注釋：Internal Gear內(nèi)齒圈 Input Sun Gear 輸入太陽輪
Output shaft 輸出軸 Planet Gears 行星輪
圖 1 -行星減速機的基本部件
行星減速機基礎(chǔ)知識
行星減速機適用于需要高扭矩體積比（該值在 2至 100間，取決于比值大小）、高抗扭剛度以及低背隙等的高精度運動控制場合，具體視應(yīng)用而定。行星減速機將扭矩提高與減速比相同的倍數(shù)，同時也將轉(zhuǎn)速降低了同樣的倍數(shù)，使相應(yīng)的電動機保持高速高效運轉(zhuǎn)。為增強穩(wěn)定性，它也降低了電動機上的負載等效慣量。總之，采用行星減速機可使機器制造商建造更小、更經(jīng)濟的運動控制設(shè)備。
斜齒輪增加接觸比，使行星減速機的性能得以提高。接觸比是指在任意給定時間嚙合的齒輪齒數(shù)。直齒輪的典型接觸比為 1.5，而斜齒輪的接觸比可增加一倍至
3.3。通過斜齒輪增加接觸比可獲得：
與正齒輪型行星減速機相比，扭矩提高 30％至 50％以上
增加負載分擔(dān)度，從而延長使用壽命
運行平穩(wěn)安靜 .減少 2 arc-min 的背隙
螺旋角越大，在任一時間嚙合的齒數(shù)越多，所以螺旋角也對減速機性能有著顯著的影響。因此，螺旋角由 12 o增加至 15 o，使其扭矩能力比傳統(tǒng)螺旋齒輪有 17%至 20%的提高，而與直切正齒輪相比則有 40%的提高。15°螺旋角也可使運行更平穩(wěn)安靜。
注釋：Typical contact ration for equivalent spur gearing is 1.5
等效正齒輪的典型接觸比為 1.5
Contact ration for helical gearing is 3.3 (more than 2x)
斜齒輪的典型接觸比為 3.3（2倍多）
圖 2：與大多數(shù)具有 12°或更小螺旋角的同類產(chǎn)品相比， Micron UltraTRUE.和 ValueTRUE.設(shè)計了 15°的螺旋角，可提供更大扭矩和更高精度，運行更平穩(wěn)安靜
齒輪的螺旋齒牙會使電機軸的軸向載荷增加。這需要在減速機軸承設(shè)計階段抵消掉。許多螺旋齒輪減速機使用很少或沒有軸向負荷能力的滾珠軸承。這可能會導(dǎo)致齒輪或電機軸承失效。更有利的方法是使用所有 Micron Helical減速機上應(yīng)用的圓錐滾子軸承，可以完全抵消上述軸向載荷。
單級行星齒輪減速機可提供的齒輪比介于 3:1到 10:1之間。齒輪比不能高于10:1是因為小齒輪的尺寸不能進一步減小。齒輪比也不能低于 3:1，否則小齒輪和外齒輪的尺寸幾乎一樣，就沒有空間來布置行星齒輪了。處于 4:1至 8:1間的齒輪比可以提供最佳的小齒輪和行星齒輪的尺寸，提高性能并延長壽命。大于 10:1的齒輪比可通過增加第二級行星輪來獲得，但這通常會增加減速機的長度和造價。齒輪的凸面加工是指為了增加扭矩和較少噪音而修改齒輪齒廓，可以優(yōu)化齒輪嚙合。同時它也增強了齒側(cè)載荷分布，從而降低可能導(dǎo)致表面點蝕的高應(yīng)力區(qū)。
注釋：Shaft Rotation軸旋轉(zhuǎn) Torque CCW 逆時鐘扭矩 Backlash背隙
圖 3 – 運動滯后
