Zahnradherstellung: Ein Leitfaden für den Zahnradproduktionsprozess

Die Zahnradherstellung ist ein präziser und kritischer mechanischer Herstellungsprozess, der eine entscheidende Rolle für die Leistung und Zuverlässigkeit mechanischer Getriebesysteme spielt.

Zu den gängigen Methoden zur Herstellung von Zahnrädern gehören::

Schneidbearbeitung: wie Wälzfräsen, Zahnradstoßen, Schaben usw.

• Beim Wälzfräsen wird die Zahnform durch relatives Rollen zwischen Wälzfräser und Zahnradrohling geschnitten, was bei der Massenproduktion von Stirnrädern weit verbreitet ist.
• Der Zahnradformer eignet sich für die Bearbeitung von Innenverzahnungen und Mehrfachverzahnungen.

Schmieden: Wird zur Herstellung großer Zahnräder oder Zahnräder mit hohen Festigkeitsanforderungen verwendet.

• Beispiele hierfür sind die Herstellung großer Zahnräder im Schwermaschinenbau.

Guss: Geeignet für Zahnräder mit komplexer Form, großen Stückzahlen und nicht besonders hohen Präzisionsanforderungen.

Im Zahnradherstellungsprozess müssen die folgenden Aspekte streng kontrolliert werden:

1. Maßgenauigkeit: Stellen Sie sicher, dass das Modul des Zahnrads, die Anzahl der Zähne, der Durchmesser des Zahnkopfkreises, der Durchmesser des Fußkreises und andere Abmessungen den Konstruktionsanforderungen entsprechen.
2. Profilgenauigkeit: einschließlich Profilform- und Richtungsgenauigkeit, um eine gute Übertragungsleistung und einen geräuscharmen Betrieb zu gewährleisten.
3. Oberflächenqualität: Glatte Oberflächen tragen zur Reduzierung des Verschleißes und zur Verbesserung der Ermüdungslebensdauer bei.

Die Qualität der Getriebefertigung wirkt sich direkt auf die Getriebeeffizienz, Stabilität und Lebensdauer des mechanischen Systems aus. Beispielsweise ermöglichen hochpräzise Zahnräder in Automobilgetrieben sanfte Schaltvorgänge und einen geringeren Energieverbrauch; Bei Industrieretardern können hochwertige Getriebe einen langfristig stabilen Betrieb gewährleisten und die Wartungskosten senken.

Der Zahnradherstellungsprozess umfasst hauptsächlich Folgendes:

1. Wälzfräsen

Dies ist eine häufig verwendete Methode zur Zahnradbearbeitung. Der Wälzfräser der Wälzfräsmaschine dreht sich in einem bestimmten Übersetzungsverhältnis relativ zum Zahnradrohling und der Wälzfräser schneidet während des Rotationsvorgangs nach und nach die Zahnform aus. Das Wälzfräsen weist eine hohe Produktionseffizienz und Genauigkeit auf und eignet sich für die Massenproduktion von Zahnrädern mit mittleren Modul- und Präzisionsanforderungen.

Vorteile:

• Hohe Produktionseffizienz, geeignet für die Massenproduktion.
• Es können hochpräzise Zahnräder bearbeitet werden.

Beispiel: Getriebezahnräder in der Automobilindustrie werden häufig wälzgefräst.

2. Zahnradformung

Der Zahnradformer bewegt sich hin und her und führt eine kreisförmige Bewegung relativ zum Zahnradrohling aus, um die Zahnform nach und nach auszuschneiden. Der Zahnradformer eignet sich für die Bearbeitung von Innenverzahnungen, Mehrfachverzahnungen und Sektorverzahnungen.

Vorteile:

• Es können hochpräzise Zahnräder bearbeitet werden.
• Bei einigen Spezialformen hat die Ausrüstung einen besseren Verarbeitungseffekt.

Beispiel: Das Zahnradstoßverfahren wird bei einigen Präzisionsgetrieben im Luft- und Raumfahrtbereich eingesetzt.

