Alles, was Sie über Zahnstangen und Ritzel wissen müssen

Grundlagen von Zahnstangen und Ritzel

Obwohl dies nicht immer der Fall ist, basieren die meisten Zahnstangen- und Ritzelsysteme auf Standard-Zahnformen, die als 20-Grad-Evolventen-Stirnräder identifiziert werden. Nur bei Evolventenrädern bleibt der Eingriffswinkel während des Kämmens jedes Zahns gleich. Das Geniale hinter dem Evolventenzahnprofil ist, dass es auch bei nicht idealer Achsabstandseinstellung ein theoretisch konstantes Übersetzungsverhältnis liefern kann. Die Notwendigkeit eines konstanten Übersetzungsverhältnisses wird manchmal als Grundgesetz der Getriebeübertragung bezeichnet.

Die 20°-Linie auf der Zahnstange ist leicht zu erkennen, da es sich um eine gerade Linie handelt. Eine Zahnstange ist ein nützliches Werkzeug zur Herstellung von kreisförmigen Zahnrädern, da diese geraden Linien einfach zu bearbeiten sind. Nachdem die Zahnstange gehärtet und geschärft ist, kann sie verwendet werden, um die gekrümmte Zahnoberfläche in den runden Rohling zu schneiden. Dieser Prozess wird Zahnraderzeugung genannt und ist einer von mehreren Prozessen zur Herstellung von Zahnrädern. Dies ist der zweite Vorteil der Evolventenverzahnung. Üblich sind Zahnstangen und Ritzel sowie Schrägstirnräder.

Das Schrägstirnrad wird in einem bestimmten Winkel zur Oberfläche des Rohlings geschnitten, wodurch allmählich ineinander greifende Zähne entstehen, sodass es ruhiger läuft als ein Stirnrad, eine längere Eingriffslänge hat und höheren Belastungen standhält. Ein Nachteil von Schrägstirnrädern besteht darin, dass Zahnräder auf parallelen Wellen entgegengesetzte Zeiger haben, was Schubkomponenten an der Zahnstange und dem Ritzel erzeugt. Der Schub erhöht die Seitenlast der mechanischen Struktur.

Zahnstangengeometrie und -design

Stirnradzahnstangen, Ritzel und Schrägstirnräder sind weit verbreitet. Das Schrägstirnrad wird in einem bestimmten Winkel zur Oberfläche des Rohlings geschnitten, wodurch sich allmählich eine kämmende Verzahnung bildet, sodass es ruhiger läuft als das Stirnrad, eine längere Eingriffslänge hat und höheren Belastungen standhält. Ein Nachteil von Schrägstirnrädern besteht darin, dass die Zahnräder auf den parallelen Wellen entgegengesetzte Zeiger haben, was Schubkomponenten auf Zahnstange und Ritzel erzeugt.

Der Schub erhöht die Seitenlast der mechanischen Struktur. Die Spiralzahnstange mit dem besten Schrägungswinkel wird bevorzugt, weil sie eine höhere Zahnüberdeckung hat, dadurch bei höherer Drehzahl ruhiger läuft und eine höhere Tragfähigkeit hat. Ritzelprofilversatz oder Zahnspitzenmodifikation können Unterschnitt verhindern; Es kann auch Biegespannungen ausgleichen, um eine höhere Belastbarkeit zu erreichen. Schrägstirnräder greifen sanft und leise ineinander – beispielsweise bei der Bearbeitung von Teilen mit engen Toleranzen hilft dies, die Oberflächengüte zu verbessern.

Zahnstange und Ritzel vs. Linearmotoren

Im Vergleich zu Linearmotoren können Zahnstangensysteme eine ähnliche Leistung erbringen, jedoch zu wesentlich geringeren Kosten. Sie sind kleiner, was ein kompakteres und einfacheres mechanisches Design ermöglicht. Das Fehlen der Magnetkraft reduziert die Notwendigkeit, dass die Stützstruktur hohe Normalkräfte aufnehmen muss, erheblich, sodass Standardschienen verwendet werden können.

