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      減速機(jī)技術(shù)成熟 本土產(chǎn)品具優(yōu)勢

      2010年08月04日 11:57:16人氣:2166來源:溫州市旭鑫傳動(dòng)機(jī)械制造有限公司

      減速機(jī)技術(shù)成熟 本土產(chǎn)品具優(yōu)勢

      減速機(jī)是一種動(dòng)力傳達(dá)的機(jī)構(gòu),在許多應(yīng)用上不需要太高的速度及需要較高轉(zhuǎn)矩的地方都用的到它,例如電梯、輸送帶、卷揚(yáng)機(jī)、攪拌機(jī)等。隨著工業(yè)的發(fā)展及工廠的自動(dòng)化,使減速機(jī)的需求量日益成長。
             減速機(jī)減速的方法很多,包括齒輪式,運(yùn)用齒輪、蝸輪傳動(dòng),游星齒輪或傘齒輪,其它還有透過皮帶輪、煉條,或是圓柱、滾珠減速的機(jī)械式減速機(jī)。但一般zui常見的是以齒輪來減速,所以減速機(jī)有人又稱為「齒輪箱」。
             通常齒輪箱是一些齒輪的組合,其本身并無動(dòng)力,所以還需要透過驅(qū)動(dòng)組件來傳動(dòng)它。所謂驅(qū)動(dòng)組件,可以是電動(dòng)機(jī)(馬達(dá))、蒸汽機(jī)、引擎、風(fēng)力、水力等。
             使用減速機(jī)zui大的目的包括動(dòng)力傳遞,或是獲得某一速度,以及獲得較大扭矩。業(yè)者表示,減速機(jī)是一項(xiàng)十分普遍的產(chǎn)品,減速zui主要的功用在彌補(bǔ)馬達(dá)因?yàn)楣β蕮p耗影響效能,是一個(gè)扭矩提升的角色。中國臺(tái)灣生產(chǎn)減速機(jī)的大小廠眾多,產(chǎn)品單價(jià)十分便宜。依產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理,減速機(jī)主要可分成:擺線型減速機(jī)、諧波齒輪減速機(jī)、行星式齒輪減速機(jī),以及蝸桿蝸輪減速機(jī)四類。


      協(xié)助伺服馬達(dá)提升扭矩

             談到減速機(jī),就得先從伺服馬達(dá)開始談起。伺服馬達(dá)的技術(shù)發(fā)展,從高扭矩密度乃至于高功率密度,使轉(zhuǎn)速的提升高過3000rpm,由于轉(zhuǎn)速的提升,使得伺服馬達(dá)的功率密度大幅提升。這意謂著伺服馬達(dá)是否需要搭配減速機(jī),其決定因素主要是從應(yīng)用的需求上及成本的考慮來審視。
             然則,到底什么樣的應(yīng)用需求必須搭配減速機(jī)?根據(jù)了解,必須對(duì)負(fù)載做移動(dòng)并要求精密定位時(shí)便有此需要。一般像是航空、衛(wèi)星、醫(yī)療、軍事科技、晶圓設(shè)備、機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備。他們的共同特征在于將負(fù)載移動(dòng)所需的扭矩往往遠(yuǎn)超過伺服馬達(dá)本身的扭矩容量。而透過減速機(jī)來做伺服馬達(dá)輸出扭矩的提升,便可有效解決這個(gè)問題。
             輸出扭矩提升的方式,可能采用直接增大伺服馬達(dá)的輸出扭矩方式,但這種方式不但必須使用昂貴的磁性材料,馬達(dá)還要有更強(qiáng)壯的結(jié)構(gòu),扭矩的增大正比于控制電流的增大,此時(shí)采用比較大的驅(qū)動(dòng)器,功率電子組件和相關(guān)機(jī)電設(shè)備規(guī)格的增大,又會(huì)使控制系統(tǒng)的成本大幅增加。
             理論上,提升伺服馬達(dá)的功率也是輸出扭矩提升的方式,可藉由增加伺服馬達(dá)兩倍的速度來使得伺服系統(tǒng)的功率密度提升兩倍,而且不需要增加驅(qū)動(dòng)器等控制系統(tǒng)組件的規(guī)格,也就是不需要增加額外的成本。而這就需透過減速機(jī)的搭配來達(dá)到「減速并提升扭矩」的目的了。所以說,高功率伺服馬達(dá)的發(fā)展是必須搭配應(yīng)用減速機(jī),而非將其省略不用。

