N10齿轮减速电机疲劳寿命研究

王彦科

摘要：本文研究了齿轮箱减速比和电机工作状态对N10齿轮减速电机疲劳寿命的影响。实验结果表明，在空载状态和负载状态下，N10齿轮减速电机的疲劳寿命均超过20万次，齿轮箱减速比和电机工作状态对其疲劳寿命未产生影响;在堵转状态下，N10齿轮减速电机疲劳寿命相对于空载和负载状态下大幅降低;此外，随着减速比的增大，电机的疲劳寿命减小。其原因在于，在空载和负载状态下，减速箱齿轮所受的力较小，齿轮所受力在其容许强度内;在堵转状态下，减速箱齿轮所受的力将会急剧增加;更为重要的是，在堵转发生的瞬间，减速箱内齿轮受到极大的冲击力，由于该冲击力的作用，齿轮的疲劳寿命急剧减小;齿轮箱的减速比越大，冲击力越大，齿轮的疲劳寿命也就越小。

关键词：N10齿轮减速电机;减速比;疲劳寿命

1 绪论

随着经济的发展，工业中的机电设备呈现出智能化、自动化、信息化等特点。微电机作为基础性的电子器件广泛存在于各种机电设备中，主要應用于智能家居、机器人、无人机等新兴领域。微电机分类方法较多，主要为无刷电机、直流电机、交流电机、串激电机、齿轮减速电机、开关磁阻电机等6类。微电机中最常用的是齿轮减速电机，齿轮减速电机是指减速器和电机的集成体，由专业厂家进行集成组装后，与电机一体成套供货。N10齿轮减速电机是常见的一种齿轮减速电机，其因体积小、转矩大、寿命高等优点，被广泛应用于智能家居行业等小型设备中。

N10齿轮减速电机可以按电机类型、齿轮箱减速比、电机输出轴长度等参数分类。电机的输出转矩和转速是其使用过程中最重要的参数，而齿轮箱减速比直接决定电机输出参数。另一方面，电机在机电设备中工作时呈现三种工作状态：空载状态、负载状态、堵转状态。空载状态下，电机输出轴不受任何力;负载状态下，电机输出轴提供输出转矩，输出转矩在其容许的额定转矩内;在堵转状态下，负载力超过输出转矩，电机输出轴将不再转动，输出转矩提供电机的最大转矩。在电机的使用过程中，齿轮箱的减速比和电机的工作状态将直接影响电机的疲劳寿命。

2 实验

N10电机可按齿轮箱减速比分类，齿轮箱减速比包括：1∶10，1∶20，1∶30，1∶50，1∶100，1∶150，1∶210，1∶298等。现选取常用减速比1∶50、1∶210、1∶298三种类型减速比电机进行疲劳试验，每种减速比包括三个电机。

实验选取负载为10g金属块，其上开有与电机输出轴配合孔。N10齿轮减速电机输出轴无负载时，电机处于空载状态;电机输出轴转动带动负载转动时，电机处于负载状态。当负载与限位块接触时，负载不再转动，电机不再转动，电机处于堵转状态。

在空载和负载状态下，N10齿轮减速电机先正转180°后，断电1s，然后再反转180°，此过程记为一次疲劳寿命;在堵转状态下，N10齿轮减速电机正转180°后发生堵转，堵转时间约05s，然后电机再反转180°后再次发生堵转，堵转时间约0.5s，此过程为堵转状态下的一次疲劳寿命。

实验过程中，记录电机疲劳寿命，当电机发生损坏时，则停止疲劳试验并记录疲劳寿命次数，并对三次实验数据取平均值;若电机疲劳寿命达到20万次时（额定疲劳寿命），则停止实验。

3 结论

N10齿轮减速电机疲劳寿命表

3.1 空载和负载状态

在空载和负载状态下，N10齿轮减速电机的疲劳寿命均超过20万次，超过其额定寿命。进一步，不同的齿轮减速箱的减速比对电机的疲劳寿命并未产生影响;在空载和负载两种状态下，同一减速比电机寿命也超过额定寿命，电机的工作状态并未对其疲劳寿命产生影响。在空载状态和负载状态下，齿轮箱的减速比和动作状态对电机的疲劳寿命并未产生影响，电机的疲劳寿命达到额定值。

3.2 堵转状态

在堵转状态下，N10齿轮减速电机疲劳寿命均不超过2.5万次。相对于空载和负载状态下，堵转状态下的电机疲劳寿命急剧降低。另一方面，随着齿轮箱减速比的增加，电机的疲劳寿命也在逐步降低。在相同减速比下，堵转状态下的电机疲劳寿命相对于空载和负载状态下的寿命急剧降低，其原因是电机堵转瞬间，减速箱内齿轮收到较大的冲击力，此冲击力大大高于运转过程中的力，由此导致齿轮寿命急剧减小，电机疲劳寿命减小。此外，在堵转状态下，减速比的增加，导致齿轮在堵转时受到的冲击力增加，齿轮寿命减小，电机疲劳寿命降低。

4 结语

在空载和负载状态下，N10齿轮减速电机运动过程都在其额定转矩内工作，减速箱内齿轮所受力在其承受力范围内，因此，无论何种减速比和工作状态，电机的疲劳寿命均在允许工作的范围之内。但N10齿轮减速电机在堵转状态时，由于电机瞬间的堵转，减速箱内部齿轮所受的力将大大增加，加上堵转一瞬间所产生的冲击力，此作用力大大降低了减速箱齿轮的疲劳寿命，进而导致电机的疲劳寿命急剧减小;随着减速比的增加，齿轮减速箱所受的力逐渐增大，齿轮的疲劳寿命逐渐减小，电机的疲劳寿命也随之减少。

综上可知，在空载和负载状态下，电机疲劳寿命达到额定疲劳寿命。在堵转状态下，电机疲劳寿命远远小于额定疲劳寿命。因此，在电机的使用过程中，应尽量避免电机发生堵转，提高电机的使用寿命。