為使行星減速機有效地運轉(zhuǎn)，需要保持一定的的間隙。間隙有助于避免齒輪產(chǎn)生過多的熱量和磨損，并保證適當?shù)臐櫥５嘄X之間的微小間隙可導(dǎo)致運動滯后。實際使用的減速機也不能擁有無限的扭轉(zhuǎn)剛度，因此減速機扭緊會導(dǎo)致額外的運動滯后。圖 3顯示了某個行星齒輪的輸入和輸出軸的旋轉(zhuǎn)。兩條線間的垂直距離即為運動滯后。
沒有嚴格的標準規(guī)范如何測量減速機的背隙，這導(dǎo)致了一些混亂和誤解。有些制造商可能會取輸出軸上四點或更多點的平均值作為背隙指標。例如，某個單元四次背隙測量值分別為 4、6、10和 12arc-min，則使用該方法獲取的背隙值為 8 arc-min。筆者認為背隙值應(yīng)與輸出軸上最大背隙值的點一致，因此上述測量結(jié)果為 12arc-min。此外，有些廠家在測量背隙值時施加不到 2％的額定扭矩，這導(dǎo)致測量值較低，無法反映整個生命周期內(nèi)的真實背隙。有些廠家則在測量背隙值時把施加 2％的額定扭矩作為標準，這可以真實反映產(chǎn)品生命周期內(nèi)的背隙值。
背隙會隨著時間的推移而增加。例如，行星減速機在出廠時的背隙可能為 8arc-min，但經(jīng)過 6個月的使用，提高到了 15arc-min。因此，整個生命周期內(nèi)的背隙值精度對于大多數(shù)用戶而言是一個重要的指標。
減速機選型
選擇合適的減速機是性能長期可靠的關(guān)鍵。下面的近似方法可以用來作為選取減速機的初始步驟。
實際扭矩（Tr）= 電機連續(xù)扭矩（Tm）×減速比（i）×效率（e）
圖 4 -完整的運動軌跡
確定確切的減速機選型要求，需要考慮完整的運動軌跡，包括速度、扭矩、加速、減速和循環(huán)。考慮高循環(huán)數(shù)時，可采用減額系數(shù)來降低減速機的額定值。
| 減額系數(shù) | 每小時循環(huán)數(shù) |
| 1.0 | 少于 1000 |
| 0.9 | 1000 至 2499 |
| 0.7 | 2500 至 4999 |
| 0.5 | 大于或等于 5000 |
該減額系數(shù)不適用于 7天 24小時的連續(xù)工作應(yīng)用。因為不存在循環(huán)數(shù)（循環(huán)），所以也就不適用上述確切的選型方法。連續(xù)工作場合的最常見失效原因有減速機升溫、潤滑失效、齒輪損壞等。高性能減速機（如 Micron EverTRUE.）可在 140°F下 7天 24小時持續(xù)工作 30000小時以上，更適合這種場合。
在線選型
在線減速機選型工具可用來快捷地查找適合大多數(shù)應(yīng)用的減速機。作為一款非常全面的選型工具，Micron MOTIONEERING.（www.micronmotioneering.com）提供了一種快速簡便的方法來選取符合大多數(shù)應(yīng)用需求的減速機。用戶只需在“選型”模式下輸入轉(zhuǎn)速、輸出扭矩、徑向和軸向載荷等等應(yīng)用參數(shù)，該工具就會分析這些信息并根據(jù)具體應(yīng)用需求來推薦可行的方案。用戶可以利用價格、扭矩容量等指標來挑選不同的方案。
圖 5 –“選型”流程的初始界面
在“選型”流程的初始界面，需要輸入 4個關(guān)鍵信息：
1）減速機類型或方向（直線型或直角型）
直角型減速機有三個獨立選項：標準軸、雙軸和空心軸。
2）應(yīng)用類型
