Kronen:Korrektur zur Geräuschreduzierung und Fehlausrichtung bei Zahnrädern

Laute Getriebezüge sind seit langem ein häufiges Problem für Getriebekonstrukteure. Angesichts der Forderungen nach kleineren Getrieben, die mehr Leistung bei höheren Drehzahlen übertragen, und der bestehenden Forderungen nach mehr Effizienz suchen Getriebeingenieure immer nach neuen Wegen, um Vibrationen zu reduzieren und Geräusche zu begrenzen, ohne die Kosten zu erhöhen.

Einige beliebte Lösungen für das Problem des lauten Getriebes umfassen die Vergrößerung des Ritzel, um den Unterschnitt zu reduzieren; Verwendung von Phenol-, Delrin- oder anderen schallabsorbierenden Produkten, wenn möglich; oder Wechsel zu einem Stirnradgetriebe. Andere Methoden umfassen das Anziehen der Spezifikationen, um eine bessere Getriebequalität zu gewährleisten, oder die Neugestaltung der Schallabsorptionseigenschaften des Getriebes. Gelegentlich kann das Experimentieren mit Übersetzungsverhältnissen die harmonische Frequenzverstärkung begrenzen, die ansonsten dazu führen kann, dass ein Getriebe Geräusche wie ein fein abgestimmtes Stereosystem verstärkt. Der Ingenieur kann auch die Material- und Härteanforderungen untersuchen, sodass Modifikationen vorgenommen werden können, um den Wärmebehandlungsverzug zu minimieren oder möglicherweise die Notwendigkeit einer Wärmebehandlung vollständig zu eliminieren. Besonderes Augenmerk muss auch auf die Zahnradgeometrie gelegt werden, um maximalen Kontakt zu gewährleisten.

Abbildung 1.

Ein anderer Ansatz zur Lösung des Getriebegeräuschproblems, der gute Ergebnisse liefert, ist die Balligkeit oder das Ballen der Zähne. Bei dieser Technik wird die Sehnendicke des Zahns entlang seiner Achse verändert. Diese Modifikation eliminiert das Endlager, indem ein Kontaktlager in der Mitte des Zahnrads angeboten wird.

Ein zweiter Vorteil des Balligkeitsansatzes beim Verzahnen ist die Minimierung von Fluchtungsfehlern, die durch ungenaue Bearbeitung von Gussstück, Gehäuse, Welle, Getriebe oder Lagerzapfen verursacht werden. Balligkeit kann auch Steigungsprobleme in den Zahnrädern selbst reduzieren, was dazu führt, dass die Zahnräder aufgrund von Exzentrizitäten und Positionsfehlern ungleichmäßig verschleißen und klemmen. Offensichtlich wird ein Zahnrad mit Mittelkontakt weniger durch abweichende Herstellung oder Konstruktion beeinträchtigt; Darüber hinaus können Sie die Anforderungen an das Spiel reduzieren und die Zahnräder eher verschleißen als verschleißen lassen.

Abbildung 2.

Das Schaben ist ein sekundärer Zahnrad-Endbearbeitungsvorgang, der nach dem Schruppfräsen oder Formen durchgeführt wird, um die gewünschte Balligkeit zu erzeugen. Kronenschaben ist seit langem ein beliebtes Verfahren, insbesondere bei der Herstellung von Zahnrädern mit grober Teilung. Mit der jüngsten Entwicklung der Zahnradausrüstung, die während des Schneidens ballig werden kann, ist es nicht mehr erforderlich, nur zu rasieren, um eine Balligkeit zu erreichen.

Zwei Variationen der Kronen-Schermethode erzeugen ein Zahnrad zum Ausgleichen von Voreilungs- oder Fluchtungsfehlern.

Ein Ansatz erzeugt eine Krone durch Schwingen des Tisches während der Hin- und Herbewegung von Werkstück und Fräser. Der Kronengrad wird durch dieses Verfahren leicht geändert. Der andere Ansatz ist der Tauchvorschub, der das Abrichten des Schermessers auf die gewünschte Krone erfordert. Im Allgemeinen ist der Eintauchvorschub schneller, aber die Technik kann den Fräser einem höheren Verschleiß aussetzen. Schwieriger ist es natürlich, die Krone zu wechseln, vorausgesetzt, Sie beginnen mit qualitativ hochwertigen Zahnrädern. Das Schaben verbessert die Profilqualität und reduziert Fehler im Zahnradzahn durch die Schneid- und Polierwirkung der Fräser.

