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Getriebearten: Ein Leitfaden zu verschiedenen mechanischen Getrieben

Entdecken Sie unseren umfassenden Leitfaden zu verschiedenen mechanischen Getrieben, einschließlich Stirnrad-, Kegel-, Schrägstirn-, Zahnstangen-, Planeten-, Schneckengetriebe und mehr.
HITOP / Der Blog / <a href="https://hitopindustrial.com/de/arten-von-zahnradern/" title="Getriebearten: Ein Leitfaden zu verschiedenen mechanischen Getrieben">Getriebearten: Ein Leitfaden zu verschiedenen mechanischen Getrieben

Zahnräder dienen zur Übertragung der Rotation um einen Achsen in Maschinen. Sie steuern die Geschwindigkeit des Motors mithilfe von Drehungen. Sie können also verwendet werden, um den Motor zu beschleunigen und abzubremsen. Zahnräder findet man in Uhren, Fahrrädern, Rollstühlen und Waschmaschinen, um nur einige Alltagsgegenstände zu nennen. 

Die Zahnräder sind mit Rädern aus Metall oder hochdichtem Kunststoff mit Zähnen am Umfang ausgestattet. Diese Zähne bewegen oder drehen sich auf einem Achsennetz, um Bewegung zu erzeugen. Dadurch bewegen sich beide verbundenen Achsen in die beabsichtigte Richtung. Zahnräder gibt es in verschiedenen Ausführungen, darunter Stirnrad-, Kegelrad- und Schneckengetriebe. Wir werden die verschiedenen Arten von Ausrüstung im Detail besprechen. 

Bedeutung von Zahnrädern und ihre Funktionsweise

Zahnräder dienen zur mechanischen Übertragung, wenn eine Kraft angewendet wird, um eine Leistung zu erzeugen. Dies geschieht durch die Änderung des Drehmoments und der Geschwindigkeit der Maschine. Zahnräder werden in Maschinen mit hoher Belastung eingebaut, um eine leichte Bewegung zu gewährleisten und die Geschwindigkeit bei Bedarf zu reduzieren.

Darüber hinaus können Getriebe verwendet werden, um die Drehzahl des Motors zu reduzieren/zu regeln. Daher funktionieren sie besser als ein Flaschenzugsystem, um die Maschine anzuhalten. Die Feinsteuerung durch die Zahnräder kann die Bewegung auch auf nicht parallele Achsen übertragen. 

Monochromes Bild einer komplexen Anordnung von Metallzahnrädern und Zahnrädern in Industriemaschinen, das die mechanische Funktionalität hervorhebt

Mithilfe von Gängen können Sie Ihre Geschwindigkeit erhöhen, indem Sie mehr Tempo aufwenden. Andererseits können Sie Ihre Geschwindigkeit verringern, indem Sie weniger Kraft oder Kraft in die entgegengesetzte Richtung aufwenden. 

Ein Getriebe ist auch wichtig, um das Drehmoment der Maschine zu erhöhen. Dadurch wird die Bewegungsrichtung nach Bedarf geändert. Die Erhöhung/Verringerung des Drehmoments wird über eine Drehwelle vom Antriebsmotor auf das angetriebene Gerät übertragen.

Mit einem Zahnradsystem lassen sich große Kräfte erzeugen, die eine hohe Geschwindigkeit ermöglichen. Die Bewegung der Zahnräder im und gegen den Uhrzeigersinn bestimmt, ob die Geschwindigkeit zunimmt oder abnimmt. Die Zähne bewegen sich sanft über die Welle, um die Kraft von einer Achse auf die andere zu übertragen. Außerdem wirken sich Art und Größe des Zahnrads ebenfalls auf die Kraft aus. 

Die verschiedenen Teile eines Zahnrads verstehen

Die folgenden Begriffe helfen beim Verständnis der verschiedenen Teile des Getriebes und ihrer gemeinsamen Funktionsweise.

Detaillierte Nahaufnahme mechanischer Uhrzahnräder mit Messingelementen und Rubinlagern, die die Präzisionstechnik betonen

Achse: Die Welle des Zahnrads verläuft durch die Mitte der Achse. Darüber hinaus kann die Achse des Zahnrads sich schneidend, nicht parallel oder parallel sein. Die Zahnräder mit sich schneidenden Achsen verlaufen durch einen gemeinsamen Punkt. Nicht parallele oder sich nicht schneidende Zahnräder haben Achsen in unterschiedlichen Ebenen. Parallele Achsen drehen sich in unterschiedliche Richtungen und schneiden sich an keinem Punkt. 

