機(jī)械設(shè)計(jì)（課程）——減速機(jī)的設(shè)計(jì)選擇

精密減速機(jī)

對(duì)于自動(dòng)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)而言，減速機(jī)是一個(gè)必不可少的功能部件，當(dāng)然減速機(jī)有很多種，應(yīng)用的范圍也非常的廣泛，但我們?cè)谶@里主要介紹的是減速機(jī)在自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用和選擇，這種減速機(jī)的特點(diǎn)是外形相對(duì)較小，傳遞的扭矩相對(duì)較低，傳動(dòng)精度較高，使用環(huán)境要求較高，維護(hù)要求也相對(duì)較高。我們先來(lái)一個(gè)理性的認(rèn)識(shí)，上個(gè)圖片給大家見一見它的廬山真面目。

1、減速機(jī)在自動(dòng)生產(chǎn)線中的作用

1）降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的最終轉(zhuǎn)速精密減速機(jī)，換句話說(shuō)就是提高伺服電機(jī)在使用過(guò)程中的轉(zhuǎn)速，讓電機(jī)的日常使用盡量接近其額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，這樣不僅可以讓伺服電機(jī)比較恒定的輸出扭矩，提供更高的定位精度，也可以最大限度的保證電機(jī)的使用效率和使用壽命，我們來(lái)舉個(gè)例子，如果你的機(jī)械手用伺服電機(jī)加齒輪齒條的傳動(dòng)方式，齒輪的直徑我們選擇D=72mm,在伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000r/min的時(shí)候，那么機(jī)械手的運(yùn)行速度S=2∏r*3000/1000=678m/min，這個(gè)速度太快了，我們根本就用不了這么快的速度，例如我們通常只能用到100 m/min的速度，那就意味著伺服電機(jī)必須一直恒定在440r/min的轉(zhuǎn)速，而這個(gè)轉(zhuǎn)速的輸出特性對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)是不好的，離額定轉(zhuǎn)速太遠(yuǎn)了，那怎么辦呢？我們減速，選擇一個(gè)1:7的減速機(jī)，那100m/min的運(yùn)行速度要求的時(shí)候，伺服電機(jī)剛好在3000r/min左右，這樣就可以讓伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下工作運(yùn)行，這才是最佳的匹配方式。

2）提升驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最終扭矩，很多時(shí)候，我們選擇一個(gè)伺服電機(jī)，主要考慮的參數(shù)就是扭矩和功率，扭矩的大小直接決定了伺服電機(jī)的使用范圍，也決定你的設(shè)計(jì)是否成功，但是很多時(shí)候，無(wú)論從結(jié)構(gòu)上還是成本上我們都不足以去支撐選擇一個(gè)單純用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)就能滿足我們的現(xiàn)實(shí)情況對(duì)扭矩的需求。也就是說(shuō)結(jié)構(gòu)和成本要求我們選個(gè)小的伺服電機(jī)，但是這個(gè)伺服電機(jī)的扭矩太小了，滿足不了現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，那怎么辦？這時(shí)候就需要用到減速機(jī)，而且恰好上面我們也提到了，為了充分的榨取伺服電機(jī)的能效，我們需要利用減速機(jī)來(lái)提高伺服電機(jī)的使用轉(zhuǎn)速，這真是天作之合了，沒(méi)有比這更完美的事情了，例如上我們我們舉的那個(gè)例子，如果減速比為1:7的話，那伺服電機(jī)的扭矩就會(huì)被放大7倍，那我們?cè)谶x擇伺服電機(jī)的時(shí)候，就可以選擇一個(gè)比時(shí)間需要扭矩小很多的電機(jī)，不但最大限度的節(jié)約了成本，也改善了設(shè)計(jì)上的結(jié)構(gòu)處理。

