Aufbau und Wirkungsweise

Transkript

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3 Aufbau und Wirkungsweise Zahnräder übertragen Drehbewegungen von einer Welle auf eine andere durch Formschluss und damit ohne Schlupf. Dabei greifen die Zähne des Antriebs- und des Abtriebsrades ineinander. Durch die Wahl der Zähnezahlen und damit des Übersetzungsverhältnisses erhält man die gewünschte Drehzahl bzw. das erforderliche Drehmoment an der Abtriebswelle. Gleichzeitig kann die Drehrichtung verändert werden. Zahnradgetriebe eignen sich, je nach Ausführung, zur Übertragung von sehr niedrigen Leistungen (Uhrentechnik) bis zu sehr großen Leistungen (Walzenantriebe). Die Anwendungsbreite von Zahnradgetrieben ist also sehr groß, wie die unvollständige Zusammenstellung folgender Beispiele zeigt: Werkzeugmaschinen (Hauptgetriebe) Krane Haushaltgerate Heimwerkergeräte Textilmaschinen Büromaschinen Fahrzeuge (Hauptgetriebe, Lenkgetriebe) Hebezeuge Transportsysteme Walzenantriebe Druckmaschinen Einteilung 1. nach der Lage der Wellen zueinander parallel und in einer Ebene = Stirnradgetriebe in einem bestimmten Winkel zueinander und in einer Ebene = Kegelradgetriebe 3

4 sich kreuzend in zwei nicht parallelen Ebenen = Schraubenradgetriebe oder Schneckenradgetriebe Stirnradgetriebe 4

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6 Kegelradgetriebe 6

7 Schraubenradgetriebe Schneckenradgetriebe 7

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9 2. nach der Zahnform (Flankenprofil) Die Übertragung der Drehbewegung durch Zahnräder soll gleichförmig. d.h. ruckfrei und kontinuierlich sowie reibungsarm erfolgen. Die Zähne der Räder sollen möglichst nicht aufeinander gleiten, sondern aufeinander abwälzen. Fertigungstechnisch müssen Zahnformen verwendet werden, die in Massenfertigung herzustellen sind. (Wzerkzeuge mit geraden schneidflanken) Bei der Montage auftretende geringe Wellenabstandsfehler dürfen im Betrieb nicht zu Beschädigungen führen. Man unterscheidet: Evolventenverzahnung Zykloidenverzahnung Evolventenverzahnung Zähne, welche die Zahnflanken als Evolventenkurve gestaltet haben, erfüllen die an eine Zahnflankenform gerichteten Bedingungen in bestmöglicher Weise. Die Evolventenverzahnung wird im Maschinenbau und im Fahrzeugbau als Flankenform bevorzugt verwendet. Die beiden Zahnflanken der im Eingriff stehenden Zähne berühren sich in einem Punkt. Während sie aufeinander abwälzen, ergeben sich fortlaufend neue Punkte, bis die beiden Zähne außer Eingriff stehen. Verbindet man die Punkte miteinander ergibt sich die Eingriffslinie. Diese ist bei der Evoventenverzahnung eine Gerade, die bei Normalverzahnung unter einen Eingriffswinkel von 20 verläuft. 9

10 Zykloidenverzahnung Zähne, welche die Zahnflanken als Zykloidenkurve gestaltet haben, laufen bei geringerem Verschleiß, wegen der günstigeren Eingriffsverhältnisse, ruhiger als die evolventenverzahnten. Allerdings sind sie schwierig herzustellen und sehr empfindlich gegenüber Wellenabstandsabweichungen. Deshalb werden sie deutlich seltener eingesetzt. 3. nach der Verzahnung (Verlauf der Flankenlinien) Man unterscheidet folgende Verzahnungen: gerade Verzahnung (einfachere Herstellung, höhere Empfindlichkeit gegenüber Zahnformfehlern, Flanken berühren sich während des Zahneingriffs sofort auf der gesamten Breite, dadurch höhere Geräuschentwicklung, geeignet für mittlere Drehzahlen, keine Entstehung von Axialkräften) 10

11 schräge Verzahnung (schwierigere Herstellung, Flanken Berühren sich während des Zahneingriffs allmählich über die gesamte Breite, dadurch ruhigerer Lauf, geringere Beanspruchung und geringerer Verschleiß, für höhere Drehzahlen geeignet, Entstehung von Axialkräften, geringere Empfindlichkeit gegenüber Zahnformfehlern) doppelschräge Verzahnung (wie Schrägverzahnung; nur Aufhebung der Axialkräfte) Pfeilverzahnung (wie Schrägverzahnung; nur Aufhebung der Axialkräfte) 11

