行星减速机
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行星减速机入门

行星减速机( Planetary GearBox)是伺服减速机的一种。
行星减速机
 
它是运动控制系统中连接伺服电机和应用负载的一种机械传动组件。
 
如上图所示,右侧是动力输入,连接伺服电机;左侧是输出轴,连接设备机械负载。
 
行星减速机与伺服电机合体以后是酱婶儿的。
 
行星减速机在机械设备的运控系统中起到的作用主要包括:
传输电机动力和扭矩;
传输和匹配动力转速;
调整应用端机械负载与驱动侧电机之间的惯量匹配;
 
从内部结构看,如上图所示,(自右向左)行星减速机大致由电机侧(输入侧)轴承、电机侧法兰、输入轴、行星齿轮组、输出轴、输出侧(负载侧)法兰和负载侧轴承几个部分组成。
 
而在这一系列组件的中间位置,就是任何行星减速机都必须搭载的核心传动部件:
- 行星齿轮组 -
 
可以看到,在行星齿轮组的结构中,有多个齿轮沿减速机壳体内圈环绕在一个中心齿轮周围,并且在行星减速机运转工作时,随着中心齿轮的自转,环绕在周边的几个齿轮也会围绕中心齿轮一起“公转”。因为核心传动部分的布局非常类似太阳系中行星们围绕太阳公转的样子,所以这种减速机被称为“行星减速机”。
 
中心齿轮通常被称为“太阳轮”,由输入端伺服电机通过输入轴驱动旋转。
 
多个围绕太阳轮旋转的齿轮被称为“行星轮”,其一侧与太阳轮咬合,另一侧与减速机壳体内壁上的环形内齿圈咬合,承载着由输入轴通过太阳轮传递过来的转矩动力,并通过输出轴将动力传输到负载端。
 
正常工作时,行星轮围绕太阳轮“公转”的运行轨道就是减速机壳体内壁上的环形内齿圈。
 
当太阳轮在伺服电机的驱动下旋转时,与行星轮的咬合作用促使行星轮产生自转;同时,由于行星轮又有另外一侧与减速机壳体内壁上的环形内齿圈的咬合,最终在自转驱动力的作用下,行星轮将沿着与太阳轮旋转相同的方向在环形内齿圈上滚动,形成围绕太阳轮旋转的“公转”运动。
 
通常,每台行星减速机都会有多个行星轮,它们会在输入轴和太阳轮旋转驱动力的作用下,同时围绕中心太阳轮旋转,共同承担和传递减速机的输出动力。
 
不难看出,行星减速机的电机侧输入转速(即:太阳轮的转速),要比其负载侧输出转速(即行星轮围绕太阳轮公转的速度)要高,这也是为什么它会被称作“减速机(Reducer)”的原因。
 
电机驱动侧与应用输出侧之间的转速比值,称为行星减速机的减速比,简称“速比”,通常在产品规格中用字母 “ i ” 表示,它是由环形内齿圈与太阳轮的尺寸(周长或齿数)之比决定的。一般情况下,具有单级减速齿轮组的行星减速机速比通常在 3 ~ 10 之间;速比超过 10 以上的行星减速机,需要使用两级(或以上)的行星齿轮组减速。
 
在正常运转工作时,行星减速机的输出
转速 = 驱动侧(电机侧)转速 ➗ 速比 i;
转矩 = 电机侧输入转矩 X 速比 i ;
 
例如,驱动侧(电机侧)接入的伺服电机转速为 3000 RPM,此时如果选用减速比为 4 的行星减速机,那么在减速机负载侧(输出侧或设备应用端)的输出转速将仅为电机的 1/4,也就是 750 RPM;而与此同时,这台行星减速机在其负载侧提供的输出转矩将高达电机侧输入转矩的 4 倍,换句话说,若要在减速机的负载侧(设备应用端)获得 120 Nm 的转矩输出,输入端的伺服电机仅需要具备 30 Nm 的转矩输出能力。
 
⚠️ 关于如何计算伺服传动系统减速比,可以回看之前关于「传动速比分析」一文。
 
和所有运控传动机构一样,在运控设备中使用行星减速机时,也需要考虑到其传动效率、刚性和精度。
 
而由于在运转时的咬合齿数较多,齿轮咬合的总体接触面积也比较大,因此,相比普通的固定齿轮减速机,行星减速机的动力传输效率更高,具备更强的转矩动力输出能力,同时其传动刚性也更硬。
 
通常,伺服行星减速机的传动效率可以达到 97% 以上,背隙一般低于 3 arcmin,刚性可达 3 Nm/arcmin 甚至更高。
 
最后,让我们再来通过一组视频,快速了解一下行星减速机是如何工作的。
 

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