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Bei der Entwicklung von Geräten, in denen Mikromotoren oder Kleinmotoren zum Einsatz kommen, werden häufig „Getriebeköpfe“ verwendet, um die erforderliche Drehzahl und das erforderliche Drehmoment zu erzielen. Ein Getriebekopf, auch als Untersetzungsgetriebe bezeichnet, ist ein Zahnradgetriebe, das an die Abtriebswelle des Motors angeschlossen wird und dabei die Drehzahl verringert, während das Drehmoment erhöht wird.
In diesem Artikel erläutern wir Ingenieuren, die Schwierigkeiten bei der Auswahl von Getriebeköpfen haben, ausführlich die Grundlagen von Getriebeköpfen sowie praktische Auswahlkriterien, die in der Praxis hilfreich sind.
| Unter der Aufsicht der Vertriebsgruppe für elektronische Bauteile der C.I. TAKIRON Corporation Dieser Artikel wurde auf der Grundlage der hochentwickelten technischen Kompetenzen und des Fachwissens erstellt, die wir seit unserer Gründung im Jahr 1919 als führendes Unternehmen in der Kunststoffverarbeitung erworben haben.Unsere Abteilung analysiert kontinuierlich die Markttrends und neuesten Technologien im Bereich ultrakompakter, hochpräziser Mikromotoren und konzentriert sich darauf, Konstrukteuren und Entwicklern Informationen mit hohem Mehrwert zur Verfügung zu stellen. Als Expertenteam mit fundierten Kenntnissen der Produkteigenschaften unterstützen wir Sie durch die Bereitstellung präziser und praxisorientierter Inhalte bei der Lösung Ihrer Herausforderungen und bei technologischen Innovationen. |
Grundlagen und Funktionsweise von Getriebeköpfen
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Ein Getriebekopf ist ein Untersetzungsgetriebe, das an die Abtriebswelle eines Motors angeschlossen wird. Durch die darin befindlichen Zahnräder verringert der Getriebekopf die Drehzahl und erhöht gleichzeitig das Drehmoment. In diesem Abschnitt werden die Definition des Getriebekopfes, sein Zusammenhang mit Untersetzungsgetrieben und Getriebemotoren sowie die Grundprinzipien der Drehmomenterhöhung erläutert.
Inhalt dieses Abschnitts
- Was ist ein Getriebekopf?
- Das Verhältnis zwischen Motor, Getriebekopf und Getriebemotor
- Das Prinzip der Drehmomenterhöhung durch Verzögerung
Durch das Verständnis der einzelnen Elemente wird es möglich, bei der Produktentwicklung ein optimales Motorsystem zu konzipieren.
Was ist ein Getriebekopf?
Ein Getriebekopf, der auch als Untersetzungsgetriebe oder Getriebe bezeichnet wird, ist eine Untersetzungsvorrichtung, die an der Abtriebswelle eines Motors angebracht wird. Durch die darin befindlichen Zahnräder wird die Drehzahl verringert und gleichzeitig das Drehmoment erhöht.
Der Motor allein weist zwar Eigenschaften im Bereich relativ hoher Drehzahlen auf, doch durch die Kombination mit einem Getriebekopf lassen sich niedrige Drehzahlen und ein hohes Drehmoment erzielen.Beispielsweise erfordern Endoskopkameras in medizinischen Geräten eine präzise Positionssteuerung und ein angemessenes Drehmoment für den Antrieb der Linse. Bei solchen Anwendungen wird ein Design verwendet, bei dem ein schnell drehender Mikromotor mit einem Getriebekopf kombiniert wird, um bei reduzierter Drehzahl das erforderliche Drehmoment zu erzielen.
Das Verhältnis zwischen Motor, Getriebekopf und Getriebemotor
Ein Motor ist ein Gerät, das elektrische Energie in eine Drehbewegung umwandelt. Ein Getriebekopf ist ein Untersetzungsgetriebe, das am Motor angebracht wird; ein Produkt, bei dem Motor und Getriebekopf zu einer Einheit zusammengefasst sind, wird als Getriebemotor bezeichnet. Je nach Kombination von Motor und Getriebekopf lassen sich die für den jeweiligen Anwendungszweck optimalen Leistungsmerkmale erzielen.