Drehrichtung: Die Verzahnungen sind je nach Stellung rechts- oder linksgängig. Diese Richtung ist von der Federform abhängig. Bei zwei schrägverzahnten Zahnrädern bewegen sich die Zähne auf einer Seite in die gleiche Richtung. Auf der anderen Seite haben Kegelräder unterschiedliche, zueinander entgegengesetzte Drallrichtungen. 

Zähne: Die Zähne am Zahnrad sind gezackte Vorsprünge, die sich am Umfang der Kreis- oder Halbkreisform befinden. Sie ragen hervor und bewegen sich auf dem Zahneingriff, um die Drehbewegung zu übertragen. Idealerweise muss die Anzahl der Zähne eine ganze Zahl sein. 

Darüber hinaus müssen das Profil der Zahnräder und der Zahneingriff gleich sein, damit sie sich reibungslos bewegen und funktionieren. Die Getriebedrehzahl wird berechnet, indem die Anzahl der Zähne des Eingangszahnrads durch die Anzahl der Zähne des Ausgangszahnrads geteilt wird. Dieses Verhältnis wird auch als Übersetzungsverhältnis bezeichnet. 

Teilkreis: Der Teilkreis wird mit der Tangente berechnet, die durch den Eingriff der beiden Zahnräder verläuft. Außerdem ergibt der Umfang zweier sich überlappender Zahnräder die Größe des Zahnrads, da sie als einzelne Einheit fungieren. 

Teilkreisdurchmesser: Es handelt sich um den Arbeitsdurchmesser des Zahnrads, der auch Teilkreis genannt wird. Er bestimmt den Abstand zwischen den beiden Zahnrädern in einer Maschine. Der Abstand zwischen den beiden Achsen ist die Summe der Teilkreisdurchmesser der beiden Zahnräder geteilt durch 2. 

Diametraler Abstand: Es handelt sich um das Verhältnis aus der Gesamtzähnezahl und dem Teildurchmesser. 

Kreisteilung: Die Teilung wird anhand der Distanz von der Spitze eines Zahns zur Spitze des Nachbarzahns berechnet. Da die Länge bogenförmig und nicht gerade ist, ergibt sie die Teilkreislänge. 

Modul: Das Modul ist die Größe des Zahns in Millimetern. Es wird berechnet, indem der Teilkreisdurchmesser durch die Gesamtzahl der Zähne geteilt wird. Es ist immer eine rationale Zahl, um eine zuverlässige industrielle Anwendung zu gewährleisten.  

Eingriffswinkel: Der Winkel zwischen dem Radius des Teilkreises und der Tangente an den Zahn ist der Eingriffswinkel. Für Zahnräder werden einige Standardwinkel von 14,5, 15, 20 und 25 Grad verwendet. Der am häufigsten verwendete Winkel davon ist 20 Grad. 

Der große Eingriffswinkel weist eine breite Zahnfußfläche auf und sorgt so für eine hohe Zahnfestigkeit. Beachten Sie, dass der Eingriffswinkel über die Kraftverteilung und den Kontakt der Zähne berechnet wird. Daher sollten die beiden Zahnräder so konstruiert sein, dass sie den gleichen Eingriffswinkel zum Eingriff gewährleisten.

Zahnradform: Zu den verschiedenen Zahnradformen gehören Kreis-, Halbkreis-, Dreieck-, Quadrat- und Ellipsenformen. Diese Formen wirken sich auf die Drehzahl und das Drehmoment der Maschine aus. Eine einheitliche Form des Zahnrads, beispielsweise kreisförmig oder elliptisch, führt zu derselben Drehzahl und demselben Drehmoment. Andererseits können die ungleichmäßigen Zahnräder je nach Position der Zähne unterschiedliche Drehzahlen und Drehmomente erzeugen, selbst wenn die Eingangsleistung dieselbe ist.

Torsionswinkel: Dies ist die Neigung des Zahns zur Zylinderachse der Maschine. Die Schubrichtung nimmt zu, wenn der Torsionswinkel des Zahnrads zunimmt. Dadurch kann die Effizienz der Maschine abnehmen. Der übliche Torsionswinkel beträgt 25 Grad, um die Effizienz und den Schub der Maschine zu steuern. 

Verschiedene Arten von Zahnrädern

Bunte Auswahl an ineinander greifenden Zahnrädern mit motivierenden Worten, die Teamarbeit und Fortschritt im mechanischen Design symbolisieren

Wir haben eine Liste verschiedener Ausrüstungstypen zusammengestellt.

