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摘要：旋转式电动减速装置（以下简称“产品”）是一种重要的动力源，在机电行业中已被广泛应用。早期的产品，用户重视的是产品的功能和性能，对产品的体积和重量要求不高；随着机电行业的发展，用户重视产品功能和性能的同时，对产品体积、重量等方面的要求越来越严格。近年来，研制体积小、重量轻的产品已成为发展趋势。鉴于此，为适应用户需求，通过对影响产品体积和重量的因素进行识别，为后续开展产品小型化和轻量化设计，奠定了基础。
关键词：旋转式电动减速装置；小型化；轻量化；因素
1 概述
随着机电行业的发展，用户对旋转式电动减速装置的重视已由以前的功能、性能，发展为在重视功能、性能的同时，对产品的的体积、重量等方面要求越来越严。因此，研制体积小、重量轻的旋转式电动减速装置已成为一种发展趋势。
2小型化研究
2.1背景描述
旋转式电动减速装置主要由电动机、减速装置和接插件等组成（见图2-1）。传统的旋转式电动减速装置采用电动机驱动，减速装置采用两级直齿轮和多级行星齿轮传动，参照图2-1可以看出，传统的旋转式电动减速装置体积大，重量重。
以图2-1所示产品为例，以前用户签订需求协议时要求重量不大于0.8kg实测重量0.7kg左右）；现在用户签订需求协议时，在功能、性能指标要求相当的情况下，要求产品重量不大于0.5kg。显然采用传统的旋转式电动减速装置，已不能满足产品重量要求，而且用户对重量指标高度重视，对重量指标协调都采取“零容忍”，态度很明确，要承制产品就必须保证重量，否则，放弃。
为满足用户需求，开展旋转式电动减速装置的小型化、轻量化研究势在必行。
2.2关键因素识别
旋转式电动减速装置主要作用是输出旋转力矩、满足活门从开（关）位置工作至关（开）位置的转换时间要求。
根据力矩计算公式：
式中 ---机构输出力矩 N·m；---电机输出力矩 mN·m； ----减速装置减速比； ---减速装置传动效率=（单级减速传动效率之积）
旋转式电动减速装置输出的旋转力矩，取决于电动机输出力矩、减速装置减速比和减速装置传动效率；
根据转换时间（电动机构输出轴旋转90°）计算公式：
式中---转换时间 s；----减速装置减速比； ---电动机转速 r/min
转换时间取决于电动机转速和减速比。设计时电动机通常选取系列化产品，电动机的输出力矩和转速相对固定。因此，影响电动机构输出力矩和转换时间的因素为减速装置减速比和减速装置传动效率，影响减速装置减速比和减速装置传动效率的因素为减速方式和减速级数。传统的旋转式电动减速装置为满足不同的输出力矩和转换时间，通常采用调整直齿轮减速比和行星减速级数的方法，使之体积较大、重量较重。所以采用调整直齿轮减速比和行星减速级数的方法，使得产品的体积和重量差异较大，不可控。
因此，通过充分论证，为实现旋转式电动减速装置小型化，在电动机相关参数固定的情况下，要同时满足电动机构输出力矩和转换时间要求，必须从以下几方面入手：
a）在保证减速装置减速比相当的前提下，对减速装置开展小型化研究；
b）提升减速装置传动效率。
为实现减速装置结构小型化和传动效率提升，通常采取增大减速装置单级传动的减速比的方式，达到减少直齿轮/行星齿轮传动级数、减重、提效的目的，其实现方式有以下几种：
a）增大单级直齿轮传动的减速比，减少直齿轮/行星齿轮传动级数，根据直齿轮传动减速比计算公式，若增大单级直齿轮传动减速比，要实现减速比相当，势必增加齿轮齿数，齿轮体积和重量相应增加，加之，直齿轮传动结构沿径向布局（见图2-2），会使产品体积增大，重量随之发生变化。无法实现减速比相当，减小体积、降低重量，提高效率的小型化目的。
b）增大单级行星齿轮传动减速比，减少直齿轮/行星齿轮传动级数，根据行星齿轮传动减速比简化计算公式，行星齿轮传动减速比取决于内齿轮与中心轮齿数比，若增大单级减速比，要实现减速比相当，势必增加内齿轮齿数，根据内齿轮安装结构图（见图2-3），整个减速装置体积势必增大，重量随之发生变化。无法实现减速比相当，减小体积、降低重量，提高效率的小型化目的。
c）采用蜗轮/蜗杆传动，减少直齿轮/行星齿轮传动级数，根据蜗轮/蜗杆传动减速比简化计算公式，蜗轮/蜗杆传动减速比取决于蜗轮齿数与蜗杆头数，在类似传动结构中蜗杆头数多为1，即传动比为蜗轮齿数（见图2-4）。由此可见，采用蜗轮/蜗杆传动可明显增大单级传动的减速比，可实现减速比相当，并达到减少直齿轮/行星齿轮传动级数、减小体积和减重的目的。可以实现减速比相当，减小体积、降低重量，提高效率的小型化目的。
3、结论
通过对旋转式电动减速装置结构进行分析，识别出同时满足输出力矩和转换时间前提下，开展产品小型化和轻量化设计的关键因素，并提出解决措施，为后续开展小型化和轻量设计提供了参考。
参考文献：
[1]机械工程手册（第二版）机械零部件设计卷，北京：机械工业出版社，1996