      節(jié)省成本好處多

             據(jù)了解,負(fù)載慣量的不當(dāng)匹配,是伺服控制不穩(wěn)定的zui大原因之一。對(duì)于大的負(fù)載慣量,可以利用減速比的平方反比來調(diào)配*的等效負(fù)載慣量,以獲得*的控制響應(yīng)。所以從這個(gè)角度來看,減速機(jī)為伺服應(yīng)用的控制響應(yīng)的*匹配。
             此外,減速機(jī)還可有效解決馬達(dá)低速控制特性的衰減。由于伺服馬達(dá)的控制性會(huì)由于速度的降低,導(dǎo)致產(chǎn)生某程度上的衰減,尤其在對(duì)于低轉(zhuǎn)速下的訊號(hào)擷取和電流控制的穩(wěn)定性上,特別容易看出。因此,采用減速機(jī)能使馬達(dá)具有較高轉(zhuǎn)速。
             從成本觀點(diǎn),假設(shè)0.4KW的AC伺服馬達(dá)搭配驅(qū)動(dòng)器,需耗費(fèi)一單位設(shè)備成本,以5KW的AC伺服馬達(dá)搭配驅(qū)動(dòng)器必須耗費(fèi)15單位成本,但是若采用0.4KW伺服馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)器,搭配一組減速機(jī)就能夠達(dá)到前述耗費(fèi)15個(gè)單位成本才能完成的事,在操作成本上節(jié)省50%以上。
      因此使用者依其加工需求不同,決定選用的齒輪減速機(jī)產(chǎn)品。一般而言,在機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)上有低速、高扭矩的需求,絕大部分采用齒輪減速機(jī),而在高速、低扭矩的機(jī)臺(tái)上則較少采用齒輪減速機(jī)。

      諧波減速機(jī)國內(nèi)少見

             諧波齒輪減速機(jī),其基本結(jié)構(gòu)由剛性內(nèi)齒環(huán)、撓性外齒環(huán)、諧波發(fā)生器所組成。工作原理以諧波發(fā)生器為輸入構(gòu)件,剛性內(nèi)齒環(huán)為固定構(gòu)件,撓性外齒環(huán)為輸出構(gòu)建。其中撓性外齒環(huán)材料特殊、內(nèi)外壁且薄,是此類減速機(jī)的技術(shù)核心,目前中國臺(tái)灣尚無可制造諧波齒輪減速機(jī)業(yè)者,漸伸線所生產(chǎn)的SPB系列「少齒差行星式減速機(jī)」,機(jī)械輸出特性介于諧波齒輪與擺線針輸之間,同樣可做到「零背隙」,為業(yè)界zui接近諧波齒輪減速機(jī)之產(chǎn)品。
             諧波減速機(jī)的特點(diǎn),在于他的傳動(dòng)精度高,傳動(dòng)背隙值低。減速比高且范圍大,單及傳動(dòng)的減速比為50~500。此外,傳動(dòng)效率較蝸輪蝸桿減速機(jī)高,隨減速比不同,單級(jí)傳動(dòng)的效率為65~80%。由于屬撓性傳動(dòng),扭轉(zhuǎn)剛性值z(mì)ui低,撓性外齒環(huán)的工作壽命較短,而且減速機(jī)容易發(fā)熱產(chǎn)生溫升,所以容許輸入轉(zhuǎn)速不高,只能達(dá)到2,000rpm,是其zui大缺點(diǎn)。
             業(yè)者表示,諧波式齒輪減速機(jī)由于是偏心撓性驅(qū)動(dòng),動(dòng)平衡特性不佳,容易產(chǎn)生輸出速度的不連續(xù)漣漪(Velocity Ripple),影響控制響應(yīng)特性。

