Auswahlhilfe für Mikrogetriebe – So wählen Sie das Zahnradmaterial aus

Der Einfluss des Zahnradmaterials auf die Leistung von Mikrogetrieben Bei der Anwendung von Mikrogetrieben bestimmt die Wahl des Zahnradmaterials Leistung, Lebensdauer,…

Der Einfluss des Zahnradmaterials auf die Leistung von Mikrogetrieben

Bei der Anwendung von MikrogetriebeDie Wahl des Zahnradmaterials bestimmt Leistung, Lebensdauer und Zuverlässigkeit. Bei falscher Materialwahl kann es zu schnellem Verschleiß, übermäßiger Geräuschentwicklung oder schlechter Betriebsleistung des Getriebes kommen.

Gibt es das „beste“ Ausrüstungsmaterial?

Dies ist eine der am häufigsten gestellten Fragen unserer Kunden. Die Antwort von SGMADA lautet: Es gibt kein „bestes Ausrüstungsmaterial“., sondern das für Ihre Anwendung am besten geeignete Zahnradmaterial.

Um die bestes Zahnradmaterial (bestes Material für Getriebezahnräder)muss ein Gleichgewicht zwischen Schlüsselfaktoren wie Tragfähigkeit, Herstellungskosten und Betriebsumgebung. Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Materialeigenschaften der Zahnräder, so dass die „Bestes“ Ausrüstungsmaterial ist individuell auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten.

In diesem Artikel teilen wir SGMADAs 20 Jahre Erfahrung mit Ausrüstungsmaterialien, die Ihnen helfen, die bestes Ausrüstungsmaterial für Ihre Bewerbung.

Allgemeine Materialklassifizierung und Eigenschaften von Mikrogetriebezahnrädern

Bei der Gestaltung von Mikrogetriebe bei SGMADA haben wir Legierungszahnräder Und Kunststoffzahnräder. Nach 20 Jahren Erfahrung im Zahnraddesign haben wir die Eigenschaften der folgenden Zahnradmaterialien zusammengefasst.

Kunststoffzahnradsammlung — *Kunststoffzahnrad*

Zahnräder aus Metalllegierungen

Metalllegierungen werden typischerweise für Mikrozahnräder verwendet, die hohen Belastungen, Verschleiß oder rauen Umgebungsbedingungen standhalten müssen. Diese Materialien bieten überlegene Festigkeit und Haltbarkeit.

Material	Dichte (g/cm³)	Zugfestigkeit (MPa)	Härte (HRC)	Korrosionsbeständigkeit
Kupferlegierungen	8.5-8.9	300-1000	20-40	✅✅✅
Eisenlegierungen	7.2-7.8	250-600	20-55	✅
Werkzeugstahllegierungen	7.8-8.0	600-1200	50-62	❌
Aluminiumlegierungen	2.7-2.9	200-500	10-30	✅✅✅

Nichtmetallische Werkstoffe

Nichtmetallische Zahnräder bestehen hauptsächlich aus Kunststoff. Diese Zahnradmaterialien werden zur Herstellung von Miniaturzahnrädern verwendet, die geräuscharm oder kostengünstig sein müssen.

Material	Dichte (g/cm³)	Zugfestigkeit (MPa)	Härte (HRC)	Korrosionsbeständigkeit
POM (Polyoxymethylen)	1.41 – 1.43	60 – 100	80 – 90	✅✅✅
PS (Polystyrol)	1.04	40 – 70	70 – 85	✅✅
Nylon (Polyamid)	1.13 – 1.15	70 – 90	70 – 80	✅✅✅
Bakelit (Elektroholz)	1.3	30 – 60	50 – 60	✅

Gang

SGMADA verarbeitet eine Vielzahl von Zahnradmaterialien nach drei Hauptherstellungsverfahren:

1. Wälzfräsen

Materialien: Stahllegierungen, Aluminiumlegierungen
- Stahllegierungen sind robust, langlebig und ideal für hochbelastete und hochpräzise Zahnräder.
- Aluminiumlegierungen sind leicht und einfach zu bearbeiten.

2. Pulvermetallurgie

Materialien: Eisenbasierte Legierungen
- Eisenbasierte Legierungen sind kostengünstig und bieten eine hervorragende Verschleißfestigkeit.

3. Kunststoffspritzguss

Materialien: Nylon (PA), Polycarbonat (PC)
- Nylon (PA) verfügt über hervorragende selbstschmierende Eigenschaften, geringe Reibung und hohe Verschleißfestigkeit.
- Polycarbonat (PC) bietet hohe Schlagfestigkeit und Festigkeit, geeignet für Zahnräder in der Elektronik und Verbraucheranwendungen.

