Analyse von Motorwellen in Miniatur- und Klein-Getriebemotoren

Miniatur-Getriebemotoren bestehen aus einem Motor und einem Reduktionsgetriebe. Der Motor dient als Energiequelle und arbeitet mit hoher Drehzahl und relativ geringem Drehmoment. Die Drehbewegung des Motors wird über das Motorritzel (einschließlich Schneckenräder), das auf der Motorwelle montiert ist, auf das Reduktionsgetriebe übertragen. Daher ist die Motorwelle eine der kritischsten Komponenten in Miniatur-Getriebemotoren.

I. Materialien für die Motorwelle

Bei der Wahl des Wellenmaterials müssen Drehmomentanforderungen, Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und in einigen Fällen magnetische Eigenschaften, abhängig von der Motorkonstruktion, berücksichtigt werden. Gängige Wellenmaterialien sind hochwertiger Kohlenstoffstahl, Edelstahl, legierter Stahl und einsatzgehärteter Stahl. Die am häufigsten verwendeten Materialien sind:

1. SAE 1141 & 1144 Stahl (entspricht dem chinesischen 45# Stahl):

   • Wird aufgrund seiner geringen Kosten und einfachen Verfügbarkeit am häufigsten in der Industrie verwendet.

   • Leicht zu bearbeiten.

   • Hauptnachteil: neigt zum Rosten, erfordert beim Gebrauch eine Rostschutzölbeschichtung.

2. SAE 416 Edelstahl (entspricht Y1Cr13):

   • Weniger gut bearbeitbar, nicht ideal für komplexe Merkmale (z. B. Gewindewellenköpfe).

   • Teurer als 45# Stahl, günstiger als 303 Edelstahl.

   • Weit verbreitet aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit.

3. SAE 420 Edelstahl (entspricht 2Cr13):

   • Ähnliche Bearbeitungseinschränkungen wie 416.

   • Preislich zwischen 45# Stahl und 416/303 Edelstählen.

   • Bietet gute Korrosionsbeständigkeit und wird häufig eingesetzt.

4. SAE 431 Edelstahl:

   • Weniger gebräuchlich.

   • Höherer Chromgehalt, geeignet für Anwendungen mit Lebensmittelkontakt.

5. SAE 303 Edelstahl:

   • Höhere Kosten.

   • Weicheres Material, ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, geeignet für komplexe Wellengeometrien.

II. Motorwellen-Designs

Wenn das Motorritzel und das erste Zahnrad im Getriebe ineinandergreifen, wird Drehmoment erzeugt. Die Passung zwischen dem Motorritzel und der Motorwelle wirkt sich direkt auf die Getriebeleistung aus. Gängige Wellentypen sind:

• Glattwelle:Geeignet für leichte Lasten und geringes Drehmoment.

• Flachwelle / D-Welle:Konzipiert für mittlere Lasten.

• Gerändelte Welle:Ebenfalls geeignet für mittlere Lasten.

• Keilwelle:Wird in Anwendungen mit hoher Last und hohem Drehmoment verwendet.

• Schneckenwelle:Ein spezieller Typ, der für Schnecken- und Zahnradgetriebesysteme verwendet wird.

Glattwelle	Flachwelle / D-Welle	Gerändelte Welle	Keilwelle

III. Fertigungsanforderungen für Motorwellen

Die Fertigungsqualität von Motorwellen wirkt sich direkt auf die Lebensdauer von Miniatur-Getriebemotoren aus. Zu den wichtigsten Anforderungen gehören:

• Maßgenauigkeit:Wellendurchmesser können innerhalb von ±0,002 mm kontrolliert werden.

• Oberflächenbehandlung:Nickelbeschichtung wird oft zum Korrosionsschutz aufgetragen.

• Oberflächenrauheit:Entscheidend, um eine korrekte Passung zwischen Zahnrad und Welle und einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten.

IV. Arten von Getriebe-Antriebswellen

Getriebe werden nach Leistung (hohe Leistung oder geringe Leistung) klassifiziert, und die Antriebswellen unterscheiden sich entsprechend. Wellen werden typischerweise in Eingangswellen und Ausgangswellen unterteilt.

1. Ausgangswelle:

   • Verbindet das Getriebe mit dem angetriebenen Mechanismus.

   • Arbeitet mit viel geringerer Drehzahl als die Eingangswelle.

   • Kann in verschiedenen Formen angepasst werden: D-Welle, rund, doppelt flach, sechseckig, fünfeckig, quadratisch usw.

   • Hergestellt aus Metall oder technischen Kunststoffen, je nach Anwendung.

2. Eingangswelle:

   • Verbindet den Motor mit dem Getriebe.

