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重慶林創(chuàng)機械有限公司是一家專業(yè)減速機研發(fā)、銷售、制造、服務為一體的企業(yè)，主營產(chǎn)品有RV系列蝸輪蝸桿減速機、F系列平行軸斜齒輪減速機、K系列斜齒輪減速機、R系列斜齒輪減速機、S系列斜齒輪減速機、MB系列無極變速機、P系列行星減速機、T型減速機、X/B系列擺線針輪減速機等十幾種減速機產(chǎn)品。

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減速機一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動設備，把電動機、內(nèi)燃機或其它高速運轉(zhuǎn)的動力，通過減速機的輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動比。

減速機是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。減速器的種類繁多，型號各異，不同種類有不同的用途。

按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器；按照傳動級數(shù)不同可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。

為了便于合理選擇減速機，故將幾種常見減速機的類型、特點及應用一一列出，供選型時參考。

1. 單級圓柱齒輪減速機

單級圓柱齒輪減速機適用于減速比3~5。輪齒可為直齒、斜齒或人字齒，箱體通常采用鑄鐵鑄造，也可以用鋼板焊接而成。軸承常用滾動軸承，只有重載或特高速時才用滑動軸承。

2. 雙級圓柱齒輪減速機

雙級圓柱齒輪減速機分有展開式、分流式、同軸式三種，適用減速比8~40。

展開式：高速級長尾斜齒，低速級可為直齒或斜齒。由于齒輪相對軸承布置不對稱，要求軸的剛度較大，并使轉(zhuǎn)矩輸入、輸出端遠離齒輪，以減少因軸的彎曲變形引起載荷沿齒寬分布不均勻。結(jié)構(gòu)簡單，應用最廣。

分流式：一般采用高速級分流。由于齒輪相對軸承布置對稱，因此齒輪和軸承受力較均勻。為了使軸上總的軸向力較小，兩對齒輪的螺旋線方向應相反。結(jié)構(gòu)較復雜，常用于大功率、變載荷的場所。

同軸式：減速機的軸向尺寸較大，中間軸較長，剛度較差。當兩個大齒輪浸油深度相近時，高速級齒輪的承載能力不能充分發(fā)揮。常用于輸入和輸出軸同軸線的場所。

3. 單級錐齒輪減速機

單級錐齒輪減速機適用與減速比2~4。傳動比不宜過大，以減小錐齒輪的尺寸，利于加工。僅用于兩軸線垂直相交的傳動中。

4. 圓錐、圓柱齒輪減速機

圓錐、圓柱齒輪減速機適用于減速比為8~15。錐齒輪應布置在高速級，以減小錐齒輪的尺寸。錐齒輪可為直齒或曲線齒。圓柱齒輪多為斜齒，使其能與錐齒輪的軸向力抵消一部分。

5. 蝸桿減速機

主要有圓柱蝸桿減速機，圓弧環(huán)面蝸桿減速機，錐蝸桿減速機和蝸桿—齒輪減速機，其中以圓柱蝸桿減速機最為常用。

蝸桿減速機適用于減速比為10~80。結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大，但傳動效率低，適用于小功率、間隙工作的場合。當蝸桿圓周速度V≤4~5m/s時，蝸桿為下置式，潤滑冷卻條件較好；當V≥4~5m/s時，油的攪動損失較大，一般蝸桿為上置式。

6. 行星齒輪減速機

行星減速機因為結(jié)構(gòu)原因，單級減速最小為3，最大一般不超過10，常見減速比為：3/4/5/6/8/10，減速機級數(shù)一般不超過3，但有部分大減速比定制減速機有4級減速。

相對其他減速機，行星減速機具有高剛性、高精度(單級可做到1分以內(nèi))、高傳動效率(單級在97%-98%)、高的扭矩、體積比、終身免維護等特點。因為這些特點，行星減速機多數(shù)是安裝在步進電機和伺服電機上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。

減速器如何替代電機轉(zhuǎn)速來控制機器人關(guān)節(jié)運動

從上面的機器人臂部結(jié)構(gòu)圖中我們可以看到，在機器人關(guān)節(jié)處都安裝有電機和減速機用來控制關(guān)節(jié)運動，那么問題來了

在機器人系統(tǒng)中，為什么不能直接控制伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制關(guān)節(jié)運動，為何還需要減速器？

要回答這個問題，首先要明確工業(yè)機器人關(guān)節(jié)的工況：

1. 工業(yè)機器人的關(guān)節(jié)需要撐住后端機構(gòu)由于重力產(chǎn)生的扭矩。

2. 工業(yè)機器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速不高。機器人關(guān)節(jié)角速度很低，可電機在極低的速度下轉(zhuǎn)動是不平穩(wěn)的，控制不易，需要一個機械讓電機在較合理的轉(zhuǎn)速下運動，保證運動的平順。

