Unterschied zwischen parallelem Schrägstirnrad und gekreuztem Schrägstirnrad

Mechanische Antriebe werden verwendet, um Bewegung, Drehmoment und Leistung von einer Antriebswelle auf eine angetriebene Welle zu übertragen. Die Antriebswelle ist in den meisten Fällen ein Teil der Antriebsmaschine (wie Elektromotor, Wasserturbine, Dampfturbine usw.); während die angetriebene Welle ein Teil der Maschineneinheit ist. Es gibt vier grundlegende mechanische Antriebe, nämlich Zahnradantrieb, Riemenantrieb, Kettenantrieb und Seilantrieb. Ein Zahnradantrieb ist ein starrer Antrieb vom Eingriffstyp, bei dem Bewegung und Kraft durch aufeinanderfolgendes Einrücken und Ausrücken von Zähnen zweier ineinandergreifender Zahnräder übertragen werden. Es ist von Natur aus schlupffrei und bietet daher ein konstantes Geschwindigkeitsverhältnis (positiver Antrieb). Es kann sowohl für leichte Anwendungen (wie Spielzeug, Uhren usw.) als auch für schwere Anwendungen (wie Getriebe von Maschinen, Schiffsantrieb usw.) verwendet werden.

Antriebs- und angetriebene Wellen können drei gegenseitige Ausrichtungen haben, nämlich (i) parallele Wellen, (ii) sich schneidende Wellen und (iii) nicht parallele, sich nicht schneidende Wellen. Es gibt vier Grundtypen von Getrieben, und ein geeignetes Getriebe sollte basierend auf der gegenseitigen Ausrichtung der Antriebs- und Abtriebswelle ausgewählt werden. Stirnrad und Schrägstirnrad sind für parallele Wellen anwendbar. Kegelradgetriebe können für zwei sich schneidende Wellen verwendet werden, die nicht unbedingt senkrecht sein müssen. Für die dritte Kategorie (nicht parallele, sich nicht schneidende Wellen) wird eine Schneckengetriebeanordnung verwendet. Im Gegensatz zu Stirnrädern, die gerade Zähne parallel zur Zahnradachse haben, haben Schrägstirnräder Zähne in Schrägverzahnung, die auf dem Teilungszylinder geschnitten sind. Obwohl Schrägverzahnungen üblicherweise für parallele Wellen wie Stirnräder verwendet werden, können sie auch für rechtwinklige, aber sich nicht schneidende Wellen verwendet werden.

Dementsprechend gibt es zwei Arten von Schrägstirnrädern – parallel und gekreuzt. Parallele Schrägstirnräder , die übliche, wird zur Kraftübertragung zwischen parallelen Wellen verwendet. Zwei zusammenpassende parallele Schrägstirnräder sollten das gleiche Modul, den gleichen Eingriffswinkel, aber die entgegengesetzte Richtung der Schrägung haben. Sie bieten einen vibrationsfreien und leisen Betrieb und können hohe Lasten übertragen. Andererseits werden gekreuzte Schrägstirnräder für sich nicht schneidende, aber rechtwinklige Wellen verwendet. Zwei zusammenpassende gekreuzte Schrägstirnräder (auch Schraubenzahnräder genannt) sollten das gleiche Modul, den gleichen Eingriffswinkel und entweder die gleiche oder die entgegengesetzte Spiralrichtung haben. Diese Art von Getriebe hat eine ähnliche Anwendung wie Schneckengetriebe; Schneckengetriebe werden jedoch für eine steile Drehzahlreduzierung (1:15 bis 1:100) bevorzugt, während gekreuzte Schrägstirnräder keine Drehzahlreduzierung über 1:2 hinaus bieten können. Verschiedene Unterschiede zwischen Parallelschrägverzahnung und Kreuzschrägverzahnung sind unten in Tabellenform aufgeführt.