Der Gesamtwirkungsgrad von Linearmotoren beträgt bis zu 90 %, obwohl der Wirkungsgrad manchmal viel geringer ist. Aufgrund dieses inhärenten niedrigen Wirkungsgrads benötigen Linearmotoren normalerweise eine Wasserkühlung. Zahnstange und Ritzel benötigen dagegen keine Abdeckung. Das Führungssystem kann Metallpartikeln ausgesetzt sein und die Sicherheitseinschränkungen sind gering. Bessere Zahnstangen- und Ritzelsysteme erfordern oft keine kostspieligen Linearskalen und externen Bremsen.

Standard-Motorrückkopplungsausrüstung und Bremsen sind ausreichend. Linearmotoren erfordern in bestimmten Fällen eine komplette Neukonstruktion der Einheit, auch weil die enorme Normalkraft, die durch die Anziehungskraft zwischen Primär- und Sekundärteil erzeugt wird, tiefgreifende Auswirkungen haben kann. Das sofort einsatzbereite Zahnstangen- und Ritzelsystem ist eine einfachere Option, die eine Blindmontage erleichtern kann, wodurch weitere Kosten eingespart und die Montagezeit auf etwa 10 Minuten pro Meter Hublänge reduziert werden.

Vorteile von Zahnstange und Ritzel

Verglichen mit der traditionellen verschraubten Konstruktion hat das Zahnstangen- und Ritzel-Getriebesystem viele Vorteile. Die Zahnstange ist so konzipiert, dass sie vollständig in den T-Nuten von acht beliebigen Aluminium-Strangpress-Produktionslinien angeordnet werden kann, sodass eine kompakte Linearführung ohne die Verwendung eines verschraubten Antriebsmechanismus konstruiert werden kann. Kein Teil des Rahmens ragt über die konturierte Oberfläche hinaus. Die Nut sorgt dafür, dass die Zahnstange parallel zur Führungsmechanik ausgerichtet ist, ohne unnötiges Schlingern, wie es oft bei Ersatzzahnstangen auftritt. Aus beliebig vielen einzelnen Zahnstangensegmenten kann eine Zahnstange mit variabler Länge aufgebaut werden.

Verglichen mit der größeren Länge kann die Verwendung von 80-mm-Teilen eine höhere Genauigkeit erzielen. In diesem Fall kann der Teilungsfehler groß sein und Abfall kann reduziert werden, da der längere Rahmen zur Anpassung an die Anwendung geschnitten werden muss. Die Montage könnte nicht einfacher sein. Das Endteil wird mit einem einzigen Positionierstift fixiert und der patentierte Federclip kann Endlosteile ohne weitere Bearbeitung halten.

Das zweite Endteil wird mit einer Stellschraube fixiert. Das passende 18-Zahn-Ritzel ist doppelt kugelgelagert im Gehäuse verbaut, das Gehäuse ist sauber auf der Unterseite der beweglichen Schlittenplatte fixiert. Das Kupplungsmodul ist mit dem Ritzelgetriebe verbunden und die Keilwelle des Ritzels kämmt mit der darin enthaltenen Kupplungsgruppe. Vor dem Befestigen des Gehäuses wurde das Gehäuse justiert, um Lücken zu beseitigen.

Für den Einbau des Antriebsmotors wurde das Gehäuse nach Bedarf bearbeitet. Die Wartung erfordert nur ein paar Tropfen Leichtöl zum Ritzelgetriebe, das ein Paar Filzscheiben enthält, um Schmiermittel auf das Ritzel zu übertragen. Das Antriebssystem ist für Anwendungen mit einer maximalen Antriebskraft von 1.000 N, einem maximalen Motordrehmoment von 23 Nm und Geschwindigkeiten bis zu 3 m/s ausgelegt.

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