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A 行星减速机变速箱 是一种紧凑的高扭矩动力传输装置，其中多个行星齿轮围绕中央太阳齿轮运行，同时与外环齿轮啮合，从而将负载同时分配到多个齿轮接触点上。这种架构提供的扭矩密度、效率和刚度是任何单轴齿轮装置在同等尺寸和重量下都无法比拟的，使行星装置成为机器人、数控机床、伺服驱动器和工业自动化领域的首选减速器。
行星减速机变速箱的扭矩容量从根本上来说是其负载共享架构的产物。标准平行轴斜齿轮变速箱通过单个齿轮啮合传递扭矩，而三行星行星级在三个同时啮合接触点上共享相同的扭矩，从而在同等输出扭矩的情况下将单个齿负载减少约 65%。
实际上，这种负载共享效应允许行星装置在法兰直径上实现 10-2,000 Nm 的输出扭矩，而螺旋装置需要 2-3 倍的外壳尺寸才能匹配。峰值扭矩额定值（设备在加速或紧急停止期间可以吸收的最大瞬时扭矩）通常为标称额定扭矩的 2.0-2.5 倍，为具有高动态循环负载的伺服驱动器应用提供了显着的余量。
| 框架尺寸 | 法兰直径 | 额定输出扭矩 | 峰值扭矩 | 典型比率范围 |
| PL042 | 42毫米 | 8–18 牛米 | 20–45 牛米 | 3:1 – 100:1 |
| PL060 | 60毫米 | 20–50 纳米 | 50–125 牛米 | 3:1 – 100:1 |
| PL090 | 90毫米 | 80–120 牛米 | 200–300 牛米 | 3:1 – 100:1 |
| PL120 | 120毫米 | 160–240 牛米 | 400–600 牛米 | 3:1 – 100:1 |
| PL160 | 160毫米 | 360–500 牛米 | 900–1,250 牛米 | 3:1 – 100:1 |
| PL220 | 220毫米 | 800–1,200 牛米 | 2,000–3,000 牛米 | 3:1 – 100:1 |
行星减速机齿轮箱的效率是所有机械减速技术中最高的——在工作温度下额定负载下，每级通常为 97-99%。该图反映了行星齿轮与太阳齿轮和环形齿轮之间的滚动接触比，与蜗轮或锥齿轮布置相比，它最大限度地减少了滑动摩擦。
比率为 3:1–10:1 的单行星级在满额定负载下可实现 97–99% 的机械效率。在部分负载（低于额定扭矩的 30%）下，随着齿轮搅动和密封阻力损失成比例增大，效率下降至 93-96%。以额定速度连续运行 20-40 分钟内即可达到热平衡。
组合比为25:1~100:1的两级机组复合级效率：0.98×0.98=96.0%理论两级效率。 94-97% 的实际值说明了第二阶段的轴承损失、密封阻力和油搅动。在相同的传动比范围内，这仍然明显优于蜗轮 (50–90%) 或准双曲面齿轮 (95–97%) 替代品。
在 97% 的效率下，5 kW 输入驱动器仅耗散 150W 的热量。对于相同的吞吐量，效率为 75% 的蜗杆减速器会消耗 1,250W 的功率 - 需要在适度的工作循环以上进行强制冷却。连续工作的行星装置在输入功率低于 10 kW 时很少需要补充冷却，从而降低了安装成本和复杂性。
行星减速机齿轮齿隙是当输入轴保持静止且输出在规定扭矩下顺时针和逆时针交替旋转时输出轴处的角度游隙。它以弧分表示，是伺服和运动控制应用中定位精度最关键的参数。
在制造过程中，通过施加到行星架轴承的预载、齿轮齿的公差等级以及行星定位方法来控制齿隙——具有磨削齿面的销安装行星始终比衬套安装设计实现更小的齿隙。随着齿轮侧面和轴承滚道的磨损，齿隙在使用寿命期间略有增加；优质行星装置指定齿隙寿命额定值，指示额定使用寿命结束时的预期值。
