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Verzahnen - Bestimmungsgrößen und Benennungen

Kegelräder

Spanende Verzahnungsfertigung

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seiten 935-946

In DIN 3971 sind die Bestimmungsgrößen und Begriffe für Kegelräder definiert. Nach Norm sind Kegelräder Zahnräder, durch die in Wälzgetrieben mit sich schneidenden Getriebeachsen eine Drehbewegung übertragen wird. Die Wälzflächen werden hierbei durch Kegelmantelflächen gebildet, deren Spitzen im Schnittpunkt der beiden Drehachsen von Rad und Ritzel liegen.

In DIN 3971 sind die Bestimmungsgrößen und Begriffe für Kegelräder definiert. Nach Norm sind Kegelräder Zahnräder, durch die in Wälzgetrieben mit sich schneidenden Getriebeachsen eine Drehbewegung übertragen wird. Die Wälzflächen werden hierbei durch Kegelmantelflächen gebildet, deren Spitzen im Schnittpunkt der beiden Drehachsen von Rad und Ritzel liegen. Als Ausnahmefall sind die Hypoidgetriebe hervorzuheben, bei denen die Achsen sich nicht schneiden, sondern versetzt sind. Die Geometrie einer Kegelradverzahnung ist durch den Kegelwinkel des Teilkegels (in Sonderfällen des Erzeugungswälzkegels) und die zugehörige virtuelle Planradverzahnung eindeutig definiert. Das Planrad ist eine ebene, verzahnte Scheibe, deren Teilfläche (Planradteilebene) eine kreisförmige Planfläche senkrecht zur Drehachse ist.

Bei Kegelrädern sind unterschiedliche Verzahnungstypen möglich, die nach dem Verlauf der Flankenlinien in Gerad-, Schräg- und Bogenverzahnungen eingeteilt werden (Abb. 16.8). Sind die Flankenlinien der Planradverzahnung Geraden, spricht man von Geradverzahnungen. Im Falle ebenfalls gerader Flankenlinien, die jedoch einen Kreis um die Planradachse tangieren, spricht man von Schrägverzahnungen. Sind die Flankenlinien der Planradverzahnung Kurven, so liegt eine Bogenverzahnung vor. Die Form der Kurven und ihre Lage zur Wälzachse variieren je nach Herstellungsverfahren. Die Zahnformen beider Glieder eines Getriebepaars werden durch ein Wälzen an zwei komplementären Planrädern mit meist geradlinigen Bezugsprofilen erzeugt.

Einteilung der Kegelradverzahnungen nach dem Verlauf der Flankenlinien A) Geradverzahnung B) Schrägverzahnung C1) Zykloidenverzahnung linkssteigend C2) Evolventenverzahnung linkssteigend C3) Kreisbogenverzahnung linkssteigend C1) bis C3) Bogenverzahnungen

Bei den Wälzverfahren zur Herstellung von Kegelrädern werden die Konturen der Zahnflanke eines Planradzahns durch die sich bewegenden Schneidkanten des Werkzeugs umhüllt. Für die Erzeugung des Kegelradzahnprofi ls werden die sich bewegenden Schneidkanten um die Planradachse geschwenkt. Abgeleitet aus den Wälzbewegungen zwischen Planrad und Kegelrad wird dann das Kegelradzahnprofil durch das Aneinanderreihen von Hüllflächen erzeugt (Abb. 16.9) .

Bearbeitung von Kegelrädern mit geradflankigen Werkzeugen: a Werkstück, b Werkzeug, c Hüllflächen

Die Geometrie einer Planradverzahnung ist durch den Planradteilkreis, das Bezugsprofil, die Größen in der Planradteilebene und die Kopf- und Fußmantelflächen festgelegt. Die wichtigsten Bestimmungsgrößen einer Planradverzahnung sind in den Abbildungen 16.10 und 16.11 dargestellt.

