減速機(jī)是一種動(dòng)力傳達(dá)的機(jī)構(gòu)，在許多應(yīng)用上不需要太高的速度及需要較高轉(zhuǎn)矩的地方都用的到它，例如電梯、輸送帶、卷?yè)P(yáng)機(jī)、攪拌機(jī)等。隨著工業(yè)的發(fā)展及工廠的自動(dòng)化，使減速機(jī)的需求量日益成長(zhǎng)。

    減速機(jī)減速的方法很多，包括齒輪式，運(yùn)用齒輪、蝸輪傳動(dòng)，游星齒輪或傘齒輪，其它還有透過(guò)皮帶輪、煉條，或是圓柱、滾珠減速的機(jī)械式減速機(jī)。但一般最常見(jiàn)的是以齒輪來(lái)減速，所以減速機(jī)有人又稱(chēng)為「齒輪箱」。

    通常齒輪箱是一些齒輪的組合，其本身并無(wú)動(dòng)力，所以還需要透過(guò)驅(qū)動(dòng)組件來(lái)傳動(dòng)它。所謂驅(qū)動(dòng)組件，可以是電動(dòng)機(jī)（馬達(dá)）、蒸汽機(jī)、引擎、風(fēng)力、水力等。

    使用減速機(jī)最大的目的包括動(dòng)力傳遞，或是獲得某一速度，以及獲得較大扭矩。業(yè)者表示，減速機(jī)是一項(xiàng)十分普遍的產(chǎn)品，減速最主要的功用在彌補(bǔ)馬達(dá)因?yàn)楣β蕮p耗影響效能，是一個(gè)扭矩提升的角色。臺(tái)灣生產(chǎn)減速機(jī)的大小廠眾多，產(chǎn)品單價(jià)十分便宜。依產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理，減速機(jī)主要可分成：擺線(xiàn)型減速機(jī)、諧波齒輪減速機(jī)、行星式齒輪減速機(jī)，以及蝸桿蝸輪減速機(jī)四類(lèi)。

    協(xié)助伺服馬達(dá)提升扭矩

    談到減速機(jī)，就得先從伺服馬達(dá)開(kāi)始談起。伺服馬達(dá)的技術(shù)發(fā)展，從高扭矩密度乃至于高功率密度，使轉(zhuǎn)速的提升高過(guò)3000rpm，由于轉(zhuǎn)速的提升，使得伺服馬達(dá)的功率密度大幅提升。這意謂著伺服馬達(dá)是否需要搭配減速機(jī)，其決定因素主要是從應(yīng)用的需求上及成本的考慮來(lái)審視。

    然則，到底什么樣的應(yīng)用需求必須搭配減速機(jī)？根據(jù)了解，必須對(duì)負(fù)載做移動(dòng)并要求精密定位時(shí)便有此需要。一般像是航空、衛(wèi)星、醫(yī)療、軍事科技、晶圓設(shè)備、機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備。他們的共同特征在于將負(fù)載移動(dòng)所需的扭矩往往遠(yuǎn)超過(guò)伺服馬達(dá)本身的扭矩容量。而透過(guò)減速機(jī)來(lái)做伺服馬達(dá)輸出扭矩的提升，便可有效解決這個(gè)問(wèn)題。

    輸出扭矩提升的方式，可能采用直接增大伺服馬達(dá)的輸出扭矩方式，但這種方式不但必須使用昂貴的磁性材料，馬達(dá)還要有更強(qiáng)壯的結(jié)構(gòu)，扭矩的增大正比于控制電流的增大，此時(shí)采用比較大的驅(qū)動(dòng)器，功率電子組件和相關(guān)機(jī)電設(shè)備規(guī)格的增大，又會(huì)使控制系統(tǒng)的成本大幅增加。

    理論上，提升伺服馬達(dá)的功率也是輸出扭矩提升的方式，可藉由增加伺服馬達(dá)兩倍的速度來(lái)使得伺服系統(tǒng)的功率密度提升兩倍，而且不需要增加驅(qū)動(dòng)器等控制系統(tǒng)組件的規(guī)格，也就是不需要增加額外的成本。而這就需透過(guò)減速機(jī)的搭配來(lái)達(dá)到「減速并提升扭矩」的目的了。所以說(shuō)，高功率伺服馬達(dá)的發(fā)展是必須搭配應(yīng)用減速機(jī)，而非將其省略不用。

