機械傳動機構在設備運控系統中起到至關重要的作用，而無論是降速、升扭矩、匹配慣量還是優化性價比，都是通過傳動機構的轉換速比實現的。那么什么樣的傳動速比更合適？如何評估和選擇計算運控系統的機械傳動比呢？我們今天就來淺析一下減速比。

我們通暢會認為，在電機轉速輸出允許范圍內，對于相同的負載扭矩需求，傳動減速比越大，所需要的電機扭矩越小。從原理上，這并沒有什么問題，因為正如前文書說，系統輸出扭矩與傳動減速比成反比，通過傳動機構的減速，提升了系統轉矩輸出。

然而我們必須說，這是在當輸出扭矩完全（100%）作用到負載慣量時的理想狀況。在實際情況中并非完全如此，原因就在于作為輸出動力源的電機本身也是有慣量的，也就是說，電機輸出的扭矩需要同時分配給負載慣量和自身慣量。傳動機構（如減速箱）僅僅將電機輸出到負載的扭矩放大提升了，而電機在將轉矩輸出到減速箱前，先要克服電機自身慣量的加速，而這部分轉矩是直接作用在電機自身的，是無法通過減速機構去“省力”的。

當傳動減速比提升時，負載側扭矩需求的確通過減速機構傳遞轉換降低了，但是對于電機的轉速要求也同時提高了，為了滿足相同時間周期的動態響應，電機需要在相同的時間達到更高的速度，也就是說在降低電機克服負載慣量的轉矩輸出要求時，對電機加速度的要求卻提高了，而加速度也是和轉矩相關的，所以這反而提高了電機產生加速度的扭矩要求。而這一加一減的中和，最終到底是增加還是降低了扭矩呢？

讓我們通過下面這個簡單的傳動模型推測一下其中的規律。

負載需要的加速扭矩為：

Iload·β

那么電機側需要作用在負載的加速扭矩即為

Iload·β÷X

接下來計算要滿足負載加速度需求，電機需要作用在自身的扭矩大小

電機的加速度為

β·X

那么作用在電機上的扭矩為

Imotor·β·X

于是我們得出需要電機輸出的總扭矩為

我們發現總扭矩和速比之間的關系函數是一條正比例曲線和一條反比率曲線的疊加。而這條曲線的趨勢取決于電機和負載之間的慣量關系（注意，這不是負載慣量比的意思）。

這正是我們之前所說過的：

首先隨著速比的升高，速比和負載慣量成反比，使得電機更容易驅動負載，所需扭矩自然小了。

另外一方面，由于速比的提高，電機自身的轉速需求提高了，使得其自身需要更高的加速度以滿足負載的運行速度，而加速度的提升就帶來了扭矩需求的提高。

關鍵問題在于，在電機轉速范圍內，以上兩個扭矩變化的趨勢哪個是主導呢？這就要看電機的慣量大小了。

接下來，讓我們看一下當電機慣量在不同級別時，扭矩需求隨速比的變化趨勢有何不同。

在下面的曲線趨勢圖中

主坐標（左側）為轉矩

副坐標（右側）為代入減速機構后的傳動系統慣量比

橫坐標為傳動減速比

如果電機慣量很小，只有負載的1%－5%，那么趨勢是這樣的。

如果電機慣量繼續增大，將看到扭矩的最低點逐漸向速比較小的趨勢靠近。

從上面的趨勢我們可以了解的是：

適當的調整傳動比可以減小對電機扭矩的需求，在一定速比范圍內，速比的增大可以幫助減小對電機扭矩輸出的需求，而超出這個范圍，傳動比的增大反而會增大扭矩需求。從經濟性（或者節能環保）角度看，這個范圍的臨界值恰恰是扭矩曲線的最低點，此時的速比所需的電機最小，可以認為“最佳”

上面說的這個“范圍”－“最佳點”，是和電機本身慣量大小有關的。當電機慣量越小，這個速比可調節范圍就越大；電機慣量越大，這個速比可調節范圍就越小。

由于電機慣量和速比存在著這樣的關系，不同的電機其所代表的最佳傳動比都是不同的，因此在實際選型設計的時候，每更換一款電機的時候，都需要重新考慮速比的最佳匹配，可以按照應用需求將上述的趨勢曲線列出來，然后找到匹配最好的“電機”和“速比”的組合。

需要注意的是，在負載不變的情況下，電機慣量的增大，其實也在某種程度上增大了對電機扭矩的輸出需求――也就是說需要選擇更大的電機了。看看上面的曲線分析，當電機慣量增大十倍，其扭矩需求也增加了好幾倍，而在使用低慣量電機時，我們可以通過調整傳動比改善負載慣量比，而在大慣量電機時，速比調整空間很小。因此實際上我們并不推薦使用中慣量或者大慣量電機。

另外有幾點要提的，

不同廠家、不同系列的電機，扭矩、轉速特性是不同的，因此其所適應的傳動機構也是有差異的。也就是說，在更換電機品牌和系列時，我們強烈建議考慮重新評估電機特性和傳動速比。

減速比的調整可以很有效的優化和匹配機械和電氣系統，而往往調整的性價比是超高的。比如，速比為1：3，1:5，1：7，1：9的減速機，其成本在一個框架范圍內差別很小（或者相同），但是其可以極大的優化電機的匹配，使得總體成本甚至下降。

雖然扭矩是選擇電機的一個很關鍵的參數，但除此以外，還有其他需要考慮的地方，如溫升、母線電壓、電流……，同時，考慮到機械系統的復雜性，在本篇中都沒有涉及并進行進一步詳細量化分析。具體應用的選型，需要依據實際情況進一步計算和分析。