超精密變速機(jī)在伺服控制中的作用點(diǎn)

在機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制的中，超精密變速機(jī)是一個(gè)機(jī)械能的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩經(jīng)精密齒輪減速機(jī)后得以放大，轉(zhuǎn)速得以降低，反之，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量經(jīng)超精密變速機(jī)耦合到電機(jī)上，得以減小。

理想的情況是傳遞過(guò)程功率守恒，但實(shí)際總是有損耗，設(shè)傳遞過(guò)程的效率是η，那么：TmWm/η=TL WL      又因?yàn)闇p速比i=Wm/ WL  WL = Wm / i（B-1）      所以TL =iηTm（B-2）      Tm——電機(jī)力矩（NM），TL——載荷力矩（NM），      Wm，WL——電機(jī)，載荷角速度（弧度/s）      我們?cè)賮?lái)看一下精密行星齒輪減速機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的作用，由能量不滅的基本原理，在傳動(dòng)鏈中，同一時(shí)刻的儲(chǔ)能相等：

1.降低伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速（WL）      伺服電機(jī)的額度功率一般體現(xiàn)在轉(zhuǎn)速1000rpm到6000rpm之間，甚至高達(dá)10000rpm以上,實(shí)際使用過(guò)程中很少使用到如此高的轉(zhuǎn)速，同時(shí)為了充分利用電機(jī)的額定功率，所以需要通過(guò)合適減速比的超精密行星減速機(jī)來(lái)獲得需要的工作轉(zhuǎn)速。  2.轉(zhuǎn)矩放大（TL）   在電機(jī)輸入給減速機(jī)的功率一定的情況下，由于減速機(jī)輸出速度的降低，必然會(huì)獲得更大的輸出轉(zhuǎn)矩。很多情況下這也是巴普曼工業(yè)科技選用減速機(jī)的一個(gè)重要理由。  3.匹配負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Jem）伺服電機(jī)的慣量是比較小的，一般來(lái)說(shuō)折算到伺服電機(jī)本身的負(fù)載慣量不能超過(guò)伺服電機(jī)本身慣量的4倍（不同品牌伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)有很具體的數(shù)據(jù)），而實(shí)際應(yīng)用中的負(fù)載有很多種，如果負(fù)載的慣量與電機(jī)能接受的慣量相差太遠(yuǎn)，就會(huì)大大降低伺服電機(jī)的響應(yīng)速度，從而影響生產(chǎn)效率和增大動(dòng)態(tài)誤差。而超精密行星減速機(jī)就能起到匹配慣量的關(guān)鍵作用。

變速機(jī)配套為什么選用斜齒輪

在齒輪減速機(jī)制造當(dāng)選用斜齒輪而非直齒輪,.

變速機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)既在齒輪上惹起大的負(fù)載，又惹起噪聲。制造和裝配一大堆薄片直齒輪是既艱難又不經(jīng)濟(jì)，因而就制形成連成一體的，輪齒沿螺旋線方向的齒輪。斜齒輪不象直齒輪，它會(huì)招致不良的軸向力。還有一個(gè)不利點(diǎn)是，齒輪減速機(jī)在接觸時(shí)間里有時(shí)由兩對(duì)齒嚙合所得到的附增強(qiáng)度并不能加以應(yīng)用。     由于應(yīng)力是被循環(huán)中單齒嚙合的情況所限定的，變速機(jī)的運(yùn)用留意事項(xiàng)。由于在任何瞬時(shí)，大約有一半時(shí)間將有兩個(gè)齒嚙合，這就在強(qiáng)度方面帶來(lái)額外的益處。因而應(yīng)力可樹立在1,P行星齒輪減速器。5倍齒寬，而不是一個(gè)齒寬的根底上。     

變速機(jī)的斜齒輪可看成是由一組薄片宜齒齒輪錯(cuò)位放置成的圓柱齒輪，這樣每一片的接觸是在齒廓的不同部位，從而產(chǎn)生了補(bǔ)償每個(gè)薄片齒輪誤差的作用，這個(gè)補(bǔ)償作用由于輪齒的彈性而十分有效，工業(yè)齒輪箱，減速機(jī)磨合期留意事項(xiàng)，因此得出這樣的結(jié)果，誤差在10mm以內(nèi)的輪齒可以使誤差起均勻作用，因此在有負(fù)載狀況下，能如誤差為1mm內(nèi)的輪齒那樣平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。     

但在振動(dòng)和強(qiáng)度方面帶來(lái)的益處遠(yuǎn)勝于由軸向推力和略增的制形成本帶來(lái)的缺陷。如需要齒輪加工，蝸輪蝸桿加工，齒條，鏈輪，同步帶輪，尼輪等減速機(jī)配件加工，可以來(lái)圖紙或?qū)崢幼稍?，?guó)產(chǎn)進(jìn)口都可加工。

依其加工需求不同,使用變速機(jī)

現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備應(yīng)用中在高精度應(yīng)用場(chǎng)合隨著伺服電機(jī)技術(shù)的發(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(guò)3000rpm，由于轉(zhuǎn)速的提升，使得伺服電機(jī)的功率密度大幅提升。這意謂著伺服電機(jī)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(lái)審視。例如，以下應(yīng)用場(chǎng)合必須搭配伺服電機(jī)變速機(jī)。    

必須對(duì)負(fù)載做移動(dòng)并要求精密定位時(shí)便有此需要般像是航空晶圓設(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(guò)伺服電機(jī)本身的扭矩容量。而透過(guò)減速機(jī)來(lái)做伺服電機(jī)輸出扭矩的提升,便可有效解決這個(gè)問(wèn)題。

輸出扭矩提升的方式，可能采用直接增大伺服電機(jī)的輸出扭矩方式，但這種方式不但必須使用昂貴大功率的伺服電機(jī)變速機(jī)，電機(jī)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 。

據(jù)了解，負(fù)載慣量的不當(dāng)匹配,變速機(jī)是伺服控制不穩(wěn)定的原因之一。對(duì)于大的負(fù)載慣量，可以利用減速比的平方反比來(lái)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(lái)看，行星減速機(jī)為伺服應(yīng)用的控制響應(yīng)的匹配 。

從成本觀點(diǎn)，假設(shè)0.4KW的AC伺服電機(jī)搭配驅(qū)動(dòng)器，需耗費(fèi)一單位設(shè)備成本,以5KW的AC伺服電機(jī)搭配伺服驅(qū)動(dòng)器必須耗費(fèi)15單位成本，但是若采用0.4KW伺服電機(jī)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。