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(pán),、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(lèi)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)效率最低,,不超過(guò)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。
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(kāi)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(guò)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(lái)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(guò)伺服馬達(dá)本身的扭矩容量,。而透過(guò)減速機(jī)來(lái)做伺服馬達(dá)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(lái)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(guò)減速機(jī)的搭配來(lái)達(dá)到「減速并提升扭矩」的目的了,。所以說(shuō),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)定的最大原因之一,。對(duì)于大的負(fù)載慣量,,可以利用減速比的平方反比來(lái)調(diào)配最佳的等效負(fù)載慣量,以獲得最佳的控制響應(yīng),。所以從這個(gè)角度來(lái)看,,減速機(jī)為伺服應(yīng)用的控制響應(yīng)的最佳匹配。
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(guó)內(nèi)少見(jiàn)
諧波齒輪減速機(jī),其基本結(jié)構(gòu)由剛性?xún)?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?xún)?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(lèi)減速機(jī)的技術(shù)核心,目前臺(tái)灣尚無(wú)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)界最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)剛性值最低,,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,,是其最大缺點(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,。
冀公網(wǎng)安備13092802000153號(hào)