Bisher wurden Motor und Untersetzungsgetriebe über eine Kupplung miteinander verbunden, was jedoch viel Platz in Anspruch nahm. Der Getriebemotor vereint beide Komponenten durch eine spezielle Konstruktion und vereint so Platzersparnis mit hohem Wirkungsgrad.C.I. Takiron bietet Getriebe an, die für kernlose Motoren und bürstenlose Motoren geeignet sind. Das Sortiment umfasst Stirnradgetriebe in den Größen φ12 und φ16 sowie Planetengetriebe in den Größen φ16 und φ22.
Das Prinzip der Drehmomentsteigerung durch Verzögerung
Durch eine Untersetzung mittels Zahnrädern lässt sich die Drehzahl verringern und das Drehmoment erhöhen.
[Formel zur Berechnung des Ausgangsdrehmoments]
Ausgangsdrehmoment = Eingangsdrehmoment × Untersetzungsverhältnis × Übertragungswirkungsgrad
Betrachten wir als konkretes Beispiel den Fall, dass an einem Motor, der mit 1.500 U/min dreht, ein Getriebekopf mit einem Untersetzungsverhältnis von 1:5 angebracht wird.
Wenn die Drehzahl der Abtriebswelle auf 300 U/min reduziert wird, beträgt das Drehmoment theoretisch das Fünffache. Bei einem Wirkungsgrad von 90 % entspricht das tatsächliche Drehmoment des Getriebemotors dem 4,5-fachen des Motordrehmoments.
Bei einem Eingangsdrehmoment von 0,2 N·m lässt sich ein Ausgangsdrehmoment von 0,9 N·m berechnen.
0,2 N·m × 5 × 90 % = 0,9 N·m (0,2 N·m × 4,5 = 0,9 N·m)
Aufgrund der Auswirkungen der Übertragungseffizienz liegt das tatsächliche Drehmoment etwas unter dem theoretischen Wert.
Durch die Nutzung dieses Prinzips lässt sich selbst mit kleinen Motoren eine hohe Antriebskraft erzielen, weshalb diese Technologie in einer Vielzahl von Bereichen, wie beispielsweise bei Industriewerkzeugen und optischen Geräten, zum Einsatz kommt.
Arten von Getriebeköpfen und Unterschiede in ihrem Aufbau
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Getriebeköpfe lassen sich je nach Anordnung der Zahnräder in verschiedene Typen unterteilen, darunter Stirnradgetriebe, Planetengetriebe und Schneckengetriebe. Der Aufbau, die Eigenschaften und die geeigneten Anwendungsbereiche variieren je nach Typ erheblich.Stirnradgetriebe zeichnen sich durch ihre einfache Bauweise und hohen Wirkungsgrad aus, Planetengetriebe durch hohes Drehmoment und kompakte Bauweise, während Schneckengetriebe besonders platzsparend sind. Im Folgenden werden der Aufbau, die Vor- und Nachteile sowie die Anwendungsbereiche der einzelnen Typen erläutert.
Inhalt dieses Abschnitts
- Aufbau sowie Vor- und Nachteile von Stirnradgetrieben
- Aufbau sowie Vor- und Nachteile von Planetengetrieben
- Unterscheidung zwischen Schneckengetrieben und Getrieben mit parallelen bzw. rechtwinklig zueinander stehenden Wellen
Durch die Auswahl des für den jeweiligen Einsatzzweck am besten geeigneten Getriebekopfes lassen sich eine Leistungssteigerung und eine längere Lebensdauer der Geräte erzielen.
Aufbau sowie Vor- und Nachteile von Stirnradgetrieben
Der Stirnradgetriebekopf weist einen einfachen Aufbau auf, bei dem zylindrische Zahnräder parallel angeordnet sind. Er bietet den Vorteil eines hohen Wirkungsgrads und geringer Herstellungskosten; ein Nachteil ist jedoch, dass bei hoher Drehmomentabgabe die Anzahl der Gänge zunimmt und die Baugröße entsprechend größer wird. Er findet breite Anwendung in Industrieanlagen und Messgeräten.
