Getriebearten: Aufbau, Funktion und Anwendung

Zahnräder sind eine der häufigsten Komponenten mechanischer Getriebe und werden häufig in verschiedenen mechanischen Geräten zur Kraftübertragung, Geschwindigkeits- und Richtungsänderung eingesetzt. Es gibt viele Arten von Getrieben, jede mit ihrer eigenen einzigartigen Struktur und Funktion, die für unterschiedliche Anwendungsszenarien geeignet sind. In diesem Artikel werden die gängigen Getriebetypen im Detail vorgestellt, einschließlich ihrer strukturellen Eigenschaften, Funktionsprinzipien, Verarbeitungstechnologie und Anwendungen in verschiedenen Bereichen.

Grundprinzipien und Klassifizierung von Zahnrädern

Grundprinzipien von Zahnrädern

Zahnräder sind mechanische Elemente, die durch den Eingriff von Zahnradzähnen Kraft und Bewegung übertragen. Sein Funktionsprinzip basiert auf dem Eingriff der Zähne zweier Zahnräder, die durch die Kontaktkraft der Zahnoberflächen Drehmoment und Bewegung übertragen. Zahnradgetriebe zeichnen sich durch hohe Effizienz, hohe Präzision und hohe Zuverlässigkeit aus und werden häufig in verschiedenen mechanischen Systemen eingesetzt.

Klassifizierung von Zahnrädern

Zahnräder können nach Struktur, Form, Zweck und Verarbeitungsmethode auf viele Arten klassifiziert werden. Zu den gängigen Klassifizierungsmethoden gehören::

Klassifizierung nach Zahnradform:

• Zylindrisches Zahnrad
• Kegelradgetriebe
• Schneckengetriebe
• Unrundes Zahnrad

Klassifizierung nach Zahnradeingriffsmethode:

• Außenverzahntes Zahnrad
• Innenverzahntes Zahnrad
• Ausrüstung und Zahnstange

Klassifizierung nach Getrieberichtung:

• Parallelachsgetriebe
• Getriebe mit kreuzenden Achsen
• Zahnradgetriebe mit versetzten Achsen

Klassifizierung nach Ganggenauigkeitsstufe:

• Präzisionsgetriebe
• Gewöhnliche Ausrüstung
• Getriebe mit geringer Präzision

Gängige Getriebetypen und ihre Eigenschaften

Stirnräder

Zylindrische Zahnräder sind die gebräuchlichste Art von Zahnrädern mit auf einer zylindrischen Oberfläche verteilten Zahnprofilen, die für die Übertragung zwischen parallelen Wellen geeignet sind.

Strukturmerkmale:

• Das Zahnprofil des Zahnrads hat normalerweise eine Evolventenform mit guter Eingriffsleistung und Tragfähigkeit.
• Es kann als gerade Verzahnung, Schrägverzahnung oder Fischgrätenverzahnung ausgeführt sein, um unterschiedlichen Übertragungsanforderungen gerecht zu werden.

Typ:

• Stirnradgetriebe: Die Zahnlinie ist parallel zur Achse, die Struktur ist einfach und die Verarbeitung ist bequem, aber während der Übertragung wird eine Axialkraft erzeugt.
• Schrägverzahnung: Die Zahnlinie steht in einem bestimmten Winkel zur Achse, die Übertragung ist stabil und die Tragfähigkeit ist hoch, aber das Gleichgewicht der Axialkräfte muss berücksichtigt werden.
• Fischgräten-Ausrüstung: Es besteht aus linken und rechten Schrägzähnen, die die Axialkraft automatisch ausgleichen können und für die Hochleistungsübertragung geeignet sind.

Anwendungsbereiche:

• Wird häufig in mechanischen Getriebesystemen wie Automobilgetrieben, industriellen Untersetzungsgetrieben, Motoren usw. verwendet.

Kegelräder

Kegelräder haben auf einer Kegelfläche verteilte Zahnprofile und eignen sich zur Übertragung zwischen sich kreuzenden Wellen.

Strukturmerkmale:

• Das Zahnprofil des Zahnrads hat normalerweise eine Evolventen- oder Bogenzahnform, wodurch die Übertragung zweier sich schneidender Achsen realisiert werden kann.
• Bei der Übertragung entsteht eine Axialkraft, die durch Lager abgestützt werden muss.

