1. Einführung

2. Die Rolle des Getriebes in elektrischen Antriebssystemen

• Kraftübertragung: Es überträgt die von Elektromotoren erzeugte Leistung auf Lasten, wie z. B. Fahrzeugräder und Roboterarme, und dient als Brücke zwischen der Energiequelle und dem Ausführungsende.
• Drehmomentverstärkung: Durch die Auslegung geeigneter Untersetzungsverhältnisse verstärkt das Getriebe das vom Motor abgegebene Drehmoment, um den hohen Drehmomentanforderungen von Lasten unter verschiedenen Arbeitsbedingungen (z. B. NEV-Start und Schwerlastroboterbetrieb) gerecht zu werden.
• Geschwindigkeitsregulierung: Durch den Eingriff von Zahnradpaaren mit unterschiedlicher Zähnezahl passt es die Ausgangsdrehzahl an und ermöglicht es dem System, sich an unterschiedliche Geschwindigkeitsanforderungen anzupassen, wie z. B. Hochgeschwindigkeitsfahrt von NEVs und präzise Positionierung von Robotern bei niedriger Geschwindigkeit.
• Präzisionskontrolle: Es verbessert das dynamische Ansprechverhalten und die Positioniergenauigkeit des Systems. In Robotergelenken beispielsweise stellt ein hochpräzises Getriebe sicher, dass der Roboter eine millimetergenaue Bewegungsgenauigkeit erreicht.

3. Schlüsselfaktoren bei der Getriebeauslegung für elektrische Antriebssysteme

3.1 Auswahl des Zahnradtyps

• Evolventenverzahnung: Der am weitesten verbreitete Typ, der sich durch stabile Übertragung und hohe Präzision auszeichnet, wodurch er sich für hochpräzise Übertragungsszenarien wie Industrie-Werkzeugmaschinenspindeln eignet.
• Planetengetriebe: Mit einer kompakten Struktur und hoher Drehmomentdichte sind sie die bevorzugte Wahl für NEV-Untersetzungsgetriebe, da sie Bauraum sparen und gleichzeitig eine hohe Drehmomentabgabe ermöglichen.
• Schrägverzahnung/Stirnradverzahnung: Schrägverzahnungen arbeiten aufgrund ihrer schrägen Zahnoberflächenkonstruktion geräuscharm und mit hoher Laufruhe, was eine größere Kontaktfläche beim Eingriff gewährleistet. Sie sind ideal für Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie die Abtriebswellen von Elektromotoren.
• Harmonische Getriebe: Sie zeichnen sich durch spielfreien Betrieb aus und werden häufig in präzisen Robotergetrieben (z. B. Roboterarmgelenken) eingesetzt, um eine ultrahohe Positioniergenauigkeit zu erreichen.

3.2 Materialauswahl

• Stahlzahnräder: Materialien wie 20CrMnTi und 40Cr werden häufig verwendet. Sie bieten hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit und eignen sich daher für Hochlastübertragungsszenarien, wie z. B. NEV-Hauptuntersetzungsgetriebe und Industriegetriebe.
• Pulvermetallurgische Zahnräder: Diese Zahnräder sind leicht und kostengünstig und eignen sich für kleine Elektromotoren in Haushaltsgeräten und leichten Industrieanlagen.
• Kunststoff-/Verbundzahnräder: Mit geringem Geräuschpegel und niedrigen Herstellungskosten werden sie in Niedriglastübertragungssystemen eingesetzt, wie z. B. Hilfskomponenten von Elektrofahrzeugen und kleinen Automatisierungsanlagen.

3.3 Optimierung der Zahnradparameter

• Modul (m): Bestimmt die Festigkeit der Zahnräder. Ein größeres Modul weist auf dickere Zähne und eine höhere Belastbarkeit hin, daher muss es an die Motorleistung angepasst werden, um Zahnbrüche bei Überlastung zu vermeiden.