1. Aufbau und Funktion des Getriebes

Zahnräder lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Zahnkranz und Radkörper. Ihre Formen und Größen variieren aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Typische Zylinderräder sind Scheibenräder, Hülsenräder, Innenräder, Wellenräder, Sektorräder und Zahnstangen. Scheibenräder sind dabei die am häufigsten verwendeten Typen.

Ein Stirnrad kann einen oder mehrere Ringe aufweisen. Das typische Einzelzahnrad lässt sich leicht herstellen. Bei Doppel- oder Dreifachzahnrädern beeinträchtigt die Schulter jedoch häufig den kleinen Zahnkranz, was die anwendbaren Fertigungstechniken einschränkt.

2. Präzisionsanforderungen an Stirnräder

 Die Fertigungsgenauigkeit des Getriebes selbst hat einen großen Einfluss auf die Arbeitsleistung, die Tragfähigkeit und die Lebensdauer der gesamten Maschine. Je nach Einsatzbedingungen des Getriebes werden folgende Anforderungen an das Getriebe gestellt:

(1) Bewegungsgenauigkeit – es ist erforderlich, dass das Zahnrad die Bewegung genau übertragen kann und das Übersetzungsverhältnis konstant ist, d. h. der Winkelfehler des Zahnrads bei einer Umdrehung einen bestimmten Bereich nicht überschreitet.

(2) Laufruhe – Die Bewegung des Getriebes muss gleichmäßig sein und Stöße, Vibrationen und Geräusche müssen gering sein. Dies erfordert eine Begrenzung der Änderung des momentanen Drehzahlverhältnisses bei Drehung des Zahnrads auf ein Minimum, d. h. eine Begrenzung des Winkelfehlers in einem kurzen Zeitraum.

(3) Kontaktgenauigkeit – Um bei der Kraftübertragung durch das Zahnrad die Kontaktspannung aufgrund einer ungleichmäßigen Lastverteilung nicht zu stark werden zu lassen und so einen vorzeitigen Verschleiß der Zahnoberfläche zu verhindern, ist es erforderlich, dass der Kontakt der Zahnoberfläche während des Betriebs des Zahnrads gleichmäßig ist und dass eine bestimmte Kontaktfläche vorhanden ist und die Anforderungen an die Kontaktposition erfüllt werden.

(4) Zahnseitenspiel – Wenn das Zahnrad angetrieben werden muss, besteht zwischen den nicht arbeitenden Zahnoberflächen ein gewisser Spalt, um Schmieröl zu speichern und die durch Temperatur und elastische Verformung sowie einige Fehler bei der Verarbeitung und Montage verursachten Maßänderungen auszugleichen.

3. Getriebematerialien

Die Ausrüstung sollte unter Berücksichtigung der Arbeitsbedingungen des geeigneten Materials eingesetzt werden. Die Bearbeitungsleistung und Lebensdauer von Zahnrädern werden direkt von der Materialauswahl beeinflusst.

• • Allgemeine Zahnradauswahl für legierte Stähle mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt, wie 20Cr, 40Cr, 20CrMnTi usw., und Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, wie z. B. 45-Stahl.
• • 38CrMoAlA-Nitridstahl ist ein geeignetes Material für wichtige Zahnräder mit höheren Anforderungen. Andere Materialien, die für Zahnräder ohne Kraftübertragung verwendet werden können, sind Gusseisen, Sperrholz und Nylon.

4. Wärmebehandlung von Zahnrädern

Bei der Zahnradbearbeitung werden zwei Wärmebehandlungsverfahren nach unterschiedlichen Zielen eingesetzt:

1) Wärmebehandlung des Rohlings: Vor und nach der Bearbeitung des Zahnrohlings ist eine Vorwärmebehandlung durch Normalisieren oder Anlassen durchzuführen. Der Hauptzweck besteht darin, die durch Schmieden und Schruppen verursachten Restspannungen zu beseitigen, die Bearbeitbarkeit des Materials zu verbessern und die umfassenden mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

2) Wärmebehandlung der Zahnoberfläche: Nach der Bearbeitung der Zahnform werden häufig Aufkohlungshärtungen, Härtungen durch Hochfrequenzinduktionserwärmung, Carbonitrieren und Nitrieren durchgeführt, um die Härte und Verschleißfestigkeit der Zahnoberfläche zu verbessern.

5. Leeres Zahnrad

Die Rohlinge von Zahnrädern werden überwiegend aus Stangenmaterial, Schmiede- und Gussteilen hergestellt. Stangenmaterial wird für Zahnräder mit kleinem Durchmesser, einfacher Konstruktion und minimalen Festigkeitsanforderungen verwendet. Zahnräder mit einem Durchmesser von mehr als 400–600 mm werden häufig als Rohlinge gegossen. Aber auch Mehrzweckschmiedeteile werden häufig verwendet, wenn das Zahnrad hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Schlagfestigkeit erfordert. Bei großen und unpräzisen Zahnrädern können die Zähne direkt gegossen werden, um den Bearbeitungsaufwand zu minimieren. Für kleine und komplex geformte Zahnräder können neue Verfahren wie Pulvermetallurgie, Warmwalzen, Kaltfließpressen, Druckguss, Feinguss und Präzisionsguss eingesetzt werden, um Zahnrohlinge mit Zähnen herzustellen. Dies verbessert die Arbeitsproduktivität und spart Rohstoffe.

