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NEUGART行星减速机种类介绍

行业新闻|2022-10-12| 深圳维动自动化


行星齿轮减速机(行星减速机)

使用行星齿轮减速机时,均匀分布在四周的圆柱齿轮在内齿轮和外齿轮之间围绕一个同心圆运动。圆柱齿轮的循环运动类似于太阳系中的行星运行轨迹。因此,行星齿轮减速机也叫行星减速机。


行星减速机的组件主要分为四个部分。

包含有内齿的外壳称为内齿圈。大多数情况下,外壳是固定的。驱动的太阳小齿轮位于内齿圈的中心且与输出轴同轴。通常,太阳小齿轮与张紧系统相连,以便机械连接到电机轴上。运行期间,位于行星架上的行星齿轮在太阳小齿轮和内齿圈之间滚动。行星架同时构成减速机的输出轴。

行星齿轮唯一的功能就是传递必要的扭矩。其齿数不会影响减速机的传动比。因此可更改行星齿轮的数量。增加行星齿轮数量会扩大负载的分布面,从而提高可传递的扭矩。增加齿啮合次数还可以降低辗轧功率。因为只需将一部分总功率作为辗轧功率进行传递,因此行星减速机的效率极高。在负载分配方面,行星减速机相对于圆柱齿轮减速机来说具有一定优势。因此,采用紧凑型结构的行星减速机可高效传递高扭矩。


如果内齿圈的尺寸恒定,通过更改太阳轮和行星齿轮的齿数可实现不同的传动比。太阳齿轮越小,传动比越大。一个行星等级可实现约 3:1 至 10:1 的传动比范围,如果低于或高于该传动比,行星齿轮或太阳齿轮就会极小。通过在同一内齿圈中依次切换多个行星齿轮,可提高传动比。这种被称作多级减速机。


例如不固定内齿圈,而是沿任意旋转方向驱动,可覆盖行星齿轮减速机的转速和扭矩。也可以固定输出轴,以便通过内齿圈测定扭矩。


行星齿轮减速机在机械制造的各个领域极为重要。


性能强劲,转速高,便于调整惯性比。使用行星减速机还可实现超高的传动比,操作简便。它具有诸多优点,并且采用紧凑型结构,因而被广泛应用到工业中。

 

同轴减速机

针对同轴减速机,输入轴和输出轴在同一回转轴上。同轴减速机通常设计为齿轮减速机。存在各种类型的齿轮减速机。


在一个结构简单的圆柱齿轮减速机中,各个圆柱齿轮的轴相互平行且被固定住。输入轴和输出轴的旋转方向根据齿轮对的数量确定,方向既可相同也可相反。


虽然圆柱齿轮减速机原则上不属于同轴减速机,但通过两个齿轮对(总共四个齿轮)也可实现同轴。其中两个齿轮平行于一根轴。


同轴减速机的一种特殊类型即行星减速机。与圆柱齿轮减速机不同的是,行星减速机并非所有轴都已固定。其中一个圆柱齿轮被设计为内齿。使用行星减速机时,多个圆柱齿轮在内齿轮和外齿轮之间,围绕一个同心圆运动。因此,行星减速机通常也称为行星齿轮减速机。这类同轴减速机的特殊结构规定了输入轴和输出轴的同轴布局。

同轴减速机.jpg

行星减速机的另一个特殊之处在于,无需所有圆柱齿轮都围绕自身的回转轴旋转来传递扭矩。通常,内齿圆柱齿轮是固定的,因此,输入和输出轴的运行方向相同。


与简单的圆柱齿轮减速机相比,行星减速机的功率密度极高。通过将扭矩分配到旋转的圆柱齿轮上,从而执行多次齿啮合,达到极高的功率密度。这样可实现紧凑型结构,确保超高的效率。此外,通过同一内齿圆柱齿轮中简单的串行排列即可实现多级传动比。根据每个行星等级的单一传动比可得出总传动比。


转速和扭矩的转化类似于圆柱齿轮减速机。例如,传动比为 10:1 时,如果扭矩增加 10,则转速减少相应系数。


多级减速机

针对结构简单的圆柱齿轮减速机,一个齿轮对即构成一级。如果依次切换多个齿轮对,则称之为多级减速机。针对每个减速机等级,逆转输入轴和输出轴之间的旋转方向。多级减速机的总传动比为各级传动比相乘所得的值。


根据传动比因素降低或提高驱动转速,与减速传动比或是增速传动比有关。大多数应用情况下,需要减速传动比,原因在于驱动扭矩与驱动转速相反,与总传动比因素成正比关系。


传动比小于大约 10:1 时,单级圆柱齿轮减速机具有相应的技术作用。原因在于齿数的比例。传动比大于 10:1 时,驱动齿轮非常小。这会对齿轮几何形状和可传递的扭矩产生负面影响。


对于行星减速机,实现多级减速机的方法异常简单。只需延长内齿圈并串行排列多个单独的行星等级,即可实现两级减速机或三级减速机。例如,行星减速机的 20:1 传动比是由单一传动比 5:1 和 4:1 相乘所得的值。行星支架中的是太阳齿轮,而非驱动轴,这类齿轮驱动下列行星等级。通过进一步延长内齿圈并继续提高行星等级,可实现三级减速机。传动比 100:1 由单一传动比 5:1、5:1 和 4:1 相乘所得。原则上,所有单一传动比均能相互组合,从而实现多级行星减速机。通过额外的行星齿轮即可增加可传递的扭矩。如果内齿圈或外壳被固定住,则输入轴和输出轴的旋转方向始终相同。


