ギア比が固定されたデバイスでのギアの使用とは何ですか？

私の理解では、ギアリングシステムには2つの用途があります。出力回転の速度を変更する（トルクでそれを交換する）ためと、回転軸を変更するためです。現在、自動車では、たとえば、自動車が静止状態から動き始めたときに高トルクと高加速を可能にするために、また自動車がすでに移動しているときに高速を可能にするために、複数の利用可能なギア比が必要です。

ただし、一部のシステムでは、ギア比が固定されている場合にのみギアが使用されることがわかっています。たとえば、私の研究室ではロボットアームを使用しており、同僚はアームのギアシステムについてよく話します。しかし、アームは車のようにギア比を繰り返し変更しません。では、これらのギアは実際に何をしているのでしょうか？

モーターの出力の速度/トルクを変更する場合で、これが固定のギア比である場合、アームが別のモーターで完全に設計されていないのはなぜですか？望ましい速度/トルク特性を提供するものですか？私の直感では、高速で低トルクのモーターを大量生産する方が簡単だと思うので、非常に優れた特注のモーターを設計するよりも、これらの汎用モーターのいずれかを購入してギアリングシステムに取り付ける方が経済的ですデフォルトでその出力の高トルク....これは正しいですか？

ギアなしモーターよりもロボットアームのギア比が固定されたギア付きモーターの使用を選択する理由はさまざまです。

• Carltonがあなたの質問にコメントしたように、特定のアプリケーションの特定の速度/トルク要件を満たす未装着のモーターと、十分なトルクを提供できるモーターをロボットアームにとって大きすぎる/大容量にすることは難しいかもしれませんあまりにも空腹になります）
• 制御の観点からは、モーターが小さく、ギア比がトルクの増加/速度の低下に使用されると仮定すると、モーターの角度の大きな変化はロボットアームの角度の小さな変化になります。これは、モーターの位置を測定して命令することで、アームの位置をより正確に制御できることを意味します（より大きな角度=測定が容易です）
• また、特定のサイズのモーターを使用できるようにし、別の、おそらくより高価なモーターをアーム用に調達する代わりに使用することにした可能性もあります

考慮すべき他の多くの要因があると確信していますが、高いレベルで、これはロボットアームが非装着モーターを使用するように設計されていない理由についてのアイデアを与えるはずです。

電気モーターは通常、高速でのみ良好に動作し、内燃機関のようなものと比較すると、比較的低いトルクです。この固有の制限に対処するために、固定ギア比が使用されます。

さらに、一部の設計ではギア列を使用して、モーターではないシステムの障害点を設計できるようにします。システム（例ではロボットアーム）が非常に高価なモーターを使用している場合、過負荷の場合に安価なコンポーネントを故障させてモーターを保護したい場合があります。

銅と鉄の与えられた質量は非常に大きなトルクしか生成できません。トルクをさらに増加させると、より多くの電流が必要になります。つまり、（a）増加した磁束が鉄を飽和させ、（b）銅のI ^ 2R損失がモーターを過熱します。したがって、トルクを大きくするには鉄と銅を多く必要とします。すなわち、より大きく、重く、より高価なモーター。

さらに、トルクが増加するとI ^ 2R損失が増加するため、電気モーターは軽いトルク負荷で使用する場合に最も効率的です。

速度に同等の基本的な制限はありません。ブラシ付きモーターには、ブラシの摩耗、摩擦、加熱、火花による浸食の制限がありますが、新しいモーター（BLDCなど）には、ベアリングの速度制限や遠心力下の材料強度制限まで考慮されていません。

したがって、モーターを効率的に使用するには、モーターを高速で実行して比較的小さなトルクを生成します。その後、短期的な目的（加速など）で必要な場合は、トルクが保留されます。

したがって、高トルクと低速が必要な場合、通常、高速モーターのギアリングは、低速で使用されるダイレクトドライブモーターよりも効率的で、低コストで、軽量で、より少ない材料を使用するため、おそらく安価になります。

ギアリングやベルトなどを使用して、入力デバイス（モーター）の速度と、さらに重要なトルクを変更します。回転負荷は、トルクによって指令速度まで加速されます。ギアボックスまたはその他の減速装置を展開することにより、移動する負荷の慣性を減らします。たとえば、5：1の減速比がある場合、モータートルクは5倍に増加し、慣性は（1/5）** 2の非減速値になります。