減速機(jī)的2個重要概念
對于伺服專用減速機(jī)，不論何種形式，通常都會涉及后面討論的性能指標(biāo)。然而，可能是由于商業(yè)上需要，通常各個廠家并沒有對其樣本上的各種參數(shù)做出明確的定義，這給產(chǎn)品的對比帶來一定的困難，所以，在討論指標(biāo)之前，我們先明確兩個描述齒輪箱工作狀況的重要概念
1， 占空比(Duty cycle) (ED)
占空比指的是減速機(jī)在一個完整的工作周期內(nèi)，實際動作的時間占到整個工作周期時間的一個百分比。這是判定工作模式是S1（連續(xù)工作）還是間歇工作（S5）的一個參數(shù)，計算如下：占空比ED=(加速時間+工作時間+減速時間) / (加速時間+工作時間+減速時間+停頓時間)
2， 工作模式（S1，S5）
工作模式標(biāo)準(zhǔn)概念源自于電機(jī)應(yīng)用，是由國際電子委員會（International Electrotechnical Commission）設(shè)立的。后來引申為所有以電機(jī)驅(qū)動為主要驅(qū)動源的傳動部件的工作模式。
S1 – 連續(xù)工作模式，在恒定負(fù)載下運(yùn)行一段時間以達(dá)到電機(jī)的熱平衡?！盁崞胶狻敝笢囟壬_(dá)某個數(shù)值后不再上升，通過有效散熱與周圍環(huán)境達(dá)到溫度平衡的狀態(tài)。
但是由于不同產(chǎn)品的溫限不同，通常是用產(chǎn)品的各種零件中熱穩(wěn)定值最弱的部分，比如電機(jī)一般指線圈，而齒輪箱一般指潤滑脂，因為溫度太高可能破壞油膜的穩(wěn)定性。圖B-18示典型電機(jī)升溫曲線，
時間長了進(jìn)入了“熱平衡”狀態(tài)
在齒輪箱應(yīng)用中，廠家根據(jù)其實驗數(shù)據(jù)，往往會給出具體的數(shù)值來定義工作模式。
S1工作模式（連續(xù)工作模式）是指齒輪箱不間斷工作超過15（20）分鐘，或者工作占空比大于60%，并且齒輪箱的溫度不能超過90（70）℃。（）里的數(shù)據(jù)是有些廠家提供的不同數(shù)值。----工業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)夠亂吧！
S5 工作模式（間歇工作模式）是指工作占空比小于60%，另外需要考核起停頻率，也就是說在一個小時內(nèi)的起停次數(shù)不能超過1000次，否則需要在計算 力矩時，要乘以沖擊系數(shù)Fs。
值得注意的是：在實際選型使用中，我們往往遺漏工作模式，脫離工作模式的額定力矩指標(biāo)，是不可以作為選型指標(biāo)使用的，這點(diǎn)在實際選型中往往會被忽略，進(jìn)而導(dǎo)致減速機(jī)使用中出現(xiàn)意外損壞問題。
7.1：減速機(jī)工作原理：
由于利用內(nèi)嚙合和幾個行星輪分擔(dān)傳遞載荷，行星減速機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小重量輕，背隙小、精度較高，傳動比大，使用壽命很長等優(yōu)點(diǎn)，額定輸出扭矩可以做的很大。而且價格適中。有直齒和斜齒兩種。
以下用一個兩極傳動的行星齒輪箱來介紹其原理，旋轉(zhuǎn)的輸入小齒輪帶動與之嚙合的3個行星齒輪進(jìn)行公轉(zhuǎn)運(yùn)動。而其公轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過行星軸傳至前段支架。此時，前段支架的旋轉(zhuǎn)方向與輸入旋轉(zhuǎn)相同。與前段支架相連的后段小齒輪成為后段減速部的輸入，與前段減速部相同，帶動后段行星齒輪進(jìn)行公轉(zhuǎn)運(yùn)動。而其公轉(zhuǎn)運(yùn)動傳至用輸出軸承支撐的后段支架再輸出。由此可見，輸出軸和輸入軸同軸而且轉(zhuǎn)向也相同。
通常生產(chǎn)廠家會回避單級速比過大，原因是大速比下行星減速機(jī)能輸出的扭矩明顯小于同級的較小減速比。而這是由減速機(jī)本身結(jié)構(gòu)引起的，可以很清楚看出，減速比為10的時候，中心太陽輪的直徑比同級的其他減速比小得多，當(dāng)然能輸出的扭矩也小得多。