减速机等级数量增加,总减速机的效率降低。传动比为 100:1 时的效率低于传动比为 20:1 时的效率。要应对这种情况,在使用多级减速机时,应减少驱动级的功率消耗。可通过降低减速机密封件的摩擦损失或额外缩小齿轮几何形状执行驱动级的方式来实现。这样还会减少惯量,从而有利于动态应用。单级行星减速机的效率最高。


此外,通过各种类型的齿轮组合也可实现多级减速机。将斜齿轮减速机与行星减速机组合即可得到转角型减速机。此处的总传动比同样也是单一传动比相乘所得的值。根据齿轮类型和锥齿轮等级的规格,输入轴和输出轴的旋转方向可相反。


转角型减速机

此类减速机的特点在于,输入轴和输出轴的方向不同。通常,转角型减速机的输入和输出之间的角度可为 90 度。根据减速机的类型,轴可在一个层面上相切或相交于两个平行层面,从而实现轴偏移。


存在不同类型齿轮的转角型减速机或不同类型齿轮组合而成的转角型减速机。最常见的减速机类型是斜齿轮减速机和蜗轮减速机。


蜗轮减速机通过提高单级传动比,降低效率即可实现自锁。同样,在蜗轮减速机中,可将输出轴设计为空心轴。


存在各种类型齿轮的斜齿轮减速机。带相交轴的斜齿轮减速机中具有直齿、斜齿或螺旋弧齿锥齿轮。准双曲面斜齿轮减速机中具有螺旋弧齿锥齿轮,轴相交于该齿轮上,实现轴线偏置。准双曲面齿轮减速机通过锥齿轮等级实现的具有技术意义的传动比范围大于传统的锥齿轮。


同样,斜齿轮减速机也可与其他类型的减速机结合使用。一种常见的应用情况是与行星减速机组合,行星减速机可前置或后置。从而扩展总传动比的范围,广泛用于工业应用。


通常,斜齿轮减速机的效率低于同轴圆柱齿轮减速机,尤其是与行星减速机相比时更低。这是因为锥齿轮等级会生成高轴向力和径向力,这些力通过适当的轴承接收。由此增加了功率损耗,在减速机的驱动级中尤其明显。


传统锥齿轮的运行平稳度和可传递的扭矩同样低于圆柱齿轮。而准双曲面齿轮减速机运行极为平稳并可传递极高的扭矩,但锥齿轮等级中会产生高轴承负载。


如果应用程序的安装空间受限或该程序对输入轴和输出轴的角度分配有要求,则使用转角型减速机或斜齿轮减速机。如果输出轴用于穿引管线或使用夹紧套件,则可用作空心轴。


斜齿轮减速机

斜齿轮减速机可通过直齿、斜齿以及螺旋弧齿锥齿轮实现。通常,斜齿轮减速机的轴以 90 度相交,原则上也存在其他相交角度。根据锥齿轮的安装情况,输入轴和输出轴的旋转方向可以相同或相反。


最简单的斜齿轮减速机类型具有直齿或斜齿锥齿轮。这类齿轮制造成本较低。使用直齿或斜齿锥齿轮只能实现小的端面啮合,因而这类斜齿轮减速机运行平稳度较低,可传递的扭矩低于其他类型的锥齿轮。斜齿轮减速机与行星减速机结合使用时,通常,锥齿轮等级的传动比为 1:1,以便将可传递的扭矩最大化。

斜齿减速机.jpg

使用弧齿,即可实现另一种规格的斜齿轮减速机。弧齿锥齿轮可设计成螺旋伞齿轮或准双曲面齿轮。螺旋伞齿轮总接触比极高,但是由于其特殊结构,制造成本高于直齿或斜齿锥齿轮。螺旋伞齿轮的优点在于,既可提高运行平稳度,也可提高可传递的扭矩。使用这类齿轮,还可以提高转速。


锥齿轮在运行期间会产生较高的轴向和径向载荷,由于轴相交,只能在一侧接收这些载荷。如果在多级减速机中用作快速旋转驱动级,必须特别注意轴承的使用寿命。此外,与涡轮减速机不同的是,斜齿轮减速机无自锁功能。


在转角型减速机区域内,斜齿轮减速机可替代准双曲面齿轮减速机,以降低运行成本。


准双曲面齿轮减速机

准双曲面齿轮减速机属于斜齿轮减速机这一类。准双曲面齿轮减速机的特点之一是,轴在两个相互平行的层面交叉。因此,跟其他斜齿轮减速机相反,准双曲面齿轮减速机会发生轴线偏置。根据锥齿轮的安装情况,输入轴和输出轴的旋转方向可以相同或相反。


准双曲面锥齿轮属于螺旋锥齿轮。准双曲面锥齿轮的优点在于可以通过轴线偏置实现具有更大螺旋角的小锥齿轮。从而提高齿轮啮合的重合度。因此,准双曲面齿轮减速机能够在结构空间相同的情况下,比简单的螺旋弧齿轮传输更多扭矩。另外,通过更大的重合度可以实现更高的传动比。


准双曲面齿轮减速机以极高的运行平稳性而著称。但其不适用于极高转速。一方面,因为轴线偏置会额外引起齿面间的纵向滑移,所以必须采用特殊润滑油;另一方面,齿面间的反作用力较高,需要使用圆锥滚子轴承来保证轴承在一般的驱动转速下有足够的使用寿命。由于轴承和密封件会造成功率损耗,准双曲面锥齿轮在多级减速机上更适宜充当输出级。在此所需转速更低,而扭矩相应地更高。


单级准双曲面齿轮减速机具有通过锥齿轮级即可实现 3:1 到 10:1 传动比的优点。如需更高的传动比,可将准双曲面齿轮减速机与行星减速机相组合。


由于盘形齿轮直径较大,准双曲面齿轮减速机特别适合实现空心轴,前提是需要用输出轴来穿过管线或使用夹紧套件。通过带两个输出端的输出轴可进行功率分流。


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