Gleason. Kegelradtechnologie. Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen. Hermann J. Stadtfeld. und modernste Herstellungsverfahren für Winkelgetriebe

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1 Hermann J. Stadtfeld Gleason Kegelradtechnologie Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen und modernste Herstellungsverfahren für Winkelgetriebe Mit 368 Bildern und 31 Tabellen

2 Inhaltsverzeichnis AutorenVorwort Inhaltsverzeichnis 0. Nomenklatur und Zeichenerklärung Nomenklatur Erklärung der verwendeten Formelzeichen 5 1. Einführung in die Verzahnungstheorie Einleitung Die geeignete Flankenform Evolventen und Achsabstände Die Erzeugung der Evolvente Der Schluss vom Zylinderrad aufs Kegelrad Die Erzeugerräder bei Kegelradverzahnungen mit parallelem Zahnhöhenverlauf Die Erzeugerräder bei Kegelradverzahnungen mit konischem Zahnhöhenverlauf Zusammenfassung Literatur Verzahnungsmathematik für Kegelräder Einleitung Entwicklung eines einzelteilverzahnten Spiralkegelradsatzes Berechnung der Drehteildaten Berechnung der Messerkopf Geometrie Berechnung der Basiseinstellungen der Verzahnmaschine Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des einzelteilverzahnten Beispiels Entwicklung eines kontinuierlich verzahnten Spiralkegelradsatzes Berechnung der Drehteildaten Berechnung der Messerkopf Geometrie Berechnung der Basiseinstellungen der Verzahnmaschine Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des kontinuierlich verzahnten Beispiels Entwicklung eines kontinuierlich verzahnten, formgewälzten Spiralkegelradsatzes Berechnung der Drehteildaten Berechnung der Messerkopf Geometrie Berechnung der Basiseinstellungen der Verzahnmaschine Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des kontinuierlich verzahnten Beispiels Entwicklung eines kontinuierlich verzahnten, formgewälzten Spiralkegelradsatzes mit Achsversatz Berechnung der Drehteildaten Berechnung der Messerkopf Geometrie Berechnung der Basiseinstellungen der Verzahnmaschine Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des achsversetzten Beispiels 85

3 Spiralkegelräder 2.6 Entwicklung einer gebrauchstüchtigen Kegelradverzahnung mit Längs und Höhenballigkeit Drehteildaten Die Erzeugung von Längsballigkeit Berechnung der Basiseinstellungen der Verzahnmaschine Berechnung der Messerkopf Geometrie Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des längsballigen Beispiels Die Erzeugung von Höhenballigkeit Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des längs und höhenballigen Beispiels Die Bedeutung von Profilverschiebung, Winkelkorrektur und Messerkopfneigung Anwendungsprinzip der Profilverschiebung Die Winkelkorrektur Die Messerkopfneigung Zusammenfassung Literatur Die Anwendungsgebiete von Kegelrädern Einleitung Anwendungen im Automobilbau Anwendungen im Nutzfahrzeugbau Anwendungen in der Eisenbahntechnik Anwendungen in Baumaschinen Anwendungen in der Luftfahrt Anwendungen in Industriegetrieben Anwendungen in Marinegetrieben Spezialanwendungen Quellennachweis Die verschiedenen Arten von Kegelrädern und ihre tribologischen Aspekte Grundlegende Erklärungen der theoretischen Analysen von Kegelrädern mit und ohne Achsversatz Geradverzahnte Kegelräder Auslegung Analyse Herstellung Anwendung Bogenverzahnte Kegelräder ohne Achsversatz Auslegung Analyse Herstellung Anwendung Zerol Kegelräder Auslegung Analyse Herstellung Anwendung 164