    節(jié)省成本好處多

    據(jù)了解，負(fù)載慣量的不當(dāng)匹配，是伺服控制不穩(wěn)定的最大原因之一。對(duì)于大的負(fù)載慣量，可以利用減速比的平方反比來(lái)調(diào)配最佳的等效負(fù)載慣量，以獲得最佳的控制響應(yīng)。所以從這個(gè)角度來(lái)看，減速機(jī)為伺服應(yīng)用的控制響應(yīng)的最佳匹配。

    此外，減速機(jī)還可有效解決馬達(dá)低速控制特性的衰減。由于伺服馬達(dá)的控制性會(huì)由于速度的降低，導(dǎo)致產(chǎn)生某程度上的衰減，尤其在對(duì)于低轉(zhuǎn)速下的訊號(hào)擷取和電流控制的穩(wěn)定性上，特別容易看出。因此，采用減速機(jī)能使馬達(dá)具有較高轉(zhuǎn)速。

    從成本觀點(diǎn)，假設(shè)0.4KW的AC伺服馬達(dá)搭配驅(qū)動(dòng)器，需耗費(fèi)一單位設(shè)備成本，以5KW的AC伺服馬達(dá)搭配驅(qū)動(dòng)器必須耗費(fèi)15單位成本，但是若采用0.4KW伺服馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)器，搭配一組減速機(jī)就能夠達(dá)到前述耗費(fèi)15個(gè)單位成本才能完成的事，在操作成本上節(jié)省50%以上。

    因此使用者依其加工需求不同，決定選用的齒輪減速機(jī)產(chǎn)品。一般而言，在機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)上有低速、高扭矩的需求，絕大部分采用齒輪減速機(jī)，而在高速、低扭矩的機(jī)臺(tái)上則較少采用齒輪減速機(jī)。

    諧波減速機(jī)國(guó)內(nèi)少見(jiàn)

    諧波齒輪減速機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)由剛性?xún)?nèi)齒環(huán)、撓性外齒環(huán)、諧波發(fā)生器所組成。工作原理以諧波發(fā)生器為輸入構(gòu)件，剛性?xún)?nèi)齒環(huán)為固定構(gòu)件，撓性外齒環(huán)為輸出構(gòu)建。其中撓性外齒環(huán)材料特殊、內(nèi)外壁且薄，是此類(lèi)減速機(jī)的技術(shù)核心，目前臺(tái)灣尚無(wú)可制造諧波齒輪減速機(jī)業(yè)者，漸伸線(xiàn)所生產(chǎn)的SPB系列「少齒差行星式減速機(jī)」，機(jī)械輸出特性介于諧波齒輪與擺線(xiàn)針輸之間，同樣可做到「零背隙」，為業(yè)界最接近諧波齒輪減速機(jī)之產(chǎn)品。

    諧波減速機(jī)的特點(diǎn)，在于他的傳動(dòng)精度高，傳動(dòng)背隙值低。減速比高且范圍大，單及傳動(dòng)的減速比為50～500。此外，傳動(dòng)效率較蝸輪蝸桿減速機(jī)高，隨減速比不同，單級(jí)傳動(dòng)的效率為65～80％。由于屬撓性傳動(dòng)，扭轉(zhuǎn)剛性值最低，撓性外齒環(huán)的工作壽命較短，而且減速機(jī)容易發(fā)熱產(chǎn)生溫升，所以容許輸入轉(zhuǎn)速不高，只能達(dá)到2,000rpm，是其最大缺點(diǎn)。

    業(yè)者表示，諧波式齒輪減速機(jī)由于是偏心撓性驅(qū)動(dòng)，動(dòng)平衡特性不佳，容易產(chǎn)生輸出速度的不連續(xù)漣漪（Velocity Ripple），影響控制響應(yīng)特性。

