行星减速机内部结构与工作原理详解
行星减速机内部结构与工作原理详解
行星减速机在工业自动化和机械工程领域发挥着至关重要的作用。相较于传统的齿轮减速机，行星减速机具有更高的齿轮啮合精度、更低的运行噪音以及更紧凑的体积。本文将通过详细的图示和解析，帮助读者深入了解行星减速机的内部结构和工作原理。
行星减速机的主要传动组件包括行星轮、太阳轮以及内齿圈。其减速原理基于齿轮减速，即通过一个轴线位置固定的齿轮（中心轮或太阳轮）与轴线变动的齿轮（行星轮）之间的相互作用来实现。这些行星轮在运动过程中既作自转又进行公转，其自转和公转的动力通过行星架传递到轴上，再进一步传给其他齿轮。这样，一组若干个齿轮便组成了一个轮系，实现了动力的高效传递。
此外，行星减速机还是伺服减速机的一种，其在运动控制系统中扮演着连接伺服电机和应用负载的重要角色。其作用不仅包括传输电机动力和扭矩，还包括匹配动力转速和调整应用端机械负载与驱动侧电机之间的惯量匹配。通过这些功能，行星减速机为机械设备的精准运控提供了有力支持。
行星减速机内部结构图
在行星齿轮组的构造中，多个齿轮环绕着一个中心齿轮分布在减速机壳体内圈。这些环绕的齿轮随着中心齿轮的自转而围绕其公转，宛如太阳系中的行星绕日而行。因此，这种减速机被形象地称为“行星减速机”。其中，中心齿轮被称作“太阳轮”，它由伺服电机通过输入轴驱动旋转。
环绕太阳轮旋转的多个齿轮被称为“行星轮”。它们的一侧与太阳轮咬合，另一侧则与减速机壳体内壁上的环形内齿圈咬合。这些行星轮承载着从输入轴经太阳轮传递过来的转矩动力，并通过输出轴将动力传输至负载端。
当太阳轮在伺服电机的驱动下开始旋转时，行星轮与其咬合作用产生自转。同时，由于另一侧与环形内齿圈的咬合，自转的行星轮在环形内齿圈上滚动，形成围绕太阳轮的公转运动。通常，一台行星减速机内会有多个行星轮，它们在输入轴和太阳轮的驱动下同时围绕中心太阳轮旋转，共同承担和传递减速机的输出动力。
值得注意的是，行星减速机的电机侧输入转速高于负载侧输出转速，这正是其得名“减速机”的原因。电机驱动侧与应用输出侧之间的转速比值，即行星减速机的减速比，简称“速比”，通常以字母“i”表示。它由环形内齿圈与太阳轮的尺寸之比决定。单级减速齿轮组的行星减速机速比通常在3至10之间；而速比超过10的行星减速机，则需要采用两级或以上的行星齿轮组进行减速。
和所有运控传动机构一样，行星减速机在运控设备中的应用也需综合考虑其传动效率、刚性和精度。其运转时，众多齿轮的咬合以及较大的齿轮啮合面积，赋予了行星减速机相较于普通固定齿轮减速机更高的动力传输效率、更强的转矩动力输出，以及更硬的传动刚性。实际上，伺服行星减速机的传动效率可高达97%以上，背隙通常小于3arcmin，而其刚性更是能达到3Nm/arcmin或更高。
行星减速机在不同配置下的传动特性如下：
在行星减速机的运转过程中，通常采用齿圈固定、太阳轮主动、行星架被动的配置方式。这种组合方式实现的是降速传动，其传动比通常位于2.5至5的范围内，并且，太阳轮与行星架的转向保持一致。
当齿圈被固定，而行星架则作为主动轮，太阳轮则处于被动状态时，这种配置方式呈现出升速传动的特性。其传动比通常位于0.2至0.4的范围内，并且，太阳轮与行星架的转向保持一致。
- 当太阳轮被固定，齿圈作为主动轮，而行星架则处于被动状态时，这种配置方式呈现出降速传动的特性。其传动比通常介于1.25至1.67的范围内，并且，齿圈与行星架的转向保持一致。
在另一种配置中，太阳轮被固定，行星架作为主动轮，而齿圈则处于被动状态。这种组合方式呈现出升速传动的特性，其传动比通常位于0.6至0.8的范围内，同时，行星架与齿圈的转向保持一致。
当行星架被固定，太阳轮作为主动轮，而齿圈则处于被动状态时，这种配置呈现出降速传动的特点。其传动比通常位于1.5至4的范围内，并且，行星架与齿圈的转向是相反的。
在另一种情况下，行星架保持固定，而齿圈作为主动轮，太阳轮则处于被动状态。这种配置呈现出升速传动的特性，其传动比通常位于0.25至0.67的范围内，同时，行星架与齿圈的转向也是相反的。
此外，还存在一种特殊情况，即三元件中的任意两元件被结合为一体进行运动。具体来说，可以是行星架和齿圈被结合为一个整体作为主动件，而太阳轮作为被动件；或者是太阳轮和行星架被结合为一个整体作为主动件，齿圈作为被动件。在这种配置下，行星齿轮间没有相对运动，而是作为一个整体进行运转。其传动比为1，且各元件的转向相同。这种组合方式在汽车上常被用来组成直接档。
当三元件中的任一元件被设定为主动件，而其余两个元件处于自由状态时，我们可以观察到，这两个元件并没有确定的转速输出。在前面分析的八种组合方式中，第六种由于升速较大且主被动件转向相反，因此在汽车实际应用中并不常见。相对而言，其余的七种组合方式则更为常用。