Getriebetyp HaupteigenschaftenAnwendungen 
StirnräderKreisförmiges Zahnrad, einfach herzustellen und am häufigstenAutomobile, Untersetzungsgetriebe, Uhren
KegelräderSich kreuzende Achsen bei Kegelrädern Verschiedene Formen miteinander verbunden und Übertragungsgeschwindigkeit
Schrägverzahnte ZahnräderEinfach-/Doppelschrägverzahnung, geringe Geräuschentwicklung und Reibung, sanfte ÜbertragungFörderbänder, Aufzüge, Fahrzeuge
Zahnstange und RitzelVerschiedene Formen miteinander verbunden und ÜbertragungsgeschwindigkeitDruckmaschinen, mechanische Träger, Aufzüge
PlanetengetriebeSonnen- und Planetenräder, die gleichzeitig die Kraftübertragung bewirken, ideal für schwere Lasten Autos, Flugzeuge und Hubschrauber
SchneckengetriebeZahnräder mit nicht-kreuzungs-/nicht-paralleler Achsenkonfiguration, hohes, allmähliches Drehmoment Walzwerke, Motoren und Aufzüge
Cage-Peg-GetriebeRotationsübertragung in senkrechten Achsen, multidirektionale NutzungWassermühlen 
Verstümmelte Zahnräder Reduzierte Zähne im GetriebeFertigungsmaschinen, Untersetzungsgetriebe
Unrunde ZahnräderVerschiedene miteinander verbundene Formen und ÜbertragungsgeschwindigkeitPumpen, Förderbänder, Potentiometer

Stirnräder

Dies sind die einfachsten und beliebtesten Zahnradtypen. Sie übertragen Bewegungen zwischen parallelen Wellen. Durch ihre geraden Zähne sind sie leicht herstellbar mit 3-Achs-Maschinen wie Laserschneider oder Spritzguss.

Wenn zwei Stirnräder verwendet werden, werden sie nebeneinander im Eingriff platziert, wodurch eine Drehbewegung in entgegengesetzter Richtung ermöglicht wird. Die Kraftübertragung über eine Gruppe von Stirnrädern erfolgt über eine parallele Welle. Sie werden häufig in Zahnradpumpen, Motoren, Fördersystemen und Drehzahlminderern verwendet.

Kegelräder

Kegelräder übertragen Kraft zwischen nicht parallelen Achsen. Wenn die schrägen Zähne am gleichen Scheitelpunkt zusammentreffen, bilden sie Kegelräder im 90-Grad-Winkel. Die schrägen Zähne bilden Teilkreisdurchmesser in Form eines Kegels. 

Somit werden die Zahnräder anhand des Abstands zwischen der Rückseite des Zahnrads und der Spitze des Kegels des Zahnrads unterschieden. Um zwei Kegelräder miteinander zu verzahnen, sollte der imaginäre Kegel bis zum gleichen Scheitelpunkt reichen. Die Herstellung dieser Zahnräder ist aufgrund der komplizierten Konstruktion teuer. Darüber hinaus übertragen sie große Drehmomente, sodass sie für Maschinen nicht immer die erste Wahl sind. 

Arten von Kegelrädern

Kegelräder gibt es in verschiedenen Ausführungen, z. B. gerade, spiralförmig, Gehrungs- und Kronenkegelräder. Gerade Kegelräder sind aufgrund ihrer einfachen Konstruktion leicht herzustellen. Die Zähne bei geraden Kegelrädern arbeiten gleichzeitig. Daher verjüngen sich die Zähne allmählich, um sicherzustellen, dass die Teilfläche eine konische Form hat. 

Bei Spiralrädern haben die Zähne gekrümmte Linien, um ein gutes Kontaktverhältnis aufrechtzuerhalten. Sie sind effizienter als gerade Kegelräder. Außerdem erzeugen sie keine starken Vibrationen und Geräusche. 

Zerolkegelräder sind für ihre geraden und spiralförmigen Konstruktionsmerkmale bekannt. Sie sind ein geschütztes Design der Gleason Co. Diese Zahnräder sind so konstruiert, dass sich die Zähne in jede Richtung frei drehen können. Der Null-Verdrehwinkel erleichtert ihnen diese Bewegung. 

Ein weiteres Kegelrad ist ein Gehrungsgetriebe mit einer 90-Grad-Welle, das Leistungsänderungen übertragen kann, ohne die Geschwindigkeit zu beeinträchtigen. Schließlich sind Kronenräder/Planräder im richtigen Winkel konstruiert. Sie werden in Druckmaschinen, Eisenbahnen, Automobilen, Kraftwerken und Schiffsanwendungen eingesetzt.

