Unterschied zwischen geradem Kegelrad und Spiralkegelrad

Eine Maschine kann als eine Gruppe von Mechanismen definiert werden, die bestimmte Aufgaben durch Energieausdehnung ausführen können. Solche Mechanismen werden durch mechanische Kraft angetrieben, die in Form eines Drehmoments entsteht. Eine Antriebsmaschine (z. B. Elektromotor, Turbine usw.) liefert in der Regel mechanische Leistung, die dann mit Hilfe mechanischer Antriebe auf die Maschineneinheit übertragen wird. Es gibt vier mechanische Antriebe, nämlich Zahnradantrieb, Riemenantrieb, Kettenantrieb und Seilantrieb. Zahnradgetriebe übertragen Bewegung und Kraft von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle durch den Eingriff von Zähnen. Es ist ein starrer Antrieb, da kein flexibles Zwischenelement vorhanden ist. Es kann leichte bis schwere Leistung ohne Schlupf übertragen (positiver Antrieb). Grundlegend wird es für die Kraftübertragung über kleine Entfernungen bevorzugt.

Es gibt vier Grundtypen von Zahnrädern – Stirnrad, Schrägstirnrad, Kegelrad und Schneckenrad. Stirn- und Schrägstirnräder werden für parallele Wellen verwendet; Stirnrad hat jedoch gerade Zähne parallel zur Zahnradachse; während ein Schrägzahnrad Zähne in Schraubenform hat, die auf dem Steigungszylinder geschnitten sind. Diese spiralförmige Zahnform bietet bestimmte Vorteile, wie z. B. eine allmähliche Aufnahme der Belastung des Zahns, weniger Vibrationen, weniger Geräusche, weniger Verschleiß usw. Ein Kegelradpaar kann zur Übertragung von Bewegung und Kraft zwischen sich schneidenden Wellen (normalerweise senkrecht) verwendet werden.; während die Schneckengetriebeanordnung für nicht parallele und sich nicht schneidende Wellen anwendbar ist. Es gibt verschiedene Arten von Kegelrädern, wie z. B. gerades Kegelrad, schräges Kegelrad, Tellerrad, Spiralrad, Hypoidrad, Kronenrad, Zerol-Rad usw. Jedes von ihnen hat unterschiedliche Merkmale und ist für bestimmte Arten von Anwendungen geeignet.

Die Zähne des Kegelrads können entweder ein gerades oder ein spiralförmiges Profil haben; beide gelten jedoch nur für sich kreuzende Wellen. Wie der Name schon sagt, ein geradverzahntes Kegelrad , die Zähne sind gerade wie ein Stirnrad, aber entlang der Zahnradachse geschnitten, wobei eine Neigung beibehalten wird. Aufgrund eines plötzlichen Kontakts zwischen den Zähnen zweier ineinandergreifender Zahnräder erfährt der Zahn eine Stoßbelastung. Dies führt zu Vibrationen und Geräuschen. Plankegelrad und Schrägkegelrad haben ebenfalls gerade Zähne. Spiralverzahnte Schrägstirnräder bieten gegenüber geradverzahnten Kegelrädern ähnliche Vorteile wie Schrägstirnräder gegenüber Stirnrädern. Hier haben die Zähne ein spiralförmiges Profil und kommen so beim Stecken allmählich in Kontakt. Dadurch bietet es einen ruhigen, vibrationsfreien und leisen Betrieb. Es übt jedoch eine hohe Schubbelastung auf die Lager aus. Hypoidzahnräder haben auch Spiralverzahnungen. Verschiedene Unterschiede zwischen geradem Kegelrad und Spiralkegelrad sind unten in Tabellenform aufgeführt.

Tabelle:Unterschiede Geradkegelrad und Spiralkegelrad

Zahnorientierung: Kegelräder können entweder gerade oder spiralverzahnt sein. Wenn die Zähne eines Kegelrads gerade, aber so geneigt sind, dass sie in einem gemeinsamen Scheitelpunkt zusammenlaufen, wird dieses Zahnrad als gerades Kegelrad bezeichnet. Zwei solcher Zahnräder sollten nur auf sich kreuzenden Wellen montiert werden. Für nicht parallele und sich nicht schneidende Wellen kann eine Variante des geraden Kegelrads, das so genannte Schrägkegelrad, verwendet werden. Werden dagegen auf dem Kegelradrohling Zähne spiralförmig so geschnitten, dass Spiralkurven in einem einzigen Scheitelpunkt zusammenlaufen, dann spricht man von Spiralkegelrad. Ein Paar zusammenpassender Spiralkegelräder sollte auf sich kreuzenden Wellen montiert werden; Alternativ kann ein Hypoidzahnrad (auch mit Spiralverzahnung) für nicht parallele und sich nicht schneidende Wellen verwendet werden.

Kontaktszenario: Der Zahnradantrieb ist eine Art starrer Eingriffsantrieb, der anzeigt, dass die Zähne zweier zusammenpassender Zahnräder in direkten Kontakt kommen, um Bewegung und Kraft von einer Welle auf eine andere zu übertragen. Unabhängig vom Zahnradtyp kommen parallel zur Zahnradachse verlaufende Zähne plötzlich in Kontakt. Dies geschieht sowohl bei Stirnrädern als auch bei geraden Kegelrädern. Hier ist der Kontakt immer eine Linie, deren Länge der Zahnbreite entspricht. Andererseits kommen die Zähne zweier zusammenpassender Spiralkegelräder allmählich in Kontakt, wie es bei Schrägstirnrädern der Fall ist. Hier beginnt der Eingriff mit einem Punkt und wird allmählich zu einer Linie und löst sich schließlich als Punkt.

Stoßbelastung und ihre Folgen: Durch plötzlichen Kontakt erfahren die Zähne der geraden Kegelräder eine Schlag- oder Stoßbelastung. Es führt auch zu erheblichen Geräuschen und Vibrationen. Diese Vibration begrenzt manchmal die maximale Betriebsgeschwindigkeit und auch die Leistungsübertragungskapazität. Andererseits erfahren die Zähne der Spiralkegelräder eine allmähliche Belastung, die weitaus weniger schädlich ist. Ihr Betrieb ist daher auch bei hoher Geschwindigkeit ruhig und leise.

Kostenvergleich: Die komplizierte Herstellung führt zu einem hohen Preis für Spiralkegelräder. Bei gleichem Material, gleicher Größe und Toleranz sind Spiralräder 1,2 – 1,5 mal teurer als gerade Kegelräder. Die Kostendifferenz steigt, wenn die Zahnradgröße aufgrund von Schwierigkeiten bei der Herstellung klein ist. Hohe Endbearbeitungsanforderungen können auch zu größeren Preisunterschieden führen.

Schubkraft: Zwei ineinandergreifende Zahnräder üben immer eine Kraft auf die Lager aus, die die Wellen lagern. Basierend auf der Ausrichtung der Zähne kann diese Kraft entweder radial oder axial oder beides sein. Zum Beispiel erzeugen gerade Zähne, die parallel zur Zahnradachse sind (wie bei einem Stirnrad), nur eine radiale Belastung; während Schrägverzahnungen (wie bei Schrägverzahnungen) beide Arten von Kraft erzeugen. Gerade Kegelräder sowie Spiralkegelräder erzeugen sowohl Radial- als auch Axialbelastung; Die Schubbelastung (axial) im Spiralkegelrad ist jedoch vergleichsweise höher, da sie aus zwei Quellen induziert wird.

In diesem Artikel wird ein wissenschaftlicher Vergleich zwischen parallelen Schrägstirnrädern und gekreuzten Schrägstirnrädern 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).