微型变速箱选择指南 – 如何选择变速箱轴

在微型变速箱应用中，变速箱轴通过将电机的机械能传输到预期应用起着关键作用，是齿轮电机和机械之间的关键连接。

但是如何选择理想的输出轴呢？

答案在于平衡几个关键因素： 材料强度, 连接设计, 抗扭矩， 和 环境条件. 每个因素对于确保轴不仅能在负载下有效运行，而且还能满足您的操作环境的特定要求都至关重要。

在本文中，我们利用 SGMADA 在输出轴设计方面 20 年的专业知识来指导您找到微型变速箱应用的最佳解决方案。

关于变速箱轴我们考虑的 4 个因素

为微型变速箱选择合适的输出轴时，请关注以下四个关键因素：

1.材料强度

材料选择 变速箱输出轴的转动惯量主要取决于两个因素：

• 材料强度： 材料必须具有足够的强度来承受操作负荷。
• 生产成本： 制造输出轴的成本效益是一个关键考虑因素。

材料	力量	成本	加工
不锈钢 (304/316)	+	–	常规加工和焊接
碳钢	+	+	标准加工
钛合金	++	–	专业加工技术
工程塑料 (POM)	–	+	注塑和塑料加工

重要通知：
在典型的齿轮箱应用中，由于强度不足，输出轴一般不采用塑料材料。在大多数齿轮传动场景中，不锈钢、碳钢或钛等金属合金是首选，以确保坚固的性能和安全性。

2.连接设计

输出轴的形状应根据齿轮马达的具体用途来选择，不同机械结构的齿轮输出轴的连接方式决定了其形状设计。

轴类型	特征	示意图
圆轴	设计简单、坚固，适合中等扭矩	哦
键控轴	包含一个用于安全连接的钥匙槽	哦▭
花键轴	多个凹槽可实现均匀的扭矩分配	否[=]
螺纹轴	用于紧固件连接的外螺纹	噢~~~~
空心轴	重量轻，中心空心	O（空心）
整体齿轮轴	齿轮齿沿轴集成	哦

3.抗扭矩

扭矩阻力是确保输出轴耐用性和可靠性的关键，使其能够安全地传输所需的扭矩而不会发生故障、变形或过度磨损。确认轴在所需扭矩范围内运行时，应考虑几个因素：

• 扭矩载荷计算：
  根据电机功率和齿轮比计算预期扭矩，以确定轴必须承受的最小扭矩，以避免发生故障。
• 材料选择：
  选择具有高抗拉强度和屈服强度的合金钢、不锈钢或钛等材料，可获得更好的抗应力和耐疲劳性。
• 轴径：
  轴直径越大，越能承受更大的扭矩。根据材料强度和施加的扭矩选择合适的尺寸，可确保轴能够抵抗弯曲或扭曲。
• 安全系数：
  设计轴以处理超出预期最大值的扭矩峰值，确保它能够承受意外的负载波动。
• 抗疲劳性：
  重复的扭矩循环会导致材料疲劳。使用抗疲劳材料并优化轴的几何形状（例如

4.环境条件

环境条件也是齿轮输出轴选择的一个因素，因为它们直接影响材料性能和耐用性。输出轴必须设计成能够承受特定的环境挑战，例如腐蚀、高温或低温。

环境条件	描述	材料/涂层
耐腐蚀	适用于潮湿或化学腐蚀环境。	不锈钢，镀镍/镀锌
高温	高温会削弱材料。	钛合金、热处理钢、陶瓷
低温	低温会使材料变脆。	不锈钢、特种合金
环保涂料	进行表面处理以提高抵抗力。	DLC、PTFE 涂层

我们如何加工变速箱轴？

在 SGMADA，我们使用高效而精确的方法来加工变速箱轴，确保高质量和可靠性。我们的流程包括：

1. 加工过程

在 SGMADA，我们使用以下方法加工变速箱轴：

• 数控加工：
  我们使用 数控机床 精确塑造和切割变速箱轴以满足精确的规格，确保高精度和一致性。
• 花键滚齿：
  对于需要花键的轴，我们使用 花键滚齿 创建键槽或花键，从而实现与其他组件的安全连接。

2. 表面处理

加工后，我们采用以下表面处理来增强轴的耐用性：

• 热处理：
  这一过程提高了轴的硬度和强度，使其更耐磨损和疲劳。
• 电镀：
  我们申请 电镀 （镍或锌涂层）以提高耐腐蚀性，确保轴在恶劣环境下表现良好。

如何将变速箱轴纳入应用中？

步骤1.计算变速箱轴上的扭矩负载

根据系统的扭矩要求，确定轴需要承受的最大扭矩。该值将直接影响选择合适的材料和轴直径。轴的形状（如圆轴、键槽、花键等）也必须与负载要求相匹配。

根据给定扭矩公式计算的最小轴径：

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

可以使用以下表达式计算：

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

在哪里：

• T 是施加到轴上的扭矩
• τ 是材料的剪应力。

步骤2.考虑负载类型：稳定负载与冲击负载

恒定负载：
对于连续负载，选择具有键槽设计的标准碳钢轴，可有效传递均匀的扭矩。

冲击负荷：
对于高冲击载荷，选择具有花键设计的合金钢轴并增加安全系数以提高抗冲击性和耐用性。

Step3.考虑环境对输出轴的影响

最后还要从输出轴的工作环境来考虑输出轴的材质和工艺。

环境	材质/设计	目的
高温	钛合金、耐热钢	在高温下保持强度
低温	不锈钢、低温合金	防止低温下变脆
腐蚀环境	不锈钢、耐腐蚀涂层（如镀镍、镀锌）	耐恶劣条件下的腐蚀

变速箱轴实用工具推荐

轴强度计算软件（例如MITCalc Shaft Design）：
MITCalc 轴设计是一款可靠的工具，可用于计算轴的强度、尺寸和应力。它有助于设计符合所需负载和安全标准的轴，确保齿轮系统的最佳性能。

3D 模型库:
为了便于设计和组件集成，您可以使用以下 3D 模型库： 追踪零件 或者 GrabCAD。这些平台提供了大量标准轴和齿轮模型，可让您快速下载并将预制组件应用到您的项目中。

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