减速比是行星减速机选型中最基础的参数之一。减速比选小了,输出转速可能过高,扭矩不足;减速比选大了,设备运行速度可能下降,电机转速和多级传动损耗也可能增加。
因此,行星减速机的减速比并不是越大越好,而是要与设备的速度、扭矩、惯量和节拍相匹配。
减速比表示减速机输入转速与输出转速之间的比例:
i = n₁ ÷ n₂
其中:
i为减速比;
n₁为输入转速,单位r/min;
n₂为输出转速,单位r/min。
例如,伺服电机转速为3000 r/min,设备需要的输出转速为300 r/min:
i = 3000 ÷ 300 = 10
初步可以选择减速比为10的行星减速机。
选择减速比的第一步,是明确设备需要的输出转速。
如果设备采用丝杆传动,可根据丝杆导程和直线速度计算丝杆转速:
n = 60 × v ÷ L
其中:
n为丝杆转速,单位r/min;
v为直线速度,单位mm/s;
L为丝杆导程,单位mm/r。
例如:
直线运行速度为500 mm/s;
丝杆导程为20 mm/r。
则丝杆转速为:
n = 60 × 500 ÷ 20
n = 1500 r/min
如果电机工作转速为3000 r/min:
i = 3000 ÷ 1500 = 2
此时理论减速比约为2。但还需结合标准减速比、扭矩和惯量进一步调整。
齿轮齿条机构中,可以先根据小齿轮分度圆直径计算每转移动距离:
S = π × d
其中:
S为小齿轮旋转一周对应的直线移动距离;
d为小齿轮分度圆直径。
再根据所需直线速度计算齿轮转速,最后通过电机转速除以齿轮转速得到减速比。
例如,小齿轮分度圆直径为100 mm,则旋转一周的理论移动距离约为:
S = 3.14 × 100 = 314 mm
完成速度计算后,再选择相近的标准减速比。
仅满足输出转速,并不代表减速比选择正确。
输出扭矩可按以下公式估算:
T₂ ≈ T₁ × i × η
其中:
T₁为电机输出扭矩;
T₂为减速机输出扭矩;
i为减速比;
η为传动效率。
如果计算得到的输出扭矩仍然小于负载所需扭矩,需要重新评估:
是否提高减速比;
是否选择更大功率电机;
是否选择更大框号减速机;
是否降低加速度;
是否优化机械传动结构。
不能仅通过无限提高减速比解决扭矩不足问题。
负载惯量经过减速机折算到电机轴后,通常可按以下关系初步计算:
J折算 = J负载 ÷ i²
其中:
J折算为折算到电机侧的负载惯量;
J负载为输出端负载惯量;
i为减速比。
例如,减速比从5提高到10,折算到电机侧的负载惯量会明显降低,这有利于电机控制较大的旋转负载。
但减速比过大也可能降低设备速度和动态响应,因此仍需结合伺服系统允许的惯量比综合判断。
不同产品系列的标准减速比范围不同,常见情况可参考:
| 结构级数 | 常见减速比范围 | 主要特点 |
| 单级 | 约3~10 | 结构短、效率较高、间隙较容易控制 |
| 双级 | 约12~100 | 减速比更大,但长度和损耗增加 |
| 多级 | 根据结构确定 | 适合更大减速比,需重点评估效率和间隙 |
以上为常见范围,不代表所有产品系列。实际减速比应以厂家样本为准。
在能够满足速度和扭矩的前提下,通常优先考虑较少的传动级数,有利于控制体积、效率和回程间隙。
明确转盘转速、丝杆转速、同步轮转速或直线运行速度。
不要只看电机最高转速。长期运行时,应结合额定转速、扭矩曲线和设备节拍确定合理输入转速。
i = 电机工作转速 ÷ 设备输出转速
如果计算结果为7.5,而标准减速比只有7和10,需要分别计算两种方案的输出速度和输出扭矩。
确认额定工作扭矩、加速扭矩、减速扭矩和紧急停止扭矩均在允许范围内。
电机最高运行转速不能超过减速机允许的最大输入转速。
对于频繁启停和高速定位设备,需要核对折算惯量、加速度及循环次数。
检查电机轴径、法兰尺寸、安装孔位、输出轴形式和安装空间。
设备运行时,电机未必始终处于额定转速。应按实际运动曲线和工作转速计算。
过大的减速比可能导致设备速度不足,甚至使电机长期高速运行。
输出速度合适,但减速机额定扭矩不足,仍可能出现过热、磨损或寿命下降。
还要核对输出轴允许径向力、轴向力及倾覆力矩。
多数情况下,可以通过调整电机转速、同步轮直径、丝杆导程或选择相近标准减速比解决,不一定需要非标速比。
某自动化转台的要求如下:
伺服电机工作转速:2400 r/min;
转台目标转速:120 r/min;
电机额定扭矩:2.4 N·m。
理论减速比为:
i = 2400 ÷ 120 = 20
假设综合效率按0.92估算,则理论输出扭矩约为:
T₂ ≈ 2.4 × 20 × 0.92
T₂ ≈ 44.16 N·m
接下来还需要确认:
减速机额定输出扭矩是否大于实际负载扭矩;
加速和急停扭矩是否超过峰值限制;
输出轴是否能够承受转台产生的径向力和倾覆力矩;
回程间隙是否满足定位要求。
恩坦斯特(ANDANTEX)在选型时会结合输出速度、扭矩、惯量、运行周期和安装接口综合确认,而不是只根据一个减速比数值推荐型号。
行星减速机减速比的选择,应先满足输出速度,再校核输出扭矩、惯量匹配、最大输入转速和设备运行节拍。正确的方法不是单纯追求大减速比,而是让电机、减速机和机械负载处于合理的工作区间。
恩坦斯特(ANDANTEX)专注精密行星减速机、伺服减速机、谐波减速机及蜗轮蜗杆减速机研发生产,提供选型、定制与自动化传动方案。