为什么电机需要引入减速装置

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我们在机器人项目中常常会碰到电机选型的问题,不知道选择哪种型号的电机才能与项目的要求更加匹配。这样的场景包括,在无人机项目中究竟选择哪种无刷电机更合适?在机械臂项目中选择多大功率的电机,或者选择哪种传动装置等等。希望通过下面的分析讨论能为大家带来些许帮助。

电机的不同应用

直流伺服电机

单从表面上看,通过电机的数字参数做一些简单的数学运算来选择电机似乎很容易。然而,事实上综合考虑功率曲线、发热情况和传动机构会使这个问题变得很复杂。

下面,我们从如何为两种最常见的应用场景来讨论分析电机的作用。对于一个单纯的驱动系统,我们通过电机提供连续不断的旋转来为轮子等装置提供动力。对于传动系统,电机利用传动齿轮可以通过传动比来为项目提供一个每秒多少次的转速,比如像机械臂这样需要高扭矩的项目中就会用到。

因此,在项目中选择电机,你就需要提前明确项目中诸如最大重量、负载,以及需要的转速值等参数。

电机的功率曲线

我们知道所有电机的功率是无法达到100%的,但是它们的效率都会随着转速的变化而变化。这种变化通过曲线方式展现出来,也就是电机的功率曲线。下面以775电机为例进行介绍。

775电机是大家使用比较多的型号,它体积小、重量轻,具有相当大的功率和高转速。例如,我们为了让机器人以低于200英里每小时的速度行驶,就需要采用16:1的行星齿轮箱进行减速。为什么需要引入减速装置呢?

775电机功率曲线
775电机功率曲线

通过功率曲线我们可以清楚地看到,电机的峰值效率为75%,它出现在大约每分钟18730转的最高转速以内,大约每分钟17500转的时候。这意味着在最高转速时,它产生的余热要比在峰值功率输出时少得多,而峰值功率只有44%左右。我们都知道电动汽车的速度快,因为它的加速力矩是瞬间产生的,当发动机启动时,它会释放100%的失速力矩。然而,当转速为0时,它也不会产生机械动力,失速时效率为0%。因此,从曲线上可以看出,在低转速范围下长时间运行电机会产生极高的热量,因为大多数的能量都会被转化为余热。综上所述,引入减速装置的目的是,电机可以运行在高转速的同时,通过减速装置输出的转速也能够满足项目需求,同时减速装置通过选择适当的传动比也能为项目提供需要的扭矩。