目前大部分工業設備的運動控制和傳動系統中，在電動機動力源與負載運動部件之間，仍然經常需要使用中間機械傳動機構，比如：伺服電機、行星減速機、同步帶、滾珠絲杠...... 盡管包括直線電(dian)機(ji)(ji)、直驅電(dian)機(ji)(ji)等直接驅動技術(shu)已經越來越成熟，而機(ji)(ji)械(xie)部件傳動在運控(kong)設備(bei)的驅動方式中將(jiang)依然占據非常主(zhu)流的地位。

本期，我們就來談談這些機械傳動機構的中間環節在運控設備中起到了哪些重要作用，以及選擇怎樣的傳動速比更合適。

實現直線運動

受到我(wo)們(men)目(mu)前動力(li)源技術能力(li)的(de)(de)(de)限制，很多直(zhi)線運(yun)(yun)(yun)動的(de)(de)(de)應用需要使用旋(xuan)(xuan)轉電機(ji)，并借助直(zhi)線執(zhi)行機(ji)構的(de)(de)(de)轉換實(shi)現部件的(de)(de)(de)直(zhi)線運(yun)(yun)(yun)動。雖然市(shi)面上已經(jing)有(you)非常成(cheng)(cheng)熟的(de)(de)(de)直(zhi)線電機(ji)技術，但從(cong)集(ji)成(cheng)(cheng)、成(cheng)(cheng)本和實(shi)施操作的(de)(de)(de)技術門檻等(deng)各方(fang)面，旋(xuan)(xuan)轉電機(ji)與機(ji)械直(zhi)線機(ji)構的(de)(de)(de)集(ji)成(cheng)(cheng)組合對(dui)于目(mu)前大(da)多數(shu)運(yun)(yun)(yun)控(kong)設備應用，仍然是更為現實(shi)的(de)(de)(de)解決方(fang)案。

比較常見的機(ji)械直線機(ji)構，如：滾珠絲杠、齒輪齒條、蝸輪蝸桿、機(ji)械凸(tu)輪、曲柄連桿等(deng)，各自(zi)有不同(tong)的特點(dian)，適應不同(tong)類(lei)型的應用場(chang)合，我們會在以后的內容中詳細聊。

降低轉速

直(zhi)線運動(dong)(dong)需要(yao)機(ji)械(xie)傳(chuan)動(dong)(dong)機(ji)構，是因為(wei)需要(yao)將電機(ji)的(de)(de)(de)旋轉(zhuan)轉(zhuan)換(huan)為(wei)負載的(de)(de)(de)直(zhi)線運動(dong)(dong)；而旋轉(zhuan)運動(dong)(dong)需要(yao)機(ji)械(xie)傳(chuan)動(dong)(dong)機(ji)構，則更多(duo)的(de)(de)(de)是源自轉(zhuan)速(su)(su)(su)(su)匹配的(de)(de)(de)要(yao)求。這一點(dian)和汽(qi)車(che)(che)(che)很類(lei)似。汽(qi)車(che)(che)(che)的(de)(de)(de)發動(dong)(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)(su)(su)(su)往往幾千(qian)轉(zhuan)，而車(che)(che)(che)速(su)(su)(su)(su)達到 100km/h 時，車(che)(che)(che)輪(lun)的(de)(de)(de)轉(zhuan)速(su)(su)(su)(su)也才一千(qian)多(duo)轉(zhuan)，因此在汽(qi)車(che)(che)(che)發動(dong)(dong)機(ji)和車(che)(che)(che)輪(lun)之間需要(yao)減速(su)(su)(su)(su)箱匹配轉(zhuan)速(su)(su)(su)(su)。

運控設備也是一樣。如果了解伺服電機原理，就不難理解，電機的轉速是和繞組級數成反比例關系的，也就是說，電機繞組級數越多，電機轉速越低，換言之，如果希望電機輸出速度降低，需要在相同的體積內完成更密集的繞線，因此，低轉速的電機的制造難度更高。市面上的運控伺服電機，大部分的額定輸出轉速都在1000 rpm 以上，比較普遍的是在1500 ～ 2500 rpm 之間。

