Auswahlhilfe für Mikrogetriebe – So wählen Sie die Getriebewelle aus

Bei Mikrogetriebeanwendungen spielt die Getriebewelle eine zentrale Rolle, indem sie die mechanische Energie des Motors auf die vorgesehene Anwendung überträgt und als kritischer … dient.

Bei Mikrogetriebeanwendungen spielt die Getriebewelle eine zentrale Rolle, indem sie die mechanische Energie des Motors auf die vorgesehene Anwendung überträgt und als wichtige Verbindung zwischen dem Getriebemotor und Ihrer Maschine dient.

Doch wie wählt man die ideale Abtriebswelle aus?

Die Antwort liegt in der Abwägung mehrerer Schlüsselfaktoren: Materialstärke, Anschlussdesign, Drehmomentwiderstand, Und Umweltbedingungen. Jeder Faktor ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Welle nicht nur unter Last effizient funktioniert, sondern auch den spezifischen Anforderungen Ihrer Betriebsumgebung gerecht wird.

In diesem Artikel nutzen wir die 20-jährige Erfahrung von SGMADA im Bereich der Abtriebswellenkonstruktion, um Sie zur optimalen Lösung für Ihre Mikrogetriebeanwendung zu führen.

4 Faktoren, die wir bei der Getriebewelle berücksichtigen

Achten Sie bei der Auswahl der richtigen Abtriebswelle für Ihr Mikrogetriebe auf diese vier Schlüsselfaktoren:

1.Materialstärke

Die Materialauswahl für die Getriebeausgangswelle hängt im Wesentlichen von zwei Faktoren ab:

Materialstärke: Das Material muss über eine ausreichende Festigkeit verfügen, um den Betriebsbelastungen standzuhalten.
Produktionskosten: Bei der Herstellung der Abtriebswelle steht die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund.

Material	Stärke	Kosten	Verarbeitung
Edelstahl (304/316)	+	–	Konventionelle Bearbeitung und Schweißen
Kohlenstoffstahl	+	+	Standardbearbeitung
Titanlegierung	++	–	Spezialisierte Bearbeitungstechniken
Technische Kunststoffe (POM)	–	+	Spritzguss & Kunststoffverarbeitung

Wichtiger Hinweis:
In typischen Getriebeanwendungen werden Kunststoffmaterialien aufgrund ihrer unzureichenden Festigkeit im Allgemeinen nicht für Ausgangswellen verwendet. Für die meisten Getriebeszenarien werden Metalllegierungen wie Edelstahl, Kohlenstoffstahl oder Titan bevorzugt, um eine robuste Leistung und Sicherheit zu gewährleisten.

2.Verbindungsdesign

Die Form der Ausgangswelle sollte entsprechend der spezifischen Anwendung des Getriebemotors ausgewählt werden. Die Verbindungsmethode der Getriebeausgangswelle mit verschiedenen mechanischen Strukturen bestimmt deren Formgestaltung.

Wellentyp	Merkmale	Diagrammdarstellung
Runder Schaft	Einfaches, robustes Design für moderates Drehmoment	O
Passfederwelle	Enthält einen Schlüsselschlitz für eine sichere Verbindung	O▭
Keilwelle	Mehrere Rillen für eine gleichmäßige Drehmomentverteilung	O[=]
Gewindeschaft	Außengewinde zur Befestigung von Befestigungselementen	Oh ~~~~
Hohlwelle	Leichtgewicht mit hohler Mitte	O (hohl)
Integrierte Getriebewelle	In die Welle integrierte Verzahnung	O⚙

3.Drehmomentwiderstand

Der Drehmomentwiderstand ist der Schlüssel zur Gewährleistung der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Ausgangswelle, damit diese das erforderliche Drehmoment sicher übertragen kann, ohne dass es zu Ausfällen, Verformungen oder übermäßigem Verschleiß kommt. Um sicherzustellen, dass die Welle innerhalb des erforderlichen Drehmomentbereichs arbeitet, müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

Berechnung der Drehmomentbelastung:
Berechnen Sie das erwartete Drehmoment basierend auf der Motorleistung und dem Übersetzungsverhältnis, um das Mindestdrehmoment zu bestimmen, das die Welle aushalten muss, um einen Ausfall zu vermeiden.
Materialauswahl:
Aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit und Streckgrenze werden Materialien wie legierter Stahl, Edelstahl oder Titan gewählt, die eine bessere Spannungsbeständigkeit und Dauerfestigkeit aufweisen.
Wellendurchmesser:
Ein größerer Wellendurchmesser hilft, höheren Drehmomenten standzuhalten. Die richtige Dimensionierung basierend auf Materialstärke und angewandtem Drehmoment stellt sicher, dass die Welle Biegungen oder Verdrehungen widersteht.
Sicherheitsfaktor:
Konstruieren Sie die Welle so, dass sie Drehmomentspitzen über dem erwarteten Maximum verkraften kann, und stellen Sie sicher, dass sie unerwarteten Lastschwankungen standhält.
Ermüdungsbeständigkeit:
Wiederholte Drehmomentzyklen können zur Materialermüdung führen. Der Einsatz ermüdungsbeständiger Werkstoffe und eine optimierte Wellengeometrie (z. B.

4.Umweltbedingungen

Auch die Umgebungsbedingungen spielen bei der Auswahl der Getriebeausgangswelle eine Rolle, da sie sich direkt auf die Materialleistung und Haltbarkeit auswirken. Ausgangswellen müssen so konstruiert sein, dass sie bestimmten Umweltbelastungen wie Korrosion, hohen oder niedrigen Temperaturen standhalten.