3）提高慣性負(fù)載的安定性和降低振動(dòng)，精密減速機(jī)對(duì)于伺服電機(jī)在自動(dòng)生產(chǎn)線中的使用，因?yàn)檫\(yùn)行的速度叫快，我們通常還要考慮一個(gè)慣性的問(wèn)題，尤其是在機(jī)械手啟動(dòng)和停止的時(shí)候，負(fù)載越大，速度越大，慣性越大，而這個(gè)慣性在伺服電機(jī)停止的時(shí)候會(huì)反作用在伺服電機(jī)上，對(duì)伺服電機(jī)產(chǎn)生很大的沖擊，雖然伺服電機(jī)可以通過(guò)延時(shí)來(lái)改變加減速的加速度來(lái)減少這種慣性的沖擊，但是始終是有一部分沖擊力會(huì)最終傳遞到伺服電機(jī)上的，而減速機(jī)的使用就可以最大限度的減少這種慣性對(duì)電機(jī)的沖擊，因?yàn)閼T性力通過(guò)減速機(jī)反作用的時(shí)候是一種增速，所以產(chǎn)生的力矩會(huì)相應(yīng)的減低變小，那最后對(duì)伺服電機(jī)的沖擊自然也就變小了。這種沖擊的變小也會(huì)最大限度的降低機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)，提升傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。

4）降低了成本，因?yàn)榕ぞ氐拇蠓忍嵘?，伺服電機(jī)可以選擇得比我們實(shí)際需求的扭矩更小，甚至小很多，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上也可以變得更緊湊與合理，這些綜合性能的提升都可以大幅度的降低成本，讓產(chǎn)品變得更有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2、 減速機(jī)在自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用

如何選擇一個(gè)減速機(jī)，從上面我們介紹的減速機(jī)的作用中，我們可以看出，要選擇一個(gè)減速機(jī)，你首先要確認(rèn)你的機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)的最大運(yùn)行速度，最大載荷等參數(shù)，然后再根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)來(lái)選擇相應(yīng)的減速機(jī)，在這里提供一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，在通用的機(jī)械手移動(dòng)中，減速比很少有大于1:10的，通常都是在1:7左右，因?yàn)樵谶@個(gè)范圍既可以保證機(jī)械手運(yùn)行的速度，也較好的提升了伺服電機(jī)的輸出扭矩，當(dāng)然我說(shuō)的通常情況，如果你的使用場(chǎng)合中，減少及的速度就是需求很低，但是對(duì)扭矩的需求卻很高，那你適當(dāng)?shù)姆糯笠彩强梢缘?。但是我也提供一個(gè)采購(gòu)方面的經(jīng)驗(yàn)給大家，一般1:10內(nèi)的減速機(jī)是一個(gè)價(jià)格檔次，超過(guò)1:10就是另一個(gè)檔次了，所以如果當(dāng)你選擇的是1:15這種類型的時(shí)候，你就要切實(shí)的考慮一下了，是不是真的需要，因?yàn)橘F的可不是一點(diǎn)點(diǎn)。精密減速機(jī)

齒輪箱

在這里也提供一個(gè)減速機(jī)供應(yīng)商的減速機(jī)徑向力的計(jì)算方式給大家，如果對(duì)載荷不確定的情況下，自己是可以根據(jù)計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行校核。

同時(shí)我們?cè)谛D(zhuǎn)減速機(jī)的時(shí)候，為了成本的考慮是可以采用轉(zhuǎn)接法蘭盤的形式的，例如你選擇的是90的伺服電機(jī)，但是你計(jì)算受力后發(fā)現(xiàn)，60的減速機(jī)可以也可以滿足，那也沒(méi)有問(wèn)題，那就在60的減速機(jī)上做一個(gè)法蘭盤來(lái)對(duì)接90的伺服電機(jī)就可以了，但是廠家也有他們自己的一些生產(chǎn)考慮，并不是說(shuō)什么型號(hào)都可以這樣接的，參考一下下面這個(gè)選擇表格。

看到了嗎，因?yàn)榭紤]到扭矩的大小和結(jié)構(gòu)剛性等問(wèn)題，有的減速機(jī)比值是沒(méi)有的，例如42型的減速機(jī)沒(méi)有60比以上的，為什么呢？那是因?yàn)檫@個(gè)扭矩放得太大了，減速機(jī)內(nèi)的行星齒輪的強(qiáng)度無(wú)法滿足這樣的扭矩輸出，所以在這比值上是沒(méi)有貨的。

