|
FAULHABER减速箱技术信息与常见使用问题 |
|
|
|
|
在这里,您可以了解到如下信息,如果您还有其它感兴趣的问题,欢迎联系我们以获得帮助:
注意:本网页中提到的减速箱,若非特殊说明,均指FAULHABER减速箱。
|
|
1、减速箱的作用与原理是什么?
2、减速箱的结构分几种?各自的具体结构与特点是怎样的?
3、何为减速箱回差?如何消减回差?零回差结构是如何实现的?
4、减速箱的规格与参数范围是多少?各参数含义是什么?
5、减速箱的命名规则是怎样的?
6、减速箱有哪些可选配置?“全钢结构”有什么优势?
7、减速箱的寿命有多长?全塑料齿轮的减速箱有什么优缺点?
8、减速箱如何固定和安装负载?安装与使用有何注意事项?
|
9、减速箱与电机是如何连接的?可否自行分离或再安装减速箱?
10、减速箱在使用中是否需要维护?
11、如何计算减速箱的输出速度与扭矩?
12、怎样选用合适的减速箱(与电机)?
13、减速箱的噪音大小与什么有关?噪音指标是多少?
14、最常见的错误使用方法而损坏减速箱的情形有那些?
15、减速箱的检验标准和质量保证条款是什么样?
|
|
1、减速箱的作用与原理是什么? |
|
减速箱用以降低电机转速并同时增大输出扭矩。它是通过不同齿数的齿轮逐级传动来降低速度,与手表中的指针速度变化原理一样。
尽管降低电机的电压可以获得较低的速度,但这有可能大幅度降低电机功率。而采用减速箱减速时,合理选择减速比,可以让电机工作在一个状态良好的工作区,这对降低能耗、延长电机寿命都大有裨益(详情请参阅直流电机技术信息中的问题10)。另外,使用减速箱还可提高伺服系统中,速度与位置的控制精度。对于步进电机,使用减速箱还可改善电机运行的平滑性。[返回]
|
|
2、减速箱的结构分几种?各自的具体结构与特点是怎样的? |
从结构上讲,减速箱可分为直齿、行星齿、混合齿与零回差结构四种。混合齿为一个减速箱中,兼有直齿与行星结构。而零回差实际上是一种特殊的直齿结构,其原理和构造请参阅问题3。
要查看装配大图,请下载我们的装配图集。
行星减速箱主要特点是能承载的扭矩大,而直齿结构则容易实现大减速比且构造简单、运行平稳。混合齿兼顾二者所长,在输出级采用行星结构已承载大扭矩,而输入级采用直齿结构,以获得较大减速比。但混合齿由于结构比较复杂,实际应用中并不多见。
可与外径不小于23mm电机所连接的减速箱全部为行星结构,但38/3系列例外,该款减速箱为目前仅有的偏心输出结构,及减速箱的输出轴与电机轴不同心。配合直径在23mm以下电机的减速箱,则直齿与行星齿结构的皆有。
在具体选型时,用户一般不需要考虑各减速箱结构对系统的性能影响,我们会根据您的要求,推荐最为合适的型号。[返回]
|
|
3、何为减速箱回差?如何消减回差?零回差结构是如何实现的? |
减速箱回差又称齿隙、间隙、背隙、空回等。它与系统的弹性与扭转刚度等不同。回差的主要功能是防止从动与主动齿轮接触时发生堵转。考虑到齿轮间需要润滑、齿轮尺寸存在公差、消化齿轮的热胀冷缩等原因,回差的存在是合理与必然的。
回差产生的原理如右图所示意。减速箱的实际回差,是从输入级开始到末级输出端,所有齿轮回差的总和。
回差的存在将影响伺服的定位精度。要消减回差,首先可选择机械结构精密的减速箱。行 星减速箱的最大空载回差可控制在0.5度以内。而直齿减速箱最大回差可能达到5度。回差还与减速箱载和磨损程度正相关。从右图可以看出,如果减速箱始终朝一个方向旋转,并且把制动时的加速度控制在适当范围内,则回差不会持续存在。但普通结构的减速箱,在改变旋转方向时,其回差不可避免。在设计伺服系统时,往往通过驱动器寻零或终端位置反馈的方式来补偿减速箱回差所引起的误差,关于这方面的详细内容请参阅驱动器技术信息。
