在伺服應用中,一種使用反饋設備來控制線性或旋轉系統的扭矩、位置或速度的應用負載慣量與電機慣量之比是系統性能的關鍵因素。低慣量比使電機能夠更準確地控制負載,避免過沖和振蕩,提高系統響應能力。如果負載的實際慣量無法改變,則在系統中增加齒輪箱可以減少負載慣量反射回電機(本質上使電機出現運動的慣量更?。?。
行星齒輪箱通過齒輪比的平方來降低反射負載慣量(電機看到的慣量),因此增加行星齒輪箱可以顯著提高系統的慣量比。行星齒輪箱還將從電機到負載的扭矩乘以與齒輪比成正比的量,同時將所需的電機速度降低相同的量。在某些應用中,這意味著可以使用更小的電機,并且電機可以以更高、更高效的速度運行。
J L=反映到電機的負載慣量
J M=電機慣量
J D=驅動慣性(螺桿、皮帶和滑輪或執行器)
J E=外部(移動)質量的慣性
J C=聯軸器慣量
J G=齒輪箱慣量
i=傳動比
但是任何齒輪箱都可以降低負載慣量、倍增扭矩、降低速度,那么為什么很多伺服應用都使用行星齒輪箱呢?因為行星齒輪箱比其他齒輪類型具有更高的剛性、更小的背隙、更高的效率和更低的噪音。
行星齒輪箱使用三種齒輪來傳遞扭矩:行星齒輪、太陽齒輪和齒圈。連接的電機驅動齒輪組件中心的太陽齒輪。許多行星齒輪與太陽輪和齒圈嚙合,后者靜止不動并固定在齒輪箱殼體中。當太陽輪旋轉時,它帶動行星齒輪繞各自的軸旋轉并繞太陽輪公轉。行星齒輪的位置由齒輪架設定,齒輪架也包含輸出軸。
在這種布置中,負載在多個齒輪齒之間分擔,這使行星設計具有高剛度并有助于減少齒隙-在某些設計中低至1到2弧分。對于需要頻繁啟停循環或改變旋轉方向的應用,高剛度也很重要。
行星式設計緊湊,并在小型整體包裝中提供高減速比。這種緊湊的設計也意味著它們具有低慣量,這在伺服應用中特別有利,因為齒輪箱慣量直接增加了電機必須平衡的負載慣量。雖然行星齒輪箱的設計與其他齒輪箱一樣,可以用油脂或油潤滑,但大多數是由制造商用油脂潤滑,在齒輪箱的使用壽命期間不需要再潤滑或維護。
單級行星齒輪箱(如上所述)通??梢蕴峁┑椭?:1或高達10:1的減速比。多級齒輪箱通過串聯排列兩顆或三顆行星恒星來提供更高的傳動比。為此,外齒圈的長度增加,第一級行星齒輪架驅動下級行星齒輪。因為它們是串聯的,所以每級的減少量相乘,得到最終的輸出量減少量。例如,包含5:1和3:1級的多級變速箱將具有15:1的輸出比。多級設計提供了比標準單級設計更好的扭矩尺寸比,但以犧牲效率為代價。
行星齒輪箱可以使用正齒輪或斜齒輪。正齒輪提供更高的扭矩額定值,但斜齒輪具有更高的接觸比(在任何給定時間嚙合的齒數)。這種更高的接觸比允許螺旋設計以更低的噪音、更高的剛度和更小的背隙運行,使螺旋行星齒輪箱成為伺服應用的首選。
總結評論:
1.行星是好的,但如果不需要剛度和低背隙,它們可能很貴。這些是當今大多數新應用,因為氣動、皮帶和線軸設計正在轉換為電力驅動。
2.非行星產品通常更便宜、更安靜。
3.非行星齒輪箱有多種選擇,以降低系統成本。例如,帶鍵或不帶鍵(取決于強度和旋轉方向)的空心輸出軸無需安裝皮帶或支腳,無需設計L形支架。
4.正齒輪并不比斜齒輪強,因為共用齒數會使斜齒輪上的接觸應力更小,承載能力更高。
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