减速机的2个重要概念
对于伺服专用减速机，不论何种形式，通常都会涉及后面讨论的性能指标。然而，可能是由于商业上需要，通常各个厂家并没有对其样本上的各种参数做出明确的定义，这给产品的对比带来一定的困难，所以，在讨论指标之前，我们先明确两个描述齿轮箱工作状况的重要概念
1， 占空比(Duty cycle) (ED)
占空比指的是减速机在一个完整的工作周期内，实际动作的时间占到整个工作周期时间的一个百分比。这是判定工作模式是S1（连续工作）还是间歇工作（S5）的一个参数，计算如下：占空比ED=(加速时间+工作时间+减速时间) / (加速时间+工作时间+减速时间+停顿时间)
2， 工作模式（S1，S5）
工作模式标准概念源自于电机应用，是由国际电子委员会（International Electrotechnical Commission）设立的。后来引申为所有以电机驱动为主要驱动源的传动部件的工作模式。
S1 – 连续工作模式，在恒定负载下运行一段时间以达到电机的热平衡。“热平衡”指温度升达某个数值后不再上升，通过有效散热与周围环境达到温度平衡的状态。
但是由于不同产品的温限不同，通常是用产品的各种零件中热稳定值最弱的部分，比如电机一般指线圈，而齿轮箱一般指润滑脂，因为温度太高可能破坏油膜的稳定性。图B-18示典型电机升温曲线，
时间长了进入了“热平衡”状态
在齿轮箱应用中，厂家根据其实验数据，往往会给出具体的数值来定义工作模式。
S1工作模式（连续工作模式）是指齿轮箱不间断工作超过15（20）分钟，或者工作占空比大于60%，并且齿轮箱的温度不能超过90（70）℃。（）里的数据是有些厂家提供的不同数值。----工业界的标准够乱吧！
S5 工作模式（间歇工作模式）是指工作占空比小于60%，另外需要考核起停频率，也就是说在一个小时内的起停次数不能超过1000次，否则需要在计算 力矩时，要乘以冲击系数Fs。
值得注意的是：在实际选型使用中，我们往往遗漏工作模式，脱离工作模式的额定力矩指标，是不可以作为选型指标使用的，这点在实际选型中往往会被忽略，进而导致减速机使用中出现意外损坏问题。




7.1：减速机工作原理：
由于利用内啮合和几个行星轮分担传递载荷，行星减速机具有结构紧凑，体积小重量轻，背隙小、精度较高，传动比大，使用寿命很长等优点，额定输出扭矩可以做的很大。而且价格适中。有直齿和斜齿两种。
以下用一个两极传动的行星齿轮箱来介绍其原理，旋转的输入小齿轮带动与之啮合的3个行星齿轮进行公转运动。而其公转运动，通过行星轴传至前段支架。此时，前段支架的旋转方向与输入旋转相同。与前段支架相连的后段小齿轮成为后段减速部的输入，与前段减速部相同，带动后段行星齿轮进行公转运动。而其公转运动传至用输出轴承支撑的后段支架再输出。由此可见，输出轴和输入轴同轴而且转向也相同。
通常生产厂家会回避单级速比过大，原因是大速比下行星减速机能输出的扭矩明显小于同级的较小减速比。而这是由减速机本身结构引起的，可以很清楚看出，减速比为10的时候，中心太阳轮的直径比同级的其他减速比小得多，当然能输出的扭矩也小得多。

如果在减速比搭配中，不得不使用大减速比单级，就会使得它的输出力矩变小。从图B-3同样可以看出，如果把1/3减速比放在第一级，因为电机转速高，中心齿轮节园半径已大，那么线速度必然高，振动和噪声也会比较大。行星齿轮箱的内部传动结构还有一些不同的方式，但上述是目前最常见的一种。
7.2：精度概念：（backlash）
行星减速机精度通常以回转背隙（backlash）指标为衡量标准，也有称为空回，回转侧隙等。各个厂家生产的减速机，其指标不完全相同，测试手段也不完全一致。基本测试方法为：输入端固定，在输出端，以3%额定载荷单方向加载，标记输出轴转角，然后以同样手段反方向加载，标记输出轴转角，两个转角差值即为该减速机的背隙。





 



伺服专用减速机所关注的指标
除了关注减速机减速，放大扭矩，匹配转动惯量三个最主要的功能之外，我们还需要衡量以下性能指标：
? 高力矩密度 (紧凑的设计)
? 高刚性
? 低背隙
? 高传动精度
? 高效率
? 适合高输入转速
? 低保养要求, 长的可靠寿命
? 与电机连接方便灵活
? 低转动惯量
? 低噪声










精密减速机在伺服控制中起的作用
在机械运动控制的中，精密齿轮减速机是一个机械能的转换环节，电机的转矩经精密齿轮减速机后得以放大，转速得以降低，反之，负载的转动惯量经精密齿轮减速机耦合到电机上，得以减小。

我们知道，理想的情况是传递过程功率守恒，但实际总是有损耗，设传递过程的效率是η，那么：/η=
又因为减速比i=/ =/ i（B-1）
所以=iη（B-2）
——电机力矩（NM），——载荷力矩（NM），
，——电机，载荷角速度（弧度/s）
我们再来看一下齿轮减速器对转动惯量的作用，由能量不灭的基本原理，在传动链中，同一时刻的储能相等：
从而得出：
                              
Jem-——折算到电机轴上的等效转动惯量（kgm2）
JL——载荷转动惯量（kgm2）
从上述推演可看出，平时我们很熟悉的关于齿轮箱的公式，都是源自物理学的能量守恒定理。
上述的（1）—（3）表示了减速机的三个基本功能：
1.       降低伺服电机的转速（ =/ i）
伺服电机的额度功率一般体现在转速1000rpm到6000rpm之间，甚至高达10000rpm以上,实际使用过程中很少使用到如此高的转速，同时为了充分利用电机的额定功率，所以需要通过合适减速比的减速机来获得需要的工作转速。
2.       转矩放大（=iη）
在电机输入给减速机的功率一定的情况下，由于减速机输出速度的降低，必然会获得更大的输出转矩。很多情况下这也是选用减速机的一个重要理由。
3.       匹配负载转动惯量（）
伺服电机的惯量是比较小的，一般来说折算到伺服电机本身的负载惯量不能超过伺服电机本身惯量的4倍（不同品牌伺服电机的设计有很具体的数据），而实际应用中的负载有很多种，如果负载的惯量与电机能接受的惯量相差太远，就会大大降低伺服电机的响应速度，从而影响生产效率和增大动态误差。而减速机就能起到匹配惯量的关键作用。
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