Die „Kunst des Zubeißens“ in der mechanischen Welt: Die verschiedenen Zahnradtypen kennenlernen

In der Maschinenbauindustrie zählt das Zahnradgetriebe zu den grundlegendsten Getriebearten. Es zeichnet sich durch seinen einfachen Aufbau, seinen hohen Wirkungsgrad und die präzise Einstellung des Übersetzungsverhältnisses aus und findet daher breite Anwendung in verschiedensten Maschinen.

Der Wirkungsgrad von Zahnrädern beschreibt deren Kraftübertragungseffizienz unter normalen Montagebedingungen. Bei fehlerhafter Montage, insbesondere wenn das Kegelrad mit falschem Abstand montiert wird und dadurch ein Fehler im Kegelschnitt entsteht, verringert sich der Wirkungsgrad erheblich.

Parallelwellenzahnräder

1. Stirnräder: Zylindrische Zahnräder, deren Zahnlinien parallel zur Mittellinie der Welle verlaufen. Sie werden am häufigsten in der Kraftübertragung eingesetzt, da sie leicht zu bearbeiten sind.

2. Schrägverzahnte Zahnräder: Zylindrische Zahnräder mit schrägverzahnten Zahnlinien sind weit verbreitet, da sie stabiler als Stirnräder sind und einen ruhigen Lauf aufweisen. Beim Kraftübertragungsprozess entsteht ein axialer Schub.

3. Regale: Ein lineares, zahnstangenartiges Zahnrad, das mit einem Stirnrad kämmt. Es kann als Sonderfall betrachtet werden, wenn der Teilkreisdurchmesser des Stirnrads unendlich wird.

4. Schraubenförmige Zahnstangen: Ein Streifenzahnrad, das mit einem Schrägzahnrad kämmt. Dies entspricht dem Fall, dass der Teilkreisdurchmesser des Schrägzahnrads unendlich wird.

5. Innenverzahnung: Zahnräder, die mit Stirnrädern kämmen und deren Zähne an der Innenseite des Zahnkranzes gefräst sind. Sie werden hauptsächlich in Anwendungen wie Planetengetrieben und Zahnkupplungen eingesetzt.

6. Pfeilverzahnung: Ein Zahnrad, das durch die Kombination zweier schrägverzahnter Zahnräder mit links- und rechtsgängiger Verzahnung entsteht. Es hat den Vorteil, dass es keine Schubkraft in axialer Richtung erzeugt.

Sich kreuzende Wellenzahnräder

1. Gehrungszahnräder: Ein Kegelrad mit gebogener Verzahnung und einem Schrägungswinkel von null Grad. Aufgrund der Eigenschaften von geraden und gebogenen Kegelrädern ist die Kraft auf die Zahnoberfläche die gleiche wie bei geraden Kegelrädern.

2. Gerade Kegelräder: Ein Kegelrad, dessen Zahnlinie mit der Achse des Teilkegels übereinstimmt. Da Kegelräder relativ einfach herzustellen sind, werden sie in einer Vielzahl von Anwendungen als Getriebekegelräder eingesetzt.

3. Spiralverzahnte Kegelräder: Kegelräder mit gekrümmten Zahnlinien und Schrägungswinkeln. Obwohl ihre Herstellung schwieriger ist als die von geraden Kegelrädern, werden sie aufgrund ihrer hohen Festigkeit und geringen Geräuschentwicklung häufig eingesetzt.

Versetzte Wellenzahnräder

1. Zylindrisches Schneckengetriebe: Der Begriff „zylindrisches Schneckengetriebe“ bezeichnet allgemein ein zylindrisches Schneckenrad und das dazugehörige Schneckenrad. Es zeichnet sich vor allem durch einen ruhigen Lauf und ein hohes Übersetzungsverhältnis aus, allerdings ist sein Wirkungsgrad gering.

2. Schrägverzahnte Zahnräder mit versetzter Welle: Diese Bezeichnung wird für zylindrische Schneckengetriebe verwendet, wenn diese zwischen versetzten Wellen angetrieben werden. Sie findet Anwendung bei Schrägverzahnungen oder Schräg- und Stirnradverzahnungen. Der Lauf ist ruhig, jedoch eignet sich diese Bauart nur für geringe Lasten.

Zahnradmaterial

Der Zahnkörper sollte eine hohe Bruchfestigkeit aufweisen, die Zahnoberfläche sollte eine hohe Beständigkeit gegen Grübchenbildung und Verschleiß sowie eine hohe Beständigkeit gegen Verklebungen aufweisen, das sind die Anforderungen: Zahnoberfläche hart, Kern zähHezhong Heavy Industry wählt für die Zahnräder häufig 20CrMnTi als Werkstoff.

Chrom (Cr) verbessert insbesondere in Bau- und Werkzeugstählen die Festigkeit, Härte und Abriebfestigkeit deutlich, verringert aber gleichzeitig die Plastizität und Zähigkeit. Darüber hinaus erhöht Chrom die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit von Stahl und ist daher ein wichtiges Legierungselement für Edelstahl und hitzebeständigen Stahl.

Mangan (Mn) Mangan ist ursprünglich ein schwaches Desoxidationsmittel. Die richtige Menge Mangan kann die Festigkeit von Stahl wirksam verbessern, den durch Schwefel und Sauerstoff verursachten Warmversprödungseffekt beseitigen, die Warmumformeigenschaften von Stahl verbessern und die Kaltversprödungsneigung verringern, ohne die Plastizität und Schlagzähigkeit von Stahl wesentlich zu beeinträchtigen.

Titan (Ti) ist ein starkes Desoxidationsmittel in Stahl. Es kann die innere Struktur des Stahls verdichten, die Kornkraft verfeinern, die Alterungsempfindlichkeit und Kaltversprödung des Stahls verringern und gleichzeitig die Schweißeigenschaften verbessern.

Daher wird 20CrMnTi häufig zur Herstellung von Zahnrädern mit hoher Festigkeit, hoher Härte und guter Zähigkeit verwendet.

Bearbeitung von Zahnrädern

Die Bearbeitung von Zahnrädern umfasst üblicherweise mehrere Schritte: Schmieden der Zahnrohlinge, Planbohren der Zentrierlöcher, Feindrehen der Zahnrohlinge, Wälzfräsen, Interpolieren, Schaben, Schleifen, Verzahnungswalzen und Richten. Zusätzliche Schritte wie Wärmebehandlung (z. B. Aufkohlen und Härten) und Reinigung sind oft erforderlich, um sicherzustellen, dass die Produktqualität den Anforderungen der jeweiligen Anwendung entspricht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Zahnräder Vorteile wie Betriebssicherheit, hohe Übertragungseffizienz und kompakte Bauweise bieten. Zu den Nachteilen zählen jedoch hohe Herstellungskosten, hohe Präzisionsanforderungen und die Ungeeignetheit für lange Übertragungsstrecken. Die Wahl des richtigen Zahnradtyps optimiert die Maschinenleistung, erfordert aber auch eine Entscheidung, die auf den spezifischen Anwendungsanforderungen und -bedingungen basiert.