減速裝置小型化影響因素的識別

楊剛，倪燈塔

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減速裝置小型化影響因素的識別

楊剛，倪燈塔

（貴陽萬江航空機電有限公司，貴州 貴陽 550018；海軍駐貴陽地區(qū)軍事代表辦事處，貴州 貴陽 550018）

電動減速裝置是一種重要的動力源，在機電行業(yè)中已被廣泛應(yīng)用。對于以前的產(chǎn)品，用戶重視的是產(chǎn)品的功能和性能，對產(chǎn)品的體積和質(zhì)量要求不高。隨著機電行業(yè)的發(fā)展，用戶在重視產(chǎn)品功能和性能的同時，對產(chǎn)品體積、質(zhì)量等方面的要求越來越嚴格。近年來，研制體積小、質(zhì)量輕的產(chǎn)品已成為發(fā)展趨勢。鑒于此，為適應(yīng)用戶需求，通過對影響產(chǎn)品小型化的因素進行分析，為后續(xù)開展產(chǎn)品小型化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

減速裝置；小型化；關(guān)鍵因素；直齒輪

1 引言

隨著機電行業(yè)的發(fā)展，用戶對電動減速裝置的關(guān)注重點已由以前的功能、性能發(fā)展為在重視功能、性能的同時，對產(chǎn)品的的體積、質(zhì)量等方面也要求嚴格。因此，研制體積小、質(zhì)量輕的電動減速裝置已成為一種發(fā)展趨勢。

2 小型化研究

2.1 背景描述

電動減速裝置主要由電動機、減速裝置和接插件等組成，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的電動減速裝置結(jié)構(gòu)簡圖

傳統(tǒng)的電動減速裝置采用電動機驅(qū)動，減速裝置采用兩級直齒輪和多級行星齒輪傳動，參照圖1可以看出，傳統(tǒng)的電動減速裝置體積大、質(zhì)量大。以圖1所示產(chǎn)品為例，以前用戶在簽訂需求協(xié)議時要求質(zhì)量不大于0.8 kg，實測質(zhì)量 0.7 kg左右，現(xiàn)在用戶在簽訂需求協(xié)議時，在功能、性能指標要求符合的情況下，要求產(chǎn)品質(zhì)量不大于0.5 kg。顯然，傳統(tǒng)的電動減速裝置已不能滿足用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求，因此，開展電動減速裝置的小型化、輕量化研究勢在必行。

2.2 關(guān)鍵因素識別

電動減速裝置主要作用是輸出力矩，滿足產(chǎn)品極限位置轉(zhuǎn)換時間的要求。

力矩計算公式為：

=電××. （1）

式（1）中：為機構(gòu)輸出力矩，N·m；電為電機輸出力矩，mN·m；為減速裝置減速比；為減速裝置傳動效率，=1×2×…×n（單級減速傳動效率之積）。

電動減速裝置輸出的旋轉(zhuǎn)力矩取決于電動機輸出力矩、減速裝置減速比和減速裝置傳動效率。轉(zhuǎn)換時間（電動機構(gòu)輸出軸旋轉(zhuǎn)90°）計算公式為：

=15/（2）

式（2）中：為轉(zhuǎn)換時間，s；為減速裝置減速比；為電動機轉(zhuǎn)速，r/min。

轉(zhuǎn)換時間取決于電動機的轉(zhuǎn)速和減速比。設(shè)計時，電動機通常選取系列化產(chǎn)品，電動機的輸出力矩和轉(zhuǎn)速相對固定。因此，影響電動機構(gòu)輸出力矩和轉(zhuǎn)換時間的因素為減速裝置減速比和減速裝置傳動效率，影響減速裝置減速比和減速裝置傳動效率的因素為減速方式和減速級數(shù)。傳統(tǒng)的電動減速裝置為滿足不同的輸出力矩和轉(zhuǎn)換時間，通常采用調(diào)整直齒輪減速比和行星減速級數(shù)的方法，使之體積較大、質(zhì)量較大，所以采用調(diào)整直齒輪減速比和行星減速級數(shù)的方法，會使產(chǎn)品的體積和質(zhì)量差異較大，不可控。