Bei dieser Bauart sind die Zähne der Zahnräder rechtwinklig zur Achse geschnitten; aufgrund des einfachen Eingriffs sind Konstruktion und Fertigung unkompliziert. Aufgrund des hohen Wirkungsgrads eignen sie sich für Anwendungen, die einen Dauerbetrieb erfordern, wie beispielsweise Förderanlagen und Industriewerkzeuge.C.I. Takiron bietet Getriebemotoren an, die aus Stirnradgetriebe-Kopf mit den Größen φ12 und φ16 in Kombination mit kernlosen Motoren bestehen.
Da wir derzeit das Sortiment an Getriebe-Kopf-Größen erweitern, wenden Sie sich bitte an uns, falls Sie einen Getriebemotor in einer Größe benötigen, die nicht auf unserer Website aufgeführt ist.
Kontakt: https://cik-ele.com/contact/
Aufbau sowie Vor- und Nachteile von Planetengetrieben
Ein Planetengetriebe weist einen Aufbau auf, der der Umlaufbahn der Planeten des Sonnensystems um die Sonne ähnelt. Zu den Vorteilen zählen, dass mehrere Zahnräder die Last verteilen, wodurch trotz der geringen Größe ein hohes Drehmoment und eine kompakte Bauweise erzielt werden können, sowie das geringe Spiel und die hohe Präzision. Andererseits ist der komplexe Aufbau ein Nachteil, da diese Getriebe teurer sind als Stirnradgetriebe.
Das Spiel hängt von der Konstruktion und der Genauigkeitsklasse ab; bei Präzisionsausführungen kann es jedoch auf unter 0,5 Grad begrenzt werden. Daher werden diese Getriebe beispielsweise beim Antrieb von Endoskopkameralinsen oder an den Gelenken von Roboterarmen eingesetzt, wo eine hohe Positioniergenauigkeit erforderlich ist.C.I. Takiron bietet Planetengetriebe in den Größen φ16 und φ22 an und sorgt damit für eine höhere Flexibilität bei der Konstruktion.
Da wir auch verschiedene Größen von Getriebeköpfen im Sortiment führen, wenden Sie sich bitte an uns, falls Sie einen Getriebemotor in einer Größe benötigen, die nicht auf unserer Website aufgeführt ist.
Kontakt: https://cik-ele.com/contact/
Unterscheidung zwischen Schneckengetrieben und Getrieben mit parallelen bzw. rechtwinkligen Wellen
Schneckengetriebe ermöglichen durch die um 90 Grad abgewinkelte Abtriebswelle eine platzsparende Bauweise, weisen jedoch im Allgemeinen einen geringeren Wirkungsgrad auf als Parallelachsgetriebe.
Je nach Konstruktionsbedingungen verfügen Schneckengetriebe teilweise über eine Rücklaufsperre (Selbsthemmung). Sie eignen sich ideal für Anwendungen wie Hebevorrichtungen oder Förderanlagen, bei denen im Stillstand eine Belastung auftritt. Parallelwellen-Getriebeköpfe hingegen sind für den Dauerbetrieb mit Schwerpunkt auf Wirkungsgrad ausgelegt; der bedarfsgerechte Einsatz der jeweiligen Bauart ist der Schlüssel zur Leistungssteigerung.
Kriterien für die Auswahl von Getriebeköpfen und Berechnungsmethoden
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Bei der Auswahl eines Getriebekopfes müssen die Spezifikationen wie das erforderliche Drehmoment, das Untersetzungsverhältnis, die zulässige Belastung und die Einbaumaße überprüft werden. An dieser Stelle werden die bei der Auswahl zu berücksichtigenden Punkte, die Berechnungsmethoden für Drehmoment und Untersetzungsverhältnis, die Grundsätze zur zulässigen Radial- und Axialbelastung sowie die Interpretation von Leistungsindikatoren wie Spiel und Geräuschentwicklung praxisnah erläutert.