Typ:

• Stirnkegelrad: Die Zahnlinie schneidet die Achse, die Struktur ist einfach, aber das Übertragungsgeräusch ist groß.
• Spiralkegelrad: Die Zahnlinie ist bogenförmig, die Übertragung ist reibungslos, das Geräusch ist gering und die Belastbarkeit ist hoch.
• Spiralkegelrad: Die Zahnlinie ist spiralförmig, die Übertragungseffizienz ist hoch und sie ist für eine hochpräzise Übertragung geeignet.

Anwendungsbereiche:

• Wird häufig in Automobildifferentialen, mechanischen Lenksystemen, Spindelantrieben für Werkzeugmaschinen usw. verwendet.

Wurm ausrüstung

Ein Schneckengetriebe ist eine spezielle Form der Zahnradübertragung, bestehend aus einer Schnecke und einem Schneckenrad, die für die Übertragung zwischen versetzten Wellen geeignet ist.

Strukturmerkmale:

• Die Schnecke ähnelt einem Gewinde, und das Schneckenrad ähnelt einem schrägverzahnten zylindrischen Zahnrad, und die beiden greifen über schrägverzahnte Zähne ineinander.
• Das Übersetzungsverhältnis ist groß und die Struktur ist kompakt, aber der Übertragungswirkungsgrad ist gering und es wird normalerweise für Untersetzungsgetriebe verwendet.

Typ:

• Gewöhnliches Schneckengetriebe: Geeignet für allgemeine Untersetzungsgetriebe.
• Schrägverzahntes Schneckengetriebe: Stabilere Übertragung und höhere Tragfähigkeit.
• Kreisbogenzahn-Schneckengetriebe: Die Zahnoberfläche ist bogenförmig, mit hoher Übertragungseffizienz und für eine hochpräzise Übertragung geeignet.

Anwendungsbereiche:

• Weit verbreitet in Hebemaschinen, Reduzierstücken, Vorschubmechanismen für Werkzeugmaschinen usw.

Unrunde Zahnräder

Unrunde Zahnräder haben Zahnprofile, die nicht den Standardkreisen entsprechen und werden zur Erfüllung besonderer Übertragungsanforderungen eingesetzt.

Strukturmerkmale:

• Das Zahnprofil des Zahnrads wird entsprechend den spezifischen Übertragungsanforderungen entworfen und kann unrund, elliptisch oder andere komplexe Formen haben.
• Das Übersetzungsverhältnis ändert sich im Laufe der Zeit und eignet sich für Fälle, in denen ein Getriebe mit variabler Geschwindigkeit erforderlich ist.

Typen:

• Elliptische Zahnräder: Wird verwendet, um eine periodische Übertragung mit variabler Geschwindigkeit zu erreichen.
• Hyperbolische Zahnräder: Wird verwendet, um eine hochpräzise Übertragung zu erreichen.
• Zahnräder mit variabler Zahnstärke: Wird verwendet, um eine ungleichmäßige Übertragung zu erreichen.

Anwendungsfelder:

• Wird häufig in Robotergelenken, Präzisionsinstrumenten, Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen verwendet.

Zahnradbearbeitungstechnologie

Grundlegende Methoden der Zahnradbearbeitung

Es gibt viele verschiedene Methoden zur Zahnradbearbeitung. Je nach Art und Präzisionsanforderungen des Zahnrads können unterschiedliche Bearbeitungstechniken gewählt werden. Zu den gängigen Verarbeitungsmethoden gehören::

Wälzfräsen:

• Beim Wälzfräsen wird die Zahnform am Werkstück eingefräst. Es eignet sich für die Bearbeitung von Stirn-, Schräg- und Fischgräten-Zylinderrädern.
• Es verfügt über eine hohe Bearbeitungseffizienz und Präzision und ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Zahnradbearbeitung.

Zahnradformung:

• Mit Wälzstoßfräsen wird die Zahnform am Werkstück eingefräst. Es ist für die Bearbeitung von Innenverzahnungen und Mehrlenkergetrieben geeignet.
• Es verfügt über eine hohe Verarbeitungspräzision, aber eine relativ geringe Effizienz.

Zahnradfräsen:

• Die Zahnradform wird mit Fräsern in das Werkstück eingeschnitten. Es eignet sich für die Bearbeitung kleiner Chargen von Zahnrädern oder Zahnrädern mit komplexen Formen.
• Es weist eine geringe Verarbeitungspräzision, aber eine hohe Flexibilität auf.

Zahnradschleifen:

• Zahnräder werden durch Schleifscheiben geschliffen, um die Präzision und Oberflächenqualität der Zahnräder zu verbessern.
• Es eignet sich für die Bearbeitung hochpräziser Zahnräder, wie z. B. Getrieberäder für Kraftfahrzeuge und Getriebe für die Luft- und Raumfahrt.