Die Auswahl des Bearbeitungsschemas des Zahnrohlings

Bei Wellen- und Hülsengetrieben ist der Verarbeitungsprozess grundsätzlich ähnlich wie bei allgemeinen Wellen- und Hülsengetrieben, es wird hauptsächlich der Verarbeitungsprozess von Scheibengetrieben besprochen.

Die Bearbeitungstechnologie des Zahnrohlings hängt maßgeblich vom Aufbau des Zahnradkörpers und der Art der Herstellung ab.

(1) Eine große Anzahl von Massenproduktionen zur Verarbeitung von Zahnrohlingen

Wenn eine große Anzahl mittelgroßer Zahnblöcke verarbeitet wird, wird der Prozessplan „Bohren, ein Ziehen, ein Werkzeugwagen“ verwendet:

1) Bohren oder Reiben mit leerem Außenkreis und Positionierung der Stirnfläche;

2) Lakon;

3) Der äußere Kreis, die Stirnfläche, die Nut und die Anfasung des Grobbearbeitungswagens auf der halbautomatischen Mehrwerkzeugdrehmaschine sind mit Löchern positioniert.

Dieses Prozessschema kann aufgrund der Verwendung effizienter Werkzeugmaschinen aus Fließbändern oder automatischen Fertigungsstraßen bestehen, sodass die Produktionseffizienz hoch ist.

Bei der Bearbeitung von in Chargen hergestellten Zahnblöcken kommt häufig das Prozessschema „Car Pull a Car“ zum Einsatz.

1) Zum äußeren Kreis des Zahnblocks oder Radplatzierung, Feindrehen des äußeren Kreises, der Endfläche und des inneren Lochs; 2) Stützen Sie das Keilwellenloch oder das Zugloch mithilfe der Endfläche; 3) Richten Sie den äußeren Kreis und die Endfläche des feinen Autos mit den Löchern aus.

Diese Lösung kann durch Horizontaldrehmaschinen oder Revolverdrehmaschinen und Räummaschinen erreicht werden. Sie zeichnet sich durch stabile Verarbeitungsqualität und hohe Produktionseffizienz aus. Wenn das Loch des Zahnrohlings Stufen aufweist oder die Stirnfläche Nuten hat, kann das Multitool der Revolverdrehmaschine voll ausgenutzt werden, um eine Mehrstationenbearbeitung durchzuführen und die Zahnrohlingsbearbeitung auf der Revolverdrehmaschine in einem Durchgang abzuschließen.

Verfahren zur Bearbeitung von Zahnrädern

Die Zahnformbearbeitung des Zahnkranzes ist der Kern der gesamten Zahnradbearbeitung. Es gibt viele Prozesse in der Zahnradbearbeitung, die der Formgebung des Zahnradbearbeitungsdienstes dienen. Der Zweck besteht darin, schließlich ein Zahnrad zu erhalten, das die Genauigkeitsanforderungen erfüllt.
Je nach Bearbeitungsprinzip kann die Zahnform in Formgebungs- und Entwicklungsverfahren unterteilt werden. Beim Formgebungsverfahren wird die Zahnoberfläche mit einem Formwerkzeug bearbeitet, das der Form der Zahnnut des zu bearbeitenden Zahnrads entspricht, z. B. durch Fräsen, Ziehen oder Schleifen von Formzähnen. Beim Entwicklungsverfahren wird die Zahnoberfläche entsprechend der Eingriffsbeziehung zwischen Zahnradwerkzeug und Werkstück bearbeitet, z. B. durch Wälzfräsen, Wälzstoßen, Schaben, Schleifen und Honen.
Die Wahl des Zahnformbearbeitungsschemas hängt hauptsächlich von der Präzisionsklasse, der Strukturform, der Produktionsart und den Produktionsbedingungen des Zahnrads ab. Für Zahnräder mit unterschiedlichen Präzisionsklassen lautet das üblicherweise verwendete Zahnformbearbeitungsschema wie folgt:

1) Zahnrad mit Genauigkeit der Klasse 8. Die Anforderungen können durch Wälzfräsen oder Wälzstoßen erfüllt werden. Für gehärtete Zahnräder können folgende Verfahren angewendet werden: Zahnwalzen (Einsatz) – Zahnendenbearbeitung – Abschrecken – Korrekturbohrung. Die Bearbeitungspräzision der Zahnform sollte jedoch vor dem Abschrecken verbessert werden.
2) 6-7 Präzisionszahnräder. Für gehärtete Zahnräder können verwendet werden: Grobfräsen – Feinfräsen – Zahnendenbearbeitung – Feinschaben – Oberflächenabschrecken – Kalibrierdatum – Zahnradhonen.
3) Zahnrad mit einer Genauigkeit von mindestens 5. Üblicherweise angewendet: Schruppfräsen – Feinfräsen – Zahnendenbearbeitung – Abschrecken – Kalibrierdatum – Schruppschleifen – Feinschleifen. Schleifen ist derzeit die Bearbeitungsmethode mit der höchsten Präzision und der geringsten Oberflächenrauheit bei der Zahnprofilbearbeitung. Die höchste Genauigkeit kann 3–4 Stufen erreichen.

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