3. Rasierverarbeitung

Der Zahnrad-Schaber greift spielfrei in das Zahnrad ein. Durch den relativen Schlupf zwischen dem Zahnradschaber und dem Zahnrad wird das Spurenmetall auf der Zahnoberfläche abgetragen, wodurch die Präzision und Oberflächenqualität des Zahnrads verbessert wird.

Vorteile:

• Es kann den Zahnform- und Zahnrichtungsfehler des Zahnrads effektiv korrigieren.
• Verbessern Sie die Oberflächenbeschaffenheit des Zahnrads.

Beispiel: Getriebezahnräder in hochpräzisen Werkzeugmaschinen können einem Schabprozess unterzogen werden.

4. Verzahnung honen

Das Honen von Zahnrädern ähnelt dem Schaben und nutzt den freien Eingriff des Honrads und des zu bearbeitenden Zahnrads, um das Zahnrad fertigzustellen, und dient hauptsächlich der Verbesserung der Oberflächenrauheit des Zahnrads.

Vorteile:

• Verbessern Sie die Qualität der Zahnradoberfläche weiter.

5. Schleifbearbeitung

Mit einer Schleifscheibe wird die Zahnoberfläche des Zahnrads geschliffen, um ein hochpräzises Zahnprofil mit hoher Oberflächenqualität zu erhalten.

Vorteile:

• Es kann eine hohe Genauigkeit erreicht werden.

Beispiel: Zahnräder in Präzisionsinstrumenten müssen normalerweise geschliffen werden.

6. Druckguss und Spritzguss

Für Kunststoffzahnräder oder einige kleine Metallzahnräder mit geringen Präzisionsanforderungen kann Druckguss oder Spritzguss verwendet werden.

Vorteile:

• Hohe Produktionseffizienz und relativ niedrige Kosten.

Beispiel: Kunststoffzahnräder in einigen kleinen Haushaltsgeräten werden häufig im Spritzgussverfahren hergestellt.

Verschiedene Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern haben ihre eigenen Eigenschaften und Anwendungsbereiche. In der tatsächlichen Produktion ist es notwendig, das geeignete Verfahren entsprechend der Verwendung des Zahnrads, den Präzisionsanforderungen, der Losgröße und anderen Faktoren auszuwählen.

Gängige Getriebetypen sind wie folgt:

Zylindrisches Zahnrad

1. Gerades zylindrisches Zahnrad: Die Zahnlinie ist parallel zur Achse, die Übertragungsrichtung der Kraft bleibt unverändert, die Übertragungsglätte ist allgemein und es ist für die Übertragung mit niedriger Geschwindigkeit und geringer Last geeignet.

• Anwendung: Allgemeine mechanische Übertragung, z. B. Übertragungsmechanismus für Werkzeugmaschinen.

2. Schrägstirnradgetriebe: Die Zahnlinie ist in einem bestimmten Winkel relativ zur Achse geneigt, reibungslose Übertragung, starke Tragfähigkeit, geeignet für Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsgetriebe.

• Anwendung: Automobilgetriebe, Industriegetriebe.

Kegelradgetriebe

1. Gerades Kegelrad: Wird es für die Übertragung zwischen sich schneidenden Achsen verwendet, ist die Übertragungseffizienz höher, aber das Rauschen ist größer.

• Anwendung: Hinterachsdifferenzial für Kraftfahrzeuge.

2. Krummliniges Kegelrad: Reibungslose Übertragung, geringe Geräuschentwicklung, hohe Tragfähigkeit.

• Anwendung: Übertragungssysteme für schwere Maschinen.

Schneckengetriebe

• Merkmale: großes Übersetzungsverhältnis, kompakte Struktur, aber geringer Übertragungswirkungsgrad, mit Selbsthemmung.
• Anwendung: Hebemaschinen, Aufzugsübertragungssystem.

Fischgräten-Ausrüstung

• Es besteht aus linken und rechten Schrägzähnen mit symmetrischer Drehung, hoher Tragfähigkeit und reibungsloser Übertragung.
• Anwendungen: Antriebssysteme für große Schiffe, schwere Maschinen.