選擇“循環(huán)運行”或“連續(xù)工作”。任何在某一方向上運行四小時或更長時間而不停止或不改變速度的應(yīng)用場合均可視為連續(xù)工作。所有其他應(yīng)用場合，包括那些運行時間超過四個小時，但改變運轉(zhuǎn)方向的可視為循環(huán)運行。
3）背隙要求
“超精密”級單級和雙級減速機的最大背隙分別為 4 acr-min和 5 arc-min。
“高精度”級單級和雙級減速機的最大背隙分別為 8 acr-min和 9 arc-min。
“精密”級單級和雙級減速機的最大背隙分別為 13 acr-min和 15arc-min。
4）減速比
選擇前三個變量后，該工具就會顯示滿足上述三個因素的可選減速比。例如，如果用戶選取直線型，則減速比為 1:1和 2:1的選項將呈“灰色”，因為它們僅在直角型時可供選用。
接下來，有兩種方法輸入扭矩和速度要求。第一種方法是直接輸入最大扭矩和轉(zhuǎn)速。用戶只需提供輸入轉(zhuǎn)速或輸出轉(zhuǎn)速，選型工具就會計算另一個轉(zhuǎn)速。對于更復(fù)雜的應(yīng)用，用戶也可以選擇建立一個完整的運動軌跡。對應(yīng)各段的運動軌跡，需要輸入軌跡初始端的速度、軌跡末端速度、軌跡段時間及扭矩。輸入上述參數(shù)后，用戶將可以輸入特定應(yīng)用可能需要的徑向或軸向載荷要求。
最后一步是選擇電機安裝部件。這里集中了 300多家當今主流電機制造商品牌和型號的安裝部件。用戶只需從下拉菜單中選擇自己的電機，選型工具就會自動生成電機安裝部件編號。電機的尺寸也將在屏幕上顯示，以供參考。
雖然有大量電機可供選擇，但有時用戶也會在列表上找不到所能用到的電機。為此該選型工具提供了一個手動輸入電機尺寸的選項。諸如軸直徑和長度、螺栓分布圓和導(dǎo)向臺直徑等關(guān)鍵尺寸可用來生成減速機所需的電機安裝套件編號。用戶可以輸入英制或公制單位的尺寸。
輸入所有應(yīng)用參數(shù)后，該選型工具會按照價格從低到高顯示所有符合應(yīng)用條件的減速機一覽。此外它還會列出每種方案的所需扭矩和減速機額定扭矩之間的安全系數(shù)。在選擇了某一給出方案后，用戶可以選擇下載 2D或 3D模型，詢價或保存該應(yīng)用方案。
如果用戶已經(jīng)知道所需的減速機，可使用“按型號選擇減速機”模式。在該模式下，用戶可以查看價目表、目錄規(guī)格并下載 CAD模型。只需在主頁上點擊任何減速機系列即可訪問該工具，然后從中選擇產(chǎn)品類型、規(guī)格、減速比和所需的電機安裝套件。如果不清楚電機安裝套件，用戶也可以如上所述輸入尺寸。接著選型工具就會直接跳到用戶所需解決方案的界面，顯示所選減速機的價格、交貨時間和目錄信息。同樣地，當選取某一方案后，用戶也可以選擇下載 2D或 3D模型、詢價或保存該應(yīng)用方案。
故障排除
導(dǎo)致減速機噪音的因素包括輸入速度、減速比、輸出扭矩、徑向和軸向載荷及安裝不當。
噪音
遵循正確的安裝步驟對減低噪音、提高性能是至關(guān)重要的。許多減速機需要首先垂直安裝至伺服電機。這使電機軸可以對中減速機。然后才可以在任何方向運行。
摩擦
油脂用量、齒輪質(zhì)量、部件尺寸精度以及軸承質(zhì)量都可能會導(dǎo)致高減速機摩擦和阻力。建議尋找在出廠前逐個檢測輸入阻力的減速機廠家。每種規(guī)格和減速比的減速機都有可接受的阻力范圍，阻力測量應(yīng)在兩個方向進行以獲得峰值阻力和速度。
密封
