运动控制设计中的传动装置
使用减速机有哪些优势？
据估计，只有大约三分之一的在用运动控制系统使用齿轮传动，尽管这样做有充分的理由。例如，当您的运动控制系统必须以 1,000 rpm 或更低的速度运行时，使用减速机是有利的。在设计具有尺寸限制的系统时使用传动装置也是明智的。将齿轮头与伺服电机配对或使用集成齿轮电机可以让您使用更小的电机，从而减小系统尺寸。
在运动控制系统中将齿轮头与伺服一起使用的优势包括：
- 扭矩倍增。 安装到电机输出轴上时，减速机可以提供机械优势。这是因为齿轮的数量和每个齿轮上的齿数提供了由比率定义的机械优势。假设一个电机可以产生 100 英寸-磅的扭矩，并且连接了一个 5:1 比率的齿轮箱。根据齿轮箱的效率，产生的扭矩将接近 500 in-lbs。使用减速机可在更小的空间内产生更高的扭矩输出。
- RPM 降低。 减速机通常被称为齿轮减速器，因为它们在降低电机转速的同时增加扭矩输出。例如，当电机以 1,000 rpm 的速度运行并且连接了 5:1 比率的齿轮箱时，输出速度为 200 rpm。这种速度降低可以提高整体系统效率。在最近的一个示例中，石材研磨机构要求电机以 15 rpm 的速度运行。低速使砂轮的转动变得困难，因为电机容易发生齿槽。在这里，使用 100:1 齿轮箱使电机以 1,500 rpm 的速度运行，从而提供平稳、连续的旋转。
- 惯性匹配。 在过去十五年左右的时间里，伺服电机制造商引入了轻质材料、致密铜绕组和高能磁体。因此，与过去相比，伺服电机产生的相对于机架尺寸的扭矩更大，导致伺服电机与其控制的负载之间的惯性失配更大。
回想一下，惯性是衡量物体对其运动的任何变化的抵抗力的量度，并且是物体形状和质量的函数。物体的惯性越大，加速或减速物体所需的扭矩就越大。
当负载惯性远大于电机惯性时，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更多的功率。这会增加成本，因为您要为比必要的更大的电机支付更多费用，而增加的功耗意味着更高的运营成本。解决方案是使用减速机使电机惯量与负载惯量相匹配。选择合适的减速机可让您使用更小的电机并开发响应速度更快的系统。
帮助降低系统成本
结果是扭矩倍增、转速降低和惯性匹配有助于降低系统成本，因为齿轮头的使用允许使用更小尺寸的电机和驱动器。
例如，假设一个应用程序需要 200 英寸-磅的转速为 300 rpm 时的扭矩。要单独使用伺服电机驱动负载（以行业中的标准性能属性），需要机架尺寸为 142 mm 的伺服电机和可提供 30 A 连续电流的驱动器。该系统的成本约为 6,000 美元。但是在应用中使用减速机可以让您使用 90 毫米的伺服电机和相应更小的驱动器。
自动化控制系统