4 Hypoidgetriebe Face SRH Completing 4.5 Kronenräder Auslegung Analyse Herstellung Anwendung Achsversetzte Kegelräder Auslegung Analyse Herstellung Anwendung Kegelschneckengetriebe Auslegung Analyse Herstellung Anwendung Beveloid und Hypoloid Verzahnungen Auslegung Analyse Herstellung Anwendung Zusammenfassung Literatur Praktische Verfahrensmerkmale Einleitung Einstechen und Wälzen Merkmale der Fräsprozesse häufig verwendeter Verzahnverfahren FünfschnittVerfahren Einzelteilendes ZweiflankenschnittVerfahren Kontinuierliches Verfahren Hobbing Das CYCLOCUT Verfahren Das SPIROFORM Verfahren Das Super Reduction Hypoid Verfahren Das HYPOLOID Verfahren Das CONIFLEX Verfahren Das CONIFACE Verfahren Das SemiCompleting Verfahren Geometrische und kinematische Einordnung der Verfahren Literatur Die Regeln zur optimalen Grundauslegung von Kegelrädern Einleitung Der Einfluss der wichtigsten Parameter Der Modul Die Zahnbreite Der Spitzenradius des Fräsermessers Der Achsversatz Der Eingriffswinkel Die Profilverschiebung Die Zahnhöhe Der Fräserradius 244

5 Neue Das Verhältnis des Evolventenpunktes zur mittleren Kegeldistanz Der Spiralwinkel Das Verzahnverfahren Restriktionen bei der Veränderung der Verzahnungsgrunddaten Optimierung mittels FlankenformModifikationen Festigkeitssteigerung und Geräuschreduzierung mittels EaseOff Zusammenfassung Literatur Verzahnwerkzeuge Einleitung Das HARDAC Messerkopfsystem RSR Stabmesserköpfe TRIAC Messerköpfe für kontinuierliche Verzahnverfahren PENTAC FHMesserkopf zum kontinuierlichen Verzahnen 257 zum Einzelteilverzahnen PENTAC FMMesserkopf 7.7 Theoretische und praktische Untersuchungen des PENTAC Messerkopfsystems Eignung zum HartmetallHochgeschwindigkeitsverzahnen und der Schritt zu PENTAC Plus Werkzeuge zur Herstellung von Geradzahnkegelrädern Einrichten von Messerköpfen mit Stabmessern Zusammenfassung Literatur Verzahnmaschinen Einleitung Die ersten Freiform KegelradVerzahnmaschinen Neues Konzept für Freiform KegelradVerzahnmaschinen Ziele für eine neue Generation KegelradVerzahnmaschinen Suche nach einer geeigneten Maschinenstruktur Diskussion der Schwenkwinkelproblematik Analytische Untersuchungen für optimale Schwenkpunktlage Die ultimative Kegelradverzahnmaschine Standards in der Kegelradverzahntechnik Formgestaltung der Maschinenverkleidung und Ergonomie Weiterentwicklungen und zukünftige Trends Zusammenfassung Literatur Die Kegelradfräsverfahren Einleitung Der Trend in Europa und den Vereinigten Staaten von Amerika Kontinuierliches Verzahnen mit Läppen oder einzelteilendes Verzahnen mit Schleifen Die Betrachtung der Unterschiede in der Makrogeometrie Makrogeometrie einzelteilverzahnter Kegelräder Makrogeometrie kontinuierlich verzahnter Kegelräder Flanken Topologie Flanken Topologie einzelteilverzahnter Kegelrädern Flanken Topologie kontinuierlich verzahnter Kegelrädern 300