Moderne Zahnradbearbeitungstechnologie

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie entwickelt sich auch die moderne Zahnradbearbeitungstechnologie ständig weiter, um den Anforderungen an hohe Präzision, hohe Effizienz und komplexe Formbearbeitung gerecht zu werden.

CNC-Bearbeitung:

• Die hochpräzise Bearbeitung von Zahnrädern wird durch CNC-Werkzeugmaschinen erreicht, mit denen komplexe Zahnformen und hochpräzise Zahnräder hergestellt werden können.
• Die CNC-Bearbeitungstechnologie kombiniert mehrere Prozesse wie Wälzfräsen, Wälzstoßen und Wälzschleifen, um die Bearbeitungseffizienz und -präzision zu verbessern.

Präzisionsschmieden:

• Zahnradrohlinge werden durch Präzisionsschmiedetechnik hergestellt, was die Bearbeitungszugaben reduziert und die Materialausnutzung verbessert.
• Es ist für die Massenproduktion geeignet und kann die Produktionskosten deutlich senken.

Pulvermetallurgie:

• Zahnräder werden mithilfe der Pulvermetallurgie-Technologie hergestellt, die sich durch hohe Präzision, hohe Festigkeit und geringes Gewicht auszeichnet.
• Es eignet sich für die Herstellung kleiner, hochpräziser Zahnräder wie Mikrozahnräder und Präzisionsinstrumentenzahnräder.

Anwendungsgebiete von Zahnrädern

Automobilindustrie

Zahnräder sind in der Automobilindustrie weit verbreitet und decken fast alle Getriebesysteme von Automobilen ab.

Getriebe:

• Wird im Automobilgetriebe verwendet, um eine Kraftübertragung bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu erreichen.
• Erfordert hohe Präzision, hohe Belastbarkeit und gute Verschleißfestigkeit.

Differentialgetriebe:

• Wird in Automobildifferenzialen verwendet, um eine Differenzialübertragung der Räder zu erreichen.
• In der Regel werden Kegelräder verwendet, die eine hohe Präzision und Zuverlässigkeit erfordern.

Lenksystemgetriebe:

• Wird im Lenksystem von Kraftfahrzeugen verwendet, um die Übertragung des Lenkmechanismus zu erreichen.
• Erfordert hohe Präzision und geringe Geräuschentwicklung, verwendet normalerweise schrägverzahnte Stirnräder.

Luft- und Raumfahrtbereich

Im Luft- und Raumfahrtbereich werden extrem hohe Anforderungen an Getriebe gestellt, die hohe Präzision, hohe Festigkeit und leichte Bauweise erfordern.

Motorgetriebe:

• Wird in Flugzeugtriebwerken zur Kraftübertragung und Geschwindigkeitsregulierung eingesetzt.
• Normalerweise aus hochfestem legiertem Stahl oder einer Titanlegierung hergestellt und einer Präzisionsbearbeitung und Wärmebehandlung unterzogen.

Getriebe des Flugsteuerungssystems:

• Wird im Übertragungsmechanismus des Flugsteuerungssystems verwendet, um eine hochpräzise Steuerung zu erreichen.
• Erfordert hohe Präzision, hohe Zuverlässigkeit und gute Ermüdungsbeständigkeit.

Fahrwerksgetriebe:

• Wird im Ein- und Ausfahrmechanismus des Fahrwerks verwendet, um das Ausfahren und Drehen des Fahrwerks zu erreichen.
• Erfordert hohe Festigkeit und hohe Zuverlässigkeit, verwendet normalerweise Kegelräder oder Schneckenräder.

Industrielle Maschinen

Zahnräder werden auch häufig in Industriemaschinen, für verschiedene Getriebesysteme und Automatisierungsgeräte eingesetzt.

Untersetzungsgetriebe:

• Wird in industriellen Untersetzungsgetrieben verwendet, um hohe Untersetzungsverhältnisse und eine hohe Drehmomentübertragung zu erreichen.
• Erfordert eine hohe Belastbarkeit und gute Verschleißfestigkeit, verwendet normalerweise schrägverzahnte Stirnräder oder Fischgräten-Stirnräder.

Zahnräder für Werkzeugmaschinen:

• Wird im Spindelgetriebe und Vorschubmechanismus von Werkzeugmaschinen verwendet, um eine hochpräzise Bearbeitung zu erreichen.
• Erfordert hohe Präzision und geringe Geräuschentwicklung, normalerweise wird Präzisionsschleifen verwendet.

