Maschinenelemente. Band 2: Getriebe allgemein, Zahnradgetriebe - Grundlagen, Stirnradgetriebe. G. Niemann H. Winter

Transkript

1 G. Niemann H. Winter Maschinenelemente Band 2: Getriebe allgemein, Zahnradgetriebe - Grundlagen, Stirnradgetriebe Zweite, völlig neubearbeitete Auflage Zweiter berichtigter Nachdruck, korrigierter Nachdruck Mit 288 Abbildungen ffi Springer

2 Inhaltsverzeichnis 20 Getriebe allgemein (Funktionen, Grundbeziehungen, Bauarten, Baugröße, Bewegungsgleichungen, Lagerkräfte) Grundbeziehungen für Getriebe und Kupplungen Vorgehensweise beim Entwerfen Pflichtenheft (Checkliste) Getriebe für konstante Übersetzung Zahnradgetriebe Kettengetriebe Riemengetriebe Reibradgetriebe Baugröße und Gewicht von Zahnradgetrieben Verstellgetriebe Bauarten Pflichtenheft (Auswahlkriterien) für stufenlos verstellbare mechanische Getriebe Bewegungsvorgänge, Massenkräfte, Lagerkräfte Berechnung von Kräften, Momenten, Leistungen Geschwindigkeiten, Beschleunigungen Umrechnung für unterteilte Massen Umrechnung von Maßeinheiten Antriebsmotor und Massenwirkung Beispiele für Beschleunigungsvorgänge Berechnung der Lagerkräfte von Getrieben Literatur zu Zahnradgetriebe Grundlagen (Stirnräder) Verzahnungsgeometrie allgemein Zeichen und Einheiten für Verzahnungsgeometrie Verzahnungsgesetz Konstruktion von Eingriffslinie und Gegenflanke Übersetzung, Radienverhältnis (Zähnezahlverhältnis), Momentenverhältnis Weitere Verzahnungsgrößen Profilüberdeckung e a Gleit- und Wälzbewegung der Zahnflanken Überlegungen zur Wahl des Zahnprofils Flankenlinien (Geradverzahnung, Schrägverzahnung); Innenverzahnung Literatur zu 21.1 (s. Abschn ) Nichtevolventische Verzahnungen Zykloidenverzahnung Kreisbogenverzahnung Triebstockverzahnung Wildhaber/Novikov-Verzahnung (W/N-Verzahnung) Literatur zu Evolventenverzahnung Erzeugung der Evolvente, Eigenschaften Bezugsprofile der Evolventenverzahnung, Werkzeug-Bezugsprofile Evolventenfunktion und allgemeine Verzahnungsgrößen Die einfachste Evolventenverzahnung: Null-Verzahnung Profilverschobene Verzahnung V-Null-Verzahnung V-Verzahnung Satzräder mit Evolventenverzahnung Aufzeichnen der Zahnform 59

3 X Inhaltsverzeichnis Schrägverzahnung Innenverzahnung (Hohlräder) Grenzen der Verzahnungsgeometrie Literatur zu 21.1 und Verzahnungsgenauigkeit und -messung, Flankenspiel Zeichen und Einheiten für Verzahnungsgenauigkeit und Flankenspiel Radkörpergenauigkeit und -toleranzen Verzahmmgs- und Gehäusegenauigkeit Verzahnungstoleranzen, DIN-Verzahnungsqualitäten Sondervorschriften für Zahnprofil und Flankenlinien Flankenspiel, Getriebepassung Ermittlung der Zahndicke Literatur zu Zahnkräfte, Verformungen, Korrekturen Äußere Zahnkräfte, Drehmomente Zahnverformung, Zahnfedersteifigkeit, Dreh Wegabweichungen (statisch belastete, fehlerfreie Verzahnung) Verteilung der Zahnkraft längs der Berührlinie (statisch belastete, fehlerfreie Verzahnung) < Kraftaufteilung in Umfangsrichtung (fehlerbehaftete Verzahnung) Kraftverteilung längs der Zahnbreite (fehlerbehaftete Verzahnung) Wirksame Flankenlinienabweichung Genauere Verfahren zur Bestimmung der wirksamen Flankenlinienabweichung Näherungsverfahren zur Bestimmung der Flankenlinienabweichung durch Verformung Näherungsansatz für die Flankenlinien-Herstellabweichung Näherungsverfahren zur Bestimmung der Einflußfaktoren ЛГнр, -Kpß Genauere Berechnung von Ктз# für symmetrisch gelagerte Ritzel Planetengetriebe Verzahnungskorrekturen Innere dynamische Zahnkräfte Dynamikfaktor K w Zahnkräfte in verschiedenen Betriebsbereichen Resonanzgebiete, Bezugsdrehzahl N Dynamikfaktor Einflußgrößen, Grenzbedingungen Vereinfachte Bestimmung des Dynamikfaktors Berechnung des Dynamikfaktors bei besonderen Getriebebauarten Literatur zu Getriebesehäden und Abhilfe, Entwicklungstendenzen Allgemeine Maßnahmen, Entwicklungstendenzen Grübchenbildung (pitting) Abplatzer (spalling) Graufleckigkeit (frosted areas, micro-pitting) Zahnbruch Fressen Verschleiß Risse an Zähnen Literatur zu 21.6 (s. Absehn ) Tragfähigkeitsberechnung Grundlagen Elastohydrodynamik Schmierfilm und Schmierdruck Grübchenbildung (pitting) An Zahnflanken auftretende Pressung Zulässige Flankenpressung (Tjjp Zahnbruch Am Zahnfuß auftretende örtliche Spannung Zulässige Zahnfußspannung a FF Fressen (Warmfressen) Berechnungsgrundlagen auftretende Flankentemperatur Zulässige Integraltemperatur # int p Langsamlauf-Verschleiß Berechnung des linearen Verschleißabtrages (Zahndickenminderung) und der Verschleiß masse Zulässiger Verschleiß Literatur zu 21.7 (s. Abschn ) 162