Abbildung 3.

Die Kronenform kann auf mehreren anderen Wegen auf Verzahnungen hergestellt werden. Ein Verfahren besteht darin, das Zahnrad unter Verwendung eines Kronennockens im Former-Rückstellmechanismus zu formen. Der richtige Radius des Zahnrads wird anhand des Balligkeitsbetrags an der Flanke und des Eingriffswinkels des Zahnrads berechnet. Leider sind die Blöcke zwar nicht komplex, aber in der Regel teuer.

Das Aufkommen der neuesten Generation von Verzahnungsmaschinen hat zwei Methoden des Bombierens beim Wälzfräsen populär gemacht. Beide Verfahren erzeugen Kronen, indem der Achsabstand des Fräsers zum Werkstück vergrößert und verkleinert wird. Das erste Verfahren verwendet physikalisches Kopieren einer Schablone durch eine Hydrokopier- oder mechanische Folgevorrichtung. Dies ermöglicht auf Wunsch das Kegelfräsen oder sogar die Erzeugung von sinusförmigen Wellenformen. In jüngerer Zeit ist die zweite Methode, das CNC-Wälzfräsen, alltäglich geworden.

Abhängig von den Softwarebeschränkungen ermöglicht die CNC das Schneiden von Zahnrädern in fast jeder gewünschten Form. Ein Nachteil dieses Ansatzes sind die hohen Gerätekosten, obwohl die Amortisation in den letzten Jahren erheblich zurückgegangen ist.

Neue CNC-Formmaschinen können ein Kronenrad oder eine Keilverzahnung schneiden, ohne dass eine spezielle Bombierkurve gekauft werden muss. Bei der Gleason Pfauter P 300 ES unseres Hauses können wir beispielsweise ballig werden, indem wir einen leichten Rechts- und Linksdrallwinkel entlang der Zahnbreite des Teils schneiden. Dadurch bleibt der Fußdurchmesser gerade. Wir haben auch eine Bourn &Koch Fellows MS 450 mit einer U-Achse zur Steuerung des Back-Offs. Es kann so programmiert werden, dass die Fräserspindel während des Hubzyklus ein- und ausgefahren wird, um den Zahn zu ballig zu machen, indem an den Enden der Zahnbreite tiefer und am höchsten Punkt der Krone flacher geschnitten wird.

Abbildung 4.

Wer nutzt diese Verzahnungstechnologie heute?

Anwender von hochbelasteten Getrieben setzen schon seit geraumer Zeit auf die Balligkeit. Ein weiterer reif für den Einsatz der Bombierung ist die Herstellung von hydraulischen Taumelmotoren. Hier ist die Anwendung ausschließlich für Fehlausrichtungsprobleme und nicht für die Geräuschreduzierung gedacht. Ein verbündeter Bereich umfasst stark belastete Ritzel, die in Aktuatoren für Flugzeugsteuerflächen verwendet werden. Generell ist es vorteilhafter, das Ritzel zu ballen, da es mehr Umdrehungen pro Minute macht und mehr Geräusche verursachen kann. In diesem Fall ist es von größter Bedeutung, die Lastdurchbiegung zu kompensieren.

Leider haben nur wenige Unternehmen in den Vereinigten Staaten diese Technologie auf kommerzielle Feinteilungen angewendet. Die wenigen Hersteller, die es ausprobiert haben, sind jedoch mit den Ergebnissen am zufriedensten. Einige Benutzer haben von einer fünf- bis zehnfachen Geräuschreduzierung berichtet, die von weniger Vibrationen, Verschleiß und Leistungsaufnahme begleitet wird.

Hauptkandidaten für die Anwendung der Balligkeitstechnik sind Hersteller von Motoren mit geringen PS-Leistungen oder jeder, der mit Stirn- oder Schrägritzeln zu tun hat, die anfällig für Geräusche oder Fehlausrichtungen sind. Da das Bombieren auf ausländischen Wälzfräsmaschinen schon länger verfügbar ist, wurde dieses Verfahren verstärkt in Europa entwickelt.

Amerikanische Hersteller sollten sich die Verfügbarkeit dieser Art von Technologie zunutze machen. Die Erforschung der Balligkeit als Lösung für Geräusch- und Fehlausrichtungsprobleme kann sowohl für Getriebehersteller als auch für Benutzer einen echten Wettbewerbsvorteil darstellen.