N10齒輪減速電機疲勞壽命研究

王彥科

摘要：本文研究了齒輪箱減速比和電機工作狀態對N10齒輪減速電機疲勞壽命的影響。實驗結果表明，在空載狀態和負載狀態下，N10齒輪減速電機的疲勞壽命均超過20萬次，齒輪箱減速比和電機工作狀態對其疲勞壽命未產生影響;在堵轉狀態下，N10齒輪減速電機疲勞壽命相對于空載和負載狀態下大幅降低;此外，隨著減速比的增大，電機的疲勞壽命減小。其原因在于，在空載和負載狀態下，減速箱齒輪所受的力較小，齒輪所受力在其容許強度內;在堵轉狀態下，減速箱齒輪所受的力將會急劇增加;更為重要的是，在堵轉發生的瞬間，減速箱內齒輪受到極大的沖擊力，由于該沖擊力的作用，齒輪的疲勞壽命急劇減小;齒輪箱的減速比越大，沖擊力越大，齒輪的疲勞壽命也就越小。

關鍵詞：N10齒輪減速電機;減速比;疲勞壽命

1 緒論

隨著經濟的發展，工業中的機電設備呈現出智能化、自動化、信息化等特點。微電機作為基礎性的電子器件廣泛存在于各種機電設備中，主要應用于智能家居、機器人、無人機等新興領域。微電機分類方法較多，主要為無刷電機、直流電機、交流電機、串激電機、齒輪減速電機、開關磁阻電機等6類。微電機中最常用的是齒輪減速電機，齒輪減速電機是指減速器和電機的集成體，由專業廠家進行集成組裝后，與電機一體成套供貨。N10齒輪減速電機是常見的一種齒輪減速電機，其因體積小、轉矩大、壽命高等優點，被廣泛應用于智能家居行業等小型設備中。

N10齒輪減速電機可以按電機類型、齒輪箱減速比、電機輸出軸長度等參數分類。電機的輸出轉矩和轉速是其使用過程中最重要的參數，而齒輪箱減速比直接決定電機輸出參數。另一方面，電機在機電設備中工作時呈現三種工作狀態：空載狀態、負載狀態、堵轉狀態。空載狀態下，電機輸出軸不受任何力;負載狀態下，電機輸出軸提供輸出轉矩，輸出轉矩在其容許的額定轉矩內;在堵轉狀態下，負載力超過輸出轉矩，電機輸出軸將不再轉動，輸出轉矩提供電機的最大轉矩。在電機的使用過程中，齒輪箱的減速比和電機的工作狀態將直接影響電機的疲勞壽命。

2 實驗

N10電機可按齒輪箱減速比分類，齒輪箱減速比包括：1∶10，1∶20，1∶30，1∶50，1∶100，1∶150，1∶210，1∶298等。現選取常用減速比1∶50、1∶210、1∶298三種類型減速比電機進行疲勞試驗，每種減速比包括三個電機。

實驗選取負載為10g金屬塊，其上開有與電機輸出軸配合孔。N10齒輪減速電機輸出軸無負載時，電機處于空載狀態;電機輸出軸轉動帶動負載轉動時，電機處于負載狀態。當負載與限位塊接觸時，負載不再轉動，電機不再轉動，電機處于堵轉狀態。

在空載和負載狀態下，N10齒輪減速電機先正轉180°后，斷電1s，然后再反轉180°，此過程記為一次疲勞壽命;在堵轉狀態下，N10齒輪減速電機正轉180°后發生堵轉，堵轉時間約05s，然后電機再反轉180°后再次發生堵轉，堵轉時間約0.5s，此過程為堵轉狀態下的一次疲勞壽命。

實驗過程中，記錄電機疲勞壽命，當電機發生損壞時，則停止疲勞試驗并記錄疲勞壽命次數，并對三次實驗數據取平均值;若電機疲勞壽命達到20萬次時（額定疲勞壽命），則停止實驗。

3 結論

N10齒輪減速電機疲勞壽命表

3.1 空載和負載狀態

在空載和負載狀態下，N10齒輪減速電機的疲勞壽命均超過20萬次，超過其額定壽命。進一步，不同的齒輪減速箱的減速比對電機的疲勞壽命并未產生影響;在空載和負載兩種狀態下，同一減速比電機壽命也超過額定壽命，電機的工作狀態并未對其疲勞壽命產生影響。在空載狀態和負載狀態下，齒輪箱的減速比和動作狀態對電機的疲勞壽命并未產生影響，電機的疲勞壽命達到額定值。

3.2 堵轉狀態

在堵轉狀態下，N10齒輪減速電機疲勞壽命均不超過2.5萬次。相對于空載和負載狀態下，堵轉狀態下的電機疲勞壽命急劇降低。另一方面，隨著齒輪箱減速比的增加，電機的疲勞壽命也在逐步降低。在相同減速比下，堵轉狀態下的電機疲勞壽命相對于空載和負載狀態下的壽命急劇降低，其原因是電機堵轉瞬間，減速箱內齒輪收到較大的沖擊力，此沖擊力大大高于運轉過程中的力，由此導致齒輪壽命急劇減小，電機疲勞壽命減小。此外，在堵轉狀態下，減速比的增加，導致齒輪在堵轉時受到的沖擊力增加，齒輪壽命減小，電機疲勞壽命降低。

4 結語

在空載和負載狀態下，N10齒輪減速電機運動過程都在其額定轉矩內工作，減速箱內齒輪所受力在其承受力范圍內，因此，無論何種減速比和工作狀態，電機的疲勞壽命均在允許工作的范圍之內。但N10齒輪減速電機在堵轉狀態時，由于電機瞬間的堵轉，減速箱內部齒輪所受的力將大大增加，加上堵轉一瞬間所產生的沖擊力，此作用力大大降低了減速箱齒輪的疲勞壽命，進而導致電機的疲勞壽命急劇減小;隨著減速比的增加，齒輪減速箱所受的力逐漸增大，齒輪的疲勞壽命逐漸減小，電機的疲勞壽命也隨之減少。

綜上可知，在空載和負載狀態下，電機疲勞壽命達到額定疲勞壽命。在堵轉狀態下，電機疲勞壽命遠遠小于額定疲勞壽命。因此，在電機的使用過程中，應盡量避免電機發生堵轉，提高電機的使用壽命。