机械硬件知识学习

1.电机减速机、扭矩

减速机的原理是什么？
电机加上减速机可以实现低速大扭矩，减速机(增扭机)的作用就是减小速度，增大输出扭矩。根据能量守恒，转速低了扭矩自然要高。

为什么要用到减速机？
是由于电机运转时转速很高，但扭力很小，此时利用一个减速装置来降低电机转速，同时提升负载能力（提升扭力或扭矩），等于提高了电机的工作能力。因为能量守恒定律告诉我们，电机输出功率不可能无缘无故地变，只可能因为各种损耗变成热能量了。功率不变，速度减小，那就使力量（力矩）变大了；而且我们想要理想的扭矩，要么要一个大的伺服，要么要一个小的伺服加一个减速机，结果一般是一个伺服加一个减速机的成本小于一个大号伺服的价格。

那么扭矩又是什么呢？
它是功率的两个“来源”或“组成”之一。扭矩的计量单位是牛·米/N·m，扭矩是旋转的力，而非高中物理常见的直线力。火箭发动机，输出的是直线推力，于是描述火箭发动机的推力直接用“xxxx吨”、“xxxx牛”。但是在汽车或一些工业设备上，却需要一些旋转力。比如汽车行驶是靠轮子，驱动车轮的力是旋转力，这样情况就稍稍复杂了，因为旋转力不像直线力那么方便量化。

同样的一个旋转物体，在离旋转轴心不同距离/半径处，表现出的力的大小一定是不同的。
初高中学习过的杠杆效应：越是离轴心近/半径小，对外表现出的力越大；离轴心越远/半径大，对外表现出的力越小——但实际上，那个使物体旋转的力，并没有变。反过来，杠杆定理告诉我们，要给一个物体施加某个大小的旋转力，可以在离轴心较近的位置（小半径）施加较大的力，也可以在离轴心较远的位置（大半径）施以较小的力。只要力和力臂的乘积相同，二者最终的效果是完全一致的。

于是问题来了：对于一个旋转的力，“xx牛”无法确定其大小。
比方说，假如我们说一个旋转的力是“10牛”，怎么知道是在离轴心/半径0.5米处是10牛？还是在离轴心/半径1米处是10牛呢？反过来，是在离轴心0.5米处施加10牛的力，这个旋转力算“10牛”？还是在离轴心1米处施加10牛的力，这个旋转力算“10牛”呢？
说不清了这就。

直线力的单位“xx牛”不行，但力与力臂的乘积却可以。
因为根据杠杆定理，只要力与力臂的乘积是同一个定值，那么对于杠杆中心施加的作用效果就是相同的。既然描述直线力的“xx牛”无法描述一个旋转的力，我们借来杠杆定理公式，取力与力臂的乘积，作为旋转力的计量单位。

于是，就有了这个看上去好复杂、好高级、好难懂的扭矩单位，“牛·米/N·m”——其实不过是“牛/N”的“旋转版本”。
在离旋转物体轴心/半径1米处，施以1牛顿大小的力，作用于这个物体的旋转力即为1牛·米；反之同理，在1牛·米的旋转力作用下，离旋转轴心1米半径处，力的大小为1牛顿。