5 Schlüsselfaktoren bei der Auswahl von Zahnradmaterialien

Bei der Auswahl von Zahnradmaterialien sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Als Experten auf dem Gebiet der Mikrozahnräder empfiehlt SGMADA, bei der Auswahl von Zahnradmaterialien die folgenden fünf Faktoren zu berücksichtigen.

1. Getriebetragkraft

Die Belastbarkeit eines Zahnrads bestimmt dessen Haltbarkeit und Zuverlässigkeit in einer bestimmten Anwendung. Eine Unterlast des Zahnrads führt zu Verformungen, Geräuschen und Vibrationen im mechanischen System.

Material	Ausrüstungsstärke	Schlagfestigkeit
Kunststoff (z. B. POM)	❌	✔️✔️
Bakelit	❌	❌
Nylon	✔️	✔️✔️
Stahllegierungen	✔️✔️	✔️✔️✔️
Eisenlegierungen	✔️	✔️✔️

2. Temperaturanpassungsfähigkeit

Temperaturanpassungsfähigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Werkstoffs, seine mechanischen Eigenschaften unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen beizubehalten. Für die Getriebekonstruktion ist es entscheidend, sowohl die erzeugte Wärme während des Getriebebetriebs und der Umgebungstemperatur in dem das Getriebe arbeitet.

Wenn Zahnräder Temperaturen außerhalb ihres optimalen Bereichs ausgesetzt sind, können verschiedene Probleme auftreten:

Reduzierte Stärke: Bei hohen Temperaturen können Materialien ihre Härte und Festigkeit verlieren, was zu Verformungen oder Brüchen unter Belastung führen kann.
Kryogene Sprödigkeit: Bei extremer Kälte werden bestimmte Materialien spröde und können unter Belastung leicht reißen oder brechen.
Erhöhte Reibung und Verschleiß: Höhere Temperaturen führen dazu, dass sich Materialien ausdehnen, was die Reibung erhöht und den Verschleiß beschleunigt, während niedrigere Temperaturen zu einer Kontraktion führen können, die die Passform und Funktion beeinträchtigt.

Lassen Sie uns nun die Temperaturanpassungsfähigkeit von fünf gängigen Zahnradmaterialien untersuchen:

3. Getriebegeräusche

Die Entstehung von Getriebegeräuschen hängt eng mit Faktoren wie Materialreibung, Schmiereigenschaften und Materialhärte zusammen. Gleichzeitig muss auch die Bearbeitungsgenauigkeit des Getriebes berücksichtigt werden.

Lärmquellen und Einflussfaktoren

Reibung: Beim Zahneingriff können Geräusche aufgrund rauer oder unebener Kontaktflächen oder unzureichender Schmierung entstehen. Je höher die Reibung, desto wahrscheinlicher ist die Geräuschentwicklung.
Selbstschmierende Eigenschaften: Selbstschmierende Materialien minimieren die Reibung beim Eingriff und reduzieren so den Geräuschpegel. Diese Materialien reduzieren den Bedarf an externer Schmierung und reduzieren so den Geräuschpegel zusätzlich.
Härte: Härtere Materialien neigen dazu, die Reibung zu erhöhen und mehr Lärm zu erzeugen, während weichere Materialien die Reibung verringern, was zu einem leiseren Betrieb führt.
Präzision: Die Fertigungsgenauigkeit der Zahnräder spielt eine wesentliche Rolle für den Geräuschpegel. Höhere Präzision sorgt für ein besseres Ineinandergreifen der Zahnräder und minimiert Geräusche durch Fehlausrichtung oder ungleichmäßigen Verschleiß.

Material	Selbstschmierend	Reibung	Geräuschentwicklung	Schmierbedarf
Kunststoff (POM)	Ja	Niedrig	✅ Ausgezeichnet	Minimal
Bakelit	NEIN	Mäßig	✅ Gut	Benötigt externes Schmiermittel
Nylon (PA)	Ja	Niedrig	✅ Ausgezeichnet	Minimal
Stahllegierungen	NEIN	Hoch	❌ Schlecht	Erfordert umfangreiche Schmierung
Eisenlegierungen	NEIN	Mäßig	✅ Gut	Benötigt Schmierung

Bitte beachten Sie: Diese Materialanalysetabelle basiert ausschließlich auf den Eigenschaften der Zahnradmaterialien. Der Gesamtgeräuschpegel des Getriebes hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter Zahnradmaterial, Fertigungspräzision, Zahnradfestigkeit und Zahneingriffsausrichtung.

