小型直流齿轮电动机的工作原理及选型

小型直流齿轮马达一般是指功率小于 100瓦（W） 以及直流电压 3V-48V.小型直流齿轮电动机广泛应用于需要 精确控制 和 高效率 由于其体积小、扭矩大。

SGMADA是中国领先的小型直流齿轮制造商。本文将深入分析SGMADA的小型直流齿轮电机的工作原理，并提供详细的选择指南，帮助我们的客户在传动领域做出最佳选择。

1.小型直流减速电机的基本知识

1.1 什么是小型直流齿轮电机

小型直流齿轮电动机是一种结合了 直流电机 和一个 变速箱本电机通过齿轮传动减速来调整电机端的输出转速和扭矩，从而满足微传动领域所需的小体积、大扭矩、低转速的动力需求。

1.2 直流齿轮电机的组成

直流齿轮电动机由两个核心部件组成 – 直流电机 和 变速箱.

• 直流电机（电源）：直流电机通过电流产生磁场，驱动转子旋转，从而将电能转化为机械能。
• 变速箱（齿轮结构）：变速箱通过内部齿轮传动，降低电机输入的转速并输出更高的扭矩。

2.小型直流齿轮电机的工作原理

2.1直流电机的工作原理

直流电机是一种将直流电转换为 电能 进入 机械能它通过电流在磁场中的作用，带动转子旋转，产生机械运动。

一、产生磁场
当接通直流电源时，电流通过电刷和换向器流入电枢线圈，产生电磁场。

二、电磁力
根据电磁原理，磁场中的载流导体会受到力。定子的恒定磁场与电枢的电磁场相互作用，产生扭矩。

III. 电流换向
随着转子转动，换向器改变与电刷的接触点，从而反转电枢线圈中的电流方向。这使电流与定子的磁场保持一致，确保转子继续旋转。

四、连续旋转
由于换向器不断改变电枢线圈中电流的方向，电磁力始终推动转子朝一个方向转动，只要有直流电源通电，转子就会不断转动，把直流电能转换成机械能输出。

2.2 变速箱的工作原理

变速箱是一种基于设计的机械结构 齿轮传动原理.其主要作用是降低电机输入端的转速，增大输出扭矩。

我们为什么选择变速箱？

变速箱功能	描述
1.降低转速，增加扭矩	降低电机速度并增加扭矩
2. 负载匹配	通过匹配高负载要求来优化电机性能。
3.增加启动扭矩	增加启动扭矩，以便从静止状态处理更重的负载。
4. 运动方向	改变输出轴的运动方向以满足设计要求。
5.降低成本	使用更小、更经济的电机来实现所需的性能，从而降低系统成本。

变速箱中的齿轮传动类型

变速箱通过齿轮的啮合来传递动力。齿轮传动可根据传动方式分为不同的类型 形状和网格方法 齿轮。

正齿轮传动

正齿轮传动是最 基本齿轮传动结构由于直齿轮传动系统中两个齿轮的轴线平行，而且这种平行配置能实现高效、稳定的动力传递，所以称为平行轴传动。

优点	缺点
简约设计	效率低下
低成本	高速时噪音大
易于维护	磨损快，寿命短
高可靠性	不适用于高负载或冲击负载应用

行星齿轮传动

行星齿轮传动是一种 高效齿轮结构.它由一个 太阳齿轮， 多种的 行星齿轮, 行星架 和一个 内齿圈，其中行星齿轮围绕太阳齿轮旋转并与内齿圈啮合。

优点	缺点
高效	生产成本高
高扭矩密度	难以修复和更换
低噪音	复杂设计
高精度	定轴输出-中心轴输出

蜗轮传动

蜗轮蜗杆传动由螺旋蜗杆与啮合蜗轮组成，可实现较高的减速比，且具有自锁功能，适用于需要防止反向运动的场合。

优点	缺点
高传动比	效率低下
自锁	蜗杆加工成本高
低噪音	易于佩戴
90°输出轴	准确率低

相关文章： 齿轮传动的基本类型及传动比计算

3.如何选择小型直流齿轮电机

选择合适的齿轮马达对于确保 高效、稳定， 和 可靠运行 传动系统。因此，选择齿轮马达是工程师在设计此类系统时需要考虑的关键因素。SGMADA 将通过详细的参数说明来分享选择小型齿轮马达的要点。

