| 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的同时，更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，在伺服系统中几乎没有用到；
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，一般不超过30%，尺寸较大且成本较高，在20W以下的伺服系统中很少用到；
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谐波减速箱：可到零回差的高精度、高效率、结构简单，轴向长度很短。缺点是减速比不大，微型谐波减速器的减速比一般不超过100:1，不能自锁、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类型？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结构，但因结构复杂、优势不明显的原因而逐渐被淘汰。
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，如此连环镶套，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。但因为传动的转矩仅由一个齿轮负担，所以存在承载转矩小的缺点。
行星齿轮结构：圆周分布的多个齿轮同时啮合内齿圈和中心齿轮，成为绕中心齿轮转动的“行星”而得名。多个行星轮分担转矩负担，因而承载转矩大。
行星结构减速箱每一级至少三个行星轮和一个太阳轮，一般可实现3:1~7:1的减速，减速级数一般最多四级，此时其效率会已降至50%左右，所以最大减速比通常不超过2,000:1。
由于结构和齿轮运动相对复杂，因而行星减速箱效率较低、噪音较大且运行平稳度较差。但是，随着材料、工艺等技术的快速发展，这些相对于正齿轮结构的缺陷越来越不明显。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、齿轮减速箱的主要指标参数与各自的含义是什么？ |
| 相较于电机而言，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）的乘积，就是整体减速比。需注意，精确减速比往往是一个不能整除的比值，标称的多为近似值。
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：指减速传动过程中的能量损失，它体现在转矩的损失上。例如减速比100:1，效率为80%，不考虑承载限制，当输入为转速/转矩为1,000rpm/1mNm时，输出则为转速1,000/100=10rpm，转矩1*100*80%=80mNm。需注意效率不是一个固定值，它依转速转矩而变化，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以Tmax.为限，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。在高精度定位控制中，尽管各种减速箱回差指标相差或超过一倍，但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反映了：回差越小的减速箱越精密。 |
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| 4、既然减速箱是纯机械结构，为什么还有讨论它的输出功率？ |
| 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，所以减速箱的寿命问题无需太在意。但在无刷时代，减速箱寿命可能成为了短板，这才让大家开始关注减速箱的功率。
参数表上给出了减速箱的最高输入转速和最大输出转矩。但通常不会强调的是：二者同时满足时，减速箱的寿命会大幅缩减。
要“延年益寿”，就要在高转速下降低转矩，或在大转矩时降低转速。这就需要用到功率指标作为参考。
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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。一个比较残酷的事实是，“健康区间”的功率，通常不足最大转速和转矩所对应最大功率的1/10。
不过大多数应用，减速箱都不需要持续输出恒定的功率。所以，间歇“超标”通常也可接受，此时就需要了解，转速和转矩超标对减速箱寿命的影响：
转速超标对减速箱的寿命影响为线性关系。也就是超速一倍则寿命减半。
转矩超标对减速箱的寿命影响为指数关系。也就是超标一倍则寿命损失3/4。 |
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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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啮合的齿轮之间会有一些间隙，这是因为需要润滑以及考虑到热胀冷缩等，所必须预留的。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只要顺时针一转，齿轮A必然会动。而齿轮B逆时针旋转时，点Y必须转动到虚线所示、与齿轮A在点Z接触时，A齿轮才会开始转动。
那么点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，最大回差通常在0.5°~2°之间。例如最大回差≤2°，那么它与电机装配为一体之后，电机最多需要转动2°，减速箱输出轴才开始转动。
也有部分厂商在样本上标注的回差是平均值。
当电机来回转动时，减速箱的回差会产生累积，越来越大。忽略惯性时，下一次运动如果与上一次同向，则不会再有回差。反向则必定有回差，但不一定是最大值。
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，来降低或者是消除回差影响。
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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，主要安装方式有四种：
螺纹旋入：电机前端面带螺纹，而减速箱输入端为丝口，将电机旋入减速箱即可，必要时可加螺纹胶增加连接强度。这种连接方式非常简单且便于拆卸，但仅适合小转矩输出，所以通常都用于不大于12mm直径的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，形成一个套筒，然后将电机插入，仅留一小段尾部在外。电机外圆和套筒内壁之间为紧配或抹胶水固定。它的优点在于连接强度高但拆卸很困难，且因套筒壁厚有限，不适合大转矩应用。目前较少使用这种连接方式。 |
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法兰连接：这是目前广为采用的连接方式，先将一个法兰通过螺钉固定在电机安装面上，然后再将减速箱主体通过螺纹旋入或径向螺钉同法兰固定。螺纹旋入对部件的加工精度要求很高且拆卸较为困难，径向螺钉固定在振动环境下有出现连接松动的可能性。此外，法兰会增加组件的轴向长度，一般为几个到十几个毫米。
焊接一体：将电机和减速箱激以光焊接连接，二者成为一个刚性整体。这种连接方式的强度大、抗冲击振动能力高，但焊接工艺要求和成本高且极难拆卸。随着工艺进步，焊接一体的方式日趋常用。
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息息相关。齿轮的材质、加工方式因而至关重要。
粉末冶金工艺具有成本低廉、生产效率高的优势，但结构强度低，难以承载较大的转矩，目前在伺服系统的减速箱中已经很少使用。
时尚的3D打印技术并没有渗透到减速箱齿轮的生产中，因为现阶段，除了可以快速出样品之外，它在各方面均无优势。
主流的机加齿轮以不锈钢为材料，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，这对减速箱来说是一个比较严重的缺陷。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，因此虽然其生产效率较高，但成品售价还是会更贵一些。
除非特别说明，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的功率，也就是能支持更高输入转速和更大输出转矩。
这实际上就是，需要在以下三方面来突破减速箱性能的制约因素：
1、更坚固耐磨的齿轮材质：尽管都标称为“不锈钢”，但齿轮的具体材质均属各家的技术秘密，它连同表面处理方式一起，决定了产品的刚度和耐磨性，高端产品中开始应用陶瓷齿轮，同比金属齿轮具有更高的硬度和更低的摩擦；
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2、更优良的润滑效果：微型减速箱均为免维护设计，润滑脂的重要性不言而喻，润滑脂的选用因而也成为各减速箱厂家的核心机密。针对不同的负载特性还会微调其组分，力求达到最佳效果；
3、更精密的加工工艺：机械加工精度直接关系到减速箱的磨损快慢和寿命长短，然而，昂贵的高精度机床不可能快速迭代升级，更多利好还是高精密加工价格的逐步回落。
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