Planetengetriebe

• Mehrere Zahnräder rotieren um ein zentrales Sonnenrad für ein großes Übersetzungsverhältnis und eine kompakte Bauweise.
• Anwendung: Automatikgetriebe, Planetengetriebe.

Beispielsweise kann in der industriellen Produktion das Getriebesystem großer Ventilatoren Kegelräder verwenden; Im Spindelgetriebe von CNC-Werkzeugmaschinen werden häufig hochpräzise Stirnräder eingesetzt.

Für die Herstellung von Zahnrädern werden verschiedene Materialien verwendet. Die häufigsten sind die folgenden:

1. Stahl

• 45 Stahl: verfügt über gute umfassende mechanische Eigenschaften, der Preis ist relativ niedrig und wird häufig im allgemeinen Getriebe von Leichtlastgetrieben mit mittlerer und niedriger Geschwindigkeit verwendet.
• 40kr: Hat nach der Anlassbehandlung eine gute Festigkeit und Zähigkeit und ist für Getriebe mit mittlerer Geschwindigkeit und mittlerer Belastung geeignet.
• 20crmnti: Nach dem Aufkohlen und Abschrecken ist die Oberflächenhärte hoch, die Kernzähigkeit gut und es wird häufig für wichtige Zahnräder verwendet, die Stoßbelastungen standhalten, wie beispielsweise Getrieberäder für Kraftfahrzeuge.

2. Gusseisen

• Grauguss: wie HT200, HT250 usw., mit guter Vibrationsdämpfung und Verschleißfestigkeit, häufig verwendet bei niedriger Geschwindigkeit, leichter Last, keine Auswirkungen des offenen Getriebes.
• Sphäroguss: mechanische Eigenschaften besser als Grauguss, kann für wichtigere Getriebe verwendet werden.

3. Nichtmetallische Materialien

• Technische Kunststoffe: B. Nylon, Polycarbonat usw., mit geringem Gewicht, geringem Geräuschpegel, Korrosionsbeständigkeit und anderen Vorteilen, die häufig bei geringer Last, geringer Geschwindigkeit und Genauigkeitsanforderungen verwendet werden, sind keine hohen Anforderungen, wie z. B. das Getriebe im Instrument.

4. Nichteisenmetalle

• Kupferlegierung: B. Zinnbronze, Aluminiumbronze usw., weisen eine gute Verschleißfestigkeit und Reibungsbeständigkeit auf und werden häufig in Hochleistungsgetrieben mit hoher Gleitgeschwindigkeit verwendet.

Beispielsweise können im Getriebesystem gewöhnlicher Werkzeugmaschinen einige unwichtige langsame Zahnräder aus Grauguss bestehen; Bei leistungsstarken Automobilmotoren bestehen die Zahnräder üblicherweise aus hochwertigem legiertem Stahl.

Der Herstellungsprozess und die Materialien von Zahnrädern haben wie folgt einen erheblichen Einfluss auf deren Leistung:

Auswirkungen auf den Herstellungsprozess:

1. Genauigkeit und Profilgenauigkeit:

• Präzise Herstellungsprozesse wie Wälzfräsen, Schleifen usw. können die Genauigkeit des Zahnradprofils und der Teilungsgenauigkeit sicherstellen, sodass das Zahnrad im Übertragungsprozess stabiler ist und Vibrationen und Geräusche reduziert werden.
• Beispielsweise wird das im hochpräzisen Zahnradschleifverfahren hergestellte Zahnrad auf das Präzisionsübertragungssystem von CNC-Werkzeugmaschinen angewendet, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität sichergestellt werden kann.

2. Oberflächenqualität:

• Durch einen guten Herstellungsprozess kann eine glatte Zahnoberfläche erzielt, der Reibungskoeffizient verringert, die Getriebeeffizienz verbessert und der Verschleiß verringert werden.
• Beispielsweise können gehonte oder polierte Getriebeoberflächen ihre Lebensdauer effektiv verlängern.