通過充分論證，為實現(xiàn)電動減速裝置小型化，在電動機相關(guān)參數(shù)固定的情況下，要同時滿足電動機構(gòu)輸出力矩和轉(zhuǎn)換時間要求，必須從以下幾方面入手：①在保證減速裝置減速比相當?shù)那疤嵯拢瑢p速裝置開展小型化研究；②提升減速裝置傳動效率；③為實現(xiàn)減速裝置結(jié)構(gòu)小型化，提升傳動效率，通常采取增大減速裝置單級傳動的減速比的方式，達到降低直齒輪/行星齒輪傳動級數(shù)、降低質(zhì)量、提高效率的目的。具體實現(xiàn)方式有以下幾種方式。

第一，增大單級直齒輪傳動的減速比，降低直齒輪/行星齒輪傳動級數(shù)。根據(jù)直齒輪傳動減速比計算公式=從/主，如果增大單級直齒輪傳動減速比，要實現(xiàn)減速比相當，勢必會增加齒輪齒數(shù)，齒輪體積和質(zhì)量也會相應(yīng)增加，加上直齒輪傳動結(jié)構(gòu)沿徑向布局（如圖2所示），也會使產(chǎn)品體積、質(zhì)量進一步增大，無法實現(xiàn)減速比相當，減小體積、降低質(zhì)量、提高效率的小型化目的。

圖2 直齒輪結(jié)構(gòu)布局圖

第二，增大單級行星齒輪傳動減速比，減少直齒輪/行星齒輪傳動級數(shù)。根據(jù)行星齒輪傳動減速比簡化計算公式=（1+內(nèi)/中）n，行星齒輪傳動減速比取決于內(nèi)齒輪與中心輪齒數(shù)比，如果增大單級減速比，要實現(xiàn)減速比相當，勢必會增加內(nèi)齒輪齒數(shù)。根據(jù)內(nèi)齒輪安裝結(jié)構(gòu)圖（如圖3所示），整個減速裝置體積勢必增大，質(zhì)量隨之發(fā)生變化。無法實現(xiàn)減速比相當，減小體積、降低質(zhì)量、提高效率的小型化目的。

圖3 行星齒輪結(jié)構(gòu)布局圖

第三，采用蝸輪/蝸桿傳動，減少直齒輪/行星齒輪傳動級數(shù)。根據(jù)蝸輪/蝸桿傳動減速比簡化計算公式=蝸輪/蝸桿，蝸輪/蝸桿傳動減速比取決于蝸輪齒數(shù)與蝸桿頭數(shù)，在類似傳動結(jié)構(gòu)中，蝸桿頭數(shù)多為1，即傳動比為蝸輪齒數(shù)（如圖4所示）。由此可見，采用蝸輪/蝸桿傳動可明顯增大單級傳動的減速比，可實現(xiàn)減速比相當，并減少直齒輪/行星齒輪傳動級數(shù)，減小體積、降低質(zhì)量、提高效率的小型化目的。

圖4 蝸輪/蝸桿結(jié)構(gòu)布局圖

3 結(jié)論

通過對電動減速裝置結(jié)構(gòu)進行分析，識別出同時滿足輸出力矩和轉(zhuǎn)換時間前提下，開展產(chǎn)品小型化和輕量化設(shè)計的關(guān)鍵因素，并提出解決措施，為后續(xù)開展小型化和輕量設(shè)計提供了參考。

［1］《機械工程手冊》編輯委員會.機械工程手冊［M］.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，1996.

［2］中國機械工程學會，中國機械設(shè)計大典編委會.中國機械設(shè)計大典［M］.南昌：江西科學技術(shù)出版社，2002.

［3］《齒輪手冊》編委會.齒輪手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2001.

2095－6835（2018）23－0031－02

TH132.46

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.031

楊剛（1977—），男，高級工程師，長期從事各類閥門產(chǎn)品及各種類型減速器的研發(fā)工作。

〔編輯：王霞〕