那么使用減速機的原因有兩點，第一點是提扭矩，第二點就是提控制分辨率和閉環(huán)精度。

例如，一個50:1的諧波減速機就能輕松將一個額定100mNm的電機的額定扭矩提升到5Nm，代價是：

1.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比直驅(qū)高49倍

本來工業(yè)機器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速就不高，一般都是每秒一兩轉(zhuǎn)，額定100mNm的電機輕松跑6k轉(zhuǎn)/min，白不轉(zhuǎn)那么快。要是嫌轉(zhuǎn)的不夠快?解決辦法就是提電壓，但這要考慮的是軸承和轉(zhuǎn)子是否撐得住。

2.重量提高到原來3倍

舉個例子，maxon EC45最厚的電機額定轉(zhuǎn)矩為83mNm，重110g；maxon EC90的額定轉(zhuǎn)矩為560mNm，重600g。從這個兩個數(shù)據(jù)出發(fā)，可以腦補一下額定5Nm的電機重量是多少倍。

3.維持相同扭矩時，發(fā)熱功率是不加減速機的1/2500

其實不是說額定100mNm的電機干不到5Nm，也是可以做到的，只要往死里提電流就好了，但這樣將會造成電機快速發(fā)燙，撐不了幾秒就得冒煙，就算上了水冷電費也會比較多。要想達到相同扭矩又不想太燙就得換扭矩/發(fā)熱效率高且熱阻小、熱容量大的電機，但這樣就又回到2所說的問題了。

此外，使用減速機的好處有：

1.以更低價格的機械實現(xiàn)更高的分辨率

一個普通5k線的光電碼盤就能實現(xiàn)1.44mdeg的角度分辨率（當然，如果資金太多上正余弦編碼器使勁細分也可以實現(xiàn)的）；或者是一個5相1000步的步進電機可以做到7.2mdeg的分辨率（此處說的就是東方電機的33步進+50:1的諧波）。分辨率高的好處是轉(zhuǎn)速控制可以更精確，由于量化造成的階躍產(chǎn)生的高頻分量變得很小，控制更加平滑。

2. 提高閉環(huán)精度，更好的控制控制環(huán)路

由于有個50:1的大減速比，減速機出軸受到擾動傳遞到電機端就比直驅(qū)縮減了37dB，使得閉環(huán)精度在減速機出軸顯得更高。同時轉(zhuǎn)子等效的轉(zhuǎn)動慣量提高到了2500倍，使得控制環(huán)路的滯后環(huán)節(jié)受轉(zhuǎn)子慣量占主導，而轉(zhuǎn)子由于直接受電磁力的驅(qū)動從而沒有由于剛度造成的扭矩滯后，比直驅(qū)要好控。

除了上面技術(shù)性方面的解答，這里還有一個案例，可來從另一個角度間接回答此問題。

某客戶一種型號為6150的車床，卡盤為10寸（直徑約250mm）液壓卡盤，為了達到單邊7mm的切削能力，利用主軸電機（交流異步電機）的低速大扭矩（轉(zhuǎn)矩）特性，擬選取一款7.5kw額定轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)的電機，同時使用1：2傳動比（減速）的齒輪。

已知傳動比和功率、轉(zhuǎn)矩成正比，即使用1：2的傳動比，7.5kw的電機達到了15kw、同時2倍轉(zhuǎn)矩（注意，此處不是指2倍額定轉(zhuǎn)矩）的特性。如果選擇的是15kw的電機，價格就要貴不少，安裝尺寸也要變大；而加工出1：2傳動比的一對齒輪不需要很多錢。

不明白的可查看下面這張異步電機功率、轉(zhuǎn)矩特性曲線圖。（注意：和直流電機不同，異步電機是可能工作在超過橫轉(zhuǎn)矩區(qū)的。）

除了獲得低速、大扭矩特性，機器人上用的直流電機可能也有這方面原因，而所用的減速機的傳動比可能更大（2級傳動或更高）。

當然，使用減速機并不是完美的，還是有一些缺點，但是，兩相比較之下，還是使用減速機更為合適。         

使用減速機之缺點：

1.  如果配置了減速機而編碼器又裝在電機端的話，減速機的制造精度會影響實際精度；

2.  多級減速機里的齒隙油膜厚度變化等小誤差經(jīng)過多級放大還是會造成重復精度的下降；

3.  還有減速機畢竟有齒輪嚙合或是柔輪變形，有壽命限制；

4.  對多連桿機構(gòu)齒隙的非線性耦合使得機器人的絕對精度較差，所以工業(yè)機器人只談重復定位精度不談絕對精度，從而使得機器人很難純粹地進行離線編程，提高了部署的難度和成本。

以上就是為什么不能直接控制伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來控制關(guān)節(jié)運動，而是需要使用減速器的原因。雖然現(xiàn)在有直驅(qū)電機驅(qū)動的機器人，但是由于上述問題，成熟度上還差一些。

總之，工業(yè)機器人上用減速機就是用電機容易達到的高轉(zhuǎn)速換取電機不易做到的高扭矩和低質(zhì)量。