在制作遙控的電動模型和玩具“機器人”時，除了它的電子控制電路以外，較為關(guān)鍵的便是它的電動傳動裝置的制作。我們知道無論電動模型和玩具“機器人”，它的動力源都是低壓直流電動機，由于電機的轉(zhuǎn)速大都在5000-8000轉(zhuǎn)／分甚至更高，所以不能用來直接驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)動，必須通過機械齒輪減速裝置來降低電機的轉(zhuǎn)速來控制遙控模型和玩具“機器人”的行進速度，而它的另一個好處就是提高機械裝置的負(fù)重能力，從而降低電機的使用功率。那么，我們在制作電動減速器時該如何設(shè)計它的動力傳動裝置呢？下面就談一談這個問題。

這里先說一說電動機械的行駛速度與機械減速比的問題：行駛速度顧名思義就是機械裝置在單位時間內(nèi)的行走和移動的距離。而減速比則是指它在單位時間里機械裝置在輸入和輸出的轉(zhuǎn)速或在移動距離上的比值，假如直流電機的轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)／分，而通過減速裝置后的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)，分，那么， 它的減速比則為：nl/n2=5000/100=50/10對于“機器人”來說它不象其它的電動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“機器人”運動速度則就成為了機械減速裝置的關(guān)鍵。

一般地說“機器人”的行走速度與其行走輪的直徑和驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速有很大的關(guān)系，比如有A型“機器人”的行走輪直徑為40mm，而B型“機器人”的輪子直徑為80mm，假如它們的動力輸出的轉(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A型輪周長：L=40×3.14=125.6mmB型輪周長：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距離之比，即：D1/D2=Ll/L2。

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

齒輪的減速與增速傳動是由動力源齒輪（主動齒輪）與動力輸出齒輪（從動齒輪）之間的相對運動，來達到和改變傳動的速度與方向，它可以由多級的齒輪按一定的傳動比來實現(xiàn)速率的轉(zhuǎn)換。齒輪傳動主要特點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，在傳動的過程中，由于在齒輪的齒與齒之間構(gòu)成一種相對的位移，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-前級齒輪的轉(zhuǎn)速：n2-后級齒輪的轉(zhuǎn)速Zl-前級齒輪的齒數(shù)；22-后級齒輪的齒數(shù)

另外，我們在設(shè)計和制作電動減速器時，也常常會采用蝸輪和蝸桿的傳動機構(gòu)，蝸輪、蝸桿的傳動相對于齒輪的傳動有較高的減速比，它的結(jié)構(gòu)和原理也比較簡單，但不足的是這種傳動方式不能任意的改變輸出的轉(zhuǎn)速，加之在齒輪的傳動過程中具有不可逆性，所以在應(yīng)用的過程中應(yīng)當(dāng)加以選擇。

齒輪減速器的設(shè)計

要設(shè)計和使用電機傳動的機械減速裝置，就必須使用機械齒輪，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，不過無論何種型材的齒輪，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，就可以計算出齒輪的模數(shù)，如下圖。

無論任何的機械減速或變速裝置，它的主要功能是把電動機的高速旋轉(zhuǎn)進行減速，以便得到最終動作所需的各種轉(zhuǎn)速，而要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)速所設(shè)定的目標(biāo)，就必須通過兩個或多個齒輪之間的轉(zhuǎn)速差來實現(xiàn)。

前面我們介紹了減速比：

即：nl/n2=22/21

實際上我們可以看成：nl21=n2 Z2

從式中我們看出在齒輪的變速當(dāng)中，每個齒輪的轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)的乘積均為—個定值，因此要把一個高轉(zhuǎn)速的齒輪進行減速，就必須選擇齒數(shù)比它大的齒輪進行嚙合，假如一個直流電機的轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)／分，電機軸上的齒輪為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）。由此看來需要齒數(shù)為500的大直徑的齒輪與之配合，這樣看來顯然是不現(xiàn)實也是行不通的，那么只有一種情況可以實現(xiàn)，就是通過若干級的齒輪連續(xù)減速來實現(xiàn)，在實際當(dāng)中都是通過這種方法來達到目地的。如下圖。

通常由多級連續(xù)變速使電機的高轉(zhuǎn)速降為低轉(zhuǎn)速的動力輸出，稱為多級變速箱或減速器，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與后級相對嚙合的大小齒輪稱作軸間的前級齒輪或主動齒輪和后級齒輪或從動齒輪，為了在計算時容易區(qū)分我們將各個前級主動齒輪依此表示為ZA、ZB、Zc等，將后級從動齒輪依此表示為Z1、22、23等。

我們知道兩級齒輪減速的計算公式為：nl/n2= 22/21，那么多級的齒輪減速的計算公式便是：

nx=nl ZA/Z1×2B/Z2 x2c/23.。..。.

