Grundlegende Getriebetypen und Übersetzungsverhältnisberechnung

I. Einleitung A. Was ist ein Zahnradgetriebe? Die grundlegende Definition eines Zahnradgetriebes ist ein mechanisches System, das mechanische Energie von einer rotierenden … überträgt.

I. Einleitung

A. Was ist ein Zahnradgetriebe?

Die grundlegende Definition von Getriebe ist ein mechanisches System, das durch das Ineinandergreifen von Zahnrädern mechanische Energie von einer rotierenden Welle auf eine andere überträgt. Das Zahnradgetriebesystem erleichtert die Übertragung von Kraft und Bewegung, indem es dafür sorgt, dass die Zähne der Zahnräder in Kontakt kommen und so die Umwandlung von Drehgeschwindigkeit, Richtung und Drehmoment ermöglicht.

B. Zweck dieses Artikels

Der Zweck dieses Artikels besteht darin, die grundlegenden Arten von Getriebesystemen und die Methoden zur Berechnung von Übersetzungsverhältnissen zu untersuchen. Durch die Untersuchung verschiedener Getriebe wie Stirnrad-, Schrägverzahnungs-, Planeten- und Schneckengetriebe werden wir verstehen, wie diese Getriebe in verschiedenen Konfigurationen eine effiziente mechanische Energieübertragung ermöglichen. Darüber hinaus ist das Verständnis der Berechnung von Übersetzungsverhältnissen von entscheidender Bedeutung, da es Ingenieuren hilft, das Design und die Abstimmung von Getrieben für bestimmte Anwendungen zu optimieren.

II. Grundtypen von Zahnradgetrieben im Kleingetriebe

Die Getriebestruktur in einem Kleingetriebe umfasst Stirnräder, Planetenräder, Schneckenräder und Schrägverzahnungen. Jeder Typ bietet aufgrund seiner spezifischen Strukturmerkmale einzigartige Vorteile für unterschiedliche Anwendungen. Die Analyse dieser Getriebetypen hilft uns, ihre wesentliche Rolle bei der Konstruktion von Kleingetrieben zu verstehen und die Gesamteffizienz und Stabilität mechanischer Systeme zu verbessern.

Getriebetyp	Vorteile	Nachteile
Stirnrad	Einfache Konstruktion, leicht herzustellen	Laut bei hohen Geschwindigkeiten, begrenzte Tragfähigkeit
Planetengetriebe	Hohe Drehmomentdichte, kompaktes Design	Komplexes Design, hohe Kosten
Schneckengetriebe	Hohe Untersetzungsverhältnisse, Selbsthemmung	Geringe Effizienz, hohe Reibung,

Grundlegende Getriebetypen

A. Stirnräder

1. Was ist ein Stirnrad

Das Zahnprofil des Stirnrads ist parallel zur Zahnradachse. Wenn zwei Stirnräder ineinandergreifen, erfolgt die Kraft- und Bewegungsübertragung durch den Kontakt der Zahnoberflächen. Stirnradgetriebe werden üblicherweise zur Übertragung zwischen parallelen Achsen verwendet.

2. Funktionsprinzip des Stirnradgetriebes

M₁: Antriebszahnrad (Eingangszahnrad)
M₂: Angetriebenes Zahnrad (Ausgangszahnrad)
W₁: Antriebsdrehzahl (Eingangsdrehzahl)
T₁: Antriebsdrehmoment (Eingangsdrehmoment)
W₂: Drehzahl des angetriebenen Zahnrads (Ausgangsdrehzahl)
T₂: Drehmoment des angetriebenen Zahnrads (Ausgangsdrehmoment)
r₁: Antriebsradradius
r₂: Radius des angetriebenen Zahnrads

Die Winkelgeschwindigkeit des Antriebsrades (B₁) und sein Drehmoment (T₁) werden auf das angetriebene Zahnrad übertragen (B₂, T₂) durch die Getriebeübersetzung. Abhängig von der Anzahl der Zähne der Zahnräder können das Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl verändert werden.

Mathematisch kann diese Beziehung wie folgt ausgedrückt werden:

$$W_1 \cdot T_1 = W_2 \cdot T_2$$

3. Berechnung der Stirnradübersetzung

Formel

$$\text{Gesamtübersetzungsverhältnis} = \frac{\text{Anzahl der Zähne auf Rad 1}}{\text{Anzahl der Zähne auf Rad 2}} \times \frac{\text{Anzahl der Zähne auf Rad 2}}{\text{Anzahl der Zähne auf Rad 3}}$$

Gegebene Daten

Die Daten für die Berechnung sind wie folgt:

Gang 1 (Antriebszahnrad): 80 Zähne
Gang 2 (Angetriebenes Zahnrad 1 und Antriebszahnrad 2): 40 Zähne
Gang 3 (Angetriebenes Rad 2): 20 Zähne

Übersetzungsverhältnis der ersten Stufe

$$R_1 = \frac{\text{Zähnezahl auf Rad 1}}{\text{Zähnezahl auf Rad 2}} = \frac{80}{40} = 2:1$$

Übersetzungsverhältnis der zweiten Stufe

$$R_2 = \frac{\text{Zähnezahl auf Rad 2}}{\text{Zähnezahl auf Rad 3}} = \frac{40}{20} = 2:1$$

Gesamtübersetzungsverhältnis

$$R_{\text{gesamt}} = R_1 \times R_2 = 2 \times 2 = 4:1$$

B. Planetengetriebe

1. Was ist ein Planetengetriebe

Das Planetengetriebe besteht aus einem Sonnenrad im Zentrum ein oder mehrere Planetengetriebe die sich darum drehen und einem festen Hohlrad (Außenrad), in das gleichzeitig die Planetenräder eingreifen.

2. Funktionsprinzip des Planetengetriebes

Z_S: Sonnenrad
Z_P: Planetengetriebe
Z_R: Hohlrad
F₁: Kraft zwischen Sonnenrad und Planetenrad
F₂: Kraft zwischen Planetenrad und Hohlrad

3. So berechnen Sie das Planetengetriebe-Verhältnis

Formel

$$i = \frac{Z_r}{Z_s}$$

Gegebene Daten

Feste Komponente: Planetenträger
Sonnenrad (Zs): 20 Zähne
Hohlrad (Zr): 74 Zähne

Übersetzungsverhältnis

$$i = \frac{Z_r}{Z_s} = \frac{74}{20} = 3,7$$

Aufmerksamkeit!

Die Gesamtübersetzung eines mehrstufigen Planetengetriebes ist das Produkt der Übersetzungsverhältnisse der einzelnen Stufen

$$i_{\text{gesamt}} = i_1 \times i_2 \times i_3 \dots$$

• C. Schneckengetriebe

1. Was ist ein Schneckengetriebe

Das Schneckengetriebe ist ein Getriebe, bestehend aus einem Schneckenrad und ein Wurm. Sein Funktionsprinzip besteht darin, das Schneckenrad durch die Drehung der Schnecke zum Drehen anzutreiben, wodurch eine Drehzahlreduzierung und eine Änderung der Drehmomentübertragungsrichtung erreicht wird.