目前大部分工業(ye) 設備的運動控製和傳(chuan) 動係統中，在電動機動力源與(yu) 負載運動部件之間，仍然經常需要使用中間機械傳(chuan) 動機構，比如：伺服電機、行星減速機、同步帶、滾珠絲(si) 杠...... 盡管包括直線電機、直驅電機等直接驅動技術已經越來越成熟，而機械部件傳(chuan) 動在運控設備的驅動方式中將依然占據非常主流的地位。

本期，我們(men) 就來談談這些機械傳(chuan) 動機構的中間環節在運控設備中起到了哪些重要作用，以及選擇怎樣的傳(chuan) 動速比更合適。

實現直線運動

受到我們(men) 目前動力源技術能力的限製，很多直線運動的應用需要使用旋轉電機，並借助直線執行機構的轉換實現部件的直線運動。雖然市麵上已經有非常成熟的直線電機技術，但從(cong) 集成、成本和實施操作的技術門檻等各方麵，旋轉電機與(yu) 機械直線機構的集成組合對於(yu) 目前大多數運控設備應用，仍然是更為(wei) 現實的解決(jue) 方案。

比較常見的機械直線機構，如：滾珠絲(si) 杠、齒輪齒條、蝸輪蝸杆、機械凸輪、曲柄連杆等，各自有不同的特點，適應不同類型的應用場合，我們(men) 會(hui) 在以後的內(nei) 容中詳細聊。

降低轉速

直線運動需要機械傳(chuan) 動機構，是因為(wei) 需要將電機的旋轉轉換為(wei) 負載的直線運動；而旋轉運動需要機械傳(chuan) 動機構，則更多的是源自轉速匹配的要求。這一點和汽車很類似。汽車的發動機轉速往往幾千轉，而車速達到 100km/h 時，車輪的轉速也才一千多轉，因此在汽車發動機和車輪之間需要減速箱匹配轉速。

運控設備也是一樣。如果了解伺服電機原理，就不難理解，電機的轉速是和繞組級數成反比例關(guan) 係的，也就是說，電機繞組級數越多，電機轉速越低，換言之，如果希望電機輸出速度降低，需要在相同的體(ti) 積內(nei) 完成更密集的繞線，因此，低轉速的電機的製造難度更高。市麵上的運控伺服電機，大部分的額定輸出轉速都在1000 rpm 以上，比較普遍的是在1500 ～ 2500 rpm 之間。

我們(men) 生產(chan) 設備中的旋轉運動應用中，轉速需求範圍是極大的，而且大部分都低於(yu) 電機的轉速輸出能力，幾十轉、幾百轉是比較常見的要求，比如一台高速柔版印刷機，線速度 400m/min, 印刷輥直徑為(wei) 300mm，其轉速需求僅(jin) 為(wei) 424 rpm。因此為(wei) 了匹配負載部件與(yu) 電機的轉速，需要通過一些機械旋轉傳(chuan) 動機構將動力輸出轉速降到負載需要的範圍內(nei) ，我們(men) 通常稱這類旋轉傳(chuan) 動機構為(wei) “減速”機構。

比較常見的機械旋轉機構，主要有兩(liang) 大類，一個(ge) 是各類減速機（齒輪箱），另一類則是同步皮帶輪或鏈條（鏈輪），從(cong) 運控係統的性能（尤其是剛性）的方麵看，我更推崇使用伺服級別的減速機，我們(men) 會(hui) 在以後的內(nei) 容中詳細聊傳(chuan) 動係統的剛性。

提升扭矩力輸出

前麵說了，在旋轉運動中，機械旋轉傳(chuan) 動機構將較高的電機速度轉換為(wei) 負載可用的較低的轉速，而我們(men) 知道，功率是轉速和扭矩的乘積

P ＝ M ＊ β

P：功率、M：扭矩、β：角速度轉速

根據能量守恒的原理，既然傳(chuan) 動機構按照傳(chuan) 動減速比降低了旋轉輸出速度，那麽(me) 也同時按照這樣的比例提升了旋轉輸出的扭矩。

減輕係統慣量，匹配慣量比

從(cong) 負載側(ce) 向電機側(ce) 看，機械傳(chuan) 動機構將電機輸出速度按比例降低、同時將輸出扭矩按比例提升；而從(cong) 電機側(ce) 向負載側(ce) 看，負載慣量在從(cong) 被驅動側(ce) 向驅動側(ce) 傳(chuan) 遞時，其傳(chuan) 遞慣量是和過渡傳(chuan) 動比成反比例平方關(guan) 係的，也就是和速比的平方成反比，也就是說，通過機械傳(chuan) 動機構，負載的轉動慣量按照速比的平方比例被極大的轉換降低了。

優(you) 化設備性價(jia) 比

在對傳(chuan) 動結構沒有大的改動的情況下，通過調整傳(chuan) 動鏈中部件之間的減速比，降低負載側(ce) （被驅動側(ce) ）的傳(chuan) 遞慣量，減小了係統負載；同時，通過機械傳(chuan) 動減速機構，又是可以幫助降低電機側(ce) 扭矩需求的，而我們(men) 前文書(shu) 有提過，電機的扭矩又是和其電流成正比的，因此，通過調整減速比，除了可以降低對電機扭矩的需求，同時可以幫助降低對驅動器電流的需求，同時與(yu) 之匹配的一係列配電組件都可以得到一定程度的優(you) 化（比如電纜、開關(guan) 、濾波器、變壓器......）。因此，其實機械傳(chuan) 動機構是可以幫助優(you) 化運控設備總體(ti) 成本的。

通過傳(chuan) 動機構，係統慣量得以降低，這一方麵進一步降低了對伺服電機動力源扭矩輸出的要求，同時，負載慣量比也極大降低，這對於(yu) 運控係統動態響應和性能的提升有著非常重要的意義(yi) 。

而無論是優(you) 化設備成本還是提升設備性能，正像文中反複提到的，這裏麵起到關(guan) 鍵作用的就是機械傳(chuan) 動機構的減速比。

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