图1  叶斐先生  住友重机械减速机（中国）有限公司市场部助理经理

减速机是一种量大面广的通用化机电产品，其广泛应用于各个行业，如冶金、运输、化工、建筑、食品甚至艺术舞台等。因此，探讨减速机的节能化措施在现实中有着非常重要的意义，减速机的节能不仅意味着减速机效率的提高，而且能够减少企业的经济成本。本期杂志中，我们邀请了业内有代表性的企业，分别从结构、新技术、变频器和系统等方面，对减速机的节能化措施进行了深入探讨。

改进结构实现减速机节能

叶斐先生：减速机的节能意味着减速机工作效率的提高。众所周知，齿轮和箱体构成了减速机的主体。再配合油封和轴承等系列附件，构成了各种各样的减速机。因此，减速机的效率如何最主要的就是看其减速机所采用的齿轮形式及齿轮的配合。

通常减速机使用的齿轮有直齿、斜齿、伞齿、准双曲面齿轮、蜗轮蜗杆和摆线针轮等。齿轮运转时，会因摩擦而产生热能和噪声，根据能量守恒原理，减速机运转时产生的热量越高，噪声越大，则其效率越低。在发热和噪声中，发热造成的能量损失更大。

减速机运转时的热量损耗，主要是因为齿轮啮合时产生的相对滑动摩擦。因此从原理上说，直齿轮结构的减速机工作效率最高，而蜗轮蜗杆减速机由于其齿轮啮合基本都是滑动摩擦，因此效率最低。理论上讲，直齿轮减速机的效率可达到97%~99%。

但由于直齿轮的齿啮合数最少，通常仅1个齿，因此相较于其他形式的齿轮其运行噪声和振动更大，目前在减速机中已很少使用。而斜齿轮的噪声和振动相对直齿要小得多，且运行效率与直齿轮接近，所以目前在减速机中被广泛应用。

不同的斜齿轮运行效率也有所不同，这与其加工时的螺旋角有关。螺旋角越小，其在齿轮轴向上的分力越小，效率就越高，但噪声和振动就越大；反之则效率越低，而噪声和振动越小。各厂家生产的减速机由于设计时假设的运行情况不同，加工的齿轮螺旋角也会不同。如住友的HSM系列产品，是专门设计用于恶劣环境的减速机，因此其螺旋角设计为14°。

图2  Carlo Cecchi先生   邦飞利传动设备（上海）有限公司远东国家发展经理

直齿轮和斜齿轮形式一般用于平行轴型的减速机。而对于直交轴减速机，通常采用伞齿轮或蜗轮蜗杆来实现。伞齿轮在运行效率、振动和噪声等方面与斜齿轮相近，而蜗轮蜗杆则在速比、噪声和振动等方面体现了其优势。住友公司生产的准双曲面齿轮是一种介于伞齿轮与蜗轮蜗杆之间的齿轮。其效率比蜗轮蜗杆高，可达85%，而噪声和振动比伞齿轮低，甚至可被应用于对噪声有严格限制的场所，如别墅用电梯等。

另外，速比也会影响到减速机的工作效率。众所周知，齿轮的级数越多，其效率就越低。通常标准工业用齿轮箱因考虑到运行效率，通常只做到4级。住友的摆线针轮减速机可用于要求大速比的应用场合，其单级速比就可达1/119，且单级运行效率与斜齿轮接近。因此，在大速比的情况下，选用该减速机，其效率会比其他渐开线齿轮减速机的效率高。

综上所述，提高减速机的效率，要考虑采用何种形式的齿形，需根据负载、速比和工况的不同，选择不同齿轮的减速机。

陈育胜先生：减速机是一种量大面广的通用化机电产品，它的设计理念与物理学上的杠杆原理完全一样，是最为典型的省力机构。其主要功能是减速和增加扭矩。减速机输出扭矩T的计算公式为：

T= 9550 * P * i * η / n1（N.m）。式中：P为输入(电机)功率（kW）；i为减速比；η为传动总效率（%）；n1为输入(电机)转速（r/min）。