如果在減速比搭配中，不得不使用大減速比單級，就會使得它的輸出力矩變小。從圖B-3同樣可以看出，如果把1/3減速比放在第一級，因為電機(jī)轉(zhuǎn)速高，中心齒輪節(jié)園半徑已大，那么線速度必然高，振動和噪聲也會比較大。行星齒輪箱的內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)還有一些不同的方式，但上述是目前最常見的一種。
7.2：精度概念：（backlash）
行星減速機(jī)精度通常以回轉(zhuǎn)背隙（backlash）指標(biāo)為衡量標(biāo)準(zhǔn)，也有稱為空回，回轉(zhuǎn)側(cè)隙等。各個廠家生產(chǎn)的減速機(jī)，其指標(biāo)不完全相同，測試手段也不完全一致。基本測試方法為：輸入端固定，在輸出端，以3%額定載荷單方向加載，標(biāo)記輸出軸轉(zhuǎn)角，然后以同樣手段反方向加載，標(biāo)記輸出軸轉(zhuǎn)角，兩個轉(zhuǎn)角差值即為該減速機(jī)的背隙。
伺服專用減速機(jī)所關(guān)注的指標(biāo)
除了關(guān)注減速機(jī)減速，放大扭矩，匹配轉(zhuǎn)動慣量三個最主要的功能之外，我們還需要衡量以下性能指標(biāo)：
? 高力矩密度 (緊湊的設(shè)計)
? 高剛性
? 低背隙
? 高傳動精度
? 高效率
? 適合高輸入轉(zhuǎn)速
? 低保養(yǎng)要求, 長的可靠壽命
? 與電機(jī)連接方便靈活
? 低轉(zhuǎn)動慣量
? 低噪聲
精密減速機(jī)在伺服控制中起的作用
在機(jī)械運(yùn)動控制的中，精密齒輪減速機(jī)是一個機(jī)械能的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩經(jīng)精密齒輪減速機(jī)后得以放大，轉(zhuǎn)速得以降低，反之，負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量經(jīng)精密齒輪減速機(jī)耦合到電機(jī)上，得以減小。
我們知道，理想的情況是傳遞過程功率守恒，但實際總是有損耗，設(shè)傳遞過程的效率是η，那么：/η=
又因為減速比i=/ =/ i（B-1）
所以=iη（B-2）
——電機(jī)力矩（NM），——載荷力矩（NM），
，——電機(jī)，載荷角速度（弧度/s）
我們再來看一下齒輪減速器對轉(zhuǎn)動慣量的作用，由能量不滅的基本原理，在傳動鏈中，同一時刻的儲能相等：
從而得出：
Jem-——折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量（kgm2）
JL——載荷轉(zhuǎn)動慣量（kgm2）
從上述推演可看出，平時我們很熟悉的關(guān)于齒輪箱的公式，都是源自物理學(xué)的能量守恒定理。
上述的（1）—（3）表示了減速機(jī)的三個基本功能：
1. 降低伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速（ =/ i）
伺服電機(jī)的額度功率一般體現(xiàn)在轉(zhuǎn)速1000rpm到6000rpm之間，甚至高達(dá)10000rpm以上,實際使用過程中很少使用到如此高的轉(zhuǎn)速，同時為了充分利用電機(jī)的額定功率，所以需要通過合適減速比的減速機(jī)來獲得需要的工作轉(zhuǎn)速。
2. 轉(zhuǎn)矩放大（=iη）
在電機(jī)輸入給減速機(jī)的功率一定的情況下，由于減速機(jī)輸出速度的降低，必然會獲得更大的輸出轉(zhuǎn)矩。很多情況下這也是選用減速機(jī)的一個重要理由。
3. 匹配負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量（）
伺服電機(jī)的慣量是比較小的，一般來說折算到伺服電機(jī)本身的負(fù)載慣量不能超過伺服電機(jī)本身慣量的4倍（不同品牌伺服電機(jī)的設(shè)計有很具體的數(shù)據(jù)），而實際應(yīng)用中的負(fù)載有很多種，如果負(fù)載的慣量與電機(jī)能接受的慣量相差太遠(yuǎn)，就會大大降低伺服電機(jī)的響應(yīng)速度，從而影響生產(chǎn)效率和增大動態(tài)誤差。而減速機(jī)就能起到匹配慣量的關(guān)鍵作用。
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