Chinesisches OEM-Kegelradgetriebe für CZPT PS135 8/39 22 Zähne, koaxiales Schrägverzahnungsgetriebe

Wie man ein Stirnradgetriebe auswählt

Die Wahl des optimalen Schrägverzahnungsgetriebes hängt vom jeweiligen Anwendungsbereich ab. Dabei müssen die Eingriffsverhältnisse und die erforderliche Gesamtzahl der Profilverschiebungen berücksichtigt werden.

Stirnräder sind effizienter als Schrägverzahnungen.

Im Vergleich zu Schrägverzahnungen besitzen Stirnräder gerade Zähne, die parallel zur Achse des Zahnrads verlaufen. Aufgrund ihres höheren Wirkungsgrades werden Stirnräder häufig bei niedrigen Drehzahlen eingesetzt. Schrägverzahnungen hingegen eignen sich besser für geräuscharme und hohe Drehzahlen. Trotz ihrer Vorteile finden Stirnräder auch in einigen Geräten Verwendung.
Stirnräder sind weniger robust als andere Zahnräder. Sie übertragen Kraft über längere Strecken weniger effizient und erzeugen bei hohen Drehzahlen zu viel Lärm. Außerdem belasten sie die Lager radial. Sie verursachen zudem erhebliche Vibrationen, die die maximale Betriebsdrehzahl begrenzen können.
Schrägverzahnte Zahnräder eignen sich besser zur Lastübertragung. Sie werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, darunter in Autogetrieben, Aufzügen und Förderbändern. Schrägverzahnte Zahnräder erzeugen zudem hohe Schubkräfte und sind leiser als Stirnräder.
Im Gegensatz zu Stirnrädern nutzen Schrägverzahnungen Lager zur Aufnahme der Axialkräfte. Sie besitzen zudem mehr Zähne und können daher höhere Lasten aufnehmen als Stirnräder. Auch bei nicht parallelen Wellen sind sie einsetzbar.
Schrägverzahnte Zahnräder werden im Allgemeinen in Hochgeschwindigkeits-Maschinensystemen eingesetzt. Sie weisen zudem einen geringeren Verschleiß an den einzelnen Zähnen auf und laufen leiser als Stirnräder.
Schrägverzahnte Zahnräder sind eine Weiterentwicklung von Stirnrädern. Sie werden unter anderem in der Druckindustrie, in Aufzügen und in Automobilgetrieben eingesetzt. Oft werden sie in Kombination mit einem Schneckengetriebe zur Lastverteilung verwendet. Sie ermöglichen höhere Drehzahlen, sind aber weniger effizient als Stirnräder. Aufgrund ihrer geringeren Geräusch- und Vibrationsentwicklung werden sie in einigen Hochgeschwindigkeitssystemen eingesetzt.
Stirnräder werden häufig in Anwendungen mit niedrigen Drehzahlen eingesetzt, beispielsweise in Zahnstangengetrieben. Aufgrund ihrer Bauart übertragen sie die Kraft effizienter, sind aber weniger robust als Schrägverzahnungen.
Der Konstruktionsspielraum ist durch den erforderlichen Achsabstand, das angestrebte Übersetzungsverhältnis und die Summe der Profilverschiebungen begrenzt.
Mithilfe statistisch ermittelter Parameter führten die Autoren eine Mehrzieloptimierung der Profilverschiebung zweier Außenzahnräder durch. Hauptziel dieser Studie war die Maximierung des Wirkungsgrades und die Minimierung der Leistungsverluste im optimierten Bereich.
Hierfür verwendeten die Autoren einen multikriteriellen Optimierungsalgorithmus, der alle Aspekte der optimalen Profilverschiebung berücksichtigte. Der Algorithmus wertet die Zielfunktion über mehrere Generationen hinweg aus, um die beste Lösung zu ermitteln.
Der multikriterielle Optimierungsalgorithmus basierte auf einem validierten Optimierungsalgorithmus. Dieser kombiniert die analytische Abschätzung der Druckbelastungen mit einer effektiven Methode zur Berechnung der Verformungen des Getriebegehäuses. Mithilfe der genannten Formeln konnten die Autoren eine realisierbare Lösung ermitteln. Die numerischen Berechnungen zeigten zudem, dass die entsprechenden spezifischen Gleitkoeffizienten optimal aufeinander abgestimmt waren.
Um die effizienteste Methode zur Bestimmung der Profilverschiebung zu ermitteln, wählten die Autoren die Methode mit der höchsten Effizienz und dem geringsten Gewicht aus. Da der resultierende Optimierungsraum klein ist, wurde der Effizienz das höchste Priorität eingeräumt. Dieses Ziel trägt zur Reduzierung von Verschleißausfällen bei.

