| 减速箱技术信息 |
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| 1、减速机构作用是什么？主要结构方式有哪些？各自的特点是什么？ |
| 基于空心杯电机的伺服系统，电机的输出特性都是高转速、低转矩。但多数应用场合都需要低转速、高转矩。减速机构在传递运动中的关键的作用，就是降低输出转速、放大输出转矩。常见的减速机构包括：
皮带轮：结构简单、传动平稳。缺点是占用空间大、减速比小、效率低、易打滑、精度差等，在伺服系统的中继传动中很少用到；
蜗轮蜗杆：传动比大，运转平稳且噪音低，可自锁。缺点是效率低至一般不超过30%，尺寸较大且成本较高，在20W以下的伺服系统中几乎没有应用；
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谐波减速箱：可实现零回差的高精度，结构简单效率高，轴向长度很短。缺点包括减速比不大且不能自锁，微型谐波减速器的减速比一般不超过100:1。另外技术门槛高因而价格昂贵。在轴向空间受限的应用中，例如机器人关节，谐波减速箱的使用较多；
齿轮减速箱：可在非常小的外径下实现很大的减速比，效率较高、承载扭矩较大，特殊结构可实现零回差。尽管有着噪音较大等缺点，但仍然是微型伺服系统中应用最广泛的减速机构。
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| 2、齿轮减速箱有哪些结构形式？它们有什么优缺点？ |
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齿轮减速箱主要有正齿轮和行星齿轮两种结构，也存在同时使用这两种齿轮的混合体，但因结构复杂、优势不明显而逐渐被淘汰。
正齿轮结构：如左图所示，一对啮合的齿轮A和B，直径更大的从动轮B会有更低的角速度。齿轮BC同轴，C再啮合大直径的从动轮D，如此串联啮合，即可实现逐级减速。
正齿轮结构简单紧凑，可轻松实现高达数十万比一的减速比，传动稳定、效率高，特殊结构的双路齿轮还可消除转动回差。但因仅由单个齿轮负担转矩传动，所以承载转矩小。
行星齿轮结构：圆周分布的多个行星齿轮同时啮合内齿圈和中心齿轮，绕中心齿轮转动，类似行星运动。多个行星轮分担转矩传动，因而承载转矩大。
行星减速箱的每级由一个中心齿轮和至少三个行星轮组成，一般可实现3:1~7:1的减速，逐级叠加后减速比同步增大。四级减速的效率会降至50%左右，所以最大减速比通常不超过2000:1。
同比正齿轮结构，行星减速箱由于结构和齿轮运动相对复杂，因而效率较低、噪音较大且运行平稳度较差。随着材料、工艺等技术的快速发展，这些相对缺陷越来越不明显。所以正齿轮日渐式微，行星结构几成齿轮减速箱的代名词。 |
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| 3、齿轮减速箱主要参数与各自的含义是什么？ |
| 相较于电机，减速箱的指标简单易懂。输出轴的部分机械参数和电机相似，例如轴向和径向的最大负载和间隙等。其余主要指标参数包括：
减速级数和减速比：齿轮减速箱通过齿轮逐级传递减速，各级减速比（可各不相同）相乘就是整体减速比。需注意，精确的减速比值多为不能整除的分数，标称参数多为近似值。
输入转速：考虑到发热和磨损及润滑效果，通常会给出持续工作时，最高输入转速（也就是电机输出转速）的建议值。输入转速超标会增大噪音，同时也会缩短减速箱寿命。
效率：反应减速传动过程中的能量损失，体现在转矩损失上。假定减速比为100:1，最大效率ηMax.=80%，输入转速/转矩为1000rpm/1mNm时，输出转速=1000/100=10rpm，忽略承载限制的输出转矩=1×100×80%=80mNm。需注意效率不是一个固定值，它随转速转矩变化而改变，样本上标注的均为最大值。 |
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输出转矩：这是一个容易引起歧义的指标。它的正确含义是，受限于齿轮等的结构强度，减速箱所能承载的最大输出转矩，不是结合电机后一定可以达到的输出转矩。结合电机后的减速箱，实际输出转矩TA按以下原则计算：
减速箱输出转矩的理论值TT=输入转矩×减速比×效率；如果TT>减速箱的输出转矩承载值TMax.，则TA=TMax.，否则TA=TT。
由此可知电机与减速箱的适配性：过大功率的电机不仅不能增大输出转矩，反而可能引起减速箱的损坏。
输出转矩还细分为持续值、间歇值和瞬时值等。
回差：又称“空回”、“背隙”、“间隙”等等，它的详细说明请参阅问题5。
尽管各家的减速箱回差参数相差可能超过一倍，但在高精度定位控制中，可能都需采取额外措施来消除影响。所以回差指标更多的意义在于从侧面说明减速箱的精度：回差越小越精密。 |
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| 4、既然减速箱是纯机械结构，为什么还要讨论它的输出功率？ |
| 减速箱的输出功率，是近年来才逐渐被重视的一个指标。这可能和无刷电机的兴起有关：在有刷时代，因远比电机耐用，所以减速箱寿命问题基本无需考虑。但在无刷时代，减速箱可能成为了整机寿命短板，减速箱功率指标因此受到了关注。
参数表上给出了减速箱的最高输入转速和最大输出转矩。但通常不会强调：二项参数同时达到极限时，减速箱寿命会大幅缩减。
要延长减速箱寿命，须在高转速下降低转矩，或在大转矩时降低转速。因此用到了功率指标作为参考。
