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　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其精確的定位能力和低速下的高扭矩輸出而著稱，但它們需要仔細(xì)確定尺寸，以確保電動(dòng)機(jī)與負(fù)載和應(yīng)用參數(shù)相匹配，以地減少失步或電動(dòng)機(jī)失速的可能性。在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中添加齒輪箱可以通過降低負(fù)載與電機(jī)的慣性比，增加負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及減少電機(jī)振蕩來改善電機(jī)性能。

　　降低電機(jī)負(fù)載慣量比

　　步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用中缺少步距的一種原因是慣性。負(fù)載慣量與電機(jī)慣量的比值決定了電機(jī)可如何驅(qū)動(dòng)或控制負(fù)載，尤其是在運(yùn)動(dòng)曲線的加速和減速部分。如果負(fù)載慣量顯著高于電機(jī)慣量，則電機(jī)將難以控制負(fù)載，并且可能會(huì)發(fā)生過沖(超速步數(shù)超出指令范圍)或下沖(欠步數(shù))。很高的負(fù)載慣性比也可能導(dǎo)致電機(jī)消耗過多電流并停轉(zhuǎn)。

　　J L =負(fù)載慣量

　　J M =電機(jī)慣量

　　降低慣性比的一種方法是使用更大慣量的電動(dòng)機(jī)。但這意味著更高的成本，更多的重量以及對(duì)系統(tǒng)其他部分(如聯(lián)軸器，電纜和驅(qū)動(dòng)器組件)的滴流作用。取而代之的是，在系統(tǒng)上增加一個(gè)齒輪箱，將負(fù)載與電動(dòng)機(jī)的慣性比降低了齒輪比的平方。

　　i =齒輪減速

　　增加負(fù)載扭矩

　　將齒輪箱與步進(jìn)電機(jī)一起使用的另一個(gè)原因是增加可用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的扭矩。當(dāng)負(fù)載由電動(dòng)機(jī)-齒輪箱組合驅(qū)動(dòng)時(shí)，齒輪箱會(huì)將電動(dòng)機(jī)的扭矩乘以與齒輪比和齒輪箱效率成比例的量。

　　T o =變速箱軸上的扭矩輸出

　　T m =電機(jī)軸上的扭矩輸出

　　η=變速箱效率

　　但是，盡管變速箱增加了扭矩，但它們卻降低了速度。(這就是為什么有時(shí)將它們稱為“齒輪減速器”或“減速器”的原因。)換句話說，當(dāng)齒輪箱連接到電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度必須更快-等于齒輪比-將目標(biāo)速度傳遞給負(fù)載。

　　N o =變速箱軸上的速度輸出

　　N m =電機(jī)軸上的速度輸出

　　并且，由于制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和其他損失，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩通常隨著速度的增加而迅速減小。速度與轉(zhuǎn)矩之間的這種反比關(guān)系意味著，在電動(dòng)機(jī)無法傳遞所需轉(zhuǎn)矩之前(即使乘以齒輪比)，僅將速度增加一定量才是可行的。

　　請(qǐng)注意，步進(jìn)電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)矩(綠色)隨著速度的增加而迅速下降，這與伺服電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)矩(藍(lán)色)不同，后者即使在高電機(jī)速度下也相對(duì)平坦。

　　減少共振和振動(dòng)

　　但是加速電機(jī)確實(shí)有好處。當(dāng)安裝齒輪箱時(shí)，電動(dòng)機(jī)需要的額外速度意味著電動(dòng)機(jī)在其共振頻率范圍之外運(yùn)行，在該共振頻率范圍內(nèi)，振蕩和振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)失步甚至失速。

　　帶齒輪箱的步進(jìn)電機(jī)(頂部)顯示出比無齒輪步進(jìn)電機(jī)(底部)明顯更少的振動(dòng)，特別是在共振頻率范圍內(nèi)的低速情況下。

　　除了確保齒輪箱具有正確的扭矩，速度和慣性值外，選擇高精度，低反沖齒輪箱也很重要-特別是在將齒輪箱連接到步進(jìn)電機(jī)時(shí)。

　　回想一下，步進(jìn)電機(jī)在開環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行，齒輪箱中的游隙降低了系統(tǒng)的定位精度，而沒有反饋來監(jiān)視或糾正定位誤差。這就是為什么步進(jìn)應(yīng)用經(jīng)常使用高精度的行星齒輪箱，其間隙低至2至3弧分的原因。一些制造商提供了帶有諧波齒輪的步進(jìn)電機(jī)，這些諧波齒輪在大多數(shù)應(yīng)用條件下都可以實(shí)現(xiàn)零背隙。