Die größte Wärmebehandlung eines Stirnrads ist das Einsatzhärten. Die Norm ISO/TR 4467:1982 bietet eine praktische Richtlinie für Zahnräder. Die größten Radien von Ritzel und Rad sind rb1 und rb2. Das Verhältnis von Zahnbreite zu Grundkreisdurchmesser des Ritzels ist üblicherweise kleiner als 1.
Die Gleitgeschwindigkeit nimmt mit zunehmendem Abstand vom Drehpunkt in der Wirkungslinie zu.
Durch die Belastung der Zähne kommt es zu Verformungen des Evolventenprofils eines Schrägzahnrads. Der optimale Eingriffswinkel für das Zahnrad ist jedoch unbekannt.
Der korrekte Eingriffswinkel eines Schrägverzahnungsrades lässt sich ohne ein Oberflächenmodell nicht berechnen. Unter der Annahme eines gleichmäßigen Drucks über das Profil wäre ein Eingriffswinkel von 20° ein guter Richtwert. Dies erfordert jedoch ein mathematisches Modell, das sich aus der Archard-Verschleißgleichung ableiten lässt.
Im Allgemeinen wird der Eingriffswinkel sowohl vom Durchmesser als auch von der Geometrie des Zahneingriffs beeinflusst. Es ist wichtig, den tatsächlichen Winkel eines Schrägverzahnungsrades zu kennen, da dieser die Profilkrümmung, die Normalkraft und die Radialkraft beeinflusst.
Der Eingriffswinkel lässt sich am besten anhand des theoretischen Teilkreisdurchmessers bestimmen. Ist der Teilkreisdurchmesser klein, ist auch der tatsächliche Winkel kleiner. Dies führt zu einem Spalt zwischen den Zahnflanken. Allerdings kann es dadurch auch zu Verformungen des Zahnrads und somit zu unerwartetem Betriebsverhalten kommen.
Eine interessante Tangente ist die Wälzebene, eine gedachte Ebene, die tangential zu den Wälzflächen verläuft. Die Wälzebene ist die Ebene, die senkrecht zur axialen Ebene des Zahnradquerschnitts steht. Sie dient üblicherweise als Bezugspunkt zur Berechnung des Quereingriffswinkels.
Der Arbeitsdruckwinkel ist der Winkel der Drucklinie des Zahneingriffs. Dieser Winkel entspricht dem Referenzdruckwinkel, jedoch ist die Länge der Kontaktlinie reduziert.
Der beste Weg zur Berechnung des Eingriffswinkels ist die Verwendung der Drucklinie des Zahneingriffs. Dies liefert einen genaueren Wert. Der tatsächliche Winkel der Drucklinie hängt auch vom Übersetzungsverhältnis ab. Dieses Verhältnis wird üblicherweise als Nennverhältnis der Winkelgeschwindigkeiten angegeben. Die tatsächlichen Geschwindigkeiten schwanken um dieses Verhältnis.