3. Stärke und Härte:

• Durch geeignete Wärmebehandlungsverfahren wie Aufkohlen, Abschrecken usw. können die Oberflächenhärte und die Kernzähigkeit des Zahnrads erhöht sowie seine Tragfähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit verbessert werden.
• Beispielsweise werden die Zahnräder im Automobilgetriebe üblicherweise aufgekohlt und abgeschreckt, um großen Belastungen und häufigen Schaltstößen standzuhalten.

4. Verbleibender Stress:

• Bearbeitungsmethoden und Wärmebehandlung während der Herstellung können zu Eigenspannungen im Zahnrad führen. Eine angemessene Kontrolle der Eigenspannung kann die Ermüdungslebensdauer des Getriebes verbessern.

Materielle Auswirkungen:

1. Stärke und Härte:

• Hochfeste Materialien wie legierter Stahl halten höheren Belastungen stand und eignen sich für Getriebe mit hoher Belastung und Hochgeschwindigkeitsantrieben.
• Beispielsweise bestehen die Zahnräder großer Bergbaumaschinen üblicherweise aus hochfestem legiertem Stahl.

2. Verschleißfestigkeit:

• Materialien mit guter Verschleißfestigkeit, wie aufgekohlter Stahl, Kupferlegierungen usw., können den Verschleiß der Zahnoberfläche reduzieren und die Ganggenauigkeit und Übertragungsleistung aufrechterhalten.
• Wie bei den Zahnrädern mancher Geräte, die häufig starten und stoppen, sind besser verschleißfeste Materialien erforderlich, um einen langfristig stabilen Betrieb zu gewährleisten.

3. Zähigkeit:

• Die Zähigkeit des Materials bestimmt die Bruchfestigkeit des Zahnrads bei Stoßbelastung.
• Beispielsweise kann bei starken Aufprallbedingungen die Auswahl von Materialien mit höherer Zähigkeit einen plötzlichen Bruch des Zahnrads verhindern.

4. Kosten:

• Der Preisunterschied zwischen verschiedenen Materialien ist groß, was sich auf die Herstellungskosten der Ausrüstung und den Preis des Endprodukts auswirkt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Auswahl von Herstellungsprozessen und Materialien Faktoren wie die Verwendung der Getriebeumgebung, Lastbedingungen, Genauigkeitsanforderungen und Kosten berücksichtigt werden müssen, um sicherzustellen, dass das Getriebe eine gute Leistung und Zuverlässigkeit aufweist.

Die Zahnradherstellung ist ein anspruchsvoller und komplexer Prozess zur Herstellung hochwertiger Zahnräder für unterschiedliche Getriebeanforderungen. Der erste ist der Entwurfs- und Planungsprozess, der die Getriebeparameter entsprechend den spezifischen Anforderungen des Getriebesystems bestimmt und die Verwendungsbedingungen für die Auswahl von Materialien und Prozessen umfassend berücksichtigt. Materialvorbereitungsphase, häufig verwendeter Stahl, Gusseisen, Kupferlegierung usw., durch Schmieden, Walzen oder Gießen, um Rohmaterial zu erhalten. Die Bearbeitung der Zahnradform erfolgt durch Wälzfräsen, Zahnradstoßen, Schaben, Schleifen und andere Prozesse, und verschiedene Prozesse haben unterschiedliche Anwendungsszenarien. Die Wärmebehandlung verbessert die Getriebeleistung, die Endbearbeitung gewährleistet die Montagegenauigkeit, die Qualitätsprüfung wird durch professionelle Werkzeuge und Instrumente streng kontrolliert und die Oberflächenbehandlung verbessert die Korrosionsbeständigkeit und das Erscheinungsbild. Die Getriebeherstellungstechnologie entwickelt sich ständig weiter, um höhere Getriebeleistungs- und Zuverlässigkeitsstandards zu erfüllen. Ein Angebot bekommen