在制作遙控的電動(dòng)模型和玩具“機(jī)器人”時(shí)，除了它的電子控制電路以外，較為關(guān)鍵的便是它的電動(dòng)傳動(dòng)裝置的制作。我們知道無(wú)論電動(dòng)模型和玩具“機(jī)器人”，它的動(dòng)力源都是低壓直流電動(dòng)機(jī)，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速大都在5000-8000轉(zhuǎn)／分甚至更高，所以不能用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，必須通過(guò)機(jī)械齒輪減速裝置來(lái)降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制遙控模型和玩具“機(jī)器人”的行進(jìn)速度，而它的另一個(gè)好處就是提高機(jī)械裝置的負(fù)重能力，從而降低電機(jī)的使用功率。那么，我們?cè)谥谱麟妱?dòng)減速器時(shí)該如何設(shè)計(jì)它的動(dòng)力傳動(dòng)裝置呢？下面就談一談這個(gè)問(wèn)題。

這里先說(shuō)一說(shuō)電動(dòng)機(jī)械的行駛速度與機(jī)械減速比的問(wèn)題：行駛速度顧名思義就是機(jī)械裝置在單位時(shí)間內(nèi)的行走和移動(dòng)的距離。而減速比則是指它在單位時(shí)間里機(jī)械裝置在輸入和輸出的轉(zhuǎn)速或在移動(dòng)距離上的比值，假如直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)／分，而通過(guò)減速裝置后的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)，分，那么， 它的減速比則為：nl/n2=5000/100=50/10對(duì)于“機(jī)器人”來(lái)說(shuō)它不象其它的電動(dòng)汽車一樣需要高速行駛，也不能像發(fā)條玩具那樣速度極低，因此，合理的掌握“機(jī)器人”運(yùn)動(dòng)速度則就成為了機(jī)械減速裝置的關(guān)鍵。

一般地說(shuō)“機(jī)器人”的行走速度與其行走輪的直徑和驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速有很大的關(guān)系，比如有A型“機(jī)器人”的行走輪直徑為40mm，而B(niǎo)型“機(jī)器人”的輪子直徑為80mm，假如它們的動(dòng)力輸出的轉(zhuǎn)速都是40轉(zhuǎn)／分，那么它們的行走速度則分別為：

依公式：L=D Tr各輪的周長(zhǎng)A型輪周長(zhǎng)：L=40×3.14=125.6mmB型輪周長(zhǎng)：L=80x3.14=2512mmA型輪行走速度：LxV=125.6x40—5米／分（V=轉(zhuǎn)速）B型輪行走速度：LxV=251.2x4010米／分。

由此我們可以看出，若以輪子的直徑判斷減速比的話，那么也就是它們之間的輪子外徑移動(dòng)距離之比，即：D1/D2=Ll/L2。

通常機(jī)械減速傳動(dòng)裝置有以下幾種傳動(dòng)方式：摩擦傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)等等，從傳動(dòng)的特性上看除了改變傳動(dòng)的速度之外，它還可以改變運(yùn)動(dòng)的方向等等。其中最常用的變速傳動(dòng)方式就是齒輪傳動(dòng)。

齒輪的減速與增速傳動(dòng)是由動(dòng)力源齒輪（主動(dòng)齒輪）與動(dòng)力輸出齒輪（從動(dòng)齒輪）之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來(lái)達(dá)到和改變傳動(dòng)的速度與方向，它可以由多級(jí)的齒輪按一定的傳動(dòng)比來(lái)實(shí)現(xiàn)速率的轉(zhuǎn)換。齒輪傳動(dòng)主要特點(diǎn)是將其輪子外沿按一定的尺寸加工成直形或斜形的凹凸小齒使之成為齒輪，在傳動(dòng)的過(guò)程中，由于在齒輪的齒與齒之間構(gòu)成一種相對(duì)的位移，因此在齒輪的外沿上就形成了齒間的距離上的傳遞，從而造成兩個(gè)齒輪在距離與速度上的差別。所以從它們的轉(zhuǎn)速比上看，齒輪的轉(zhuǎn)速之比也就是它們之間齒數(shù)的之比。