而零回差减速箱通过特殊的双路直齿结构,巧妙地完全消除了回差。从左图可以看出,中心的从动齿轮同时由左右两边的主动齿轮传动,无论正反方向旋转,总有一个主动齿轮与从动齿轮之间没有回差。当然,如果齿轮存在磨损,则回差依然会有。所以零回差减速箱需要定期(一般为两年)送回厂家进行调校。
零回差减速箱最大连续与峰值输出扭矩只有100/400mNm,同时,它的传动效率也比普通减速箱要低。[返回]
|
|
4、减速箱的规格与参数范围是多少?各参数含义是什么? |
|
所有尺寸的FAULHABER直流与步进电机均有与之对应的减速箱,但根据应用特点,电子换向的无刷电机通常不需要减速箱。减速箱直径从1.9~44mm,减速箱比范围从3.1:1~983
447:1,最大输出扭矩20Nm。具体某款减速箱可匹配的电机,或某款电机可匹配的减速箱,请参阅产品参数表。减速箱参数表较为简单,其中轴承等相关参数与电机一样。有
五个参数需要强调说明:
1、最高输入转速建议值,它往往低于电机的最高转速。在一定范围内(经验值为50%)超过建议值只会增大噪音而不会明显影响减速箱寿命,尤其是与直流有刷电机装配在一起时,减速箱寿命远超电机寿命。
2、减速比:参数表中所标明的减速比有可能只是一个近似值,精确减速比应当是x/y这样的一个分数。要获取精确值请联系我们。
3、旋转方向:所有减速箱都可以正、反转。参数表中的“=”与“≠”是表示减速箱的输出轴转动方向与电机是否一致(仅包含直齿结构的减速箱可能为“≠”)。
4、扭矩:参数表中提供的为最大可承载扭矩值,这并不是实际工作中可以输出的扭矩。它们之间的关系好比汽车的核定准载与某次运输的实际载重量一样。要计算实际工作中减速箱究竟能输出多大扭矩,请参阅问题11。
5、峰值输出扭矩:指减速箱所能承受的瞬间冲击扭矩。“瞬间”的含义为持续不超过1秒,且总时间不高于整个工作时间的0.5%。
关于减速箱的参数问题,我们还在产品应用知识库的问题13为您准备了技术文档。[返回]
|
|
5、减速箱的命名规则是怎样的? |
|
减速箱型号为□□/□□ ■……■:1(形式1)或□□□□ ■……■:1(形式2)的形式。
从型号上我们可以得知减速箱的直径与减速比,型号中不包含诸如结构类型、可承载的最大扭矩等信息。
无论形式1和2,前两个“□”均表示减速箱直径。对于非电机插入式安装的减速箱,该直径即为外径;对于电机插入式安装(参阅问题9)的减速箱则为套筒内径,其外径会比套筒内径大1~2mm。
型号中的“■……■”都是一个阿拉伯数字,范围从3.1~983 447,它代表减速比。
对于形式1,“/”后面的“□□”可能是1~2位代码。第1位是阿拉伯数字,可能存在的第2位是英文字母S或K。阿拉伯数字代表系列,而英文字母表示增强型,其中S代表全钢结构增强润滑、K代表预加载滚动轴承。关于增强型的具体优势,请参阅问题6。
对于形式2,第三个“□”为字母E、A或F,现有产品中,除22F与38A系列之外,形式2所对应的减速箱中,13A、15A、22E和26A系列为全塑料齿轮结构、16A系列为塑料外壳金属齿轮结构。关于塑料齿轮的性能说明,请参阅问题7。第四个“□”为英文字母C或K,分别代表陶瓷轴承和增强润滑滚动轴承,其具体优势也请参阅问题6。22F与38A标配即为滚动轴承,因此不再有增强型代码。
举例:22EK 19:1:表示外径22mm的滚动轴承塑料减速箱,减速比为19:1。[返回]
|
|
6、减速箱有哪些可选配置?“全钢结构”有什么优势? |
与电机类似的是,直径23mm以下的减速箱标准配置多采用滑动轴承,增加代码“K”的滚动轴承为增强配置,主要作用也在于减小串动和提高带载能力。而23mm以上减速箱标配即为滚动轴承,但38/3系列例外,该系列标配为滑动轴承且不能选配滚动轴承。
