2026.01.23
不加減速機可以嗎？電動缸推力、速度與行星式減速機計算比較
行星式減速機在電動缸的應用中，主要用於降低馬達轉速並提升扭矩，以實現精確的運動控制和高負載的傳動需求。
行星式減速機在電動缸上的應用優勢：
- 提高扭矩與減速
電動缸需要將馬達的高轉速、小扭矩，轉換為低轉速和大扭矩，以驅動負載。行星式減速機能有效降低馬達的轉速，並顯著提升輸出的扭矩，滿足電動缸的運動需求。
- 體積緊湊小巧
行星齒輪的特殊結構允許其均勻承受負載，在實現高扭矩輸出的同時，保持體積小巧，對於空間有限的電動缸設計尤為幫助。
- 效率與精度高
行星式減速機可提供高達97%的輸出效率，並具有零背隙或極低背隙的特點，能實現高精確度的運動控制，在自動化生產和精密工業設備中至關重要。
- 減速比範圍寬廣
透過多段組合，行星式減速機可以實現極大的減速比範圍，提供更大的靈活性來搭配不同負載和速度的要求。
- 結構穩定可靠
行星式減速機的設計，使其能將負載均勻分配到各行星齒輪上，提升了結構的穩定性和壽命，確保電動缸長時間可靠運行。
6. 降低成本
結合減速機可以讓設計者選用較小、較便宜的馬達，並因應不同的負載需求而減少其他配置，使整套電動缸系統更具成本效益。
- 模組化設計與廣泛應用
行星式減速機的緊湊結構，使其能與滾珠螺桿和馬達整合，形成高度模組化的電動缸，方便安裝於各種自動化設備中的應用場景。
分析與說明
以下將假設一項電動缸使用需求案例，透過行星式減速機的搭配，可達到何種情況?
參考THK型錄說明，當施加扭力於螺桿時，所發生的推力計算式，如下：
公式一、
螺桿推力計算式，如下：
Fa=2xπxηxT/(Rx10^-3)
Fa：推力(N)
T：輸入扭力(Nm)
R：導程(mm)
η：效率
公式二、
螺桿線速度計算式，如下：
v = R × n / 60
v：線速度(mm/s)
R：螺桿導程(mm)
n：螺桿轉速(rpm)
範例：
假設有一案例，使用400W伺服馬達，欲使電動缸產生800N的推力，線速度大約300~400mm/s，螺桿有5、10、15、20、25mm等導程可選用，需要評估何種導程適用?
Step1. 確認伺服馬達額定扭矩：400W伺服馬達，額定扭矩約為1.27Nm。
Step2. 效率評估：假設效率0.85。
Step3. 使用公式一，計算推力
Step4. 使用公式二，計算線速度
由Step3. Step4.的計算結果，得知:
- 使用導程5的螺桿可滿足推力需求，但是無法滿足線速度。
- 使用導程10、15的螺桿可滿足線速度需求，但是無法滿足推力。
Step5.加入行星式減速機計算
由Step5.的計算結果，有兩種搭配方式皆可使用：
- 導程20mm，搭配3比行星式減速機，推力1020Nm，線速度333.3mm/s。
- 導程25mm，搭配3比行星式減速機，推力816Nm，線速度416.7mm/s。
- 注意：評估條件還需額外考慮電動缸的容許出力，以不超過電動缸容許出力為原則。
若不使用行星式減速機，導程要多少才符合使用需求?
(不考慮電動缸容許出力以及常規導程數值)
由上述表格分析，使用6~8mm導程的螺桿也可達到，但是6~8mm導程規格是否為常態規格，就要看各家螺桿廠的設計，但一般來說5mm或是10mm為一階的導程，屬於較常見的規格。
結論
行星式減速機具有體積小巧、高扭矩輸出、高效率以及範圍寬廣的減速比等優點。可增加電動缸推力與速度的搭配，讓設計者有更多的選擇。且行星式減速機能夠均勻承受負載，確保電動缸的運動平穩、精確且可靠，非常適合應用於自動化生產線、機械設備、汽車工業等領域。
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