Unterschied zwischen Fischgrätengetriebe und Doppelschrägverzahnung

Mechanische Antriebe werden verwendet, um Bewegung, Drehmoment und Leistung von der Antriebswelle (normalerweise einer Antriebsmaschine wie einem Elektromotor) auf die angetriebene Welle (wie eine Maschineneinheit) zu übertragen. Es gibt vier mechanische Antriebe, nämlich Zahnradantrieb, Riemenantrieb, Kettenantrieb und Seilantrieb. Jeder von ihnen hat spezifische Eigenschaften und ist für bestimmte Arten von Anwendungen geeignet. Für die Kraftübertragung über kleine Entfernungen wird ein Zahnradantrieb bevorzugt. Es ist ein positiver Antrieb und kann so ausgelegt werden, dass er Kraft in jedem Winkel und jeder Ebene überträgt. Es gibt vier Grundtypen von Zahnrädern – Stirnrad, Schrägstirnrad, Kegelrad und Schneckenrad. Ein Stirnrad hat gerade Zähne parallel zur Zahnradachse und kann Kraft nur zwischen parallelen Wellen übertragen. Aufgrund eines plötzlichen Kontakts zwischen den Zähnen zweier zusammenpassender Stirnräder erfährt der Zahn jedoch eine Stoß- oder Stoßbelastung.

Probleme im Zusammenhang mit Stoßbelastungen können durch die Verwendung von Schrägstirnrädern eliminiert werden. Wie das Stirnrad wird auch das Schrägstirnrad für parallele Wellen verwendet; jedoch werden Zähne in Form einer Spirale auf dem zylindrischen Zahnradrohling geschnitten. Die Schrägverzahnung zweier zusammenpassender Zahnräder kommt allmählich in Kontakt, was zu einer allmählichen Belastung der Zähne führt (anstelle einer Stoßbelastung wie im Fall eines Stirnrads). Auch dies erhöht die Kraftübertragungsfähigkeit und reduziert gleichzeitig Vibrationen. Das spiralförmige Profil des Zahns führt jedoch zu einer axialen Schubbelastung des Lagers, was manchmal nachteilig ist und die maximal zulässige Anwendungsgeschwindigkeit begrenzt. Um die Schubkraft zu eliminieren, die die spiralförmige Form der Zähne intakt hält, kann entweder ein Pfeilzahnrad oder ein Doppelschrägzahnrad verwendet werden.

In beiden Fällen werden die Zähne in zwei Hälften des Zahnradrohlings geschnitten, wobei das gleiche Modul, die gleiche Anzahl von Zähnen und der gleiche Schrägungswinkel, aber die entgegengesetzte Richtung der Schrägung beibehalten werden. Somit ist die von jeder Hälfte des Zahnrads erzeugte Schubkraft gleich und entgegengesetzt und eliminiert sich somit gegenseitig. Obgleich Pfeil- oder Doppelschrägverzahnung axialbelastungsfrei sind, unterscheiden sie sich in Konstruktion und Fertigung kaum. In Doppelschrägverzahnung ist zwischen zwei Hälften ein kleiner Entlastungsspalt vorgesehen. Daher berühren die Zähne der linken Spirale die Zähne der rechten Spirale nicht physisch. Allerdings im Fall von Fischgrätengetriebe , ist kein solcher Spalt vorgesehen und daher berühren Zähne mit linksgängiger Spirale die Zähne mit rechtsgängiger Spirale. Verschiedene Unterschiede zwischen Pfeil- und Doppelschrägverzahnung sind unten in Tabellenform aufgeführt.

Tabelle:Unterschied Pfeilverzahnung und Doppelschrägverzahnung

Vorhandensein einer Entlastungslücke: Ein Entlastungsspalt zwischen der linken Schrägverzahnung und der rechten Schrägverzahnung ist das Hauptunterscheidungsmerkmal. Bei Pfeilzahnrädern ist keine Lücke vorgesehen, und daher bleiben linksgängige Schrägzähne in physischem Kontakt mit rechtsgängigen Schrägzähnen. Bei Doppelschrägverzahnungen bleibt ein kleiner Spalt (je nach Größe 2–10 cm) zwischen den linken und rechten Schrägverzahnungen bestehen.

Schwierigkeit bei der Herstellung der Zahnräder: Beim Schneiden der Zahnradzähne für Fischgrätenzahnräder darf sich der Fräser nicht über die Zahnfläche auf einer Seite hinaus bewegen (wo eine Verbindung vorhanden ist). Jede Überschreitung erzeugt eine unerwünschte Rille auf der anderen Hälfte, da keine Zwischenrille oder Zwischenraum vorhanden ist. Dies macht die Herstellung kompliziert und es ist eine spezielle Maschine erforderlich, um solche Zahnradzähne zu schneiden. Bei Doppelschrägverzahnungen ermöglicht der kleine Entlastungsspalt, dass sich der Fräser frei über die Zahnfläche hinaus bewegt. Aufgrund von Herstellungsschwierigkeiten sind die Kosten für Pfeilverzahnungen geringfügig höher als die Kosten für ähnliche Doppelschrägverzahnungen.

Axialbreite: Die Breite oder Dicke des Zahnrads bestimmt tatsächlich die Zahnfestigkeit und die Kraftübertragungsfähigkeit. Aufgrund des Vorhandenseins eines kleinen Entlastungsspalts in Doppelschrägverzahnungen entspricht die Zahnflächenbreite nicht der Zahnradbreite. Bei gleicher Zahnradbreite und anderen Merkmalen ist die Zahnbreite des Pfeilzahnrads größer und folglich ist seine Übertragungsfähigkeit höher. Umgekehrt kann für eine bestimmte Kraftübertragung ein dünneres Pfeilzahnrad verwendet werden. Dies ist besonders geeignet, um eine kompakte Maschineneinheit mit begrenztem verfügbarem Raum zu konstruieren.

In diesem Artikel wird ein wissenschaftlicher Vergleich zwischen Fischgrätengetriebe und Doppelschrägverzahnung vorgestellt. Der Autor empfiehlt Ihnen außerdem, die folgenden Referenzen durchzugehen, um das Thema besser zu verstehen.

1. Design of Machine Elements von V. B. Bhandari (vierte Ausgabe; McGraw Hill Education).
2. Maschinendesign von R. L. Norton (fünfte Ausgabe; Pearson Education).
3. Ein Lehrbuch des Maschinendesigns von R. S. Khurmi und J. K. Gupta (S. Chand; 2014).