行星齿轮箱的齿隙是根据 DIN 3962 / ISO 1328 在两个方向交替施加额定输出扭矩的 2% 时测量的。由于弹性偏转掩盖了自由间隙，在较高扭矩水平下引用的值显得较低 - 始终比较在相同扭矩参考下测量的规格。
用于伺服电机的行星减速齿轮箱代表了精密行星单元的主要应用——将齿轮箱的高扭矩密度和低齿隙与伺服电机的高速、低扭矩输出相结合，生产出具有精确位置控制的紧凑型执行器。正确的匹配需要分析三个相互依赖的参数。
电机轴上反映的负载惯量（负载惯量除以齿轮比的平方）应在电机转子惯量的 1:1 至 10:1 范围内。比率高于 10:1 会导致伺服控制环路不稳定，在位置移动期间产生超调和振荡。行星齿轮箱允许设计人员使用以更高速度运行的较小框架电机，同时通过比率选择保持可接受的惯性匹配。
伺服电机通常以 3,000–6,000 RPM 的速度运行。用于伺服应用的行星齿轮箱的额定连续输入速度必须在此范围内，且行星架轴承的温升不会过高。优质伺服级行星单元的连续输入额定值为 6,000 RPM，瞬态加速间歇额定值为 10,000 RPM。
伺服行星齿轮箱使用标准化输入法兰（IEC/NEMA 或制造商特定的伺服法兰），输入轴适配器上带有夹紧轮毂。这种零间隙夹紧接口消除了键和键槽间隙，否则会增加输入侧的角度误差。输出法兰符合 ISO 9409-1 标准，适用于直接机械臂和工具附件。
行星减速机齿轮箱的使用寿命受三种故障模式的影响：轴承疲劳、齿轮齿面疲劳（点蚀）和密封件退化。其中，行星架中的轴承疲劳通常是寿命限制因素，因为行星轴承以行星架旋转和行星旋转的复合速度旋转，高于同等螺旋齿轮箱中的任何单个轴承速度。
优质行星装置在额定负载和速度下的 ISO 281 L10 轴承寿命为 20,000 至 30,000 小时。在额定扭矩的 50%（常见的实际操作条件）下，根据三次载荷-寿命关系，L10 寿命延长了 8 倍，部分载荷下的理论轴承寿命接近 160,000-240,000 小时。
大多数密封行星齿轮箱在工厂均已填充合成油脂或合成齿轮油，并且在需要换油之前额定润滑间隔为 10,000–20,000 小时。在连续输出温度高于 80°C 的情况下运行的装置需要缩短间隔 - 合成 PAO 齿轮油可在 120°C 下连续保持粘度稳定性，与矿物油相比，延长了高温维护间隔。
输出轴径向唇形密封件是行星齿轮箱中的第一个维护项目 - 通常在 15,000-20,000 小时或当轴表面磨损导致明显渗漏时更换。在污染环境（冲洗、灰尘、冷却剂雾）中，与标准唇形密封设计相比，带有强制空气吹扫连接的迷宫式输出密封件可将密封件寿命延长 3-5 倍。
的 行星减速机变速箱 与斜齿轮变速箱的选择取决于应用程序是否优先考虑紧凑性和扭矩密度，或者在较低负载水平下的简单性和成本。两者都是高效齿轮系统 - 差异在于外形尺寸、传动比范围、齿隙控制以及不同工作级别的总拥有成本。
| 属性 | 行星减速机 | 斜齿轮减速机 |
| 扭矩密度 | 非常高 — 相同外壳直径下的 3 倍螺旋 | 中等 — 较大的外壳可提供同等扭矩 |
| 效率（单级） | 97–99% | 96–99% |
| 齿隙（精度等级） | <3弧分 achievable | 典型值 5–20 弧分 |
| 变比范围（单级） | 3:1 – 10:1 | 1.5:1 – 8:1 |
| 比率范围（两级） | 高达 100:1 | 高达 50:1 |
| 同轴 I/O 轴 | 是 - 输入和输出在同一轴上 | 否 — 平行或直角偏移 |
| 噪音水平 | 额定速度下 60–72 dB(A) | 55–68 dB(A) — 低负载时稍微安静一些 |
| 单位成本 | 更高——需要精密制造 | 更低——更简单的加工和装配 |
| 理想的应用 | 伺服驱动器、机器人、CNC、自动化 | 通用机械、泵、风机、输送机 |
