行星減速機(jī)( Planetary GearBox)是伺服減速機(jī)的一種。它是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中連接伺服電機(jī)和應(yīng)用負(fù)載的一種機(jī)械傳動(dòng)組件。行星減速機(jī)與伺服電機(jī)合體以后是醬嬸兒的。行星減速機(jī)在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)控系統(tǒng)中起到的作用主要包括:傳輸電機(jī)動(dòng)力和扭矩;傳輸和匹配動(dòng)力轉(zhuǎn)速;調(diào)整應(yīng)用端機(jī)械負(fù)載與驅(qū)動(dòng)側(cè)電機(jī)之間的慣量匹配;從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看,如上圖所示,(自右向左)行星減速機(jī)大致由電機(jī)側(cè)(輸入側(cè))軸承、電機(jī)側(cè)法蘭、輸入軸、行星齒輪組、輸出軸、輸出側(cè)(負(fù)載側(cè))法蘭和負(fù)載側(cè)軸承幾個(gè)部分組成。而在這一系列組件的中間位置,就是任何行星減速機(jī)都必須搭載的核心傳動(dòng)部件:- 行星齒輪組 -可以看到,在行星齒輪組的結(jié)構(gòu)中,有多個(gè)齒輪沿減速機(jī)殼體內(nèi)圈環(huán)繞在一個(gè)中心齒輪周圍,并且在行星減速機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí),隨著中心齒輪的自轉(zhuǎn),環(huán)繞在周邊的幾個(gè)齒輪也會(huì)圍繞中心齒輪一起“公轉(zhuǎn)”。因?yàn)楹诵膫鲃?dòng)部分的布局非常類似太陽(yáng)系中行星們圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的樣子,所以這種減速機(jī)被稱為“行星減速機(jī)”。中心齒輪通常被稱為“太陽(yáng)輪”,由輸入端伺服電機(jī)通過(guò)輸入軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。多個(gè)圍繞太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)的齒輪被稱為“行星輪”,其一側(cè)與太陽(yáng)輪咬合,另一側(cè)與減速機(jī)殼體內(nèi)壁上的環(huán)形內(nèi)齒圈咬合,承載著由輸入軸通過(guò)太陽(yáng)輪傳遞過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)矩動(dòng)力,并通過(guò)輸出軸將動(dòng)力傳輸?shù)截?fù)載端。正常工作時(shí),行星輪圍繞太陽(yáng)輪“公轉(zhuǎn)”的運(yùn)行軌道就是減速機(jī)殼體內(nèi)壁上的環(huán)形內(nèi)齒圈。當(dāng)太陽(yáng)輪在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí),與行星輪的咬合作用促使行星輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn);同時(shí),由于行星輪又有另外一側(cè)與減速機(jī)殼體內(nèi)壁上的環(huán)形內(nèi)齒圈的咬合,最終在自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力的作用下,行星輪將沿著與太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)相同的方向在環(huán)形內(nèi)齒圈上滾動(dòng),形成圍繞太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)的“公轉(zhuǎn)”運(yùn)動(dòng)。
通常,每臺(tái)行星減速機(jī)都會(huì)有多個(gè)行星輪,它們會(huì)在輸入軸和太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力的作用下,同時(shí)圍繞中心太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn),共同承擔(dān)和傳遞減速機(jī)的輸出動(dòng)力。不難看出,行星減速機(jī)的電機(jī)側(cè)輸入轉(zhuǎn)速(即:太陽(yáng)輪的轉(zhuǎn)速),要比其負(fù)載側(cè)輸出轉(zhuǎn)速(即行星輪圍繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)的速度)要高,這也是為什么它會(huì)被稱作“減速機(jī)(Reducer)”的原因。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)與應(yīng)用輸出側(cè)之間的轉(zhuǎn)速比值,稱為行星減速機(jī)的減速比,簡(jiǎn)稱“速比”,通常在產(chǎn)品規(guī)格中用字母 “ i ” 表示,它是由環(huán)形內(nèi)齒圈與太陽(yáng)輪的尺寸(周長(zhǎng)或齒數(shù))之比決定的。一般情況下,具有單級(jí)減速齒輪組的行星減速機(jī)速比通常在 3 ~ 10 之間;速比超過(guò) 10 以上的行星減速機(jī),需要使用兩級(jí)(或以上)的行星齒輪組減速。
在正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí),行星減速機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速 = 驅(qū)動(dòng)側(cè)(電機(jī)側(cè))轉(zhuǎn)速 ? 速比 i;轉(zhuǎn)矩 = 電機(jī)側(cè)輸入轉(zhuǎn)矩 X 速比 i ;
例如,驅(qū)動(dòng)側(cè)(電機(jī)側(cè))接入的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速為 3000 RPM,此時(shí)如果選用減速比為 4 的行星減速機(jī),那么在減速機(jī)負(fù)載側(cè)(輸出側(cè)或設(shè)備應(yīng)用端)的輸出轉(zhuǎn)速將僅為電機(jī)的 1/4,也就是 750 RPM;而與此同時(shí),這臺(tái)行星減速機(jī)在其負(fù)載側(cè)提供的輸出轉(zhuǎn)矩將高達(dá)電機(jī)側(cè)輸入轉(zhuǎn)矩的 4 倍,換句話說(shuō),若要在減速機(jī)的負(fù)載側(cè)(設(shè)備應(yīng)用端)獲得 120 Nm 的轉(zhuǎn)矩輸出,輸入端的伺服電機(jī)僅需要具備 30 Nm 的轉(zhuǎn)矩輸出能力。和所有運(yùn)控傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一樣,在運(yùn)控設(shè)備中使用行星減速機(jī)時(shí),也需要考慮到其傳動(dòng)效率、剛性和精度。
而由于在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的咬合齒數(shù)較多,齒輪咬合的總體接觸面積也比較大,因此,相比普通的固定齒輪減速機(jī),行星減速機(jī)的動(dòng)力傳輸效率更高,具備更強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩動(dòng)力輸出能力,同時(shí)其傳動(dòng)剛性也更硬。
通常,伺服行星減速機(jī)的傳動(dòng)效率可以達(dá)到 97% 以上,背隙一般低于 3 arcmin,剛性可達(dá) 3 Nm/arcmin 甚至更高。