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浅谈行星减速机的应用与优点

供稿:工控网 2008/10/24 0:00:00
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      现代工业设备应用中在高精度应用场合随着伺服马达技术的发展,从高扭矩密度乃至于高功率密度,使转速的提升高过3000rpm,由于转速的提升,使得伺服马达的功率密度大幅提升。这意谓着伺服马达是否需要搭配减速机,其决定因素主要是从应用的需求上及成本的考虑来审视。
然而,到底在什么样的应用场合需求必须搭配伺服行星齿轮减速机?

1、重负何高精度:必须对负载做移动并要求精密定位时便有此需要。一般像是航空、卫星、医疗、军事科技、晶圆设备、机器人等自动化设备。他们的共同特征在于将负载移动所需的扭矩往往远超过伺服马达本身的扭矩容量。而透过减速机来做伺服马达输出扭矩的提升,便可有效解决这个问题。


2、提升扭矩:输出扭矩提升的方式,可能采用直接增大伺服马达的输出扭矩方式,但这种方式不但必须使用昂贵大功率的伺服电机,马达还要有更强壮的结构,扭矩的增大正比于控制电流的增大,此时采用比较大的驱动器,功率电子组件和相关机电设备规格的增大,又会使控制系统的成本大幅增加。


3、 增加使用效率:理论上,提升伺服马达的功率也是输出扭矩提升的方式,可藉由增加伺服马达两倍的速度来使得伺服系统的功率密度提升两倍,而且不需要增加驱动器等控制系统组件的规格,也就是不需要增加额外的成本。而这就需透过行星减速机的搭配来达到提升扭矩的目的了。所以说,高功率伺服马达的发展是必须搭配应用减速机,而非将其省略不用。


4、提高使用性能:据了解,负载惯量的不当匹配,是伺服控制不稳定的最大原因之一。对于大的负载惯量,可以利用减速比的平方反比来调配最佳的等效负载惯量,以获得最佳的控制响应。所以从这个角度来看,行星减速机为伺服应用的控制响应的最佳匹配。


 5、增加设备使用寿命:行星减速机还可有效解决马达低速控制特性的衰减。由于伺服马达的控制性会由于速度的降低,导致产生某程度上的衰减,尤其在对于低转速下的讯号撷取和电流控制的稳定性上,特别容易看出。因此,采用减速机能使马达具有较高转速。


 6、降低设备成本: 从成本观点,假设0.4KW的AC伺服马达搭配驱动器,需耗费一单位设备成本,以5KW的AC伺服马达搭配驱动器必须耗费15单位成本,但是若采用0.4KW伺服马达与驱动器,搭配一组减速机就能够达到前述耗费15个单位成本才能完成的事,在操作成本上节省50%以上。


       因此使用者依其加工需求不同,决定选用的行星齿轮减速机产品。一般而言,在机台运转上有低速、高扭矩、高功率密度场合需求,绝大部分采用行星齿轮减速机。

   行星式减速机原理与技术
       至于行星式齿轮减速机,基本结构由输入太阳轮、行星轮、输出行星臂架,以及固定的内齿环所构成。行星式齿轮减速机的工作原理,动力是由马达端输入至太阳轮,而太阳轮将驱动保持于行星臂架上的行星轮,而行星轮除了绕本身轴线自转外,并驱动行星臂架绕传动系统的中心,将他转动。
    行星式齿轮减速机拥有较多优点,像是结构紧凑,可节省50%的体积;同轴的输入输出使设计更具弹性;重量轻、高效率、免保养(无须更换润滑油)、寿命长(无需更换零组件)且经由模块化设计,使应用更为容易。
    在实用上,所有的高性能伺服用齿轮减速机,均选用行星式的机构并非偶然。行星式的齿轮减速机构利用多齿接触来分散它的负荷,所以在给定的设计空间下具有最大的扭矩密度和刚性,而与一般的减速机构相比较,行星式齿轮减速机在高速时的结构动平衡特性较为优异,且易于润滑。一般而言,只要利用润滑油脂即可达到充分润滑的效果,基于上述之负荷均布、结构动平衡优异以及易于润滑的特性,使得行星式齿轮减速机被一般使用者认定为最适合使用的伺服应用方案。

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