6 Die 9.6 EaseOff Topographie einzelteil und kontinuierlich verzahnter Kegelrädern Fußausrundungsgeometrie einzelteil und kontinuierlich verzahnter Kegelrädern Flankenrauigkeit, Welligkeit und Textur Globale Festigkeitsbetrachtungen Nachoptimierungen im Zuge von Produktpflege Vergleich der Fertigungskosten Fertigungskosten Läppen Fertigungskosten Schleifen Schlussfolgerung des Kostenvergleiches Anwendungsgebiete geschliffener und geläppter Kegelräder Zusammenfassung Literatur HochgeschwindigkeitsTrockenverzahnen von Kegelrädern Einleitung Werkzeugmaterial Werkzeugbeschichtung und Schneidkantenverrundung Werkstückmaterial und Gefügebehandlung Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten Optimale Werkzeuggeometrie Vergrößerung der Messerspitzenbreite Standzeiten und Werkzeugkosten Studie verschiedener Messerverschleißerscheinungen Regeln zur Aufbereitung von Hartmetallmessern Spanformen und optimale Winkel am Hartmetallmesser Zusammenfassung Literatur Hartfeinbearbeitungsverfahren für Kegelräder Das Läppen von Kegelrädern Die Gesetzmäßigkeiten beim Läppen von Kegelrdern Neue Generation Kegelradläppmaschinen Kompaktes und ergonomisches Läppmaschinenkonzept Das TurboLäppverfahren Zyklusmerkmale Ausblick Anhang Läppregeln für bogenverzahnte Kegelräder Das Schleifen von Kegelrädern Die Strategie des optimalen Vorverzahnens Interferenz und kreisförmige Protuberanz Oberflächengüte und Oberflächenbehandlung Schleifscheibenspezifikation und Eigenschaften Kühlung und Schleifscheibenreinigung Schleifzyklen Das Abrichten der Schleifscheiben Die Kompensation des Schleifscheibenverschleißes Laufprüfung geschliffener Kegelradsätze Festigkeit von geschliffenen Kegelradsätzen Die wirtschaftlichen Aspekte des Schleifens Zusammenfassung 381

7 11.3 Hartschälen von gewälzten Kegelrädern Die Strategie des optimalen Vorverzahnens Werkzeuge zum Hartschälen Der Zerspanungsprozess Beispielhafte Bearbeitungsergebnisse Zusammenfassung Literatur Laufprüfung von Kegelrädern Heute eingesetzte Zahnradprüfverfahren Prüfkonzept für Zahnräder Kegelradlaufprüfung in Entwicklung und Fertigung Die Einflankenwälzprüfung DKörperschallanalyse Regelkreis zwischen Fahrzeug und Prüfmaschine Regeln für die Erarbeitung von Auswertekriterien Auswertestrategie bei Anwendung mehrerer Analysemethoden Zusammenfassung und Ausblick Literatur Geräuschtestfahrten und Auswertung Instrumentierte Testfahrten Das Akustische Gesamtsystem Fahrzeug DieTestfahrt Das Phänomen des Abschirmpegels" Schema zur akustischen Bewertung eines Achsgetriebes Zusammenfassung Literatur Koordinatenmessung von Kegelrädern Gleason Koordinatenmessgeräte Die Aufbereitung der theoretischen Flankenkoordinaten Die Technik der Flankengittermessung Axiale Besteinpassung Best Fit Berechnung von korrigierten Maschineneinstellungen Zusammenfassung und Ausblick Literatur Strategie zur Fehlerkorrektur Allgemeine Bemerkungen Korrekturstrategie Korrekturen erster Ordnung Korrekturen von Flankenverwindungen Korrekturen von Längs und Höhenballigkeitsfehlern Beurteilung der Restabweichungen Literatur Flankenmodifikationen mittels Universellen Bewegungen Einleitung Suche nach einem geeigneten Korrekturmodell Kinematische Korrekturmechanismen Theorie der universellen Freiformkorrekturen 443

8 16.5 Unabhängige Optimierung verschiedener Flankenbereiche Zusammenfassung Literatur Wärmebehandlung von Kegelrädern Allgemeine Bemerkungen Härtbarkeit der Stähle Verwendete Stähle Die gebräuchlichsten Wärmebehandlungsverfahren Einsatzhärten Anlassen Vergüten Nitrieren Induktionshärten Flammhärten Vakuumhärten Härteverzüge Härteanlagen Schachtöfen Kammeröfen Drehherdöfen Förderbandhärteanlagen Vakuumhärteanlagen Erzielbare Härten Zusammenfassung Literatur Spezielle Arten von Winkelgetrieben Allgemeine Bemerkungen Schraubradgetriebe Schneckengetriebe Kronenradgetriebe Grundlegende Bemerkungen Bekannte Fertigungsverfahren Das neue CONIFACE Verfahren Geometrische und kinematische Basisdaten Flankengenerierung und Zahnkontaktanalyse Verfahrensspezifische Besonderheiten Fräsen und Schleifen von Kronenrädern Zusammenfassung Literatur 486 Sachwortregister 487 Warenzeichen und Verkaufsnamen 490 Der Autor 491

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