Hinterschnitt des Zahnfußes eines Schrägzahnrades

Eine Hinterschneidung am Ritzelfuß kann die Lastverteilung entlang der Eingriffslinie von Schrägverzahnungen beeinflussen. Dies kann zu überhöhten Belastungen einzelner Zähne und zu amplitudenmoduliertem Geräusch führen.
Die Zahnwurzel wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, unter anderem von der Form des Schneidwerkzeugs. Das Schneidwerkzeug muss so konstruiert sein, dass Hinterschnitte vermieden werden, ohne die Anzahl der Zähne zu reduzieren. Dies wird durch ein Verfahren namens Profilverschiebung erreicht.
Die Profilverschiebung entsteht durch die Änderung der Schneidtiefe des Werkzeugs und verhindert so Hinterschneidungen. Sie wird häufig in der Fertigung eingesetzt, um ein größeres Überlappungsverhältnis zu erzielen. Je höher das Überlappungsverhältnis, desto geringer die Abweichung zwischen den Kontaktlinien. Dies reduziert die dynamischen Zahnkräfte und damit die Geräuschentwicklung.
Die Profilverschiebung tritt meist an der Schneidwerkzeugspitze auf. Dies ist der Punkt, an dem das Evolventenprofil aus dem Zahnrad austritt, bevor sich die Spitze verjüngt. Das Evolventenprofil lässt sich für jeden Querschnitt der Zahnbreite definieren. Der Grenzpunkt ist der Berührungspunkt zwischen Evolventen- und Zahnfußprofil.
Die Evolvente eines Kreises ist eine gängige Methode zur Definition eines Zahnprofils. Die Evolvente beschreibt die Bahn, die ein Punkt auf der Geraden bei der Abrollbewegung auf einem Kreis beschreibt. Sie ist ein nützliches Merkmal für zylindrische Evolventenzahnräder.
Der Schrägungswinkel ist für Schrägverzahnungen von Bedeutung. Er ermöglicht eine größere Eingriffsfläche und erhöht die Biegefestigkeit des Zahnrads. Er muss in den Spezifikationen für Schrägverzahnungen angegeben werden. Der Winkel muss messbar sein und das Plus- bzw. Minuszeichen (+/-) enthalten.
Die Biegefestigkeit eines Zahnes hängt von der Form der Wurzel ab. Eine große Hinterschneidung verringert die Festigkeit des Zahnes.

Kontaktverhältnisse

Ob ein Stirnradgetriebe dynamisch oder stationär arbeitet, das Überdeckungsverhältnis ist ein entscheidender Faktor. Das Gesamtüberdeckungsverhältnis definiert die durchschnittliche Anzahl der Zähne, die in der Eingriffsebene im Eingriff sind. Es wird berechnet, indem das Querüberdeckungsverhältnis mit dem Überlappungsgrad multipliziert wird. Der Überlappungsgrad ist stets ungleich null.
Für eine konstante Drehzahl auf der Abtriebsseite muss das Gesamtüberdeckungsverhältnis mindestens 1,0 betragen. Zahnräder mit einem niedrigen Gesamtüberdeckungsverhältnis verlangsamen bekanntermaßen die Drehzahl des Abtriebszahnrads. Das Gesamtüberdeckungsverhältnis wird von der Länge der Eingriffslinie beeinflusst. Ein hohes Überdeckungsverhältnis ist bei dynamischer Belastung vorteilhaft.
Ein niedriges Kontaktverhältnis führt zu einer stärkeren Profilverschiebung und höherem Geräuschpegel. Ein zu hohes Kontaktverhältnis kann hingegen eine übermäßige Gleitgeschwindigkeit des EAP (Extra-Axial Propulsion) und damit Fressverschleiß verursachen. Zudem führt eine ungleichmäßige Lastverteilung zu amplitudenmodulierten Schwingungen.
Ein Schrägverzahnungsgetriebe besteht aus zwei schmalen Stirnrädern. Die Zahnräder sind in einer Ebene angeordnet, die parallel zur Zahnbreite verläuft. Jeder Zahn berührt die Flanke des nächsten Zahns. Die Zahnflanke des Schrägverzahnungsgetriebes ist eine dreidimensionale Fläche, die die Grundkreise der Zahnräder tangiert.
Die Zahnform des Schrägverzahnungszahns ist ein entscheidender Faktor für das Eingriffsverhältnis. Die Zahnform wird in Abhängigkeit vom Werkstück, dem Werkzeug, den Fußpunktkoeffizienten, den Zahnkräften und der Zahnbiegesteifigkeit ausgelegt. Sie muss außerdem die Kinematik der Zahnoberfläche und mikrogeometrische Modifikationen berücksichtigen.
Das aktive Profil ist ein Bereich des Evolventenprofils zwischen Anfangs- und Endpunkt. Ein Zahnprofil, das dem Grundgesetz der Zahnrad-Zahn-Wirkung genügt, wird oft als konjugiertes Profil bezeichnet.

Bearbeitet von CX am 23.04.2023