Getriebe

In diesem Artikel wird erklärt, was Zahnräder sind und wofür sie verwendet werden. So erfahren Sie, was die verschiedenen Teile eines Getriebes sind, welche unterschiedlichen Arten von Getrieben es gibt und darüber hinaus, welche Vor- und Nachteile ein Getriebe hat.

Was ist ein Zahnrad?

Ein Zahnrad ist ein Mechanismus, der aus zwei oder mehr miteinander kämmenden Zahnrädern besteht. Daher dient ein Zahnrad dazu, durch den Kontakt seiner Zähne eine Kreisbewegung von einem Zahnrad auf ein anderes zu übertragen.

Zu beachten ist, dass mit einem Getriebe nicht nur eine Drehbewegung übertragen wird, sondern je nach Verhältnis der Zähnezahlen der beiden Zahnräder auch die Drehzahl erhöht oder verringert werden kann.

Bei einem einfachen Getriebe, das aus zwei unterschiedlich großen Zahnrädern besteht, unterscheidet man Krone und Ritzel :

• Krone : Dies ist das größte Zahnrad des Zahnrads.
• Ritzel : Dies ist das kleinste Zahnrad des Getriebes.

Maschineneigenschaften

Zahnräder haben folgende charakteristische Parameter:

• Zähne : Dies ist der Teil des Zahnrads, der die Schubkraft ausübt und somit die Drehbewegung und Kraft von einem Zahnrad auf das andere überträgt.
• Achse : Dies ist der zylindrische Teil in der Mitte des Zahnrads. Seine Funktion besteht darin, die Drehbewegung des Zahnrads zu führen.
• Teilungsumfang : Dies ist der imaginäre Umfang, entlang dem die Zähne des Zahnrads kämmen, sodass die Teilungsumfänge zweier ineinandergreifender Zahnräder tangential sind.
• Schlagkreisdurchmesser : Dies ist der Durchmesser des Schlagkreisumfangs.
• Außenumfang : Dies ist der Umfang, der die Außenseite des Zahnrads begrenzt.
• Außendurchmesser : Dies ist der Durchmesser des Außenumfangs.
• Innenumfang : Dies ist der Umfang, der durch die Basis der Zahnradzähne verläuft.
• Innendurchmesser : ist der Durchmesser des Innenumfangs.
• Druckwinkel : Dies ist der Winkel, der durch die Richtung der Kontaktkraft zwischen zwei Zahnrädern und die Richtung der Winkelgeschwindigkeit des Zahnrads gebildet wird.
• Anzahl der Zähne : Dies ist die Gesamtzähnezahl des Zahnrads. Es wird normalerweise durch das Symbol Z dargestellt.
• Modul : Dies ist das Verhältnis zwischen dem Teilkreisdurchmesser (D _p ) und der Zähnezahl (Z) des Zahnrads. Die Formel zur Berechnung des Moduls eines Zahnrads lautet also wie folgt:



• Teilung : ist der Abstand zwischen einem Punkt auf einem Zahn und demselben Punkt auf einem benachbarten Zahn. Diese Eigenschaft von Zahnrädern ist sehr wichtig, denn damit zwei Zahnräder ineinandergreifen können, müssen sie die gleiche Teilung haben. Die Teilung eines Zahnrads ist gleich der Zahl pi multipliziert mit seinem Teilungsdurchmesser und dividiert durch seine Zähnezahl.

Arten von Zahnrädern

Stirnräder

Stirnräder sind Zahnräder mit geraden Zähnen. Das Hauptmerkmal von Stirnrädern besteht daher darin, dass es sich um einen sehr einfachen Zahnradtyp handelt, da es sich um Zylinder mit radial vorstehenden Zähnen handelt.

Kurz gesagt, im Gegensatz zu anderen Getriebearten wie Schrägverzahnungen und Kegelrädern sind die Zähne von Stirnrädern völlig gerade.

Auf industrieller Ebene sind Stirnräder aufgrund ihrer Einfachheit und ihres günstigen Preises die am weitesten verbreitete Getriebeart.

Stirnräder können in zwei Typen eingeteilt werden:

• Außenstirnräder : Die Zähne des Zahnrads befinden sich auf dem Außenprofil des Zahnrads, also auf der Außenseite des Rads.
• Interne Stirnräder – Die Zähne des Zahnrads befinden sich auf dem Innenprofil des Zahnrads, also auf der Innenseite des Rads.

Außenstirnräder können mit Außen- und Innenverzahnungen kämmen. Im Gegensatz dazu können innenliegende Stirnräder nur mit außenliegenden Zahnrädern kämmen.

Zwei ineinandergreifende Außenzahnräder haben entgegengesetzte Drehrichtungen, ein Innenzahnrad dreht sich jedoch in die gleiche Richtung wie das Außenzahnrad, mit dem es kämmt.