    擺線(xiàn)型 vs 蝸輪蝸桿

    目前世界上制造擺線(xiàn)型減速機(jī)，以日本做得較多、較好。擺線(xiàn)型減速機(jī)基本結(jié)構(gòu)包含輸入偏心滾柱軸承、行星式擺線(xiàn)齒盤(pán)、本體及外側(cè)針齒等。擺線(xiàn)型減速機(jī)的特點(diǎn)，是可以明顯發(fā)現(xiàn)減速比高且范圍大，單級(jí)傳動(dòng)的減速比50～200。傳動(dòng)效率較蝸輪蝸桿減速機(jī)高，隨著減速比的不同，單級(jí)傳動(dòng)的效率為60～70％。他的另一特點(diǎn)，由于是摩擦運(yùn)動(dòng)，扭轉(zhuǎn)剛性值較低。

    這類(lèi)機(jī)器的缺點(diǎn)在于：由于是屬于偏心、摩擦運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)組件容易耗損，工作壽命較短，且機(jī)臺(tái)容易發(fā)熱產(chǎn)生溫升，所以容許輸入轉(zhuǎn)速不高，也在2,000rpm以下。

    蝸輪蝸桿減速機(jī)由輸入蝸桿與輸出蝸輪所構(gòu)成，其特點(diǎn)是傳遞扭矩高，減速比高且范圍大，單級(jí)傳動(dòng)的減速比為5～100；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不屬于同軸的輸入與輸出，應(yīng)用不易，且傳動(dòng)效率最低，不超過(guò)60％。

    業(yè)者表示，由于是屬相對(duì)滑動(dòng)摩擦傳動(dòng)，蝸輪蝸桿減速機(jī)扭轉(zhuǎn)剛性值略低，且傳動(dòng)組件容易耗損，工作壽命短、且減速機(jī)容易產(chǎn)生溫升，所以容許輸入轉(zhuǎn)速不高（2,000rpm），這都限制了蝸輪蝸桿的使用情形。

    行星式減速機(jī) 技術(shù)精密

    至于行星式齒輪減速機(jī)，基本結(jié)構(gòu)由輸入太陽(yáng)輪、行星輪、輸出行星臂架，以及固定的內(nèi)齒環(huán)所構(gòu)成。行星式齒輪減速機(jī)的工作原理，動(dòng)力是由馬達(dá)端輸入至太陽(yáng)輪，而太陽(yáng)輪將驅(qū)動(dòng)保持于行星臂架上的行星輪，而行星輪除了繞本身軸線(xiàn)自轉(zhuǎn)外，并驅(qū)動(dòng)行星臂架繞傳動(dòng)系統(tǒng)的中心，將他轉(zhuǎn)動(dòng)。

    行星式齒輪減速機(jī)擁有較多優(yōu)點(diǎn)，像是結(jié)構(gòu)緊湊，可節(jié)省50％的體積；同軸的輸入輸出使設(shè)計(jì)更具彈性；重量輕、高效率、免保養(yǎng)（無(wú)須更換潤(rùn)滑油）、壽命長(zhǎng)（無(wú)需更換零組件）且經(jīng)由模塊化設(shè)計(jì)，使應(yīng)用更為容易。

    臺(tái)灣廣用動(dòng)力科技股份有限公司總經(jīng)理林忠運(yùn)表示，伺服用行星式齒輪減速機(jī)還具有高輸入速度、高扭矩密度、高扭轉(zhuǎn)剛性、低背隙、高效率、溫升低、低噪音、安裝容易等特性。

    在實(shí)用上，所有的高性能伺服用齒輪減速機(jī)，均選用行星式的機(jī)構(gòu)并非偶然。行星式的齒輪減速機(jī)構(gòu)利用多齒接觸來(lái)分散它的負(fù)荷，所以在給定的設(shè)計(jì)空間下具有最大的扭矩密度和剛性，而與一般的減速機(jī)構(gòu)相比較，行星式齒輪減速機(jī)在高速時(shí)的結(jié)構(gòu)動(dòng)平衡特性較為優(yōu)異，且易于潤(rùn)滑。一般而言，只要利用潤(rùn)滑油脂即可達(dá)到充分潤(rùn)滑的效果，基于上述之負(fù)荷均布、結(jié)構(gòu)動(dòng)平衡優(yōu)異以及易于潤(rùn)滑的特性，使得行星式齒輪減速機(jī)被一般使用者認(rèn)定為「最適合使用的伺服應(yīng)用方案」。臺(tái)灣廣用、聚盛工業(yè)是目前臺(tái)灣生產(chǎn)伺服用行星式齒輪減速機(jī)的專(zhuān)業(yè)制造廠商。