Schrägverzahnte Zahnräder 

Schrägverzahnte Zahnräder haben schräg angeordnete Zähne und eine nicht parallele, schräge Zahnspur. Aufgrund der vielen Zähne im Getriebe eignen sich Schrägverzahnte gut zum Tragen schwerer Lasten. Außerdem machen sie weniger Lärm, da während der Übertragung nur minimale Vibrationen und Reibung auftreten. 

Sie können zwischen verschiedenen Arten von Schrägverzahnungen wählen – einfach, doppelt oder mit Pfeilverzahnung. Einfachverzahnungen haben entweder eine links- oder rechtsgängige Schrägverzahnung. Doppelverzahnungen haben zwei identische Schrägverzahnungen in entgegengesetzter Richtung. Die Verwendung von Doppelverzahnungen ermöglicht eine bessere Kraftübertragung aufgrund höherer Effizienz und geringerer Reibung. 

Ein weiterer Typ ist das Pfeilverzahnungsgetriebe, bei dem zwei Zahnräder ohne Zwischenraum miteinander verbunden sind. Diese eignen sich hervorragend zur Stoßdämpfung in Maschinen. 

Zahnstange und Ritzel

Dieser Getriebemechanismus wandelt lineare Bewegungen in Drehbewegungen oder umgekehrt um. Daher ist er ideal für Anwendungen wie Lenksysteme. Sie sind paarweise mit zwei kreisförmigen Zahnrädern vorhanden. Zahnstangengetriebe bestehen üblicherweise aus geraden oder schrägverzahnten Zahnrädern. 

Das Zahnstangengetriebe arbeitet mit einem Ritzel/Stirnrad und einer Zahnschiene, um die Bewegung zu bewirken. Es gibt eine kontinuierliche Gleitbewegung, die zur Drehung des Zahnrads führt. Sie werden in Lenksystemen von Autos verwendet.

Planetengetriebe

Wie der Name schon sagt, haben Planetengetriebe Innenzahnräder, die als Sonne und Planeten bezeichnet werden. Die Sonne befindet sich in der Mitte des Getriebes und dreht andere Planeten. Diese Bewegung bewirkt, dass sich das große Innenzahnrad bewegt und eine Bewegung in der Maschine auslöst. 

Damit sich alle Zahnräder reibungslos bewegen, ist eine entsprechende Schmierung erforderlich. Planetengetriebe sind effizient genug für große Kraftanforderungen. Sie können auch bei beengten Platzverhältnissen zur Reduzierung großer Zahnräder beitragen. 

Schneckengetriebe

Schneckengetriebe werden von einer Schraube auf der Welle, der sogenannten Schnecke, und dem dazugehörigen Zahnrad, dem sogenannten Schneckenrad, angetrieben. Das Zahnrad dreht sich auf einer anderen Ebene senkrecht zur Schnecke. Jede Drehung der Schnecke bewirkt, dass sich das Zahnrad um einen Zahn dreht. 

Dies bedeutet, dass das Übersetzungsverhältnis hier N:1 beträgt, wobei N die Anzahl der Zähne im Zahnrad ist. Schneckengetriebe neigen dazu, hinsichtlich der Geschwindigkeit weniger effizient zu sein, können jedoch das Drehmoment im System allmählich erhöhen. 

Es handelt sich um ein nicht überschneidendes Getriebe mit Gleitkontakt. Die Bewegung ist aufgrund der geringeren Reibung gleichmäßig. Daher sind diese Getriebe nicht laut. Ein weiteres zu beachtendes Konstruktionselement ist, dass Schneckengetriebe linear und nicht wie üblich kreisförmig sind. 

Cage-Peg-Getriebe

Käfigstiftgetriebe werden normalerweise aus Holzmaterialien und Dübeln hergestellt. Sie sind einfacher und billiger herzustellen als ihre metallischen Gegenstücke. Diese Getriebe übertragen Kraft in die senkrechte Achse und bieten daher keine große Geschwindigkeit. Ein Käfig kann wie verschiedene Zahnräder wirken, z. B. ein Schneckengetriebe mit Dübeln und Zähnen. 

Die Stifte in diesen Zahnrädern funktionieren wie Zähne, die mit einer kleinen Scheibe verbunden sind. Diese Stifte sind mit anderen Stiften von anderen Zahnrädern verbunden und funktionieren als Einheit. Ein Vorteil von Käfig- und Stiftgetrieben ist, dass sie von beiden Enden aus funktionieren können, da sich die Stifte in beide Richtungen bewegen. 

