機械傳動機構(gòu)在設(shè)備運控系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用，而無論是降速、升扭矩、匹配慣量還是優(yōu)化性價比，都是通過傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)換速比實現(xiàn)的。那么什么樣的傳動速比更合適？如何評估和選擇計算運控系統(tǒng)的機械傳動比呢？我們今天就來淺析一下減速比。

我們通暢會認為，在電機轉(zhuǎn)速輸出允許范圍內(nèi)，對于相同的負載扭矩需求，傳動減速比越大，所需要的電機扭矩越小。從原理上，這并沒有什么問題，因為正如前文書說，系統(tǒng)輸出扭矩與傳動減速比成反比，通過傳動機構(gòu)的減速，提升了系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩輸出。

然而我們必須說，這是在當輸出扭矩完全（100%）作用到負載慣量時的理想狀況。在實際情況中并非完全如此，原因就在于作為輸出動力源的電機本身也是有慣量的，也就是說，電機輸出的扭矩需要同時分配給負載慣量和自身慣量。傳動機構(gòu)（如減速箱）僅僅將電機輸出到負載的扭矩放大提升了，而電機在將轉(zhuǎn)矩輸出到減速箱前，先要克服電機自身慣量的加速，而這部分轉(zhuǎn)矩是直接作用在電機自身的，是無法通過減速機構(gòu)去“省力”的。

當傳動減速比提升時，負載側(cè)扭矩需求的確通過減速機構(gòu)傳遞轉(zhuǎn)換降低了，但是對于電機的轉(zhuǎn)速要求也同時提高了，為了滿足相同時間周期的動態(tài)響應(yīng)，電機需要在相同的時間達到更高的速度，也就是說在降低電機克服負載慣量的轉(zhuǎn)矩輸出要求時，對電機加速度的要求卻提高了，而加速度也是和轉(zhuǎn)矩相關(guān)的，所以這反而提高了電機產(chǎn)生加速度的扭矩要求。而這一加一減的中和，最終到底是增加還是降低了扭矩呢？

讓我們通過下面這個簡單的傳動模型推測一下其中的規(guī)律。

負載需要的加速扭矩為：

Iload·β

那么電機側(cè)需要作用在負載的加速扭矩即為

Iload·β÷X

接下來計算要滿足負載加速度需求，電機需要作用在自身的扭矩大小

電機的加速度為

β·X

那么作用在電機上的扭矩為

Imotor·β·X

于是我們得出需要電機輸出的總扭矩為

我們發(fā)現(xiàn)總扭矩和速比之間的關(guān)系函數(shù)是一條正比例曲線和一條反比率曲線的疊加。而這條曲線的趨勢取決于電機和負載之間的慣量關(guān)系（注意，這不是負載慣量比的意思）。

這正是我們之前所說過的：

首先隨著速比的升高，速比和負載慣量成反比，使得電機更容易驅(qū)動負載，所需扭矩自然小了。

另外一方面，由于速比的提高，電機自身的轉(zhuǎn)速需求提高了，使得其自身需要更高的加速度以滿足負載的運行速度，而加速度的提升就帶來了扭矩需求的提高。

關(guān)鍵問題在于，在電機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，以上兩個扭矩變化的趨勢哪個是主導呢？這就要看電機的慣量大小了。

接下來，讓我們看一下當電機慣量在不同級別時，扭矩需求隨速比的變化趨勢有何不同。

在下面的曲線趨勢圖中

主坐標（左側(cè)）為轉(zhuǎn)矩

副坐標（右側(cè)）為代入減速機構(gòu)后的傳動系統(tǒng)慣量比

橫坐標為傳動減速比

如果電機慣量很小，只有負載的1%－5%，那么趨勢是這樣的。

如果電機慣量繼續(xù)增大，將看到扭矩的最低點逐漸向速比較小的趨勢靠近。

從上面的趨勢我們可以了解的是：

適當?shù)恼{(diào)整傳動比可以減小對電機扭矩的需求，在一定速比范圍內(nèi)，速比的增大可以幫助減小對電機扭矩輸出的需求，而超出這個范圍，傳動比的增大反而會增大扭矩需求。從經(jīng)濟性（或者節(jié)能環(huán)保）角度看，這個范圍的臨界值恰恰是扭矩曲線的最低點，此時的速比所需的電機最小，可以認為“最佳”

上面說的這個“范圍”－“最佳點”，是和電機本身慣量大小有關(guān)的。當電機慣量越小，這個速比可調(diào)節(jié)范圍就越大；電機慣量越大，這個速比可調(diào)節(jié)范圍就越小。

由于電機慣量和速比存在著這樣的關(guān)系，不同的電機其所代表的最佳傳動比都是不同的，因此在實際選型設(shè)計的時候，每更換一款電機的時候，都需要重新考慮速比的最佳匹配，可以按照應(yīng)用需求將上述的趨勢曲線列出來，然后找到匹配最好的“電機”和“速比”的組合。

需要注意的是，在負載不變的情況下，電機慣量的增大，其實也在某種程度上增大了對電機扭矩的輸出需求――也就是說需要選擇更大的電機了?？纯瓷厦娴那€分析，當電機慣量增大十倍，其扭矩需求也增加了好幾倍，而在使用低慣量電機時，我們可以通過調(diào)整傳動比改善負載慣量比，而在大慣量電機時，速比調(diào)整空間很小。因此實際上我們并不推薦使用中慣量或者大慣量電機。

另外有幾點要提的，

不同廠家、不同系列的電機，扭矩、轉(zhuǎn)速特性是不同的，因此其所適應(yīng)的傳動機構(gòu)也是有差異的。也就是說，在更換電機品牌和系列時，我們強烈建議考慮重新評估電機特性和傳動速比。

減速比的調(diào)整可以很有效的優(yōu)化和匹配機械和電氣系統(tǒng)，而往往調(diào)整的性價比是超高的。比如，速比為1：3，1:5，1：7，1：9的減速機，其成本在一個框架范圍內(nèi)差別很小（或者相同），但是其可以極大的優(yōu)化電機的匹配，使得總體成本甚至下降。

雖然扭矩是選擇電機的一個很關(guān)鍵的參數(shù)，但除此以外，還有其他需要考慮的地方，如溫升、母線電壓、電流……，同時，考慮到機械系統(tǒng)的復雜性，在本篇中都沒有涉及并進行進一步詳細量化分析。具體應(yīng)用的選型，需要依據(jù)實際情況進一步計算和分析。