下面舉個例子說明：有一個電動減速器為三級的齒輪減速機構(gòu)，直流電機的額定轉(zhuǎn)速為5200轉(zhuǎn)／分，各軸之間的前級主動齒輪均采用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)計和制作齒輪減速器的過程中，各軸之間的齒輪嚙合只要有—級齒輪與其前級或后級的齒輪嚙合過緊或者過松，就會使動力在傳動過程中出現(xiàn)啃齒或滑齒的現(xiàn)象，由于摩擦的阻力增大，很容易造成動力輸出的功率下降并且打壞齒輪，所以，在減速器的各個齒輪軸與軸之間中心距離的計算非常重要。如下圖。

其中心距的計算公式為：

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，在計算齒輪的中心距時，為了消除鉆空加工的誤差，我們還要加上一個修正值，通常在0.05mm左右，一般齒輪的模數(shù)較大時中心距的修正值可稍大一些，模數(shù)較小時中心距的修正值可略小一些。總之中心距的計算是為了確保前后兩個齒輪的活動間隙。

例如有—個46齒的圓片齒輪與—個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。

有時候我們在設(shè)計和制作減速器時還會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算可按以下的公式進行：

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)計電動齒輪減速器時要注意以下幾個方面的問題：

首先是齒輪的選用：通常我們在業(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玩具、慣性發(fā)條玩具、電動工具、儀器鐘表等內(nèi)部的機械齒輪，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，否則齒輪的強度不足，—旦出現(xiàn)起?；蚩X時容易出現(xiàn)斷齒或啃齒現(xiàn)象。

其次是減速比的選定：前面我們已詳細說過減速比的問題，總的說來減速器的最終目的是為了達到機械裝置的額定輸出轉(zhuǎn)速，或者說在“機器人”裝上車輪之后可以提供適當(dāng)?shù)囊苿铀俣?。但是，任何機械裝置的行駛速度或移動速度同該裝置的穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系，移動的速度越快則它的穩(wěn)定性越差，而移動的速度越慢則穩(wěn)定性越好，當(dāng)然這也要看“機器人”的使用功能和具體作用，如果“機器人”的功能和作用較為單一，不妨機器人的行進速度可以快一些，這樣一來就能簡化機械上的設(shè)計，但如果是機器人的功能和作用較多，或是裝配了許多的探頭和傳感器，那么機器人的移動速度就必須放慢，因此齒輪減速器的變速級數(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，一旦齒輪的種類和數(shù)量按一定的減速比確定之后，那么接下來就可以進入到布局排列階段，以便確定減速器的級數(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稱的傳動方式或疊加式的傳動方式排列，也可以按同軸式的傳動方式排列，如下圖。

但對于初次制作者最好采用對稱式的傳動方式，而對于有經(jīng)驗的人則可以采用機體全封閉的結(jié)構(gòu)，另外在設(shè)計和制作時，齒輪或齒片在變速器殼體上的排列順序應(yīng)以電動機的軸心為起點，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，否則減速器的底盤容易碰觸到地面，也不利于機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：無論是減速器的主動齒輪或是被動齒輪，除了電機齒輪和動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配合或緊配合。如果是滑動配合那么軸就可以與機殼固定，如果是齒輪與軸緊配合，則必須保證齒輪軸與機殼的軸孔留有一定的轉(zhuǎn)動空間。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。對于在機殼上的各軸的軸孔，如果是高速軸必要時可以鑲上銅套，以降低摩擦系數(shù)，而對動力輸出軸的兩端則可以鑲上微型軸承加以支撐?？傊b配好的電動減速器，從高速端轉(zhuǎn)動應(yīng)當(dāng)十分輕便靈活沒有阻力，如果是從低速端轉(zhuǎn)動，各齒輪應(yīng)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，沒有卡齒和停頓的現(xiàn)象。在裝配完畢之后，一定要給電機通電使減速器中的各個齒輪進行一定的磨合，可先不加潤滑油脂，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滑脂即可。