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    微型減速電機齒輪減速箱結構


      微型電機應用非常多,各種電動玩具、電動工具、個人護理產品等都會用到微型直流電機,而對于需要低轉速大扭矩的產品就需要用到微型減速電機了,如電子鎖、辦公用品等。
     

      微型減速是電機通過減速箱內的多級齒輪傳動來進行減速及增加扭矩的,正齒輪減速機是相對低扭矩應用的最佳選擇。它們在運行時往往比較安靜,并且內部摩擦也相對較小。


    齒輪減速箱 


      如圖,假設齒輪A(10個齒)正在驅動齒輪B(30個齒)以實現精確的3:1減速比。齒輪A上的陰影齒將僅與齒輪B上的三個陰影齒重復嚙合。如果齒輪A上的陰影齒的輪廓不正確,則受不利影響的齒輪將被限制為齒輪B上相同的六個陰影齒( 假設是雙向旋轉)。 這六個齒輪齒將僅與具有錯誤輪廓的齒輪嚙合而迅速磨損。

     

      盡管每次齒輪嚙合對齒輪B上的齒的破壞作用可能很小,但它們在每次旋轉時都會重復。 因此,累積的作用是促進齒輪B的不均勻磨損。結果,齒輪傳動裝置不僅會產生過多的可聽噪聲,而且使用壽命有限。


    齒輪減速箱 


      如果齒輪磨損可以均勻地分布在所有齒輪齒上,則可以大大改善這種情況。 圖2所示的齒輪傳動比與圖1相似,只是齒輪A現在有9個齒而齒輪B為31個齒,因此齒輪比為31/9或3.44444 ...:1。 齒輪A上帶有“缺陷輪廓”的齒輪齒被加陰影。

     

    ?


      齒輪B上齒輪齒之間的空間標有數字,表示齒輪B每次旋轉最多9圈時“不良”輪廓將嚙合。 如果齒輪A和B如圖所示嚙合,并且A旋轉(驅動B),則在B的第一次旋轉中,有缺陷的齒廓將在標記為“ 1”的那些點與B嚙合,在第二次旋轉的那些標記為“ 2”的那些點 B的位置,在B的第三次旋轉等過程中標記為“ 3”的點等等。齒輪B旋轉九圈后,循環重復進行。


      因此,有缺陷的齒廓將每九圈與齒輪B上的任何給定齒嚙合一次。 另外,在這9轉中,A上的缺陷齒將與B上的每個齒嚙合。 最終結果是,歸因于A上輪廓誤差的磨損將平均分配到B上所有齒輪齒之間。

     

     


      圖3示出了具有指定比率485∶1的齒輪箱的典型構造。 計算9個齒輪齒與31個輸入齒輪的嚙合齒數,可通過使用5個31/9齒輪行程獲得最終齒輪比。因此,微型電機減速機的精確傳動比為:


      (31/9)5 = (3.4444)5 = 484.8372:1


    對于具有n 31/9減速比的齒輪箱的一般情況,確切的齒輪比由下式給出:


    比= (31/9)n


    可以通過添加或刪除到齒輪頭輸入端的31/9齒輪道來更改齒輪比。 使用此技術通過多個31/9齒輪傳動比,可產生以下傳動比:
     
    指定比例 31/9次通過 準確比例
    11.8:1 2 11.8642
    41:1 3 40.8656
    141:1 4 140.7592
    485:1 5 484.8372
    1,670:1 6 1,669.9948
    5,752:1 7 5,752.2041
    19,813:1 8 19,813.1476
    68,245:1 9 68,245.2861
    235,067:1 10 235,067.0967


      通過將輸出軸齒輪上的齒數更改為26,并將驅動它的齒輪上的齒數更改為14,可以增加其他齒輪比。如果使用26/14的比重復圖3所示的分析,它將 可以看出,驅動齒輪上任何特定齒的嚙合都再次均勻地分布在從動齒輪的齒之間。

     

     


      如圖4所示,通過在齒輪箱的高扭矩端引入26/14的傳動比,可以產生一系列附加的傳動比。得出的比率由下式給出:


      比 = (n × 31/9) × (26/14)


      其中n = 3l / 9齒輪通過的次數。



      下表列出了通過增加26/14齒輪行程可以產生的齒輪箱速比:
     
      指定比例 31/9次通過 準確比例
    6.3:1 1 6.3968
    22:1 2 22.0335
    76:1 3 75.8932
    262:1 4 261.4099
    900:1 5 900.4119
    3,101:1 6 3,101.4188
    10,683:1 7 10,682.6648
    36,741:1 8 36,795.8455
    126,741:1 9 126,741.2457
     
     
    除上述齒輪箱外,齒輪箱的設計中也使用了非整數齒輪比。 下表列出了齒輪箱系列22/2(正齒輪型)和16 / 7、23 / 1、30 / 1和38/1(行星齒輪系)通常指定的速比的精確速比:

    22/2系列


    指定比例 準確比例
    3.1:1 3.0625
    5.4:1 5.4444
    9.7:1 9.6979
    17.2:1 17.2407
    30.7:1 30.7101
    54.6:1 54.5957
    97.3:1 97.2486
    173:1 172.8863
    308:1 307.9538
    548:1 547.4733
    975:1 975.1869
    1,734:1 1,733.6656
    3,088:1 3,088.0918
    5,490:1 5,489.9410
    9,780:1 9,778.9573
     