即：nl/n2= 22/21

nl-前級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)速：n2-后級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)速Zl-前級(jí)齒輪的齒數(shù)；22-后級(jí)齒輪的齒數(shù)

另外，我們?cè)谠O(shè)計(jì)和制作電動(dòng)減速器時(shí)，也常常會(huì)采用蝸輪和蝸桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，蝸輪、蝸桿的傳動(dòng)相對(duì)于齒輪的傳動(dòng)有較高的減速比，它的結(jié)構(gòu)和原理也比較簡(jiǎn)單，但不足的是這種傳動(dòng)方式不能任意的改變輸出的轉(zhuǎn)速，加之在齒輪的傳動(dòng)過(guò)程中具有不可逆性，所以在應(yīng)用的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)加以選擇。

齒輪減速器的設(shè)計(jì)

要設(shè)計(jì)和使用電機(jī)傳動(dòng)的機(jī)械減速裝置，就必須使用機(jī)械齒輪，由于齒輪的種類有很多，如從材質(zhì)上講有金屬齒輪：銅質(zhì)、鋼質(zhì)和鐵質(zhì)等；非金屬齒輪：塑料、尼龍、樹(shù)脂等，從外形上看有圓柱齒輪、圓片齒輪、盆形齒輪等，從齒型上看有直齒、斜齒、尖齒和鈍齒等，不過(guò)無(wú)論何種型材的齒輪，適于制作減速器的則必須是—種標(biāo)準(zhǔn)的玩具齒輪和儀表齒輪。齒輪的差別除了外形尺寸的大小以外，最關(guān)鍵的便是齒型的大小，這點(diǎn)便是齒輪的齒數(shù)與模數(shù)，各齒輪之間能否相互配合和使用，關(guān)鍵的就是它們之間的模數(shù)，只有模數(shù)相同的才能使用。在玩具當(dāng)中通常使用的是模數(shù)小于1的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，金屬質(zhì)的齒輪模數(shù)要小一些，非金屬的齒輪模數(shù)要大—些，—般在05左右，齒輪的各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算為：

由上式中我們只要知道齒輪的齒數(shù)、外徑或根徑，就可以計(jì)算出齒輪的模數(shù)，如下圖。

無(wú)論任何的機(jī)械減速或變速裝置，它的主要功能是把電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行減速，以便得到最終動(dòng)作所需的各種轉(zhuǎn)速，而要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)速所設(shè)定的目標(biāo)，就必須通過(guò)兩個(gè)或多個(gè)齒輪之間的轉(zhuǎn)速差來(lái)實(shí)現(xiàn)。

前面我們介紹了減速比：

即：nl/n2=22/21

實(shí)際上我們可以看成：nl21=n2 Z2

從式中我們看出在齒輪的變速當(dāng)中，每個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)的乘積均為—個(gè)定值，因此要把一個(gè)高轉(zhuǎn)速的齒輪進(jìn)行減速，就必須選擇齒數(shù)比它大的齒輪進(jìn)行嚙合，假如一個(gè)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)／分，電機(jī)軸上的齒輪為10齒的圓柱齒輪，要得到輸出端的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)／分，那么它的大減速齒輪的齒數(shù)則為：22=nlZl/n2=5000xl0/100=500（齒）。由此看來(lái)需要齒數(shù)為500的大直徑的齒輪與之配合，這樣看來(lái)顯然是不現(xiàn)實(shí)也是行不通的，那么只有一種情況可以實(shí)現(xiàn)，就是通過(guò)若干級(jí)的齒輪連續(xù)減速來(lái)實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際當(dāng)中都是通過(guò)這種方法來(lái)達(dá)到目地的。如下圖。

通常由多級(jí)連續(xù)變速使電機(jī)的高轉(zhuǎn)速降為低轉(zhuǎn)速的動(dòng)力輸出，稱為多級(jí)變速箱或減速器，那么減速器由高速向低速的變化嚙合的齒輪軸為1軸、2軸、3軸等，而將各軸上的齒輪則稱為1牙輪、2牙輪、3牙輪等，并將各軸之間的前級(jí)與后級(jí)相對(duì)嚙合的大小齒輪稱作軸間的前級(jí)齒輪或主動(dòng)齒輪和后級(jí)齒輪或從動(dòng)齒輪，為了在計(jì)算時(shí)容易區(qū)分我們將各個(gè)前級(jí)主動(dòng)齒輪依此表示為ZA、ZB、Zc等，將后級(jí)從動(dòng)齒輪依此表示為Z1、22、23等。

我們知道兩級(jí)齒輪減速的計(jì)算公式為：nl/n2= 22/21，那么多級(jí)的齒輪減速的計(jì)算公式便是：

nx=nl ZA/Z1×2B/Z2 x2c/23.。..。.

