不太在意，但對體積、轉矩、調速比很在意，也可以使用液壓傳動配變頻器（定壓控制）。

打個不恰當的比方：電動機就象是一個人，是動力源；減速機就是杠桿[速比就是杠桿的動力臂和阻力臂之比]；變頻器（伺服驅動器）就象滑輪組。三者在各行各業(yè)及實際使用過程中，要根據使用設備參數、運行狀況、負載性質、使用特點等進行綜合考慮，做到精心設計、精確計算，然后選用電動機、減速機、變頻器（伺服驅動器），使之形成一個比較和諧的整體裝置，使其發(fā)揮最大的工作效率。