4 Inhaltsverzeichnis XI 21.8 Tragfähigkeitsgrenzwerte, ihre Ermittlung und Anwendung Verfahren (Tests) zur Ermittlung der Tragfähigkeitsgrenzwerte, Schadensdefinition Schadenswahrscheinlichkeit, Wöhler- und Schadens-Linien, Festigkeitswerte Anwendung der an Standard-Prüfrädern ermittelten Tragfähigkeitskennwerte Überlegungen zur Wahl des Sicherheitsfaktors Literatur zu 21.6,7,8 und Zahnradwerkstoffe, Wärmebehandlung, Vor- und Nachbehandlung Kosten für Zahnradwerkstoffe, Wärmebehandlung und zugehörige Bearbeitung Allgemeines zu Werkstoff wähl, Vor- und Nachbehandlung Zur Frage: Gehärtete oder ungehärtete Zahnräder? Gußeisen, Stahlguß Stähle ohne Oberflächenhärtung Einsatzstähle Einsatzhärtung Vergütungsstähle Induktions- und Flammhärtung Nitrier-, Vergütungs- und Einsatzstähle Nitrierhärtung Vergütungsstahl sonstige Oberflächenhärtung Sonstige Zahnradwerkstoffe Werkstoffqualität und Festigkeit Literatur zu Schmierung Wahl des Schmierstoffs Ölschmierung Wahl der Ölart Wahl der Öleigenschaften Ölzuführung (Tauch-, Einspritz-, Nebelschmierung) Öltemperatur, -pflege, -Überwachung, -Wechsel Fettschmierung Sonstiges (Feststoffschmierung, Notlaufschmierung) Literatur zu Verlustleistung, Wirkungsgrad, Erwärmung Zeichen und Einheiten Verlustleistung Wirkungsgrad Wärmehaushalt (Kühlung, Heizung) Berechnungsbeispiel Literatur zu Zahnradherstellung Arbeitsprinzipien Anwendungsbereich und Besonderheiten der Herstellverfahren Wälzfräsen Wälzstoßen Wälzhobeln Formfräsen Formstoßen Verzahnungsräumen Wälzschälen Verzahnungsschleifen Verzahnungsschaben (Wälzschaben) Verzahnungsläppen Einlaufen mit Einlaufschmierstoff Reparatur bei beschädigten Zahnflanken Literatur zu Getriebegeräusch Meß- und Abnahmeregeln erreichbare Geräuschqualität Zeichen und Einheiten Das Getriebe als Geräuscherzeuger und -abstrahier Das Getriebe als Schwingungssystem Einfluß der Getriebe- und Verzahnungsdaten Einfluß des Werkstoffs und der Herstellung der Zahnräder Einfluß der Verzahnungsqualität Sonstige Einflüsse auf das Zahnradgeräusch Einfluß der Lager 255

5 XII Inhaltsverzeichnis Abstrahleigenschaften des Gehäuses Sekundäre Schallschutzmaßnahmen Literatur zu Stirnradgetriebe Entwurf, Berechnung, Gestaltung Entwerfen eines Getriebes Vorgehen bei Entwurf und Konstruktion Getriebebauform, Anschluß an Motor und Arbeitsmaschine Aufteilung der Gesamtübersetzung in Getriebestufen Überschlägige Bestimmung der Hauptabmessungen: Durchmesser, Achsabstand Wahl der Zahnbreite b oder der Verhältniswerte b\ä v bja Wahl von Zähnezahl z 1 und Modul m Geradverzahnung Schrägverzahnung/Schrägungswinkel Wahl des Bezugsprofils und der Profilverschiebung Berechnung der Verzahnungsdaten Lagerkräfte: Rechenschema s. Abschn Entwurfsschema und Beispiel Literaturhinweis Gestaltung von Stirnradgetrieben Getriebebauform und Anordnung der Zahnräder Anschluß an Antriebs- und Arbeitsmasehine Gestaltung der Zahnräder Gestaltung der Ritzelwellen Gestaltung der Gehäuse Lagergestaltung und Lagerwahl Gestaltung der Wellen, Dichtungen, Gehäusedeckel Auswuchten Literatur zu Nachweis der Tragfähigkeit, Rechenschema, Beispiele Zeichen und Einheiten Allgemeine Einflußgrößen Grübchentragfähigkeit Zahnfußtragfähigkeit Freßtragfähigkeit (Warmfressen) Beurteilung der Kaltfreßgefahr (s. Abschn und ) Verschleißtragfähigkeit Kunststoffzahnräder Eigenschaften gegenüber Stahlzahnrädern, Anwendung Werkstoffe, Erzeugen der Verzahnung Besonderheiten der Herstellung von Zahnrädern aus thermoplastischen Werkstoffen Zeichen und Einheiten Tragfähigkeit von Kunststoffzahnrädern Hinweise zur Konstruktion Rechenschema und Beispiele Literatur zu Besondere Zahnradgetriebe und Anwendungen Einfache Planetengetriebe mit Einfachplaneten Literatur zu Spielarme Zahnradgetriebe : Literatur zu Hinweise zur Feinwerktechnik, extrem kleine Zähnezahlen Literatur zu Elliptische und exzentrische Zahnräder Literatur zu Sachverzeichnis 373