下面舉個(gè)例子說(shuō)明：有一個(gè)電動(dòng)減速器為三級(jí)的齒輪減速機(jī)構(gòu)，直流電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為5200轉(zhuǎn)／分，各軸之間的前級(jí)主動(dòng)齒輪均采用12齒的圓柱形小齒輪，而各軸上的大齒輪則分別為：2軸為40齒、3軸為46齒、4軸為72齒，求其4軸的轉(zhuǎn)速？

依公式：nx=nl Z&raDIC;Z1×2B/Z2×Zc/Z3N4=5000×12×12×12 /40×46×72≈68轉(zhuǎn)／分

在設(shè)計(jì)和制作齒輪減速器的過(guò)程中，各軸之間的齒輪嚙合只要有—級(jí)齒輪與其前級(jí)或后級(jí)的齒輪嚙合過(guò)緊或者過(guò)松，就會(huì)使動(dòng)力在傳動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)啃齒或滑齒的現(xiàn)象，由于摩擦的阻力增大，很容易造成動(dòng)力輸出的功率下降并且打壞齒輪，所以，在減速器的各個(gè)齒輪軸與軸之間中心距離的計(jì)算非常重要。如下圖。

其中心距的計(jì)算公式為：

A=M（Z1+Z2）/2式中：A-中心距Z1和Z2-齒輪的齒數(shù)M-齒輪的模數(shù)另外，在計(jì)算齒輪的中心距時(shí)，為了消除鉆空加工的誤差，我們還要加上一個(gè)修正值，通常在0.05mm左右，一般齒輪的模數(shù)較大時(shí)中心距的修正值可稍大一些，模數(shù)較小時(shí)中心距的修正值可略小一些。總之中心距的計(jì)算是為了確保前后兩個(gè)齒輪的活動(dòng)間隙。

例如有—個(gè)46齒的圓片齒輪與—個(gè)12齒的圓柱齒輪相嚙合，兩齒輪的模數(shù)都為05，求它們之間的中心距？

依公式：A=M（Z1+Z2）／2A=0.5（46+12）/2=14.5mm

根據(jù)上式的計(jì)算結(jié)果得出兩齒輪的中心距為14.5，因此加上它的修正值則應(yīng)為14.55mm。

有時(shí)候我們?cè)谠O(shè)計(jì)和制作減速器時(shí)還會(huì)遇到圓柱齒輪或圓片齒輪與蝸桿相嚙合，形成一組蝸輪和蝸桿似的減速器，那么它的中心距的計(jì)算可按以下的公式進(jìn)行：

A=（ZM/2）+（De-2M）/2式中：Z--齒輪的齒數(shù)M--齒輪的模數(shù)De--蝸輪外徑

它的計(jì)算方法與前例基本相同，當(dāng)然也有中心距的修正值參數(shù)。

齒輪減速器的布局

在設(shè)計(jì)電動(dòng)齒輪減速器時(shí)要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

首先是齒輪的選用：通常我們?cè)跇I(yè)余條件下自制減速器，所用的齒輪都不可能完美和—致，各種材料和各種式樣的齒輪都有，它們大都是收集拆卸的電動(dòng)玩具、慣性發(fā)條玩具、電動(dòng)工具、儀器鐘表等內(nèi)部的機(jī)械齒輪，當(dāng)然，在眾多的齒輪當(dāng)中，它們的材料性質(zhì)、外形尺寸、齒數(shù)模數(shù)、軸孔差異等等都不盡相同，因此合理的選擇和搭配就成為制作齒輪減速器的關(guān)鍵。如果單從齒輪材料的強(qiáng)度和硬度上看，當(dāng)然金屬齒輪要優(yōu)于非金屬齒輪，如果是非金屬齒輪則齒輪的模數(shù)要大—些，否則齒輪的強(qiáng)度不足，—旦出現(xiàn)起停或卡齒時(shí)容易出現(xiàn)斷齒或啃齒現(xiàn)象。