   • Überträgt hohe Drehzahl mit geringem Drehmoment.

   • Ein Ende passt in das Gehäuse, um mit den Zahnrädern ineinanderzugreifen; das andere Ende ist für die Motorwelle geschlitzt.

   • Verwendet ein Keilnutdesign, um eine stabile und schnelle Montage zu erreichen.

3. Funktion & Unterschiede:

   • Beide Wellen übertragen Leistung.

   • Eingangswelle: hohe Drehzahl, kleines Drehmoment, kleinerer Durchmesser.

   • Ausgangswelle: niedrige Drehzahl, hohes Drehmoment, größerer Durchmesser.
     
     

V. Ursachen für Überhitzung der Lager in Miniatur-Getriebemotoren

Im Normalbetrieb sollten sich Motorlager nicht überhitzen. Übermäßige Erwärmung kann folgende Ursachen haben:

1. Lagerschaden.

2. Verunreinigtes Schmiermittel (Fremdpartikel).

3. Unzureichende Schmierung.

4. Schlechte Schmierstoffqualität oder ungeeignete Viskosität.

5. Falsche Montage (Lager zu locker oder zu fest).

6. Fehlausrichtung während der Installation.

VI. Ursachen für axiales Spiel in Miniaturmotoren

Axiales Spiel (Wellenendbewegung) in Miniaturmotoren kann aus folgenden Gründen entstehen:

1. Falsche Passung zwischen Rotorkern und Welle.

2. Fehlende oder beschädigte Druckscheiben.

3. Magnetische Mittenfehlausrichtung zwischen Stator und Rotor.

4. Axiale Kräfte, die von Lüftern oder Propellern erzeugt werden, die an der Welle befestigt sind.

Konsequenzen sind ungewöhnliche Vibrationen, Geräusche, Lagerausfall, Wicklungsdurchbrennen und verkürzte Motorlebensdauer. Axiales Spiel kann durch die Verwendung von Wellfederscheiben zwischen Lagern und Endkappen gemildert werden.

VII. Lagerauswahl in Planetengetriebemotoren

Planetengetriebemotoren werden häufig in Smart-Home-Geräten und anderen Anwendungen eingesetzt. Zu den Überlegungen bei der Lagerauswahl gehören:

• Gängige Typen:Selbstausrichtende Rollenlager, Kegelrollenlager (einreihig/doppelreihig), Zylinderrollenlager, Vierpunktlager, Kugellager.

• Eingangswellenlager:Benötigen aufgrund der hohen Drehzahl eine hohe Tragfähigkeit.

• Zwischenwellenlager:Müssen kombinierte Kräfte aus mehreren Zahnradpaarungen bewältigen.

• Ausgangswellenlager:Niedrige Drehzahl, größeres Drehmoment; erfordert höhere Tragfähigkeit, wenn es Stoßbelastungen ausgesetzt ist.

VIII. Ursachen für Getriebewellenbruch

Getriebewellenbruch resultiert typischerweise aus:

1. Falsche Motor-Getriebe-Auswahl:

   • Das Nenndrehmoment des Motors × Untersetzungsverhältnis muss unter dem Nenndrehmoment des Getriebemodells liegen.

   • Die Nichtberücksichtigung des Überlastmoments kann zu Wellenbruch führen.

2. Übermäßiges Lastmoment:

   • Das Betriebsdrehmoment, das die Konstruktionsgrenzen des Getriebes überschreitet, erhöht die Belastung der Ausgangswelle und führt zu einem Bruch.

IX. Fortschrittliche Zahnradmateriallösungen

Für Anwendungen wie Babywippen, Wiegen, intelligente Seifenspender, Mikropumpen, Peristaltikpumpen, Membranpumpen, Müllentsorger, Massagegeräte, E-Bikes und Rasierapparate

In Getriebeanwendungen stoßen herkömmliche POM- und Nylonzahnräder oft auf Probleme wie:

• Hohe Geräuschpegel.

• Unzureichende Verschleiß- und Ermüdungsbeständigkeit.

• Sprödigkeit (POM) oder Drehmomentbegrenzungen (PA12, TPEE).

• Maßinstabilität aufgrund von Feuchtigkeit (PA46).

Lihua Motors Engineering-Lösungenintegrieren fortschrittliche Zahnradmaterialien mit:

• Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit.

• Geräuscharmem Verhalten.

• Hoher Zähigkeit.

• Korrosionsbeständigkeit.

• Maßstabilität (unbeeinflusst von Feuchtigkeit).

Diese Materialvorteile verbessern die Zuverlässigkeit, Geräuschreduzierung und Lebensdauer von Miniatur-Getriebemotoren in verschiedenen Branchen erheblich.