由以上公式可以得知：若要增加减速机的输出扭矩T，假设输入转速n1不变的条件下，最有效的节能举措是增加减速比i和提高减速机的传动总效率η，从而可以降低输入(电机)功率P，达到节能效果。

实践证明，改进产品结构设计同样可以实现节能目的。我们建议使用行星传动原理设计的齿轮减速机，其具有减速比大、传动效率高、结构紧凑、重量轻、性能价格比高、使用安全可靠以及寿命长等特点。如能采用行星摆线针齿轮啮合传动的减速机，替代普通渐开线齿轮减速机，其优点就更为显著。另外，采用螺旋伞齿轮取代低效率的蜗轮传动也是非常有效的节能措施。

传仕重工长期致力于高效节能产品的研发，其减速机产品种类齐全，规格多样。按输入与输出轴的布局分类有同心轴传动的T600系列摆线针轮减速机、离心机专用TZS600系列摆线针轮差速器以及风电设备专用行星齿轮减速机；平行轴传动的TR系列斜齿轮减速机、TBXP600系列摆线+斜齿轮减速机和特大型齿轮减速机；垂直轴传动的TK系列斜齿+伞齿轮减速机和TBXR600系列摆线+伞齿轮减速机；复合传动的TC600系列摆线针轮行走马达和TSG齿轮箱等。

图3  Bernd Klimek先生   诺德集团市场与传播部经理

传仕重工一直坚持与用户进行广泛的技术交流与合作，为不断提高社会效益、追求更高的可靠性和节能化，促进开发新产品及技术的改良而不懈的努力。传仕T600系列摆线针轮减速机是本公司多年的优势产品。同时，针对各种专业需要我们还能提供更多的延伸产品。

Bernd Klimek先生：自1981年起，诺德研发制造的斜齿轮硬齿面减速电机就率先采用一体成型（UNICASE）箱体，与电机直连。这种结构形式使所有轴承室都总成在一个箱体内，低速端轴承牢牢固定在箱体内，轴承室和主箱体之间不会发生位置移动，从而确保了最大化的输出转矩，产品不漏油且安全可靠。NORD生产的精密齿轮零件，经过淬火硬化和数控磨齿机进行双面磨齿后，完全符合DIN 3990和Niemann标准。齿轮使用寿命长，保证减速机使用效率达96%以上。其他主要零件如输出轴和键等部件都经过精确计算和控制，以确保最佳使用性能。

根据不同的减速机结构形式，用户还能获得特殊措施带来的节能优势。例如在同轴型斜齿轮减速机中，滚动模式得以最优化，这样就把因机械摩擦导致的效率损失降至最低。同样的，为了降低因摩擦产生的效率损失，蜗轮蜗杆减速机均采用合成润滑油。

新技术助力减速机节能

Carlo Cecchi先生：新技术，包括微电子技术、功率电子技术以及现场总线通信等技术的快速发展为减速机节能带来了很大帮助。以风力发电设备为例，现在我们可以很容易的利用变频器进行偏转角和俯仰角的控制，并通过同步或异步发电机供给直接发电。更具体地，可以利用变频器对吊篮和转子叶片进行最佳定位控制。所有变频器都可以和现代化的现场总线接口，现场总线也可以很方便的与主风轮机接口，达到最佳系统控制。此外，其还可与电网控制系统甚至更高级的自动化系统接口，以实现更复杂的控制功能。

最后还有很重要的一点就是功率电子技术在风轮机发电控制方面还能起到更大的作用。怎样做呢？很简单，使用由旋转发电机供电的变频器，以很小的谐波量（小于5%）给网络提供完整的正弦波（电压和电流），功率因数就会很高且不会失真。此方案能减少或解决多个风轮机向同一个电网供电时的问题。