为降低噪音,减速比大于一定值时,某些减速箱的标配在输入级采用塑料齿轮。若要提升带载能力、进一步延长使用寿命,则可选配全钢齿轮,对应的代码为“S”。右图即为输入级别为塑料齿轮的标准配置与全钢齿轮的最大可承载扭矩值的比较。
对于全塑料齿轮的减速箱,例如13A、15A、22E和26A系列与塑料外壳的16A系列,还可选配陶瓷轴承,对应代码为“C”,陶瓷轴承的性能介于滑动与滚动轴承之间。[返回]
|
|
7、减速箱的寿命有多长?全塑料齿轮的减速箱有什么优缺点? |
|
一般地说,减速箱的寿命取决于其轴承的寿命,正常使用时可达上万小时。寿命到期后,其性能指标开始下降,但通常依然可以使用。
13A、15A、22E和26A系列减速箱采用全塑料齿轮。其价格同比金属齿轮的有很大幅度优势,同时它们所能承载的扭矩也并不逊色,比直径相同的金属直齿减速箱甚至还要高不少。因此具有极高的性价比。
这类减速箱同比金属结构产品,其工作温度范围较窄,上限仅65~85oC,齿轮回差较大、最大可达4度。另外,它们的寿命也相对较短,但依然比直流有刷电机要长得多。因此配有刷电机时,并不需要考虑塑料减速箱的寿命问题。[返回]
|
|
8、减速箱如何固定和安装负载?安装与使用有何注意事项? |
|
减速箱往往与电机一起,作为一体化的产品交付给用户使用。它的固定与安装负载与电机类似,具体请参阅直流电机技术信息中的问题12。
额外需要注意的是,电机与减速箱的连接处无须额外加固,通常也不能采用抱箍的形式固定减速箱与电机,抱箍的方式可能引起减速箱前端盖松动。如左图所示,尤其切不可在连接处抱箍。
减速箱出轴有光轴、铣扁和带键等方式,具体请查看各型号的参数表。要对出轴进行加工,请参阅直流电机技术信息中的问题14。[返回]
|
|
9、减速箱与电机是如何连接的?可否自行分离与再安装减速箱?
|
|
减速箱与电机的连接有对接式与插入式两种,连接方式是由减速箱型号所确定的。用户在购买带减速箱的电机时,二者在厂家装配为一体化产品。
尽管减速箱也可与其它厂家电机配合使用,但这涉及到法兰规格、齿轮规格与安装孔等问题,因此减速箱通常不单独出售。我们也不建议用户自行将电机与减速箱的一体化产品进行分离与再安装。除了以上原因之外,还由于厂家在装配时,使用了螺纹胶进行加固,所以它很难采用常规方式无损分离。
这意味着,电机与减速箱只要二者之一损坏,整套产品都将报废。考虑到国内实际的市场情况,我们可以提供电机与减速箱的分离与再安装服务。但我们不能保证100%的成功率,同时,拆卸后的部件有可能造成一定程度上的外表划伤。若您确有这方面的需求,请联系我们以获得解决。[返回]
|
|
10、减速箱在使用中是否需要维护?
|
|
正常使用的非零回差减速箱无须添加润滑等任何形式的维护。
零回差减速箱则需定期(一般为两年)调校以确保精度。调校工作由厂家进行。您若使用了零回差减速箱,请在需要调校时联系我们。[返回] |
|
11、如何计算减速箱的输出速度与扭矩?
|
|
峰值输出是指瞬间时刻,减速箱所能承受的冲击扭矩。这个“瞬间时刻”是指持续不超过1秒,且总时间占整个周期运行的0.5%以内。
减速箱的输出速度由电机速度与减速比确定;输出扭矩由电机扭矩与减速比、减速箱的效率和最大承载扭矩值共同决定。它们的具体计算方式如下,其中nout与Mout分别表示减速箱的输出速度与扭矩;nin与Min分别表示电机的输出(亦即减速箱的输入)速度与扭矩;i表示减速比;η表示减速箱效率
,而M'表示减速箱所能承载的最大扭矩:
输出速度nout=nin/i;输出扭矩Mout可通过Min*i*η初步计算,如果计算值>M',则Mout=M',如果计算值≤M,则Mout=Min*i*η。[返回] |
|
12、怎样选用合适的减速箱(与电机)?
