Die Geschichte der Schrägverzahnung und ihre Anwendungen
Die Zähne eines Schrägstirnrads sind in einem Winkel (in Bezug auf die Achse des Zahnrads) angeordnet und nehmen die Form einer Spirale an. Dadurch können die Zähne zunehmend ineinandergreifen, zunächst mit Punktkontakt und fortschreitend zu Linienkontakt, wenn sich der Eingriff entwickelt. Weniger Lärm ist einer der offensichtlichsten Vorteile von Schrägstirnrädern gegenüber Stirnrädern, insbesondere bei mittleren bis hohen Drehzahlen. Außerdem sind bei Schrägverzahnungen immer mehrere Zähne im Eingriff, was zu einer geringeren Belastung jedes einzelnen Zahns führt. Dies bewirkt eine gleichmäßigere Kraftübertragung von einem Zahn zum nächsten, wodurch Vibrationen, Stoßbelastungen und Verschleiß reduziert werden.
Der Neigungswinkel der Zähne erzeugt jedoch einen Gleitkontakt zwischen den Zähnen, was zu axialen Kräften und Wärme führt und den Wirkungsgrad verringert. Diese Axialkräfte sind wichtig bei der Lagerauswahl für Schrägverzahnungen. Stirnradgetriebe erfordern Axial- oder Rollenlager, die im Allgemeinen größer (und teurer) sind als die bei Stirnrädern verwendeten Grundlager, da sie sowohl Radial- als auch Axialkräften standhalten müssen. Die Größe der Tangente des Schrägungswinkels wirkt sich auf die Axialkräfte aus. Trotz der Tatsache, dass größere Schrägungswinkel eine schnellere und gleichmäßigere Bewegung ermöglichen, ist der Schrägungswinkel aufgrund der Erzeugung von Axialkräften im Allgemeinen auf 45 Grad begrenzt.
Die Axialspannungen von Schrägstirnrädern können durch den Einsatz von Doppelschrägstirnrädern oder Fischgrätenrädern gemildert werden. Diese Konfigurationen scheinen zwei Schrägstirnräder mit gegenüberliegenden Händen zu sein, die Rücken an Rücken angeordnet sind, aber sie sind wirklich aus demselben Zahnrad gefertigt. (Der Unterschied zwischen den beiden Typen besteht darin, dass Doppelschrägverzahnungen eine Nut zwischen den Zähnen in der Mitte enthalten, während Pfeilverzahnungen dies nicht tun.) Da die Axialkräfte auf jedes Zahnpaar durch diese Konstruktion aufgehoben werden, können größere Schrägungswinkel auftreten verwendet. Es beseitigt auch die Anforderung an Drucklager.
Abgesehen von einer gleichmäßigeren Bewegung, besseren Geschwindigkeitsfähigkeiten und weniger Lärm haben Schrägstirnräder den Vorteil, dass sie entweder mit parallelen oder nicht parallelen (sich kreuzenden) Wellen verwendet werden können. Schrägstirnräder mit parallelen Wellen erfordern den gleichen Schrägungswinkel wie Schrägstirnräder mit entgegengesetztem Verlauf (dh rechtsgängige Verzahnung vs. linksgängige Verzahnung).
Bei der Verwendung von gekreuzten Schrägstirnrädern können sie von derselben oder von entgegengesetzter Hand sein. Die Summe der Schrägungswinkel sollte mit dem Winkel zwischen den Wellen übereinstimmen, wenn die Zahnräder die gleichen Hände haben. Gekreuzte Schrägstirnräder mit senkrechten (dh 90 Grad) Wellen sind das typischste Beispiel dafür. Beide Zahnräder haben den gleichen Zeiger und ihre Schrägungswinkel addieren sich zu 90 Grad. Der Winkel zwischen den Schäften sollte bei Setups mit entgegengesetzten Händen gleich der Differenz zwischen den Spiralwinkeln sein. Gekreuzte Schrägstirnräder bieten eine größere Konstruktionsfreiheit, aber da der Kontakt zwischen den Zähnen näher an einem Punktkontakt als an einem Linienkontakt liegt, haben sie geringere Kraftkapazitäten als Versionen mit parallelen Wellen.
In Fällen, in denen Stirnräder geeignet sind, aber die Wellen nicht parallel sind, werden häufig Schrägstirnräder verwendet. Sie werden auch in Situationen eingesetzt, in denen hohe Geschwindigkeiten oder Lasten erforderlich sind. Sie bieten normalerweise einen gleichmäßigeren und leiseren Betrieb als Stirnradgetriebe, unabhängig von Last oder Geschwindigkeit.
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