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转速和转矩的乘积确定了功率。因此，限定了减速箱的输出功率，即可评估减速箱的工况是否健康。事实上，“健康区间”的功率，通常不足转速和转矩极值所对应最大功率的10%。
不过多数应用场景中，减速箱都不需要持续输出恒定功率。短暂的“超标”通常也可接受。对此需要了解，转速和转矩超标对减速箱寿命的影响：
转速超标对减速箱寿命呈线性影响，超速一倍则寿命减半。
转矩超标对减速箱寿命呈指数影响，超载一倍则寿命缩至1/4。 |
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| 5、减速箱的回差的定义与产生的原因是什么？如何消除它带来的运动误差？ |
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考虑到热胀冷缩以及需要润滑，啮合的齿轮之间必须预留一定间隙。左图逐级进行局部放大，以便于更清楚地示意回差产生的原理。
从左图可以看出：
由于和齿轮A在点X紧靠，所以齿轮B顺时针转动的同时，齿轮A必然会动。而齿轮B逆时针转动时，点Y需要转动到虚线所示、与齿轮A在点Z接触时，齿轮A才开始转动。
齿轮B从点Y到点Z的转动角度，就是（最大）回差。金属材质的微型行星减速箱，最大回差α通常在0.5~2°之间。减速箱与电机装配为一体之后，电机最多需要转动α，减速箱输出轴才开始转动。
部分厂商在样本上标注的回差是平均值。
电机来回转动时，减速箱回差引起的角度误差会产生累积。如果忽略惯性，则只有下次运动和上次转向相反时，才会产生回差影响。
回差的不确定性，直接影响到伺服控制的位置精度。
实际应用中，会采取过零点寻零或加装终端编码器等办法，来降低或消除回差影响。
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| 6、减速箱与电机如何连接？不同连接方式都有什么优缺点？ |
| 减速箱通过电机的安装面与电机安装固定，主要连接方式有四种：
螺纹旋入：减速箱输入端和电机前端面分别带内外螺纹，将电机旋入减速箱即可。为避免反转时螺纹被拧松的风险，可用螺纹胶加固。这种方式非常简单且便于拆卸，但仅适合小转矩输出，通常都用于12mm以及更小直径电机和减速箱之间的连接。
套筒配合：减速箱箱体的输入端加长为套筒，电机插入套筒后仅留一小段尾部在外。电机外圆和套筒内壁之间为紧配或涂胶固定。这种连接方式强度高但拆卸很困难，同时因为套筒壁厚有限，不适合大转矩应用，因此目前较少使用。 |
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法兰连接：这种方式目前广为采用。将一个法兰通过螺钉固定在电机安装面上后，再把减速箱通过螺纹旋入或径向螺钉与法兰固定。螺纹旋入对部件加工精度要求很高且拆卸不易，而径向螺钉固定在振动环境下可能松动。此外，法兰会增加组件轴向长度，一般数毫米到十余毫米。
焊接一体：将电机和减速箱，通过激光焊接为一个刚性整体。这种方式连接刚度大、抗冲击振动能力强，整体可靠性也更高。但焊接工艺要求和成本高，连接后极难拆卸。焊接一体是发展趋势。
恒动目前主要采用法兰连接和焊接一体（更推荐）两种连接方式。 |
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| 7、减速箱齿轮的加工方式有哪些？它们与减速箱性能有什么关系？ |
| 减速箱的性能和齿轮密切相关。齿轮的材质、加工方式因而至关重要。
粉末冶金工艺成本低廉、生产效率高。但成品结构强度低，难以承载较大转矩，目前在伺服系统的减速箱中已经很少使用。
新兴的3D打印技术并没有渗透到减速箱齿轮的生产中。除了可以快速打样之外，现阶段它在其余方面均无优势。
主流的机加齿轮多用不锈钢材质，分插齿和滚齿两种加工工艺：
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插齿加工的齿形精度和表面光洁度都比较高，但在齿距偏差控制和高硬度材料加工的稳定性方面表现不佳，这一缺陷对减速箱性能影响较大。另外，它的生产效率也比较低。
滚齿对齿形控制的精度较低且表面光洁度稍逊，但综合来看更适合减速箱齿轮的生产。高精度滚齿机成本高，即便其生产效率较高，但成品价格还是不具优势。
除非另行注明，恒动减速箱的齿轮均采用滚齿加工技术。 |
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| 8、制约减速箱性能的关键因素是什么？ |
| 高性能减速箱主要体现在，保证寿命的前提下具有更大功率，也就是能支持更高输入转速和更大输出转矩。
这就需要在以下三方面突破减速箱性能的制约因素：
齿轮材质：尽管都标称为“不锈钢”，但具体材质均属各家的技术机密，它连同表面处理方式一起，决定了产品刚度和耐磨性，高端产品中开始应用陶瓷齿轮，同比金属齿轮硬度更高、摩擦系数更低；
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润滑方案：微型减速箱均为免维护设计，润滑脂的选用因而至关重要，这也是各减速箱厂家的核心机密。针对不同的负载特性，常见会会微调润滑脂组分，力求达到最佳效果；
加工工艺：机加精度直接关系到减速箱的磨损速度和使用寿命。高精度加工设备造价高昂，设备迭代难度大、周期长；行业发展更多依托于精密加工成本的逐步下降。
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