|
|
必须至少知道所需要的输出速度和扭矩,才能选择合适的减速箱与电机。而电机应选有刷还是无刷,请参阅直流电机技术信息中的问题6。
输出速度低于2000rpm或扭矩大于150mNm时,通常需要加减速箱。
如果据此判断无需减速箱,则请时请利用公式:功率(W)=速度(rpm)*扭矩(mNm)*1.047*10-4,计算出大所需的大致功率,然后在参数表中,寻找最大功率为计算功率值的1.5~2倍的电机。
然后请参阅所选电机的参数表,如果目标速度和扭矩均不大于连续工作推荐值,则一般来说,该系列电机是合适的。对于无刷电机,还可进一步参阅工作区间图进行确定。最后,再选用合适的名义电压,即可最终确定电机型号。
需要加装减速箱时,请先按照:V/目标速度来估算减速比范围,V一般取值4 000~6
000rpm。例如目标速度为300rpm,则可选择减速比在13~20:1之间,然后在减速箱参数表中,找到满足估算减速比且最大连续承载扭矩大于并最接目标值的系列。例如目标扭矩为500mNm,虽然22E系列中,有最大连续承载扭矩为600mNm的产品,但减速比范围在13~20:1(22E中符合的为19:1)的型号却只有200mNm,因此22E系列在此不适用,我们可以选择20/1
14:1产品。
然后请根据以上初选结果,反推出电机所需的速度和扭矩,计算公式请参阅问题11。同样以目标速度/扭矩为300rpm/500mNm为例,可算出电机速度为14*300=4 200rpm、扭矩为500/14*80%=44.6mNm。然后,我们根据20/1减速箱参数表中,查看所能匹配的电机参数表,会发现所有型号的电机,其连续输出扭矩都无法达到44.6mNm。此时,我们
需根据计算的电机扭矩值,重新寻找合适的电机,可以查到2657基本满足要求。而2657电机可配减速箱有26A、26/1与30/1系列,然后您会发现,合适的减速箱为26/1S
14:1。
接着根据您可提供的电源电压来选择合适的电机,例如12V,则我们可选择2657W012CR + 26/1S 14:1。
从上例可以看出,尽管我们所需要的输出值:300rpm/500mNm,只需不到16W的功率(300*500*1.047*10-4=15.7W),但我们却必须选择最大功率为45.9W的电机。这也恰好能说明,电机的功率指标往往不能作为选型时的关键参数。[返回] |
|
13、减速箱的噪音大小与什么有关?噪音指标是多少?
|
|
由于减速箱是通过齿轮传动,因此工作时必然存在噪音,噪音的大小与减速箱速度、负载情况、结构类型、磨损程度与齿轮材质等密切相关。
正因为因为噪音受多个因素影响,所以参数表上并无明确的噪音指标。实际上,我们的产品大量应用于医疗、监控等对噪音要求极为严格的设备中,因此完全满足常规应用。
要降低减速箱的工作噪音,可以考虑的方式有:降低减速箱的输入速度;负载与减速箱匹配、既不过大也不过小;优先选用直齿减速箱;优先选用全塑料或输入级为塑料齿轮产品;注意让安装减速箱的空间不会产生共鸣、共振等等。[返回] |
|
14、最常见的错误使用方法而损坏减速箱的情形有那些?
|
|
正常情况下,减速箱非常耐用,通常是与之配套的有刷电机先损坏。而配合无刷电机时,通常可以连续使用10年以上。减速箱的损坏,主要发生在
对轴进行加工与安装固定方式两方面。关于这两方面的注意事项请参阅问题8与直流电机技术信息中的问题14。
它们的具体表现形式为轴承松动与卡簧脱落。采用抱箍的方式固定减速箱时,容易引起减速箱钱端盖松动甚至脱落。
过大的负载也有可能损坏减速箱。减速比较大的情况下,即使电机输出的扭矩很小,减速箱的理论扭矩输出值(电机扭矩*减速比*减速箱效率)也往往超过其实际能承载的极限值。此时,过大的负载将可能导致减速箱齿轮损坏。要预防这类情形发生,请参照电机的
电流常数等,将电机电流限制在一个安全值以内。例如配置为2657W024CR
+ 26/1 415:1的一套组合,减速箱最大连续输出扭矩为3.5Nm,减速箱输出扭矩3500÷减速比415÷效率0.55=电机的输出扭矩17.3mNm,2657W024CR电机的电流常数为0.029A/mNm,因此,
我们可以电机的连续工作电流限制在0.115+0.029*17.3=0.62A即可。其中0.115为空载电流。
以上只是简单示例,实际工作时,通常还需考虑峰值电流和产品磨损后,电机扭矩降低、耗电增加与减速箱效率下降等因素。[返回] |
|
15、减速箱的检验标准和质量保证条款是什么样?
|
由于减速箱(尤其是所连接的电机)的寿命特征(参阅问题7与直流电机技术信息中的问题7),因此
我们无法承诺类似“一年包换”等条 款。具体质保条例与检验标准、合格证书、出货检验报告等方面的内容,请参阅产品的验收与质保标准。[返回] |
|
|