Verstümmelte Zahnräder 

Einige Maschinenkonstruktionen erfordern möglicherweise verstümmelte Zahnräder, bei denen der Zahn nicht vollständig um den Teilkreis herumreicht. Wenn die volle 360-Grad-Drehung nicht möglich ist, können verstümmelte Zahnräder mit einer geringeren Anzahl von Zähnen hinzugefügt werden. 

Dies ist ideal, wenn die Maschinerie nicht kontinuierlich in Bewegung sein muss. Das Vorhandensein von Zähnen auf einer Seite des Zahnrads und der leeren Seite auf der anderen Seite führt zu Bewegungsimpulsen, wodurch die Welle mit konstanten Unterbrechungen arbeitet.

Unrunde Zahnräder

Das Faszinierende an unrunden Zahnrädern ist ihre interessante Form. Ihr Durchmesser ist nicht überall gleich. Wenn sie sich also drehen, ändert sich die Form des Zahnrads, was zu immer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten führt. Diese werden selten verwendet, können aber zu einzigartigen Maschinenfunktionen beitragen, bei denen zwei Achsen ein unrundes Zahnrad benötigen. 

Konstruktionsüberlegungen für Zahnräder

Hier sind einige wichtige Dinge, die bei der Konstruktion von Zahnrädern zu beachten sind: 

Maße

Die Abmessungen der Maschine sind ein entscheidender Faktor für den verfügbaren Platz für die Zahnräder. Bedenken Sie den Platz für mehrere Zahnräder, Zähne und Wellen. Darüber hinaus sollten sich die Zahnräder auf dem Teilkreis bewegen können. 

Exquisites Taschenuhrwerk mit komplizierten Zahnrädern und 19 Steinen, mit detaillierten Gravuren und goldenen Akzenten

Wenn eine Größenbeschränkung besteht, können kleinere Zahnräder oder unrunde Zahnräder verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von verstümmelten Zahnrädern. Achten Sie auf den Eingriffswinkel, die Teilung und die Zugfestigkeit des Fertigungsmaterials.

Zu den Konstruktionsanforderungen gehört auch die Einhaltung internationaler und nationaler Konstruktionsstandards für die Fertigung. Sie können beispielsweise die American Gear Manufacturing Standards einhalten, um eine sichere Konstruktion und Fertigung zu gewährleisten. Diese Protokolle können auch vom geografischen Standort abhängen und in den USA, Deutschland und Japan unterschiedlich sein.  

Betriebsbedingungen

Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Wetterbedingungen und Luftfeuchtigkeit können sich auf die Zahnräder auswirken. Die Schmierung und Reibung zwischen Zähnen und Zahnrad kann durch raue Wetterbedingungen beeinträchtigt werden. Berücksichtigen Sie diese also, wenn Sie dem Material am Ende den letzten Schliff und die Oberflächenbehandlung geben. 

Herstellungskosten

Berücksichtigen Sie die Kosten für die Herstellung der Zahnräder. Diese können vom Herstellungsprozess abhängen, wie z. B. CAD-Konstruktion, CNC-Drehmaschineg, oder Spritzguss. Stellen Sie sicher, dass der Herstellungsprozess den gesetzlichen Anforderungen entspricht. Berücksichtigen Sie die Kosten für Rohmaterialien und Endbearbeitung, um den richtigen Kostenvoranschlag zu erhalten. 

Beachten Sie, dass der Preis für kundenspezifische Getriebedesigns höher ist. Wenn Sie mit einem Fertigungsunternehmen zusammenarbeiten, fragen Sie nach Großbestellungsangeboten, auch für maßgeschneiderte Designs. 

Bewegungsübertragung

Die Bewegung der Zahnräder muss bei den Konstruktionskomponenten berücksichtigt werden. Die Zahnradübertragung umfasst Drehmoment, Reibung und Kraft, die in verschiedenen Achsen ausgeübt werden. Die unterschiedlichen Formen der Zahnräder, wie Schrägverzahnung und unrunde Zahnräder, wirken sich auf die Richtung und Auswirkung der Systemgeschwindigkeit aus. 

Einpacken

Jetzt wissen Sie alles über die gängigen Getriebetypen. Die am häufigsten verwendeten Typen sind Stirnräder und Kegelräder. Sie werden in Autos, Förderbändern und Uhren verwendet. Einige Getriebe wie Zahnstangen- und Planetengetriebe sind effizient und werden daher für schwere Maschinen verwendet. 

Die beste Ausrüstung für ein System kann durch Berücksichtigung der Funktionen und Materialien bestimmt werden. Sobald das CAD-Design abgeschlossen ist, sorgt der CNC-Fertigungsprozess für Präzision. Partner mit  HiTop Industriedesign Und CNC-Profis um hochwertige Ausrüstung herzustellen.

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