    16 / 7、23 / 1、30 / 1、38 / 1、38 / 2系列


      指定比例 準確比例
    14:1 13.7959
    43:1 42.9206
    66:1 66.2204
    134:1 133.5309
    159:1 159.4195
    246:1 245.9615
    415:1 415.4294
    592:1 592.1296
    989:1 988.8914
    1,526:1 1,525.7182
     
      使用非整數齒輪比在降低齒輪噪音和延長使用壽命方面具有明顯的優勢。 如果在定位伺服系統的設計中使用精確的齒輪比舍入到足夠精確的小數位數,則消除了將軸位置與編碼器計數保持一致的問題。



      微型電機齒輪減速機旋轉方向

     
      圓柱齒輪減速機尺寸較小的數據表中包括一欄,指明“旋轉方向”。使用的符號為“ =”,代表CW(順時針旋轉),“≠”代表CCW(逆時針旋轉)。 這些符號指定了假設電動機軸沿順時針方向旋轉的齒輪箱輸出軸的旋轉方向。旋轉方向的指定隨電動機/齒輪箱系統中齒輪通過總數的變化而變化。偶數的齒輪傳遞不會導致從電動機到齒輪箱輸出軸的方向感發生變化。 奇數次的通過導致反向旋轉。


      在指定旋轉方向時:


      減速機都可以以相同的性能沿順時針或逆時針方向驅動;


      旋轉方向規格僅指示電機的方向感在輸出軸上是否反轉;


      使用所有行星齒輪系統的減速機始終保持電動機的方向感。
     
      某些齒輪比會逆轉電動機旋轉方向的事實并不是使用它們的限制因素。 在安裝過程中可以通過反轉導線來改變電動機的旋轉方向?!?+”端子或導線上施加正電壓的順時針或逆時針旋轉電機。
     


      微型電機行星齒輪減速機

     
      行星齒輪箱通常用于涉及相對較高扭矩的應用中。 通過將力分配到每個級的多個齒輪上,而不是正齒輪中僅使用一個齒輪/小齒輪對,齒輪箱就能夠承受更高的扭矩,而不會損壞齒輪或過早潤滑。

    行星齒輪箱由衛星齒輪,帶動配合衛星齒輪內徑的齒輪架,通常在外部形成齒輪箱殼體并在其內徑上切出齒輪齒的環形齒輪以及從行星齒輪減速器中得到的小齒輪組成。


     

     

      圖5示出了具有三個衛星齒輪的單級行星齒輪箱。 在圖中附接到承載板上的是一根軸,該軸穿過齒輪箱殼體遠端處的軸承伸出,以耦合到要驅動的負載。


     


      在多級減速機中(如圖6所示),只有最后一級的軸附接到承載板上。 在其他階段,還有一個齒輪(稱為太陽齒輪)連接到承載板上,該齒輪用于驅動系統中的下一個階段。 高齒比可以通過加長環形齒輪/殼體并堆疊多級來實現。


    ??


      對于行星齒輪箱的每個級,可以使用以下公式確定確切的齒輪比:


      比 = (R+S)/S


      其中:


      S = 小齒輪或太陽輪上的齒數


      R =  環形齒輪上的齒數

     
      對于多級減速機,總傳動比是各個傳動比的乘積。
     
      在正齒輪型齒輪箱中,表明使用非整數齒輪比有時可用來減少齒輪磨損和聽得見的噪音。 行星齒輪箱也是如此。 如14 / 1、16 / 7、23 / 1、30 / 1和38/1系列行星減速機均使用帶有57個齒的環形齒輪。 每個階段都使用21齒,27齒或15齒的太陽輪或小齒輪,在齒輪箱的輸入端,電機小齒輪始終有21個齒。

     


      如果計算出目錄表上每個列出的齒輪比的精確齒輪比,結果將類似于以下內容:
     
     階段數 組成 準確比例
    1 (57+21)/21 3.7142857:1
    2 [(57+2D/21]2 13.795918:1
    3 K57+21)/21]2 x (57+27)/27 42.920635:1
    3 [(57+2D/21]2 x (57+15)/15 66.220408:1
    4 [(57+21)/21]2 x [(57+27)/27]2 133.530864:1
    4 [(57+2D/21]3 x (57+27)/27 159.419501:1
    4 [(57+21)/21]3 x (57+15)/15 245.961516:1
    5 [(57+2D/21]2 x [(57+27)/27]3 415.429356:1
    5 [(57+2D/21]4 x (57+27)/27 592.129576:1
    5 [(57+21J/21]2 x [(57+15J/15]2 x [(57+27)/27] 988.891429:1
    5 [(57+21)/21]2 x [(57+15)/15]3 1,525.718203:1
     
     
      使用行星減速機時,減速機輸出端的旋轉方向始終與輸入端的微型電機旋轉方向相同。行星減速機通常在空間有限的應用中使用,使用類似尺寸的正齒輪減速機將導致不可接受的短使用壽命。但是,使用行星齒輪箱也有其缺點:


      在類似的工作條件下,行星齒輪箱通常比正齒輪齒輪箱更嘈雜;


      在給定類似比率的情況下,它們通常比直齒輪減速機效率低,并且比同類直齒輪減速機昂貴。

     


      但是,如果應用需要相對較高的扭矩,并且要考慮尺寸,行星齒輪微型電機通常是合適的選擇。
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