Roboter-Gelenkgetriebe:

• Wird im Übertragungsmechanismus von Robotergelenken verwendet, um eine hochpräzise Bewegungssteuerung zu erreichen.
• Erfordert hohe Präzision, hohe Zuverlässigkeit und gute Ermüdungsbeständigkeit, verwendet normalerweise unrunde Zahnräder oder harmonische Zahnräder.

Medizinische Geräte

Zahnräder finden auch wichtige Anwendungen in medizinischen Geräten und werden in den Übertragungssystemen verschiedener Präzisionsinstrumente und -geräte verwendet.

Zahnräder für medizinische Geräte:

• Wird im Übertragungsmechanismus medizinischer Geräte verwendet, um eine hochpräzise Steuerung zu erreichen.
• Erfordert hohe Präzision, hohe Zuverlässigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit und besteht normalerweise aus Edelstahl oder einer Aluminiumlegierung.

Diagnostische Ausrüstung:

• Wird im Übertragungssystem von Diagnosegeräten verwendet, um hochpräzise Bewegungen zu erreichen.
• Erfordert hohe Präzision und geringe Geräuschentwicklung, normalerweise Präzisionsschleifen.

Zahnräder für Rehabilitationsgeräte:

• Wird im Übertragungsmechanismus von Rehabilitationsgeräten verwendet, um eine hochpräzise Bewegungssteuerung zu erreichen.
• Erfordert hohe Präzision, hohe Zuverlässigkeit und gute Ermüdungsbeständigkeit, normalerweise unrunde Zahnräder oder harmonische Zahnräder.

Zukünftiger Entwicklungstrend von Zahnrädern

Hochpräzise und hocheffiziente Bearbeitung

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie wird sich die Zahnradbearbeitung in Richtung hoher Präzision und hoher Effizienz entwickeln. Moderne Verarbeitungstechnologien wie CNC-Bearbeitungstechnologie, Präzisionsschmiedetechnologie und Pulvermetallurgietechnologie werden in zunehmendem Maße eingesetzt, um den Anforderungen einer hochpräzisen, hocheffizienten und komplexen Formbearbeitung gerecht zu werden.

Leichte und leistungsstarke Materialien

In den Bereichen Luft- und Raumfahrt und Automobil ist Leichtbau ein wichtiger Zukunftstrend. Hochleistungsmaterialien wie hochfeste Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen und Verbundwerkstoffe werden in zunehmendem Maße eingesetzt, um leichte und leistungsstarke Zahnräder herzustellen.

Intelligenz und Automatisierung

Intelligenz und Automatisierung sind wichtige Entwicklungsrichtungen für die zukünftige Getriebefertigung. Durch die Einführung industrieller Internet-, Big-Data- und künstlicher Intelligenztechnologien wird der Zahnradherstellungsprozess automatisiert und intelligent. Beispielsweise können intelligente CNC-Werkzeugmaschinen Bearbeitungsparameter entsprechend den Bearbeitungsdaten automatisch anpassen, um die Bearbeitungseffizienz und -qualität zu verbessern.

Grüne Fertigung

Grüne Fertigung ist eine wichtige Entwicklungsrichtung für die Fertigungsindustrie der Zukunft, und die Getriebefertigung bildet da keine Ausnahme. Durch die Optimierung der Verarbeitungstechnologie, die Reduzierung von Materialverschwendung und die Reduzierung des Energieverbrauchs wird die Zahnradherstellung eine nachhaltige Entwicklung erreichen. Beispielsweise können durch den Einsatz effizienter Schneidwerkzeuge und optimierter Bearbeitungsverfahren die Schneidzeit verkürzt und der Energieverbrauch gesenkt werden. Gleichzeitig kann durch Recycling und Wiederverwendung der bei der Verarbeitung anfallenden Abfälle auch die Umweltbelastung verringert werden.

Fazit

Zahnräder als Kernkomponenten mechanischer Getriebe haben ein breites Anwendungsspektrum und wichtige Rollen. In diesem Artikel werden die Typen, strukturellen Eigenschaften, Verarbeitungstechnologie und Anwendungen von Zahnrädern in verschiedenen Bereichen ausführlich vorgestellt. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie wird sich der Getriebebau in Richtung einer hochpräzisen, hocheffizienten, leichten, intelligenten und umweltfreundlichen Fertigung entwickeln und so den Fortschritt der Maschinenbauindustrie stark unterstützen.