减速机-变频器一体化节能方案

Bernd Klimek先生：减速机可以和多种变频器组合，并且具备磁化自动调整选件。在非满负荷运行条件下，该内置功能能够满足用户降低磁场的要求，从而避免了不必要的电机能耗。作为动力传动领域的先驱生产企业，诺德始终致力于为客户提供广泛的咨询服务、技术支持和专为客户设计的定制化解决方案。

诺德生产的SK 500E系列变频器是与减速机结合使用达到节能目的的典型电子驱动产品，该变频器可在探测到异步电机非满负荷运转后，自动降低磁场，节约能源消耗。

与此同时，电机电流可根据使用需要进行自动调整，将热量损失控制在最低程度。尤其是在泵、风扇或传输带以较低速度运行时，能源节约更是非常可观。大多数工业驱动系统都能从能源节约中受益，但这并不适用于高动态响应起停频繁的某些应用中。当自动调整功能激活时，该变频器仅需要低于常规不带自动调整功能变频器30%的能量。而常规变频器则在电机运行过程中始终提供恒定不变的磁场。尤其当运行负载仅为额定负载的10%~15%时，可以实现最大成本节约。SK 500E系列变频器采用了无传感矢量电流控制，专为中度负载而设计。并且该系列所有产品均提供参数可调节面板和用户友好设置界面，并适用于所有标准总线系统。

减速机系统的节能

Carlo Cecchi先生：现在整个工业界都在谈论系统节能问题，而在减速机系统节能方面我更乐意给出解决方案。还是以风力发电设备为例，带有行星减速电机和变频器的驱动系统，是风力发电应用领域的新趋势。从小系统到最新的5MW系统都有。其为系统提供尽可能高的能量输出的同时，也要保证最低的潜在风险。该系统一方面能使吊篮和风轮机一直与风向垂直，以最大化的利用风能；另一方面，转子风叶也能被带到理想位置。虽然系统的规格不同，而功率与规格及设备的配置密切相关，但Bonfiglioli所提供的都是标准组件，使用灵活方便。以最佳速度运行对于从转子到发电机的整个系统效率来说都是至关重要的。若转速太低，产生的能量不足；而转速太高，风轮机则可能遭到损坏。

图4  陈育胜先生   传仕重工（苏州）有限公司董事长

当然，在为系统配套时，除产品自身特点以外，用户还必须考虑供应商可提供的背景专业、咨询以及系统研究等方面的知识。值得用户信赖的供应商应具备以下优点：可以提供灵活的技术，国际形象良好，工作程序简单，能迅速响应并解决用户遇到的具体问题。

Bernd Klimek先生：在减速机系统节能方面诺德采取了很多措施，以实现最大化的能源节约。NORD首先逐步完善了产品组合，可提供包括电机、齿轮和智能电子控制器在内的系统解决方案，以便优化和提高整个驱动系统的能源利用率。与传统驱动设备相比，经过优化的产品可节省高达40 ％的运行费用。在许多工厂，如应用范围广泛的各类输送带、压缩机或泵上，整体能量消耗主要来自驱动设备对能源的消耗，这使得高效节能的驱动技术特别有吸引力。

NORD高效率解决方案基于特殊的设计和材料，如采用更大铜绕组和特殊屏蔽金属用于三相电机定子。由于电机在整个使用周期中98％的成本来自于能源消耗，只有2%来自于采购成本，因此我们仍建议用户使用节能型电机，即使其初始采购费用较高，但很快就能获得投资回报。

陈育胜先生：在整体解决方案节能方面，我有两个建议：首先要帮助用户正确合理选择减速机的型号规格，让用户得到真正高性价比的产品，并为其提供安全可靠的技术保障，提高减速机的传动效率，减少电机的无效功率，避免“大马拉小车”的现象。其次要指导用户正确合理安装和使用减速机。如果减速机安装基础差，或与被驱动设备连接不当，选用润滑油的牌号规格及油位的高低不合适，都会引起运转异常，发生噪声和振动增大和温升增加等现象，最终造成驱动电机电流上升，功率增加，造成能源浪费。