      擺線型 vs 蝸輪蝸桿

             目前世界上制造擺線型減速機(jī),以日本做得較多、較好。擺線型減速機(jī)基本結(jié)構(gòu)包含輸入偏心滾柱軸承、行星式擺線齒盤、本體及外側(cè)針齒等。擺線型減速機(jī)的特點(diǎn),是可以明顯發(fā)現(xiàn)減速比高且范圍大,單級(jí)傳動(dòng)的減速比50~200。傳動(dòng)效率較蝸輪蝸桿減速機(jī)高,隨著減速比的不同,單級(jí)傳動(dòng)的效率為60~70%。他的另一特點(diǎn),由于是摩擦運(yùn)動(dòng),扭轉(zhuǎn)剛性值較低。
             這類機(jī)器的缺點(diǎn)在于:由于是屬于偏心、摩擦運(yùn)動(dòng),傳動(dòng)組件容易耗損,工作壽命較短,且機(jī)臺(tái)容易發(fā)熱產(chǎn)生溫升,所以容許輸入轉(zhuǎn)速不高,也在2,000rpm以下。
             蝸輪蝸桿減速機(jī)由輸入蝸桿與輸出蝸輪所構(gòu)成,其特點(diǎn)是傳遞扭矩高,減速比高且范圍大,單級(jí)傳動(dòng)的減速比為5~100;傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不屬于同軸的輸入與輸出,應(yīng)用不易,且傳動(dòng)效率zui低,不超過60%。
            業(yè)者表示,由于是屬相對(duì)滑動(dòng)摩擦傳動(dòng),蝸輪蝸桿減速機(jī)扭轉(zhuǎn)剛性值略低,且傳動(dòng)組件容易耗損,工作壽命短、且減速機(jī)容易產(chǎn)生溫升,所以容許輸入轉(zhuǎn)速不高(2,000rpm),這都限制了蝸輪蝸桿的使用情形。

      行星式減速機(jī)  技術(shù)精密

             至于行星式齒輪減速機(jī),基本結(jié)構(gòu)由輸入太陽輪、行星輪、輸出行星臂架,以及固定的內(nèi)齒環(huán)所構(gòu)成。行星式齒輪減速機(jī)的工作原理,動(dòng)力是由馬達(dá)端輸入至太陽輪,而太陽輪將驅(qū)動(dòng)保持于行星臂架上的行星輪,而行星輪除了繞本身軸線自轉(zhuǎn)外,并驅(qū)動(dòng)行星臂架繞傳動(dòng)系統(tǒng)的中心,將他轉(zhuǎn)動(dòng)。
             行星式齒輪減速機(jī)擁有較多優(yōu)點(diǎn),像是結(jié)構(gòu)緊湊,可節(jié)省50%的體積;同軸的輸入輸出使設(shè)計(jì)更具彈性;重量輕、率、免保養(yǎng)(無須更換潤滑油)、壽命長(無需更換零組件)且經(jīng)由模塊化設(shè)計(jì),使應(yīng)用更為容易。
             中國臺(tái)灣廣用動(dòng)力科技股份有限公司總林忠運(yùn)表示,伺服用行星式齒輪減速機(jī)還具有高輸入速度、高扭矩密度、高扭轉(zhuǎn)剛性、低背隙、率、溫升低、低噪音、安裝容易等特性。
             在實(shí)用上,所有的高性能伺服用齒輪減速機(jī),均選用行星式的機(jī)構(gòu)并非偶然。行星式的齒輪減速機(jī)構(gòu)利用多齒接觸來分散它的負(fù)荷,所以在給定的設(shè)計(jì)空間下具有zui大的扭矩密度和剛性,而與一般的減速機(jī)構(gòu)相比較,行星式齒輪減速機(jī)在高速時(shí)的結(jié)構(gòu)動(dòng)平衡特性較為優(yōu)異,且易于潤滑。一般而言,只要利用潤滑油脂即可達(dá)到充分潤滑的效果,基于上述之負(fù)荷均布、結(jié)構(gòu)動(dòng)平衡優(yōu)異以及易于潤滑的特性,使得行星式齒輪減速機(jī)被一般使用者認(rèn)定為「使用的伺服應(yīng)用方案」。中國臺(tái)灣廣用、聚盛工業(yè)是目前中國臺(tái)灣生產(chǎn)伺服用行星式齒輪減速機(jī)的專業(yè)制造廠商。

       
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