Tabelle:Unterschiede Parallelschrägverzahnung und Kreuzschrägverzahnung

Kraftübertragung und Ausrichtung der Wellen: Mit Ausnahme des Vierteldrehungsriemens ist der Zahnradantrieb nur ein mechanischer Antrieb, der vorteilhaft eingesetzt werden kann, um Kraft und Bewegung in jedem Winkel auf jeder Ebene zu übertragen. Für unterschiedliche Ausrichtungen von Antriebs- und Abtriebswelle werden unterschiedliche Getriebetypen bevorzugt. Ähnlich wie Stirnräder können parallele Schrägstirnräder Bewegung und Kraft nur zwischen parallelen Wellen übertragen. Daher sollten sie auf parallelen Wellen mit korrekter Positions- und Winkelausrichtung montiert werden. Andererseits können gekreuzte Schrägstirnräder oder Schraubenräder Bewegung und Kraft zwischen senkrechten Wellen übertragen und sollten daher auf senkrechten, aber sich nicht schneidenden Wellen montiert werden.

Helixhand: Unabhängig von paralleler oder gekreuzter Anordnung sollten zwei zusammenpassende Schrägstirnräder das gleiche Modul, den gleichen Eingriffswinkel und den gleichen Steigungswinkel haben. Der Teilkreisdurchmesser zweier zusammenpassender Zahnräder sollte sich auch an einem einzigen Punkt berühren. Wenn nun die zusammenpassenden Schrägstirnräder parallel angeordnet sind, sollte ein Zahnrad eine rechtsgängige Schrägung und das andere Zahnrad zwingend eine linksgängige Schrägung haben. Somit müssen zwei zusammenpassende parallele Schrägstirnräder eine entgegengesetzte Schrägungsrichtung haben. Im Falle einer gekreuzten Anordnung kann jedoch ein Schrägstirnrad mit rechtsgängiger Schrägung mit einem anderen Schrägstirnrad mit entweder links- oder rechtsgängiger Schrägung zusammenpassen. Somit können zwei zusammenpassende gekreuzte Schrägstirnräder die gleiche oder entgegengesetzte Schrägungsrichtung haben.

Kontakt zwischen den Zähnen: Basierend auf dem Zahnprofil und der Zahnradorientierung tritt der Kontakt zwischen den Zähnen zweier zusammenpassender Zahnräder auf verschiedene Weise auf. Zum Beispiel kommen die Zähne zweier Stirnräder plötzlich in Kontakt und ihre Kontaktlänge bleibt immer eine Linie, deren Länge gleich der Stirnbreite der Zähne ist. Ein solcher plötzlicher Kontakt wird durch einen allmählichen Kontakt in Schrägverzahnungen ersetzt. Bei parallelen Schrägstirnrädern beginnt die Verbindung zweier Zähne mit einem Punkt und wird allmählich zu einer Linie, um sich dann als Punkt zu lösen. Bei gekreuzten Schrägstirnrädern bleibt der Kontakt zwischen zwei Zähnen jedoch immer ein einziger Punkt. Zu Beginn des Eingriffs liegt dieser Punkt an einem Ende der Zahnfläche und allmählich bewegt sich der Kontaktpunkt über die Zahnfläche. Beim Lösen liegt der Kontaktpunkt am anderen Ende der Zahnfläche.

Leistungsübertragungskapazität: Der Hauptzweck jedes mechanischen Antriebs ist die Kraftübertragung von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle. Als starrer Antrieb vom Eingriffstyp hat der Zahnradantrieb die maximale Übertragungskapazität unter allen mechanischen Antrieben. Allerdings bieten verschiedene Arten von Zahnradantrieben ein unterschiedliches Maß an Kraftübertragungskapazität. Ein Paar paralleler Schrägstirnräder kann im Vergleich zu Stirnrädern ähnlicher Größe aus demselben Material eine vergleichsweise höhere Leistung übertragen. Je nach Größe und Material können parallele Schrägstirnräder nur wenige Watt bis zu einigen Megawatt Leistung übertragen. Andererseits werden gekreuzte Schrägstirnräder für kleine Leistungsübertragungen bevorzugt, die normalerweise auf 100 kW begrenzt sind.

Einsatzgebiete: Aufgrund der hohen Kraftübertragungskapazität werden Parallelschrägverzahnungen in vielen Bereichen vorteilhaft eingesetzt. Es kann sowohl für Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit als auch für Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit erfolgreich eingesetzt werden. Zu den typischen Anwendungsbereichen gehören Getriebe von Maschinen, Automobilen, Ölmühlen, Schiffsantrieben usw. Andererseits eignen sich gekreuzte Schrägstirnräder für Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit und niedriger Belastung, wie z. B. Roving-Maschinen der Textilindustrie, Ölpumpen von Verbrennungsmotoren Motor usw.

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).