Schrägverzahnungen

Das Stirnradgetriebe besteht aus Zahnrädern, deren Zähne gegenüber der Drehachse geneigt sind. Mit anderen Worten handelt es sich bei Schrägverzahnungen um eine Zahnradart, deren Profil aus Schrägzähnen besteht.

Der Winkel, den die Zähne eines Schrägrads mit seiner Drehachse bilden, hängt von der Winkelgeschwindigkeit ab, die es übertragen muss:

• Bei geringer übertragener Winkelgeschwindigkeit muss der Winkel zwischen 5° und 10° liegen.
• Wenn die übertragene Winkelgeschwindigkeit durchschnittlich ist, muss der Winkel zwischen 15° und 25° liegen.
• Wenn die übertragene Winkelgeschwindigkeit hoch ist, sollte der Winkel etwa 30° betragen.

Kurz gesagt, die Funktionsweise eines Schrägstirnradgetriebes ähnelt der eines geraden Zahnradgetriebes, da seine Funktion darin besteht, Drehbewegungen zu übertragen. Allerdings ermöglichen Schrägverzahnungen aufgrund der besonderen Form ihrer Zähne die Übertragung kreisförmiger Bewegungen auf eine andere Art und Weise.

Schrägverzahnungen werden in die folgenden Typen eingeteilt:

• Schrägstirnräder mit Querwelle : Die Achsen der Schrägstirnräder kreuzen sich. Dies ist die einfachste Art von Schrägverzahnungen.
• Schrägverzahnungen mit parallelen Wellen : Die Achsen der Schrägverzahnungen sind parallel. Damit sie ordnungsgemäß funktionieren, müssen die Zähne der beiden gekoppelten Zahnräder den gleichen Neigungswinkel, jedoch in entgegengesetzte Richtungen, aufweisen. Bei dieser Art von Schrägverzahnungen wird zusätzlich zur übertragenen Rotationskraft eine Axialkraft erzeugt.
• Doppelschrägverzahnungen (oder Fischgrätenschrägverzahnungen) : Das Profil dieser Art von Schrägverzahnungen wird durch zwei Schrägverzahnungen gebildet, wodurch ein V-förmiges Profil entsteht. Die Doppelverzahnung dieser Art von Schrägverzahnungen dient dazu, die Axialkraft zu eliminieren, die bei parallelen Achsen auftritt.

Kegelräder

Das Kegelradgetriebe besteht aus Zahnrädern, deren Zähne konisch geformt sind. Einfach ausgedrückt handelt es sich bei Kegelrädern um eine Art Zahnrad, das die Form eines Kegelstumpfes hat.

Das Hauptmerkmal dieser Art von Getrieben besteht darin, dass sie die Übertragung einer Drehbewegung zwischen zwei sich schneidenden Achsen ermöglichen. Obwohl die Achsen eines Kegelradsystems normalerweise senkrecht stehen, können sie auch für den Betrieb in einem anderen Winkel konstruiert werden.

Im Allgemeinen bestehen Kegelräder aus Gusseisen, Stahllegierungen oder Aluminium. Je nach Verwendungszweck können Kegelräder jedoch auch aus nichtmetallischen Werkstoffen gefertigt werden, was allerdings sehr selten vorkommt.

Innerhalb der Kegelräder lassen sich mehrere Unterarten von Zahnrädern unterscheiden:

• Kegelräder mit geraden Zähnen : Art von Kegelrädern mit geraden Zähnen.
• Schrägverzahnte Kegelräder – Eine Art Kegelrad mit abgewinkelten Zähnen.
• Spiralzahn-Kegelräder : Eine Art Kegelrad, dessen Zähne eine Spiralform haben.
• Hypoid-Kegelräder : Art von Kegelrädern, deren Teilungsfläche hyperbolisch ist.

Andere Arten von Zahnrädern

Im Allgemeinen werden Zahnräder in drei Typen eingeteilt: Stirnräder, Schrägräder und Kegelräder, wie oben erläutert. Es gibt jedoch auch andere Arten von Zahnrädern, über die Sie Bescheid wissen sollten.

• Schnecke : Beim Schneckenmechanismus kämmt eine schrägverzahnte Schnecke mit einem geraden oder schrägverzahnten Zahnrad. Auf diese Weise wird eine Kreisbewegung zwischen zwei senkrechten Achsen übertragen.
• Zahnstangengetriebe : Beim Zahnstangenmechanismus kämmt ein Zahnrad (Ritzel) mit einer Zahnstange. Mit dieser Getriebeart wird eine Kreisbewegung in eine Linearbewegung umgewandelt.
• Kettengetriebe : Die Zahnräder kämmen nicht miteinander, sondern die Kreisbewegung der Zahnräder wird durch eine Kette übertragen.

