23 Schraubrad- und Schneckengetriebe (Antworten

23 Schraubrad- und Schneckengetriebe (Antworten zu den Kontrollfragen)
23.1
Schraubenräder unterscheiden sich von Schrägstirnrädern grundsätzlich nicht. Während bei einem Schrägstirnradpaar beide Räder den gleichen Schrägungswinkel (β1 =
β2) mit unterschiedlichem Steigungssinn aufweisen, sind bei einem Schraubradpaar
die Schrägungswinkel der beiden Räder unterschiedlich (β1 ≠ β2). Die Radachsen
kreuzen sich unter dem Winkel Σ (meist Σ = 90°). Dadurch findet neben dem Wälzgleiten noch ein Schraubgleiten der Zähne statt, d.h. die Zähne schieben sich wie bei
einem Schraubengewinde aneinander vorbei. Bei Σ < 45° sollte ein Rad rechts- das
andere linkssteigend, bei Σ > 45° müssen beide Räder gleichsinnig steigend verzahnt
sein. Durch das Kreuzen der Räder berühren sich die Zahnflanken nur noch punktförmig wie die Zylinderflächen gekreuzter Reibräder.
23.2
Folgende Vor- und Nachteile hat das Schraubradgetriebe gegenüber anderen Getrieben: - Vorteile: Schraubräder können axial verschoben werden, ohne den Eingriff zu
gefährden. Im Gegensatz zu Kegelrad- und Schneckengetrieben ist also eine genaue
Zustellung der Räder nicht erforderlich (einfacher Einbau!). - Nachteile: Schraubräder
haben eine geringere Tragfähigkeit, einen höheren Verschleiß und einen wesentlich
kleineren Wirkungsgrad als Stirnrad-, Kegelrad- oder Schneckengetriebe. Schraubradgetriebe werden selten und nur bei kleineren Leistungen und Übersetzungen i =1
bis höchstens 5 verwendet, z.B. für den Antrieb von Zündverteilerwellen bei Kraftfahrzeugmotoren (Räder verbinden waagerechte Nockenwelle mit senkrechter Verteilerwelle bei i =1 in Viertaktmotoren).
23.3
Der Achsenwinkel Σ errechnet sich aus der Summe der Schrägungswinkel im
Schraubpunkt S aus Σ = βs1 + βs2. Der Schrägungswinkel βs1 des treibenden Rads soll
größer sein als der des getriebenen Rads βs2, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Bei Σ = 90° ergibt sich mit βs1 ≈ 48°…51° und βs2 ≈ 42°…39° der
beste Wirkungsgrad.
23.4
Vorteile gegenüber anderen Zahnradgetrieben: Schneckengetriebe haben einen geräuscharmen und gräuschdämpfenden Lauf und sind bei gleichen Leistungen und
Übersetzungen kleiner und leichter auszuführen. Aufgrund der Linienberührung sind
Flächenpressung und Abnutzung geringer als bei Stirnrad-Schraubgetrieben. Mit einer
Stufe sind Übersetzungen (normalerweise nur ins Langsame) bis imax ≈ 100 möglich, in
Sonderfällen auch höhere. - Nachteile: Die Gleitbewegung der Zahnflanken bewirkt
einen stärkeren Verschleiß, eine höhere Verlustleistung und einen geringeren Wirkungsgrad gegenüber Stirnrad- und Kegelradgetrieben. Hohe Axialkräfte, besonders
bei der Schnecke, erfordern stärkere Wellenlagerungen. Schneckengetriebe sind empfindlich gegen Veränderungen des Achsabstands, besonders die Schnecke.
23.5
Schnecke und Schneckenrad können zylindrische oder globoidische Formen haben.
Entsprechend der Formen unterscheidet man: - Zylinderschneckengetriebe aus zylindrischer Schnecke und Globoidschneckenrad als das am häufigsten verwendete
Schneckengetriebe. - Globoidschnecken-Zylinderradgetriebe aus Globoidschnecke
und Zylinderschneckenrad, das wegen der teuren Schneckenherstellung nur selten
verwendet wird. - Globoidschneckengetriebe aus Globoidschnecke und Globoidschneckenrad, das wegen der teuren Herstellung nur für Hochleistungsgetriebe verwendet werden soll
23.6
Von einem Schneckengetriebe können in einer Stufe Übersetzungen in den Grenzen
imin ≈ 5 bis imax ≈ 50…60. Bei i > 60 ergeben sich ungünstige Bauverhältnisse und ein
hoher Verschleiß der Schnecke.
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23.7
Selbsthemmung tritt bei Schneckengetrieben ein, wenn der Mittensteigungswinkel
kleiner ist als der Reibwinkel γm < ρ° und somit der Wirkungsgrad ηZ < 0,5 wird, ein
Antrieb über das Schneckenrad ist dann nicht mehr möglich.
23.8
Die Schneckenräder werden aus Wirtschaftlichkeitsgründen vielfach in geteilter Form
ausgeführt, indem der Zahnkranz aus z.B. CuSn-Legierung mit dem Radkörper aus
GJL, GS oder St verbunden wird.
23.9
Ausgehend von der Umfangskraft Ft1 = -Fa2 wirken im Zahneingriffspunkt die Kräfte Fr1
= -Fr2 und Fa1 = -Ft2. Unter dem Eingriffswinkel αn wirkt die Normalkraft Fn1 und längs
der Flankenlinie die Reibkraft µ · Fn1. Im Normalschnitt wirkt, hervorgerufen durch die
Normalkraft Fn, längs der Flankenlinie in Richtung des Steigungswinkels γm die Reibkraft µ · Fn1 bzw. µ · Fn2. Die Resultierende Fe1 aus Fn1 und µ · Fn1 ist gegenüber der
Normalkraft Fn1 um den Reibungswinkel ρ geneigt. Durch Zerlegung der Normalkraft
Fn1 ergeben sich die Kräfte Fr1 = Fn1 · sinαn und F’r1 = F’n1 · sinαn, deren Projektionen
sich in der Draufsicht ergeben zu F’n1 und F’e1.
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