将减速机与伺服电机配对

将减速机与伺服电机配对

机器设计师越来越多地转向减速机，以利用伺服电机技术的最新进展。本质上，齿轮箱将高速、低扭矩的能量转换为低速、高扭矩的输出。伺服电机为其输出轴提供高精度定位。当齿轮头与伺服电机配对时，它们会增强彼此的优势，提供精确、稳健和可靠的受控运动。
随着伺服技术的发展，制造商生产更小但更强大的电机，齿轮头变得越来越重要运动控制领域的合作伙伴。寻找最佳配对必须考虑许多工程方面的考虑。在解决这些问题之前，先简要回顾一下齿轮箱的基础知识。

齿轮箱基础知识

那么齿轮箱如何提供当今要求更高的应用所需的动力呢？好吧，这一切都可以追溯到齿轮的基础知识及其改变作用力大小​​或方向的能力。

减速器可以通过几种不同的方式实现这一点：

扭矩倍增。每个齿轮上的齿轮和齿数形成一个比率。如果电机可以产生 20 in-lbs。的扭矩，并在其输出端连接一个 10:1 传动比的齿轮箱，由此产生的扭矩将接近 200 in-lbs。随着越来越重视为电机及其驱动的设备开发更小的占地面积，将更小的电机与齿轮箱配对以实现所需扭矩输出的能力非常宝贵。

电机的额定转速可能为 2,000 rpm，但您的应用可能不需要这样。基于以下原因，尝试以 50 rpm 的速度运行电机可能不是最佳选择；

如果您以非常低的速度运行，例如 50 rpm，并且您的电机反馈分辨率不够高，则电子驱动器的更新速率可能会导致速度纹波在每 0.357 度轴旋转时具有可测量的计数.如果您用来控制电机的电子驱动器具有 0.125 毫秒的速度环路，它将在每 0.0375 度的角度寻找可测量的计数

轴以 50 rpm（300 度/秒）的速度旋转。当它没有看到计数时，它会加速电机旋转以找到它。在找到下一个可测量计数的速度下，转速对于应用来说太快了，然后驱动器会将电机转速减慢到 50 rpm，然后整个过程重新开始

再次。 RPM 的这种不断增加和减少会导致应用程序中出现速度波动。

• 以低转速运行的伺服电机运行效率低下。涡流是运行期间电机内感应的电流回路。涡流会在电机内产生阻力，并在较低的 RPM 下对电机性能产生更大的负面影响。

• 现成的电机参数可能不适合在低转速下运行。当应用程序以 50 rpm 的速度运行上述电机时，它并没有使用其所有可用的 rpm。由于电机的电压常数 (V/Krpm) 设置为更高的转速，因此与其直接相关的转矩常数 (Nm/amp) 低于所需值。因此，与使用专为 50 rpm 设计的电机相比，该应用需要更多的电流来驱动它。齿轮箱的速比会降低电机转速，这就是齿轮箱有时被称为齿轮减速器的原因。使用比率为 40:1 的齿轮箱，齿轮箱输入端的电机转速为 2,000 rpm，齿轮箱输出端的电机转速为 50 rpm。以更高的转速运行电机将使您避免第 1 条和第 2 条中提到的问题。第 3 条允许基于齿轮箱的机械优势的设计使用更少的电机扭矩和电流。

例如，考虑一个骑自行车的人，这个人充当马达。如果那个人试图用专为低转速设计的齿轮骑那辆自行车上陡峭的山坡，他或她将挣扎为

他们试图保持平衡并达到允许他们爬山的转速。但是，如果他们将自行车的档位换成可产生更高转速的速度，骑手将拥有

一个更容易的时间。可以施加恒定的力并提供平滑的旋转。同样的逻辑适用于需要较低速度同时保持必要扭矩的工业应用。

• 惯性匹配 .由于密集的铜绕组、轻质材料和高能磁铁，当前的伺服电机相对于框架尺寸产生更大的扭矩。

这会在伺服电机和它们试图移动的负载之间造成惯性失配。使用减速机使电机的惯性与负载的惯性更好地匹配，允许使用更小的电机，从而使系统响应更快，更易于调整。同样，这是通过减速机的比率来实现的，其中负载到电机的反映惯性减少了 1/ratio2。

回想一下，惯性是衡量物体对其运动变化的阻力及其对物体质量和形状的影响的量度。物体的惯性越大，加速或减速物体所需的扭矩就越大。这意味着当负载惯量远大于电机惯量时，有时会导致过冲或增加稳定时间。这两种情况都会降低生产线的吞吐量。

另一方面，当电机惯量大于负载惯量时，电机将需要比特定应用所需的功率更多的功率。这会增加成本，因为它需要为比必要的更大的电机支付更多费用，并且因为增加的功耗需要更高的运营成本。解决方案是使用减速机使电机的惯量与负载的惯量相匹配。

系统成本节省

减速机允许使用更小的电机和驱动器，这有助于降低系统成本。由于较小的伺服系统消耗较少的电流，因此可以降低运营成本。当应用需要高扭矩和低速度时，节电效果最大，因为直接驱动伺服电机需要比耦合到齿轮箱的伺服电机大得多。

减速机通常驱动长机构，例如移动一定长度的电线、木材或金属的材料进给系统，其中高速不是必需的，但高扭矩和高度可重复的精度至关重要。在此类应用中将减速机与伺服电机配对可以提供传统直驱电机无法比拟的灵活性。伺服减速机组合操作成本更低，占用空间更少，并提供惯性匹配以实现更好的运动控制。