減速機或減速器是一種動力傳達的裝置,通常是利用大小不同的齒輪,組合成一個齒輪箱,連結電機與機械設備兩端,將電機的回轉數降低,得到較大的轉矩。1901年考古學家在希臘安提基特拉島海岸外的沈船中發現了一個由多個齒輪組成的青銅機器,將它命名為安提基特拉機械。安提基特拉機械是目前世界上已知最早的金屬齒輪裝置,推測它制造的年代大約在公元前150到100年之間,距今已有二千多年。現今的金屬齒輪加工技術,則是在13到14世紀才逐漸成形。因此,安提基特拉機械的出現,讓考古學界驚嘆不已。它的功能應該是古希臘人用以計算天體在天空中的位置而設計的一種復雜而精確的天文鐘。即使它的功能不在于減速,但我們可以知道,精確的金屬齒輪加工工藝,以及利用大小不同的齒輪組合而得到需求輸出轉速的技術,可能在數千年前就已經出現。
減速機的原理是什么?
通常減速的方法有很多,在工業應用上,最常用的方法是利用齒輪來減速,所以也有人稱減速機為齒輪箱(Gearbox)。此外,利用齒輪、皮帶輪或鏈輪組成一個傳動系統,也具有減速的功能。利用齒輪減速的工作原理是透過大小不同齒輪間的嚙合運轉來達到降低電機轉速與提高扭力的目的。電機動力通過齒輪減速器的齒輪相互轉換,把齒數少的輸入軸小齒輪嚙合在輸出軸上齒數多的大齒輪。輸出軸大齒輪旋轉得慢,因此降低了輸入速度,但卻增加了扭矩。常見的齒輪減速器都是由幾組大小不同的齒輪,用相同的原理達到減速的效果。
為什么要使用減速機?
由于電機運轉時轉速很高,但扭力很小,此時利用一個減速裝置來降低電機轉速,同時提升負載能力(提升扭力或扭矩),等于提高了電機的工作能力。此外,也可以透過減速機改變輸出方向。原本電機輸出軸由順時鐘旋轉改變成逆時鐘旋轉,或輸出方向轉向90度,可以節省電機與減速機的安裝空間。
使用減速機的好處有哪些?
降低成本
一般而言,電機的價格相對于減速機高出許多。搭配減速器可以提升扭矩,相當于增加了電機的功率,所以可以采用較小功率的電機搭配減速器,達到需要的輸出功率。因為使用較小輸出功率的電機,整體配置的費用也能大幅降低。
保護電機
減速器安裝在電機與機械設備之間,在運轉時會承受較大的扭矩。如果出現負載過大時,減速器會先損壞,有保護電機的功能。同時,維修或更換減速器的費用相對較低,也能夠降低維護成本。
節約能源
電機直接連接機械設備運轉時,為了滿足需求的扭矩而低速運轉,此時電流將大幅上升,不僅會消耗更多能源,電機也會發熱。再加上如果電機散熱不良,很可能會導致電機燒毀。故使用減速器可以減少能源消耗,同時也可以避免電機損壞。
減速機的種類有哪些?
減速器種類繁多,依結構和傳動方式不同,大致上可分為齒輪減速機(例如圓柱齒輪減速機、蝸輪蝸桿減速機、行星式減速機、擺線針輪減速機)、諧波減速機等。不同的種類有不同的特色與用途。齒輪減速器具有體積小、傳送扭矩大、傳動效率高等特性,在設計制造上,有相當多的結構組合與安裝形式,大小齒輪組間可匹配出細密的減速比,應用范圍廣泛。
蝸輪蝸桿減速機
主要透過蝸輪及蝸桿做為主要傳動零件,輸入軸和輸出軸在不同軸在線,形成90度夾角。蝸輪蝸桿減速機可以有較大的減速比,而且在一定條件下具有反向自鎖功能,不會逆轉,安裝簡單、易于保養維修,但缺點是傳動效率與精密度都不高。
行星式減速機(
行星減速機)
行星減速機具有結構緊湊、回程間隙(背隙)小、高剛性、高精密度、高輸出扭矩、低運轉噪音等優點,傳動效率可達95%以上。因為高精密度的特性,使得齒輪制造加工過程較為復雜,精密加工要求門坎較高。高質量的行星減速器不僅具備上述優異的性能,還有終身免換油、免維護的特點,可以降低日后的維修成本。行星減速機多數是安裝在伺服電機和步進電機上,達到提高輸出扭矩、精準定位等動態控制的需求。
擺線針輪減速機
擺線針輪減速機是一種結合了行星式減速傳動原理與擺線針輪結構的減速器,具備小型輕量化、高精密度、低回程間隙、運轉平穩、低噪音、定位精準等特性。
諧波減速機
諧波減速機是利用傳動組件的彈性變形來傳輸動力,具有體積小、重量輕、高精度、高效率、高減速比等優勢。因為傳動精密度極高,相當適合來回正反向轉動,常搭配伺服電機應用于高動態與精準定位場合(例如多軸機器手臂、半導體制造設備)。但缺點是剛性較低、傳動組件壽命較短。
減速機可以用在哪里?
減速機作為一種機械傳動的工業產品,看似與一般大眾距離遙遠,甚至很多人還是第一次聽到「減速機」這個名詞。但其實它比我們想象中還要貼近我們的生活。早期減速器確實只有出現在機械設備上,但是多年來隨著經濟發展與金屬加工技術持續不斷精進,在工業與民生產品上都能看到減速機的應用。從「機械之母」的工具機到滿街跑的電動機車,都用到了減速機。
機床業:金屬切削機床、綜合加工中心機床、鉆孔中心機、車床、銑床、磨床、金屬成型工具機、沖床、彎管機、管材與線材加工機、鍛造機械、激光切割機、水刀等。
產業機械設備:包裝機、食品飲料機械設備、烘焙設備、農業機械、紡織機械、制鞋機、木工機、印刷機、塑橡膠機械、吹瓶機、激光焊接設備、半導體制造設備等。
自動化設備:輸送機、輸送帶、自動倉儲、工業機器人、碼垛機器人、無人搬運車AGV、自動貼標機、自動裝填機、自動裝箱機、棧板機、鎖蓋機等
航天工業:電波望遠鏡、天線升降機
醫療復健設備:電動輪椅、移動輔助機器人、口罩機、MRI病床、數字微控牽引機、電動閘門等
電動車:電動代步車、電動機車、電動自行車
綠能相關產業:太陽能光電追日系統
檢驗儀器:自動取樣分析設備、恒溫培養箱
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結論
常見的齒輪減速器,透過精密的齒輪參數計算與金屬切削、研磨、表面處理等技術,以及大小不同齒輪的組合配對,達到降低電機轉速與提升輸出扭力的需求。據統計,在臺灣的制造業中約有70%的電力消耗是用于電機。從節能減碳的角度而言,除了提高電機的能源效率之外,使用減速機也是有效的方法。減速機不僅在工業上應用普遍,近年來在熱門的機器人、自動化與電動車產業上,也成為不可或缺的關鍵零組件。精密度不斷提高之余,專業應用領域也不斷拓展延伸。在AI與自動化的普及浪潮下,世協電機深耕電機與減速機產業超過30年,已于自動化趨勢列車中占有一席之地。同時,世協電機名列臺灣逾百家機器人產業鏈相關企業,所生產的減速器為機器人驅動模塊中的關鍵零組件之一。未來,世協仍將專注本業,持續升級與轉型,致力提供穩定而可靠的動力傳動組件,創造客戶之優勢競爭力。