3.1 选择合适的电机工作点

电机的 工作点 是选择电机时要考虑的第一个重要参数。电机的工作点是指 输出扭矩 和 速度 这是本系统中电机正常运行时的输出。

从图中可以看出，随着扭矩的增加，电机转速会降低，但两者之间的关系并不是线性的。

在选择电机时，sgmada会提供电机的负载曲线，帮助客户选择合适的电机工作点。

当电机不在曲线范围内运行时，说明电机 超载，这将带来一些不利的影响。

影响	原因	结果
过热	负载或速度超过设计限制	电机损坏或故障
效率下降	在非最佳点运行	能源浪费，增加冷却需求
机械磨损	轴承和齿轮承受过大的压力	寿命缩短，维护成本增加
振动和噪音	工作在不稳定范围内	运行质量下降，可能造成结构损坏
频繁触发保护	过载保护装置频繁启动	停机时间增加，生产效率降低

3.2 选择正确的电机类型

微型齿轮马达可根据需要与不同的马达类型组合，以下是几种常用的马达类型。

电机类型	特征	典型应用	价格
直流电机	结构简单，刷子	机器人、家用电器	低的
BLDC 电机	效率高、寿命长	电动汽车、无人机、精密仪器	高的
步进电机	位置控制精确，响应速度快，适合开环控制	3D 打印机、数控机床、摄像机万向架	中等的
交流电机	结构坚固，维护简单	小家电、办公设备	低的

3.3 选择正确的变速箱类型

变速箱的选型需要根据齿轮传动的特点选择合适的内部齿轮结构

变速箱类型	特征	典型应用	价格范围
正齿轮箱	设计简单，成本低	低速机械、机器人	低的
行星齿轮箱	设计紧凑，扭矩密度高，	机器人、航空航天、精密仪器	高的
蜗轮蜗杆减速机	高传动比、自锁、90°输出轴	智能家居、工业	中等的

3.4 选择正确的齿轮材料类型

齿轮材料直接影响 负载能力 和 噪音水平 根据齿轮材料和加工工艺的不同，我们将齿轮材料分为以下几类。

齿轮材料	特征	选择标准
切割钢齿轮	高强度、耐久性、耐磨性	高负载、高精度应用
粉末冶金齿轮	耐磨性好，形状复杂，性价比高	中等负载、成本敏感的应用
塑料齿轮	重量轻、成本低、运行安静	低负荷、降噪、耐腐蚀

相关文章： 微型齿轮箱选择指南 – 如何选择齿轮材料→

3.5 选择输出轴

这 电机输出轴 电机输出轴是电机的核心部件之一，其主要作用是传递电机产生的机械能，提供旋转动能。输出轴需承受径向和轴向载荷，保证电机及机械系统的稳定运行。此外，输出轴还通过轴承支撑，连接和固定齿轮、联轴器等传动部件。

根据功能和形状，SGMADA 可以加工以下类型的输出轴。我们还接受定制订单，并可以评估您的图纸以确定我们是否可以制造特殊的输出轴。

输出轴类型	特征	选择标准
圆轴	光滑的	柔性连接，通常与夹具、套管或联轴器一起使用
键控轴	防滑键槽	为齿轮、滑轮和联轴器提供可靠的扭矩传输
花键轴	多条纵向沟槽	高扭矩应用
螺纹轴	灵活连接	需要防旋转的应用
D 型轴	部分平坦的表面可防滑	小型电机、玩具电机、需要防旋转的应用
双D轴	两个平面形成双 D 形	更高的抗扭矩能力