Inhalt dieses Abschnitts
- Berechnungsmethode für das erforderliche Drehmoment und das Untersetzungsverhältnis
- Verfahren zur Überprüfung der zulässigen Belastung und des Spiels
- Bewertung von Geräuschentwicklung, Lebensdauer und Übertragungseffizienz
Durch geeignete Berechnungen und eine sorgfältige Auswahl lassen sich die Zuverlässigkeit der Anlagen sowie ein langfristig stabiler Betrieb gewährleisten.
Berechnungsmethode für das erforderliche Drehmoment und das Untersetzungsverhältnis
Das erforderliche Drehmoment wird aus dem Lastdrehmoment, dem Trägheitsmoment und der Beschleunigungszeit berechnet.
Als Berechnungsbeispiel: Um die Drehzahl eines Motors von 1.500 U/min auf 300 U/min zu reduzieren, wählen Sie ein Untersetzungsverhältnis von 1:5.
[Berechnungsformel für das Ausgangsdrehmoment]
Tg = Tm × i × η
(Tg: Ausgangsdrehmoment, Tm: Motordrehmoment, i: Untersetzungsverhältnis, η: Übertragungswirkungsgrad)
Bei einem Motordrehmoment von 0,3 N·m, einem Untersetzungsverhältnis von 1:5 und einem Wirkungsgrad von 90 % beträgt das Abtriebsdrehmoment 1,35 N·m.
Ausgangsdrehmoment = 0,3 N·m × 5 (1:5) × 90 % = 1,35 N·m
Bei der Auswahl eines Getriebekopfes muss ein Sicherheitsfaktor berücksichtigt werden, um das zulässige Drehmoment nicht zu überschreiten.Für jedes Produkt ist eine Obergrenze für das zulässige Drehmoment festgelegt, die auf der mechanischen Festigkeit basiert. Da sich die Lebensdauer der Zahnräder und Lager bei Überschreitung dieser Obergrenze erheblich verkürzt, muss bei der Auswahl ein Sicherheitsfaktor berücksichtigt werden.
Verfahren zur Überprüfung der zulässigen Belastung und des Spiels
Überprüfen Sie die zulässige Radialbelastung und die zulässige Axialbelastung und stellen Sie sicher, dass die tatsächliche Belastung innerhalb der zulässigen Grenzwerte liegt. Das Spiel ist ein wichtiger Faktor, der sich direkt auf die Positioniergenauigkeit auswirkt. Für Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit erfordern, wählen Sie Produkte mit geringem Spiel, wie beispielsweise Planetengetriebe.
Die Radialbelastung ist eine Kraft, die senkrecht zur Abtriebswelle wirkt, während die Axialbelastung in axialer Richtung wirkt. Diese Werte sind in der Spezifikationstabelle des Getriebekopfes aufgeführt; berechnen Sie die Belastungen bei Ketten- und Zahnradantrieb und stellen Sie sicher, dass diese innerhalb der zulässigen Werte liegen.Bei Anwendungen mit wiederholten Hin- und Herbewegungen ist besondere Vorsicht geboten, da sich hier Positionierfehler akkumulieren.
Bewertung von Geräuschentwicklung, Lebensdauer und Übertragungseffizienz
Der Geräuschpegel, die Nennlebensdauer und der Wirkungsgrad sind ebenfalls wichtige Auswahlkriterien. Der Geräuschpegel variiert je nach Produktspezifikation und Getriebetyp; aufgrund ihrer Konstruktion lassen sich Planetengetriebe im Vergleich zu Stirnradgetrieben geräuschärmer auslegen.
