Evolventen-Zylinderrad & Getriebewelle Konstantes Geschwindigkeitsverhältnis Mittenabstand Flexibilität

Evolventen-Zylinderrad & Getriebewelle Konstantes Übersetzungsverhältnis Mittenabstand Flexibilität

Teil 1: Evolventen-Zylinderrad

1. Einführung
Das Evolventen-Zylinderrad ist die grundlegendste und am weitesten verbreitete Art von Zahnrad in der modernen mechanischen Kraftübertragung. Sein Zahnprofil basiert auf der Evolventenkurve. Diese Geometrie gewährleistet ein konstantes Übersetzungsverhältnis, einen ruhigen Lauf und ist unempfindlich gegenüber kleinen Abweichungen im Mittenabstand, was ausgezeichnete Eingriffseigenschaften bietet. Es wird für die Kraftübertragung zwischen parallelen Wellen verwendet (äußerer oder innerer Eingriff).

2. Vorteile

• Konstantes Übersetzungsverhältnis: Das Evolventenprofil garantiert ein konstantes momentanes Übersetzungsverhältnis, was eine genaue Bewegungsübertragung, hohe Laufruhe und reduzierte Stoßbelastung und Geräuschentwicklung gewährleistet.

• Mittenabstand Flexibilität: Geringe Abweichungen im installierten Mittenabstand beeinflussen das Übersetzungsverhältnis nicht, was die erforderliche Präzision für die Herstellung und Montage verringert und die Anwendbarkeit erhöht.

• Ausgereiftes Herstellungsverfahren: Standardisierte Schneidwerkzeuge und ausgereifte Fertigungstechnologien (z. B. Wälzfräsen, Stoßen, Schleifen) erleichtern die hochpräzise Massenproduktion und machen sie kostengünstiger.

• Hohe Belastbarkeit: Der Zahneingriff ist linear, was die Übertragung großer Leistungen und Drehmomente ermöglicht.

3. Wichtige technische Parameter

• Modul / Diametral Pitch: Der grundlegendste Parameter zur Bestimmung der Zahngröße.

• Zähnezahl: Bestimmt zusammen mit dem Modul den Teilkreisdurchmesser.

• Eingriffswinkel: Üblicherweise 20° (modernes Design) und 14,5° (älteres Design), beeinflusst die Zahnfestigkeit und die Fußdicke.

• Zahnbreite: Die axiale Breite des Zahnrads, die die Belastbarkeit beeinflusst.

• Genauigkeitsgrad: Bewertet nach ISO- oder AGMA-Standards (z. B. ISO 1328 Klassen 5-9). Eine niedrigere Klassennummer weist auf höhere Präzision und einen ruhigeren Lauf hin.

• Profilverschiebungskoeffizient: Wird verwendet, um Hinterschneidungen zu vermeiden, den Mittenabstand anzupassen oder das Festigkeitsgleichgewicht zwischen den zusammenpassenden Zahnrädern zu verbessern.

4. Anwendungen
Extrem weit verbreitet, in fast allen Bereichen, die Kraftübertragung erfordern:

• Automobilindustrie: Getriebe, Differentiale.

• Industrieanlagen: Untersetzungsgetriebe, Werkzeugmaschinen, Fördersysteme, Robotergelenke.

• Haushaltsgeräte: Waschmaschinen, Elektrowerkzeuge.

• Luft- und Raumfahrt: Motor-Nebenantriebssysteme.

Teil 2: Getriebewelle

1. Einführung
Eine Getriebewelle ist eine spezielle Komponente, bei der das Zahnrad und die Welle als ein einziges integriertes Teil hergestellt werden. Es ist nicht einfach ein "Zahnrad + Welle", sondern ein einheitliches Funktionsteil. Sie wird typischerweise verwendet, wenn der Fußdurchmesser des Ritzels nahe am Wellendurchmesser liegt oder wenn extrem hohe Betriebsfestigkeit und Zuverlässigkeit gefordert sind.

2. Vorteile (im Vergleich zu separatem Zahnrad und Welle)

• Hohe Festigkeit und Steifigkeit: Vermeidet Spannungskonzentration und Reibungsverschleiß, die mit Keilverbindungen verbunden sind. Die monolithische Struktur kann größeren Belastungen und Drehmomenten standhalten.

• Hohe Zuverlässigkeit: Eliminiert das Risiko eines Versagens in Verbindungselementen wie Keilen oder Stiften. Die einfachere Struktur hat weniger potenzielle Fehlerstellen.

• Kompakte Struktur: Spart Bauraum und führt zu saubereren Designs.

• Ausgezeichnete Ausrichtung: Die Zahnrad- und Wellenabschnitte sind naturgemäß koaxial, wodurch Fehlausrichtungen bei der Montage vermieden werden.

3. Wichtige technische Parameter
Die Parameter einer Getriebewelle umfassen ihre Parameter als Zahnrad (Modul, Zähnezahl, Eingriffswinkel usw.) und ihre Parameter als Welle:

• Tragart: Drehende Welle (überträgt Drehmoment und trägt Biegemomente), stationäre Achse (trägt nur Biegemomente).

• Werkstoff & Wärmebehandlung: Typischerweise aus legierten Stählen (z. B. 40Cr, 20CrMnTi) hergestellt und mit Verfahren wie Härten und Anlassen oder Aufkohlen behandelt, um harte Zahnoberflächen und einen zähen Kern zu gewährleisten.

• Zapfendimensionen & Toleranzen: Durchmesser und Präzision der Abschnitte, die mit Lagern zusammenarbeiten.

• Keilnut / Verzahnung (falls zutreffend): Zum Verbinden mit anderen Komponenten.

4. Anwendungen
Wird häufig in Anwendungen mit hohen Anforderungen an Raum, Gewicht und Zuverlässigkeit eingesetzt:

• Untersetzungsgetriebe / Getriebe: Insbesondere das Hochgeschwindigkeitsritzel wird oft als Getriebewelle ausgeführt.

• Automobilmotoren: Nockenwellen, Ölpumpenantriebswellen.

• Luft- und Raumfahrt: Getriebesysteme, die hohe Zuverlässigkeit erfordern.

• Präzisionsinstrumente: Anwendungen, die hohe Ausrichtung und geringe Vibrationen erfordern.