3.6 为您的应用选择合适的配件

SGMADA 可根据客户需求提供以下齿轮马达配件。我们提供各种高品质配件，以确保您的特定应用获得最佳性能和可靠性。 

配件类型	功能	应用场景
编码器	提供位置和速度反馈	机器人、自动化设备
制动	停止或保持电机位置	电梯、起重机
耦合	连接电机轴与负载轴，传递扭矩	不同的轴直径和对中要求
传感器	监控电机运行状况	实时监控和电机保护
散热器	帮助散热，防止电机过热	大功率电机，长时间运行
电缆和连接器	将电机连接至控制器和电源	确保可靠、安全的电气连接

4.小型直流齿轮电机选择：关键参数

在选择直流齿轮电机时，工程师应考虑几个关键的电气参数。这些参数不仅可以优化电机在系统内的性能，还可以确保其可靠性。SGMADA 需要了解这些关键参数，以便为您提供最佳的电机选择和设计解决方案。

4.1 尺寸

1. 电机尺寸的合适性

• 重要性：电机的外形尺寸必须适合设备的安装空间，包括长度、宽度和高度。

• 解释：合适的尺寸可确保电机能够顺利安装在设备或系统内，而不会干扰其他组件的正常运行。

2. 安装孔兼容性

• 重要性：安装孔的位置和尺寸必须与设备上的安装点相匹配。

• 解释：如果安装孔的位置或尺寸不匹配，电机可能无法牢固固定，从而可能导致不稳定并损害系统的稳定性和安全性。

3. 输出轴位置及连接

• 重要性：电机的输出轴对于将电机与系统的其他部分连接起来至关重要。

• 解释：输出轴的位置必须可靠地与负载或从动部件对准，以确保有效的动力传输。轴的类型（如圆轴、键槽轴、花键轴等）也决定了联轴器或其他连接方式的选择。

4. 电机重量

• 重要性：电机的重量是一个重要因素，特别是在移动应用或减轻总重量至关重要的系统中。

• 解释：较重的电机可能会增加结构负担，从而可能影响设备的性能和效率。在这些情况下，轻量化设计对于优化整体系统性能尤为重要。

4.2 电机电压

• 电压定义： 电机电压是指电机设计运行的额定电压，以伏特（V）表示。

选择 合适的电机电压 电压是保证电机高效、安全运行的关键，合适的电压不仅影响电机的启动、运行特性，还影响电机的效率、功耗、寿命。

电压范围	电源	应用领域
3V – 6V 直流	电池（如 AA、AAA）	便携式电子设备、电池供电的玩具
12V – 24V 直流	锂电池组，电池	机器人、家电、汽车电子
48 伏直流	锂电池组	电动自行车、电动滑板车、电动工具
230伏交流电	家用电源插座、工业电源	家用电器、暖通空调系统

4.3 电机电流

• 目前定义： 电机电流是指流过电机绕组的电流量，以安培 (A) 为单位。

选择合适的 电机电流 对于电机高效、安全运行至关重要。正确的电流不仅影响启动和运行条件，还影响电机的扭矩输出、功耗和热管理。

当前的	定义
起始电流	电机启动时电流较大，影响启动转矩和时间。
额定电流	额定负载下的标准工作电流，确保最佳性能。
堵转电流	电机转子锁定时的最大电流，防止电机损坏。
电机损耗	电流引起的能量损失，包括铜损、铁损。
热管理	管理运行过程中产生的热量，以防止电机过热。

4.4 电机功率

• 功率定义： 电机功率是指电机消耗的总电能，以瓦特（W）为单位。

选择合适的电机功率对于电机的高效和安全运行至关重要。电机功率包括输入功率 (P_{in})、输出功率 (P_{out}) 和损耗功率 (P_{loss})，它们分别表示供应的总能量、有用的机械能输出以及以热量和其他无效率形式损失的能量。

电源类型	象征	定义
输入功率	（ 别针} ）	电动机从电源吸收的总电能。
输出功率	（输出功率）	电机转换成机械能并输送给负载的有效功率。
损耗功率	（P_{损失}）	由于阻力、摩擦、热量和其他因素而导致的电机内部能量损失。