對于需要 IP65或 IP67防護的應(yīng)用場合，務(wù)必注意 IP65防護的電機和 IP65防護的減速機的組合并不總能提供 IP65防護。請仔細查看電機和減速機間的接口是如何密封的。最好的辦法是所有外殼間都使用 O型密封圈使整個組件獲得 IP65防護。一種新型行星減速機通過配備無外部縫隙的密封，并提供 IP67防護的圓形不銹鋼外殼來滿足食品和飲料搬運、包裝和分發(fā)的要求。這種減速機可以應(yīng)用于腐蝕性化學(xué)清潔劑和高壓沖洗的場合。因此，工程師都可以將該種減速機置于任何地方而不受環(huán)境因素影響，無需付出如外殼、屏蔽以及機械傳動裝置等附加組件的成本。
圖 6 – 防護等級高達 IP67的 Micron AquaTRUE.行星減速機
潤滑
潤滑油或潤滑脂可用于潤滑行星減速機。潤滑脂具有終身潤滑減速機的優(yōu)勢，完全免維護。潤滑脂使減速機可以安裝在任何方向而無需擔(dān)心泄漏。油潤滑需要維護并且通常每隔幾千小時就需要再次潤滑。油潤滑要始終考慮泄漏問題。油潤滑的安裝方向通常受到限制，必須在訂貨時說明，且該方向通常不能隨意更改。一種常見的誤解是油潤滑的單元總是比油脂潤滑的單元運行溫度低。實際上，油潤滑所需要的密封措施導(dǎo)致減速機產(chǎn)生的熱量多于其所減少的熱量。
應(yīng)用
下面是一些典型的行星減速機的應(yīng)用：
高速行星減速機可以每秒 4片的速度自動切肉、面包和冷凍食品。纖巧的直角型適用于需要安靜平穩(wěn)運行機器。
在紙板加工應(yīng)用中，行星減速機可 7天 24小時高速持續(xù)運行 30000小時。減速機的高扭矩/尺寸比減少了機器外形尺寸和占地面積。減速機終身潤滑，因此無需維護。
圖 7 -等離子切割機
憑借超低的背隙值，行星減速機可以幫助等離子切割機實現(xiàn)萬分之幾英寸的切割精度。螺旋凸面齒輪提供快速定位和平滑切削。密封的變速箱可以避免接觸等離子切割產(chǎn)生的磨屑。
某家心血管病人掃描設(shè)備制造商選擇將行星減速機和電機一體化安裝的方案，并作為一個整體部件發(fā)貨并測試，從而簡化了物料單并降低了裝配時間。行星減速機在客戶的首次噪聲和振動測試時即告通過，并且還滿足嚴格的背隙要求。
結(jié)論
行星減速機為廣泛的精密運動控制應(yīng)用場合提供了出色的解決方案。了解減速機制造商所使用的背隙測量方法對于選擇最適合的減速機非常重要。在線選型工具可以簡化適合具體應(yīng)用的減速機的比較，從而節(jié)省工程設(shè)計時間。同時，有了防護等級高達 IP67的新型行星減速機使這種動力傳輸技術(shù)比以往任何時候都更容易應(yīng)用于食品和飲料以及其他苛刻場合。
關(guān)于 Thomson
作為業(yè)界頂尖的制造商，Thomson擁有超過 60年的運動控制創(chuàng)新和制造經(jīng)驗，生產(chǎn)直線滾珠襯套.軸承、鏈輪軸承、60Case. 軸、磨削和軋制滾珠絲杠、直線執(zhí)行器、減速機、離合器、制動器、直線運動系統(tǒng)和相關(guān)附件等全系列產(chǎn)品。Thomson于 1945年發(fā)明了抗磨直線滾珠襯套軸承，并自此建立了最高的機械運動控制解決方案標準，服務(wù)于全球工業(yè)、航空和國防市場，應(yīng)用遍及包裝、工廠自動化、物料運輸、醫(yī)療、清潔能源、印刷、汽車、機床、航空航天與國防等領(lǐng)域。Thomson生產(chǎn)中心遍布北美、歐洲和亞洲， 并通過 2000多家分銷商服務(wù)全球客戶。