Umgebungsbedingungen	Beschreibung	Materialien/Beschichtungen
Korrosionsbeständigkeit	Für feuchte oder chemisch aggressive Umgebungen.	Edelstahl, Nickel/Zink-Beschichtung
Hohe Temperaturen	Hohe Temperaturen können Materialien schwächen.	Titanlegierungen, Vergütungsstähle, Keramik
Niedrige Temperatur	Niedrige Temperaturen können Materialien spröde machen.	Edelstahl, Speziallegierungen
Umweltfreundliche Beschichtungen	Oberflächenbehandlungen zur Verbesserung der Beständigkeit.	DLC, PTFE-Beschichtungen

Wie bearbeiten wir die Getriebewelle?

Bei SGMADA verwenden wir effiziente und präzise Methoden zur Bearbeitung der Getriebewelle und gewährleisten so hohe Qualität und Zuverlässigkeit. Unser Prozess umfasst:

1. Bearbeitungsprozess

Bei SGMADA verwenden wir folgende Verfahren zur Bearbeitung der Getriebewelle:

CNC-Bearbeitung:
Wir verwenden CNC-Maschinen um die Getriebewelle präzise zu formen und zu schneiden, damit sie die genauen Spezifikationen erfüllt und eine hohe Genauigkeit und Konsistenz gewährleistet wird.
Keilwellen-Abwälzfräsen:
Für Wellen, die eine Keilverzahnung erfordern, verwenden wir Keilwellen-Abwälzfräsen um Passfedernuten oder Keilwellenprofile zu erzeugen, die eine sichere Verbindung mit anderen Komponenten ermöglichen.

2. Oberflächenbehandlung

Nach der Bearbeitung wenden wir die folgenden Oberflächenbehandlungen an, um die Haltbarkeit der Welle zu verbessern:

Wärmebehandlung:
Durch diesen Vorgang werden Härte und Festigkeit der Welle verbessert, sodass sie widerstandsfähiger gegen Verschleiß und Ermüdung wird.
Galvanisieren:
Wir bewerben Galvanisieren (Nickel- oder Zinkbeschichtungen) zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Gewährleistung einer guten Leistung der Welle auch in rauen Umgebungen.

Wie lässt sich die Getriebewelle in Anwendungen integrieren?

Schritt 1. Berechnen Sie die Drehmomentbelastung auf der Getriebewelle

Bestimmen Sie anhand der Drehmomentanforderungen des Systems das maximale Drehmoment, dem die Welle standhalten muss. Dieser Wert wirkt sich direkt auf die Auswahl geeigneter Materialien und Wellendurchmesser aus. Die Form der Welle (z. B. Rundwelle, Passfedernut, Keilwellenprofil usw.) muss ebenfalls den Lastanforderungen entsprechen.

Der minimale Wellendurchmesser basierend auf der angegebenen Drehmomentformel:

$$T = \frac{\pi d^3 \tau}{16}$$

kann mit dem folgenden Ausdruck berechnet werden:

$$d = \frac{2 \cdot 2^{\frac{1}{3}} \cdot \left( \frac{T}{\tau} \right)^{\frac{1}{3}}}{\pi^{\frac{1}{3}}}$$

Wo:

T ist das auf die Welle ausgeübte Drehmoment
τ ist die Scherspannung des Materials.

Schritt 2. Berücksichtigen Sie die Art der Belastung: Dauerbelastung oder Stoßbelastung

Konstante Belastung:
Wählen Sie für Dauerbelastungen eine Standardwelle aus Kohlenstoffstahl mit Passfedernut, die ein gleichmäßiges Drehmoment effektiv überträgt.

Stoßbelastung:
Wählen Sie für hohe Stoßbelastungen eine Welle aus legiertem Stahl mit Keilwellendesign und erhöhen Sie den Sicherheitsfaktor, um die Stoßfestigkeit und Haltbarkeit zu verbessern.

Schritt 3: Berücksichtigung der Auswirkungen der Umgebung auf die Ausgangswelle

Als letzten Schritt sollten wir das Material und den Prozess der Abtriebswelle aus der Arbeitsumgebung der Abtriebswelle betrachten.

Umfeld	Material/Konstruktion	Zweck
Hohe Temperaturen	Titanlegierungen, hitzebeständiger Stahl	Behält die Festigkeit bei hohen Temperaturen bei
Niedrige Temperatur	Edelstahl, Niedertemperaturlegierungen	Verhindert Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen
Korrosive Umgebung	Edelstahl, korrosionsbeständige Beschichtungen (zB Nickel, Verzinkung)	Beständig gegen Korrosion unter rauen Bedingungen

Getriebewelle Praktische Werkzeuge Empfehlung

Software zur Berechnung der Wellenfestigkeit (z. B. MITCalc Shaft Design):
MITCalc Shaft Design ist ein zuverlässiges Tool zum Berechnen der Festigkeit, Abmessungen und Spannung von Wellen. Es hilft bei der Konstruktion von Wellen, die die erforderlichen Belastungs- und Sicherheitsstandards erfüllen und so optimale Leistung in Getriebesystemen gewährleisten.

3D-Modellbibliotheken:
Zur Vereinfachung des Designs und der Komponentenintegration können Sie 3D-Modellbibliotheken verwenden wie TraceParts oder GrabCAD. Diese Plattformen bieten umfangreiche Sammlungen von Standardwellen- und Zahnradmodellen, sodass Sie vorgefertigte Komponenten schnell herunterladen und in Ihre Projekte implementieren können.