我們(men)生產設(she)備中的旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)運動應(ying)用中，轉(zhuan)(zhuan)速(su)需(xu)求(qiu)(qiu)范(fan)圍是極大(da)的，而且大(da)部(bu)分都低(di)于電機(ji)的轉(zhuan)(zhuan)速(su)輸(shu)出能力，幾十轉(zhuan)(zhuan)、幾百轉(zhuan)(zhuan)是比較(jiao)常(chang)(chang)見的要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，比如一臺高速(su)柔版印(yin)刷(shua)機(ji)，線(xian)速(su)度 400m/min, 印(yin)刷(shua)輥直(zhi)徑為 300mm，其轉(zhuan)(zhuan)速(su)需(xu)求(qiu)(qiu)僅為 424 rpm。因此為了(le)匹配負載部(bu)件(jian)與電機(ji)的轉(zhuan)(zhuan)速(su)，需(xu)要(yao)(yao)通過一些(xie)機(ji)械旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)傳動機(ji)構將動力輸(shu)出轉(zhuan)(zhuan)速(su)降到負載需(xu)要(yao)(yao)的范(fan)圍內，我們(men)通常(chang)(chang)稱這(zhe)類旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)傳動機(ji)構為“減速(su)”機(ji)構。

比較常見的機(ji)(ji)械旋轉(zhuan)機(ji)(ji)構(gou)，主要(yao)有兩(liang)大類(lei)，一個是各類(lei)減(jian)速(su)機(ji)(ji)（齒輪箱），另一類(lei)則是同步皮(pi)帶輪或鏈(lian)條（鏈(lian)輪），從(cong)運(yun)控系(xi)統(tong)的性能（尤其(qi)是剛性）的方面看，我更推崇(chong)使用伺服級(ji)別(bie)的減(jian)速(su)機(ji)(ji)，我們會在以(yi)后的內容中(zhong)詳細聊傳(chuan)動系(xi)統(tong)的剛性。

提升扭矩力輸出

前(qian)面說了，在旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)運動中，機械(xie)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)傳動機構(gou)將較高的電機速度轉(zhuan)(zhuan)換(huan)為負載可用的較低的轉(zhuan)(zhuan)速，而我們(men)知道(dao)，功率(lv)是轉(zhuan)(zhuan)速和扭矩的乘積

P ＝ M ＊ β

P：功(gong)率、M：扭矩、β：角速(su)度轉速(su)

根據能(neng)量守恒(heng)的(de)原理，既(ji)然傳(chuan)動機構按(an)照傳(chuan)動減速比降低(di)了旋轉輸(shu)出速度(du)，那么也同時(shi)按(an)照這樣的(de)比例提升(sheng)了旋轉輸(shu)出的(de)扭(niu)矩。

減輕(qing)系統慣量(liang)，匹配(pei)慣量(liang)比

從負載側向電機側看，機械傳動機構將電機輸出速度按比例降低、同時將輸出扭矩按比例提升；而從電機側向負載側看，負載慣量在從被驅動側向驅動側傳遞時，其傳遞慣量是和過渡傳動比成反比例平方關系的，也就是和速比的平方成反比，也就是說，通過(guo)機械傳動機構，負載的轉動慣量按照速比的平方比例被極大的轉換降低了。

優化(hua)設備性價比

在對(dui)傳動結構沒有大(da)的改動的情(qing)況下，通過調整傳動鏈中部件之間的減速比，降低負載(zai)側(ce)（被驅動側(ce)）的傳遞慣(guan)量，減小了系統負載(zai)；同時，通過機械傳動減速機構，又是可以幫助降低電機側扭矩需求的，而我們前文書有提過，電機的扭矩又是和其電流成正比的，因此，通過調整減速比，除了可以降低對電機扭矩的需求，同時可以幫助降低對驅動器電流的需求，同時與之匹配的一系列配電組件都可以得到一定程度的優化（比如電纜、開關、濾波器、變壓器......）。因此，其實機械傳動機構是可以幫助優化運控設備總體成本的。

通過傳動機構，系統慣量得以降低，這一方面進一步降低了對伺服電機動力源扭矩輸出的要求，同時，負載慣量比也極大降低，這對于運控系統動態響應和性能的提升有著非常重要的意義。

而無論是(shi)優化設備(bei)成本還是(shi)提升設備(bei)性(xing)能，正像文中(zhong)反復提到(dao)的(de)，這里面起到(dao)關鍵作用的(de)就是(shi)機械傳動機構的(de)減速比。

深圳市華科星電氣有限公司是工業自動化行業一家有名的技術服務企業，專注進口伺服電機、精密減速機、步進電機、直線電機等一站式供應，提供免費技術支持和終身維護服務，歡迎來電咨詢： 13902954146