Der Wirkungsgrad hängt von der Art des Getriebes und der Anzahl der Gänge ab, wobei Stirnradgetriebe grundsätzlich einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Der Wirkungsgrad von Schneckengetrieben ist aufgrund ihrer Konstruktion zwar geringer als der von Stirnradgetrieben, sie ermöglichen jedoch die Kombination aus einer hohen Untersetzung und einer Selbsthemmung.Je höher der Wirkungsgrad, desto geringer sind die Energieverluste, was auch zur Eindämmung der Wärmeentwicklung beiträgt. Die Nennlebensdauer variiert je nach Einsatzumgebung und Belastungsbedingungen; bei angemessener Schmierung und Betrieb innerhalb der zulässigen Grenzwerte ist jedoch ein Dauerbetrieb von mehreren tausend bis zu mehreren zehntausend Stunden möglich.
C.I. Takiron bietet Getriebemotoren an, die aus Stirnradgetriebe-Kopfstücken mit den Durchmessern φ12 und φ16 sowie Planetengetriebe-Kopfstücken mit den Durchmessern φ16 und φ22 in Kombination mit kernlosen Motoren bestehen, und ist in der Lage, je nach Anwendungszweck optimale Produkte zu entwickeln und Vorschläge zu unterbreiten.Darüber hinaus führen wir neue, geräuscharme Getriebemotoren mit metallischen Geräuschdämpfungsgetrieben im Sortiment, die sowohl eine hohe Lebensdauer als auch einen niedrigen Geräuschpegel gewährleisten.Sollten Sie Schwierigkeiten bei der Auswahl des für Ihre Anwendung geeigneten Getriebemotors haben, wenden Sie sich bitte über unsere Produktwebsite ( https://cik-ele.com/contact/ ) an uns.
Zusammenfassung
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Ein Getriebekopf ist ein Untersetzungsmechanismus, der die Drehzahl des Motors verringert und das Drehmoment erhöht; es gibt verschiedene Arten, darunter Stirnradgetriebe, Planetengetriebe und Schneckengetriebe. Bei der Auswahl ist es wichtig, den für den jeweiligen Anwendungszweck am besten geeigneten Typ auszuwählen.
Stirnradgetriebe zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau aus, der einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht und die Herstellungskosten niedrig hält. Da bei Planetengetrieben mehrere Zahnräder die Last aufteilen, können sie trotz ihrer kompakten Bauweise ein hohes Drehmoment übertragen und eignen sich aufgrund ihres geringen Spiels für hochpräzise Positionierungen.Schneckengetriebe ermöglichen eine platzsparende Anordnung, da die Abtriebswelle um 90 Grad abgewinkelt werden kann, und eignen sich dank ihrer Selbsthemmungsfunktion besonders für Anwendungen, bei denen ein Rücklauf verhindert werden muss.
C.I. Takiron bietet Getriebemotoren an, die aus einer Kombination aus kernlosen Motoren und Getriebeköpfen bestehen. Unser Produktangebot umfasst Getriebemotoren, bei denen kernlose Motoren mit Stirnradgetriebeköpfen (φ12 und φ16) sowie Planetengetriebeköpfen (φ16 und φ22) kombiniert werden; darüber hinaus bieten wir auch maßgeschneiderte Lösungen an.Darüber hinaus arbeiten wir an der technischen Entwicklung geräuscharmer Metallgetriebe und streben dabei eine Kombination aus hoher Lebensdauer und geringem Geräuschpegel an. Sollten Sie Schwierigkeiten bei der Auswahl eines für Ihre Anwendung geeigneten Getriebemotors haben, wenden Sie sich bitte jederzeit an uns.
Produktinformationen und Kontakt
Ausführliche Informationen zu den Mikromotoren von C.I. Takiron finden Sie auf der folgenden Website.
- Produktseite: https://cik-ele.com/
- Kernlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Bürstenloser Motor: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Getriebemotoren: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Sollten Sie bei der Auswahl von Kleinmotoren für Ihre Produktentwicklung auf Schwierigkeiten stoßen, können Sie sich gerne über das Kontaktformular an uns wenden. Unsere technischen Berater werden Ihre Anwendungszwecke und Anforderungen mit Ihnen besprechen und Ihnen die optimale Lösung vorschlagen.
- Kontakt: https://cik-ele.com/contact/