Bestimmungsgrößen einer Kegelrad-Planrad -Paarung

Kegelräder mit unterschiedlichem Achsenwinkel

Die Bestimmungsgrößen für bogenverzahnte Kegelräder sind mit denen für Geradverzahnungen identisch, mit dem einzigen Unterschied, dass in diesem Fall die Zahnleitlinien gekrümmt sind. Durch den Einsatz verschiedener Verfahren in der Kegelradfertigung kann es zu unterschiedlichen Verläufen der Zahnradlängskrümmung kommen. Ist der Verlauf von der Kegelspitze aus gesehen rechtssteigend, so spricht man von einer Rechtsspirale; ist der Verlauf hingegen linkssteigend, so ist die Rede von einer Linksspirale (Abb. 16.12).

Bogenverzahnte Kegelräder

Wie in Abbildung 16.12 dargestellt, erfordert ein rechtsspiraliges Tellerrad ein linksspiraliges Ritzel und dementsprechend ein linksspiraliges Tellerrad ein rechtsspiraliges Ritzel. Die Wahl der Spiralrichtung erfolgt im Allgemeinen so, dass das Ritzel durch die aus der Hauptdrehung resultierenden Kräfte von der Tellerradachse abgedrängt wird. Das in DIN 867 genormte Bezugsprofi l findet in seiner eigentlichen Form nur selten Anwendung in der Praxis. Zur Optimierung der Übertragungsfähigkeit sowie des Laufverhaltens bedient man sich Profilverschiebungen. Oft werden diese Profilverschiebungen bei Rad und Gegenrad in der gleichen Größenordnung – allerdings gegenläufig – vorgenommen. Zur Erzeugung bestimmter Tragbilder werden häufig Korrekturen in Zahnlängs- und Zahnhöhenrichtung verwendet.

Ein besonders in der Automobilindustrie weitverbreiteter Typ von Kegelradgetrieben sind die Hypoidgetriebe (achsversetzte Kegelradgetriebe). Bei dem in Abbildung 16.13 A dargestellten Hypoidgetriebe ist die Achsversetzung AK positiv, also in Spiralrichtung des Großrades gewählt. Bei AK > 0 ist der Ritzeldurchmesser größer als am normalen Kegelradsatz mit AK = 0, was aus dem im Vergleich zum Tellerrad größeren Spiralwinkel am Ritzel resultiert.

Achsenversetzte Kegelradgetriebe (Hypoidgetriebe)

In Abbildung 16.13 B ist ein Hypoidsatz mit negativer Achsversetzung AK dargestellt. Hierdurch wird der Spiralwinkel am Ritzel und dadurch auch das Ritzel selbst kleiner. Der Achsversatz ermöglicht einen zusätzlichen konstruktiven Freiheitsgrad bei Achspositionierung. Im Betriebszustand verlagern sich durch die zu übertragenden Kräfte die eingebauten Kegelräder zueinander. Durch diese Verlagerung kann es zum Kantentragen an den Zähnen kommen. Um dem vorzubeugen, werden die Zähne i. d. R. in Längsrichtung ballig gefertigt (Abb. 16.14).

Ballige Zähne

Die Balligkeit darf jedoch einen gewissen Betrag nicht überschreiten, da dies zu einer überhöhten Flächenpressung auf der Zahnflanke führen kann. Abbildung 16.15 zeigt den Einfluss der Zahnlängskrümmung auf die entstehenden Tragbilder. Hier wurden Verlagerungen normal zum Zahn im Berechnungspunkt P angenommen. Die Schrägverzahnung zeigt, wie in Abbildung 16.15 A und B dargestellt, eine deutlich höhere Empfindlichkeit bzgl. des Kantentragens als die Bogenverzahnung. Die Zahnballigkeit kann deshalb bei der Bogenverzahnung entsprechend kleiner dimensioniert werden. Erzeugungsgrundlage für die Bogenzahnkegelräder ist, genau wie auch bei den Geradzahnkegelrädern, das Planrad. Überschreitet der Teilkegelwinkel des Großrads einen Wert von 60° sollte aus wirtschaftlichen Gründen eine andere Erzeugungsbasis gewählt werden. In diesem Fall wird das Großrad mit geradprofiligen Messern nur eingestochen, wodurch sich am gefertigten Rad gerade Zahnhöhenprofile ergeben. Als Erzeugungsgrundlage bei der Fertigung des zugehörigen Ritzels dient der Teilkegel des Tellerrads.

Einfluss der Zahnlängskrümmung auf die entstehenden Tragbilder

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seiten 935-946
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