4. Kosten des Getriebes

Bei der Auswahl von Zahnradmaterialien sind die Kosten ein entscheidender Faktor. Preis und Verarbeitungsaufwand verschiedener Materialien wirken sich direkt auf die Wirtschaftlichkeit des Produkts aus. Im Folgenden finden Sie eine vergleichende Analyse der Kosten und Verarbeitungskosten gängiger Zahnradmaterialien.

Merkmal	Kunststoff (POM)	Nylon (PA66)	Bakelit	Eisenlegierungen	Stahllegierungen
Materialkosten	Medium	Hoch	Niedrig	Medium	Hoch
Verarbeitungsmethode	Spritzguss, CNC-Schneiden	Spritzguss, CNC-Schneiden	Formpressen, CNC-Schneiden	Gießen, CNC-Schneiden	Gießen, CNC-Schneiden
Bearbeitungskosten	Niedrig	Medium	Hoch	Hoch	Hoch
Kosten der Chargenproduktion	Niedrig	Medium	Hoch	Hoch	Hoch
Stückkosten	Niedrig	Medium	Hoch	Hoch	Hoch

5. Genauigkeit der Getriebezahnradbearbeitung

Die Bearbeitungsgenauigkeit von Zahnrädern hängt vom Material und dem Herstellungsverfahren ab. Hier ein vereinfachter Vergleich der Genauigkeitsgrenzen verschiedener Materialien und ihrer Bearbeitungsverfahren:

Material	Verarbeitungsmethode	Genauigkeitsbereich
Kunststoff (POM)	Spritzguss, CNC-Schneiden	Hohe Präzision (±0,05 mm)
Nylon (PA66)	Spritzguss, CNC-Schneiden	Hohe Präzision (±0,05 mm)
Bakelit	Formpressen, CNC-Schneiden	Mäßige Präzision (±0,1 mm)
Eisenlegierungen	Gießen, CNC-Schneiden	Mäßige Präzision (±0,1 mm)
Stahllegierungen	Gießen, CNC-Schneiden	Geringe bis mittlere Präzision (±0,2 mm)

Empfehlungen für Zahnradmaterialien für verschiedene Anwendungen

Die Auswahl von Zahnradmaterialien erfordert sowohl theoretisches Wissen als auch praktische Erfahrung. Bei SGMADA kombinieren wir 20 Jahre Expertise im Mikrogetriebedesign mit detaillierter Materialwissenschaft, die Sie bei der Auswahl des richtigen Zahnradmaterials für jede Anwendung unterstützt.

⚙️ Hohe Festigkeit und Haltbarkeit

🔻 Bestes Material: Stahllegierungen, Eisenlegierungen
🔻 Anwendungen: Elektrowerkzeuge
🔻 Warum?: Hohe Zugfestigkeit, Verschleißfestigkeit und lange Lebensdauer
🔻Verarbeitung: Wälzfräsen, CNC-Schneiden, Pulvermetallurgie

⚙️ Hohe Präzision und Leistung

🔻 Bestes Material: Kunststoff (POM, Nylon), Stahllegierungen
🔻 Anwendungen: Robotik, medizinische Geräte
🔻 Warum?: Hohe Präzision, geringe Reibung und hervorragende Dimensionsstabilität
🔻 Verarbeitung: Spritzguss, Wälzfräsen

⚙️ Geräuscharm und reibungsloser Betrieb

🔻 Bestes Material: Kunststoff (POM, Nylon)
🔻 Anwendungen: Haushaltsgeräte
🔻 Warum?: Selbstschmierend, geräuscharm und leicht
🔻 Verarbeitung: Spritzguss

⚙️ Kostengünstige Massenproduktion

🔻 Bestes Material: Pulvermetallurgie (Eisenlegierungen)
🔻 Anwendungen: Industrieausrüstung, preisgünstige Konsumgüter
🔻 Warum?: Geringere Materialkosten, effizient für die Produktion im großen Maßstab
🔻 Verarbeitung: Pulvermetallurgie

So finden Sie Ihr „bestes Ausrüstungsmaterial“

🔍 Auswahlprozess für Zahnradmaterialien

✅ Anforderungen definieren → Identifizieren Sie Schlüsselfaktoren wie Belastung, Präzision, Geräuschpegel und Kosten.
✅ Materialeigenschaften anpassen → Vergleichen Sie Materialien hinsichtlich Festigkeit, Haltbarkeit und Verarbeitungsmöglichkeit.
✅ Kosten und Fertigung validieren → Stellen Sie sicher, dass das ausgewählte Material den Budget- und Produktionsbeschränkungen entspricht.