同時(shí)我們也來(lái)看一下，如何讀懂減速機(jī)選擇的各種參數(shù)。

從這個(gè)減速機(jī)的示意圖紙我們可以看出來(lái)，減速機(jī)與伺服電機(jī)配合的位置沒(méi)有標(biāo)注尺寸，那是因?yàn)檫@個(gè)位置都是廠家故意留下來(lái)沒(méi)有做完的，要等待客戶把伺服電機(jī)選擇好后，再將伺服電機(jī)的對(duì)接尺寸以圖紙的方式發(fā)給減速機(jī)供應(yīng)商，供應(yīng)商再按客戶的要求把后面部分按圖紙加工好，才能發(fā)貨，當(dāng)然很多廠家也會(huì)一定的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存，但是這個(gè)對(duì)今天的非標(biāo)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)也是一種冒險(xiǎn)的行為，因?yàn)槟悴恢揽蛻羰欠駮?huì)按標(biāo)準(zhǔn)的來(lái)選，有可能，有的庫(kù)存一年都沒(méi)有買出去過(guò)一臺(tái)，所以當(dāng)你要選擇一個(gè)減速機(jī)的時(shí)候，你一定要把握好采購(gòu)的周期，因?yàn)楹苡锌赡苣氵x擇的是沒(méi)有現(xiàn)貨的。這是在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中的一個(gè)訣竅。

再來(lái)看一個(gè)很多人都會(huì)忽略的地方，這個(gè)地方廠家也不會(huì)主動(dòng)跟你說(shuō)的，那就是減速比，你看到的樣本上的所謂比值都是簡(jiǎn)化版的，其實(shí)很多比值不是整數(shù)比值的，這跟減速機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)系，例如齒輪的計(jì)算等等。我們來(lái)看一個(gè)真正的減速比。

精北傳動(dòng)

看到了嗎，你選擇的1:6比值，真實(shí)的比值其實(shí)是1:5.8，這個(gè)很重要，在機(jī)械手運(yùn)行速度和位置點(diǎn)設(shè)置的時(shí)候就有用了，否則你輸入的控制脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)距離就會(huì)有問(wèn)題，例如你輸入一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)距離是0.01mm，如果這個(gè)比值不對(duì)，那你得到的傳動(dòng)距離就不是0.01mm了，而是一個(gè)或大或小的值，這非常影響機(jī)械手的位置調(diào)整。所以你采購(gòu)一個(gè)品牌的減速機(jī)的時(shí)候，一定要問(wèn)他要一張上面這種比值對(duì)應(yīng)表，這樣才能真正把設(shè)計(jì)做好。

我們?cè)趤?lái)看一下減速機(jī)的安裝，雖然這是一個(gè)外購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件，但是安裝也是有一定的注意事項(xiàng)的。

具體的注意事項(xiàng)我就不在這里啰嗦了，上面的視圖和表述都非常清楚了，自己注意就可以了。

3、減速的應(yīng)用案例

下面分析一個(gè)我的自動(dòng)線機(jī)械手的局部案例，這里有很清楚的減少機(jī)的使用特征，希望可以給大家?guī)?lái)一定的參考價(jià)值。精密減速機(jī)

其實(shí)很多技術(shù)的使用，都是有其套路的，但是這種套路的獲得是需要成本的，例如我上面分享給大家的東西都是用錯(cuò)誤和錢買來(lái)的，是從實(shí)際的設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中反復(fù)思考和總結(jié)得出來(lái)的，當(dāng)然也肯定存在很多不完善的地方，因?yàn)槲业膽?yīng)用和涉及面畢竟有限，在以后的設(shè)計(jì)中如果有更新的知識(shí)，我也會(huì)隨時(shí)跟新這篇文章，分享更多的設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)知識(shí)給大家。

上面這個(gè)案例我就不介紹了，在齒條的應(yīng)用里面我有說(shuō)過(guò)類似的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，大家有興趣可以參考一下那篇文章。