12 Kreisbogenverzahnung (wie Schrägverzahnung nur noch bessere Laufruhe und schwierigere Herstellung) spiralförmige Verzahnung (wie Schrägverzahnung nur noch bessere Laufruhe und schwierigere Herstellung) 4. nach der Lage der Zähne Außenverzahnung Innenverzahnung (Verringerung des Wellenabstandes, Drehsinn der Räder bleibt gleich, auch Verwendet für Differentialgetriebe = Achsantriebe) 12

13 5. nach der Schaltbarkeit nicht schaltbar schaltbar o Schieberad Getriebe o Kupplungs- bzw. Kuppelräder Getriebe o Ziehkeilgetriebe o Schwenkrad- bzw. Norton- Getriebe 13

14 Schieberadgetriebe In einem Getriebegehäuse sind die Wellen parallel angeordnet. Einige Zahnräder sind drehsicher und nicht verschiebbar auf einer Welle montiert; andere Zahnräder oder Räderblöcke sind drehsicher aber verschiebbar auf einer anderen Welle befestigt. Der Schaltprozess wird durch die Verschiebung von Zahnradblöcken (Räderblöcken) bewirkt. Dadurch werden jeweils andere Räderpaare in Eingriff gebracht und der Kraftfluss hergestellt. Die Verschiebung der Räderblöcke erfolgt durch Schaltgestänge. 14

15 Kuppelrädergetriebe In einem Getriebegehäuse sind die Wellen parallel angeordnet. Alle Räder befinden sich miteinander im Eingriff. Ein Teil der Zahnräder ist drehsicher und nicht verschiebbar auf einer Welle befestigt; ein anderer Teil der Zahnräder ist lose aber gegen verschieben gesichert auf einer anderen Welle befestigt. Auf dieser Welle befinden sich drehsicher aber verschiebbar angebracht Reibkupplungen. Die losen Räder werden wahlweise mit drehfesten Reibkupplungen verbunden wodurch der Kraftfluss hergestellt wird. 15

16 Ziehkeilgetriebe Die Antriebswelle ist eine Vollwelle, auf der eine entsprechende Anzahl von Zahnrädern drehfest und nicht verschiebbar angeordnest ist (Räderblock). Alle Zahnräder der Antriebswelle befinden sich im Eingriff mit den gegenüberliegenden Zahnrädern der Abtriebswelle. Die Abtriebswelle ist eine Hohlwelle, in der ein Ziehkeil geführt wird. Im Bereich der lose auf der Abtriebswelle befestigten Zahnräder ist die Welle geschlitzt, so dass der Ziehkeil in die Nut eines der Räder eingreifen kann. Die Drehmomentübertragung erfolgt jeweils über das vom Ziehkeil mit der Abtriebswelle drehfest verbundenen Zahnrad. Die anderen Räder der Abtriebswelle laufen lose auf der Welle mit ohne ein Drehmoment zu übertragen. Gehärtete Stahlscheiben zwischen den Zahnrädern verhindern das Verrutschen der Zahnräder und realisieren, dass immer nur ein Zahnrad mit der Abtriebswelle drehfest verbunden wird. 16

17 Schwenkradgetriebe Das Schwenkradgetriebe (Nortongetriebe) besteht aus einer Antriebswelle, einer Zwischenwelle und einer Abtriebswelle. Auf er Antriebswelle ist ein Zahnrad drehsicher aber in Längsrichtung verschiebbar angeordnet. Dieses Zahnrad befindet sich im ständigen Eingriff mit dem auf der Zwischenwelle mitlaufenden Zahnrad. Diese Zwischenwelle ist um die Antriebswelle schwenkbar (Nortonschwinge). Auf der Abtriebswelle ist ein Räderkegel drehfest und nicht verschiebbar montiert. Beim Schaltvorgang wird das Zahnrad auf der Zwischenwelle durch Schwenken der Nortonschwinge mit einem Zahnrad des Räderkegels der Abtriebswelle in Eingriff gebracht. Das Drehmoment wird also von jeweils einem Zahnrad des Räderkegels über das Zahnrad der Zwischenwelle zum Zahnrad der Abtriebswelle übertragen. Durch das axiale Verschieben des Zahnrades auf der Antriebswelle ist es möglich das Zwischenrad auch mit anderen Zahnrädern des Räderkegels in Eingriff zu bringen und so eine andere Drehzahl einzustellen. Vor der axialen Verschiebung wird das Zwischenrad vom Räderkegel abgehoben (ausgeschwenkt). 17