[2]中国机械设计大典 第3卷 机械零部件设计，南昌：江西科学技术出版社，2002.1
[3]齒轮手册，北京：机械工业出版社，2005
作者简介：
杨刚（1977-），男，高级工程师，贵阳万江航空机电有限公司产品设计，长期从事各类阀门产品及各种类型减速器的研发工作。
关键词：旋转式电动减速装置；小型化；轻量化；因素
1 概述
随着机电行业的发展，用户对旋转式电动减速装置的重视已由以前的功能、性能，发展为在重视功能、性能的同时，对产品的的体积、重量等方面要求越来越严。因此，研制体积小、重量轻的旋转式电动减速装置已成为一种发展趋势。
2小型化研究
2.1背景描述
旋转式电动减速装置主要由电动机、减速装置和接插件等组成（见图2-1）。传统的旋转式电动减速装置采用电动机驱动，减速装置采用两级直齿轮和多级行星齿轮传动，参照图2-1可以看出，传统的旋转式电动减速装置体积大，重量重。
以图2-1所示产品为例，以前用户签订需求协议时要求重量不大于0.8kg实测重量0.7kg左右）；现在用户签订需求协议时，在功能、性能指标要求相当的情况下，要求产品重量不大于0.5kg。显然采用传统的旋转式电动减速装置，已不能满足产品重量要求，而且用户对重量指标高度重视，对重量指标协调都采取“零容忍”，态度很明确，要承制产品就必须保证重量，否则，放弃。
为满足用户需求，开展旋转式电动减速装置的小型化、轻量化研究势在必行。
2.2关键因素识别
旋转式电动减速装置主要作用是输出旋转力矩、满足活门从开（关）位置工作至关（开）位置的转换时间要求。
根据力矩计算公式：
式中 ---机构输出力矩 N·m；---电机输出力矩 mN·m； ----减速装置减速比； ---减速装置传动效率=（单级减速传动效率之积）
旋转式电动减速装置输出的旋转力矩，取决于电动机输出力矩、减速装置减速比和减速装置传动效率；
根据转换时间（电动机构输出轴旋转90°）计算公式：
式中---转换时间 s；----减速装置减速比； ---电动机转速 r/min
转换时间取决于电动机转速和减速比。设计时电动机通常选取系列化产品，电动机的输出力矩和转速相对固定。因此，影响电动机构输出力矩和转换时间的因素为减速装置减速比和减速装置传动效率，影响减速装置减速比和减速装置传动效率的因素为减速方式和减速级数。传统的旋转式电动减速装置为满足不同的输出力矩和转换时间，通常采用调整直齿轮减速比和行星减速级数的方法，使之体积较大、重量较重。所以采用调整直齿轮减速比和行星减速级数的方法，使得产品的体积和重量差异较大，不可控。
因此，通过充分论证，为实现旋转式电动减速装置小型化，在电动机相关参数固定的情况下，要同时满足电动机构输出力矩和转换时间要求，必须从以下几方面入手：
a）在保证减速装置减速比相当的前提下，对减速装置开展小型化研究；
b）提升减速装置传动效率。
为实现减速装置结构小型化和传动效率提升，通常采取增大减速装置单级传动的减速比的方式，达到减少直齿轮/行星齿轮传动级数、减重、提效的目的，其实现方式有以下几种：
a）增大单级直齿轮传动的减速比，减少直齿轮/行星齿轮传动级数，根据直齿轮传动减速比计算公式，若增大单级直齿轮传动减速比，要实现减速比相当，势必增加齿轮齿数，齿轮体积和重量相应增加，加之，直齿轮传动结构沿径向布局（见图2-2），会使产品体积增大，重量随之发生变化。无法实现减速比相当，减小体积、降低重量，提高效率的小型化目的。
b）增大单级行星齿轮传动减速比，减少直齿轮/行星齿轮传动级数，根据行星齿轮传动减速比简化计算公式，行星齿轮传动减速比取决于内齿轮与中心轮齿数比，若增大单级减速比，要实现减速比相当，势必增加内齿轮齿数，根据内齿轮安装结构图（见图2-3），整个减速装置体积势必增大，重量随之发生变化。无法实现减速比相当，减小体积、降低重量，提高效率的小型化目的。
c）采用蜗轮/蜗杆传动，减少直齿轮/行星齿轮传动级数，根据蜗轮/蜗杆传动减速比简化计算公式，蜗轮/蜗杆传动减速比取决于蜗轮齿数与蜗杆头数，在类似传动结构中蜗杆头数多为1，即传动比为蜗轮齿数（见图2-4）。由此可见，采用蜗轮/蜗杆传动可明显增大单级传动的减速比，可实现减速比相当，并达到减少直齿轮/行星齿轮传动级数、减小体积和减重的目的。可以实现减速比相当，减小体积、降低重量，提高效率的小型化目的。
3、结论
通过对旋转式电动减速装置结构进行分析，识别出同时满足输出力矩和转换时间前提下，开展产品小型化和轻量化设计的关键因素，并提出解决措施，为后续开展小型化和轻量设计提供了参考。
参考文献：
[1]机械工程手册（第二版）机械零部件设计卷，北京：机械工业出版社，1996
[2]中国机械设计大典 第3卷 机械零部件设计，南昌：江西科学技术出版社，2002.1
[3]齒轮手册，北京：机械工业出版社，2005
作者简介：
杨刚（1977-），男，高级工程师，贵阳万江航空机电有限公司产品设计，长期从事各类阀门产品及各种类型减速器的研发工作。