其次是減速比的選定：前面我們已詳細(xì)說(shuō)過(guò)減速比的問(wèn)題，總的說(shuō)來(lái)減速器的最終目的是為了達(dá)到機(jī)械裝置的額定輸出轉(zhuǎn)速，或者說(shuō)在“機(jī)器人”裝上車輪之后可以提供適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)速度。但是，任何機(jī)械裝置的行駛速度或移動(dòng)速度同該裝置的穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系，移動(dòng)的速度越快則它的穩(wěn)定性越差，而移動(dòng)的速度越慢則穩(wěn)定性越好，當(dāng)然這也要看“機(jī)器人”的使用功能和具體作用，如果“機(jī)器人”的功能和作用較為單一，不妨機(jī)器人的行進(jìn)速度可以快一些，這樣一來(lái)就能簡(jiǎn)化機(jī)械上的設(shè)計(jì)，但如果是機(jī)器人的功能和作用較多，或是裝配了許多的探頭和傳感器，那么機(jī)器人的移動(dòng)速度就必須放慢，因此齒輪減速器的變速級(jí)數(shù)就要相應(yīng)的增加，減慢輸出的轉(zhuǎn)速。

再者就是齒輪的排列：齒輪減速器在制作時(shí)，一旦齒輪的種類和數(shù)量按一定的減速比確定之后，那么接下來(lái)就可以進(jìn)入到布局排列階段，以便確定減速器的級(jí)數(shù)，以即減速器殼體的尺寸和大小。要想減小減速器的體積則需將齒輪按不對(duì)稱的傳動(dòng)方式或疊加式的傳動(dòng)方式排列，也可以按同軸式的傳動(dòng)方式排列，如下圖。

但對(duì)于初次制作者最好采用對(duì)稱式的傳動(dòng)方式，而對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的人則可以采用機(jī)體全封閉的結(jié)構(gòu)，另外在設(shè)計(jì)和制作時(shí)，齒輪或齒片在變速器殼體上的排列順序應(yīng)以電動(dòng)機(jī)的軸心為起點(diǎn)，按齒輪直徑或齒數(shù)應(yīng)從小到大，這樣做的目的是要照顧到車輪的大小，通常車輪的外徑應(yīng)比最終的減速齒輪的直徑要大1/3左右，否則減速器的底盤(pán)容易碰觸到地面，也不利于機(jī)器人在起伏不平和地面粗糙的路面上行走。

最后是齒輪的安裝：無(wú)論是減速器的主動(dòng)齒輪或是被動(dòng)齒輪，除了電機(jī)齒輪和動(dòng)力輸出軸上的齒輪必須是緊配合，其余的齒輪都可以與其軸采用滑動(dòng)配合或緊配合。如果是滑動(dòng)配合那么軸就可以與機(jī)殼固定，如果是齒輪與軸緊配合，則必須保證齒輪軸與機(jī)殼的軸孔留有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)空間。另外在該軸上的大小齒輪按其排列的關(guān)系，一定要成為雙聯(lián)的組合齒輪，為了保持齒輪在軸上的一定位置，還要使用限位軸套或用緊圈套限位。對(duì)于在機(jī)殼上的各軸的軸孔，如果是高速軸必要時(shí)可以鑲上銅套，以降低摩擦系數(shù)，而對(duì)動(dòng)力輸出軸的兩端則可以鑲上微型軸承加以支撐。總之裝配好的電動(dòng)減速器，從高速端轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)當(dāng)十分輕便靈活沒(méi)有阻力，如果是從低速端轉(zhuǎn)動(dòng)，各齒輪應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，沒(méi)有卡齒和停頓的現(xiàn)象。在裝配完畢之后，一定要給電機(jī)通電使減速器中的各個(gè)齒輪進(jìn)行一定的磨合，可先不加潤(rùn)滑油脂，在各齒輪之間抹少許牙膏做為研磨劑，最后洗去牙膏再滴注潤(rùn)滑脂即可。