4.5 电机转速

• RPM 定义： 电机 RPM（每分钟转数）是指电机转子在一分钟内完成的旋转次数。它是定义电机输出轴速度的关键参数。

通过使用齿轮系统，齿轮马达可提供低转速和高扭矩机械输出。SGMADA 可以根据不同的齿轮比定制转速范围，以满足特定的应用要求。这可确保马达为系统提供最佳转速和性能，防止因速度不合适而导致过热和机械故障。

转速类型	定义
空载转速	电机无负载运转时的最高转速，代表电机调速能力的上限。
额定转速	电机在正常负载条件下运行的转速，确保最佳性能。
失速转速	电机转子因负载或阻力过大而停止转动的速度，表示最大扭矩。

4.6 电机扭矩

• 扭矩定义： 电机扭矩是指电机轴产生的旋转力，通常以牛顿米 (Nm) 或磅英尺 (lb-ft) 为单位。 

电机扭矩包括堵转扭矩、额定扭矩和峰值扭矩。扭矩选择是否合适会影响电机的效率、寿命和整体性能。 

扭矩类型	象征	定义
堵转扭矩	（ \tau_{失速} ）	当转子锁定且不旋转时，电机可以产生的最大扭矩。
额定扭矩	（ \tau_{额定} ）	电机在正常条件下可提供的持续扭矩，且不会过热。
峰值扭矩	（ \tau_{峰值} ）	电机在短时间内能够输出且不会造成损坏的最大扭矩。

4.7 电机寿命

齿轮马达的寿命由齿轮箱和马达的寿命共同决定。根据“桶原理”，齿轮马达的整体寿命受其最短部件寿命的限制。换句话说，如果齿轮箱或马达的任何部件发生故障，整个齿轮马达将停止运转。

• 电机寿命： 电机寿命是指电机在特定工作条件下正常运行的总时间。

因素	描述
设计结构	有刷或无刷，散热设计
操作环境	温度、湿度、灰尘和腐蚀性气体。
材质品质	轴承，线圈，磁铁
工作条件	荷载狀態，工作狀態，速度

• 变速箱寿命： 变速箱的寿命是指其在传递扭矩和转速时正常运转的总时间，以小时（h）为单位。

因素	描述
机械负载	高负荷或冲击负荷会加速齿轮磨损。
润滑	润滑可减少磨损和热量的产生。
齿轮材料	粉末冶金、切削钢、工程塑料。
环境条件	灰尘、湿气和腐蚀性气体

4.8 齿轮材料

在选择齿轮马达时，齿轮材料的选择是一个关键的考虑因素，因为它直接影响变速箱的性能、耐用性和寿命。

材料	优点	缺点
钢铁齿轮	1.精度高 2.强度高	1. 重型 2.成本高
粉末齿轮	1.成本低 2. 复杂形状的可行性	1. 强度较低 2.耐磨性差
塑料齿轮	1. 轻量 2.噪音低	1. 强度较低 2. 对热敏感，高温下可能会变形

4.9 电机配件

电机附件的选择是电机选型中非常重要的一点，编码器、刹车、散热器等附件不仅可以满足特定的控制要求，还可以提高电机的效率。

配饰	功能
编码器	为精确控制和自动化应用提供精确的位置和速度反馈。
控制器	调节电机的速度、扭矩和方向，确保最佳运行。
制动	允许电机快速减速或停止，提供安全性，尤其是在紧急情况下。
扇子	协助冷却，降低电机温度，防止过热，延长电机寿命。

5. 结论

5.1 小型直流齿轮电机的未来趋势

全球齿轮马达市场正在扩大，需求不断增长，推动因素包括 工业自动化、智能制造、 和机器人技术。未来的创新将提高效率、最小化尺寸并降低成本，而智能控制技术将改善 精准性和适应性 适用于复杂的应用程序。

5.2 联系 SGMADA

SGMADA 专注于工业自动化、机器人和 汽车应用.我们的专业知识确保为 扭矩、速度、 和功率，优化系统效率和可靠性。我们致力于提供耐用、高品质的齿轮马达，以提高性能和使用寿命。