Räderwerk

Ein Räderwerk ist ein kreisförmiger Übertragungsmechanismus, der aus einem Satz Zahnrädern besteht. Mit anderen Worten: Ein Räderwerk ist ein System, das aus mehreren miteinander verbundenen Zahnrädern besteht.

Der Getriebezug ermöglicht eine wesentlich höhere Übersetzung als ein einzelner Gang. Daher dient ein Getriebe dazu, die Winkelgeschwindigkeit einer Welle stärker zu erhöhen oder zu reduzieren als ein einzelnes Getriebe. Andererseits nimmt ein Zahnrad in der Regel mehr Platz ein als ein einfaches Getriebe aus zwei Zahnrädern.

Im folgenden Bild sehen Sie ein Beispiel für ein Räderwerk, genauer gesagt handelt es sich um ein Getriebe, das aus fünf Zahnrädern besteht: dem Eingangszahnrad, einem Doppelzahnrad, einem Leerlaufzahnrad und dem Ausgangszahnrad. Ausfahrt.

Der Mechanismus beginnt am Eingangsrad, dem linken Rad. Wenn auf das Eingangszahnrad eine Drehbewegung ausgeübt wird, drehen sich auch die nachfolgenden Zahnräder, da die Räder miteinander kämmen.

In diesem Fall wird die Drehzahl in zwei Schritten erhöht. Erstens hat das Antriebsrad mehr Zähne als sein Zahnrad, sodass die Winkelgeschwindigkeit zunimmt. Bei diesem Zahnrad handelt es sich um ein Doppelzahnrad, an dessen Welle ein weiteres Zahnrad gekoppelt ist. Dieses Zahnrad hat außerdem mehr Zähne als das Abtriebszahnrad, sodass die Winkelgeschwindigkeit zum zweiten Mal zunimmt.

Übersetzungsverhältnis eines Ganges

Das Übersetzungsverhältnis ist das Verhältnis zwischen den Drehzahlen zweier Zahnräder. Konkret ist das Übersetzungsverhältnis zweier Gänge definiert als das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeit des Ausgangszahnrads zur Winkelgeschwindigkeit des Eingangszahnrads.

Gold:

• 

  ist das Übersetzungsverhältnis.

• 

  ist die Winkelgeschwindigkeit des Antriebsrades.

• 

  ist die Winkelgeschwindigkeit des Abtriebsrades.

• 

  ist die Anzahl der Zähne des Eingangszahnrads.

• 

  ist die Zähnezahl des Abtriebsrades.

• 

  ist der Durchmesser des Eingangsrades.

• 

  ist der Durchmesser des Abtriebsrades.

Aus der Übersetzungsverhältnisformel können wir Folgendes ableiten:

• i>1 : Wenn das Übersetzungsverhältnis größer als 1 ist, bedeutet dies, dass die Ausgangswinkelgeschwindigkeit größer als die Eingangswinkelgeschwindigkeit ist. Daher sind die Zähnezahl und der Durchmesser des Abtriebsrads kleiner als die Zähnezahl und der Durchmesser des Eingangsrads.
• i<1 : Wenn das Übersetzungsverhältnis kleiner als 1 ist, bedeutet dies, dass die Ausgangswinkelgeschwindigkeit kleiner ist als die Eingangswinkelgeschwindigkeit. Daher sind die Zähnezahl und der Durchmesser des Abtriebsrads größer als die Zähnezahl und der Durchmesser des Eingangsrads.
• i=1 : Wenn das Übersetzungsverhältnis gleich 1 ist, bedeutet dies, dass die Ausgangswinkelgeschwindigkeit der Eingangswinkelgeschwindigkeit entspricht. Somit sind die Zähnezahl und der Durchmesser der beiden Räder identisch.

Vor- und Nachteile von Zahnrädern

Im Vergleich zu anderen Arten von Bewegungsübertragungsmechanismen haben Zahnräder die folgenden Vor- und Nachteile:

Vorteile von Zahnrädern:

• Ein Durchrutschen zwischen den Gängen ist ausgeschlossen, wodurch Ausfälle des Mechanismus verringert werden.
• Die Zahnräder können hohe Leistungen übertragen.
• Die mechanische Leistung der Zahnräder ist hoch.
• Generell sind Getriebe wartungsarm.
• Getriebe nehmen im Allgemeinen wenig Platz ein.

Nachteile von Zahnrädern :

• Zahnräder sind schwierig herzustellen.
• Daher ist der Preis von Zahnrädern in der Regel höher als bei anderen Arten von Mechanismen.
• Obwohl der erzeugte Lärm von der Art des verwendeten Getriebes abhängt, handelt es sich im Allgemeinen um ein lautes Bewegungsübertragungssystem.