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Hermann J. Stadtfeld

Gleason Kegelradtechnologie

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen und modernste Herstellungsverfahren für Winkelgetriebe Studienausgabe

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EAN/ISBN
9783838551685
1. 2013

Details

Die vielen Entwicklungen des vergangenen Jahrzehnts machen es heute sehr schwierig, die Wahl für die optimalen Getriebeelemente zu treffen. Die moderne Kegelradverzahntechnik bietet nicht nur Methoden zur Berechnung und Herstellung der klassischen Spiral- und Hypoidkegelräder, sondern offeriert eine Vielfalt an Möglichkeiten zur räumlichen Leistungsübertragung mittels Verzahnungen, die in der Vergangenheit nur mit Spezialmaschinen hergestellt werden konnten. Heute können geradverzahnte Kegelräder, Kronenräder, Beveloidverzahnungen sowie Kegelschneckengetriebe ebenso wie bogenverzahnte Kegelräder im Hochgeschwindigkeits-Trockenfräsen weichverzahnt werden. Modernste Schleif- und Läppmethoden erlauben eine Hartfeinbearbeitung im »Closed Loop« mit hoher Genauigkeit und sogar mit gezielten Oberflächenstrukturmodulationen, die zur Geräuschreduzierung, zu verbesserten tribologischen Eigenschaften und zu erhöhten Wirkungsgraden führen. »Gleason Kegelradtechnologie« ist weltweit das erste Fachbuch, das alle diese Verfahren erklärt und praktische Hinweise für ihre Anwendung liefert. Das einleitende Kapitel stellt Ingenieuren und Studenten ohne Verzahnungserfahrung in leicht verständlicher Sprache die Grundlagen der modernen Stirn- und Kegelradverzahntechnik vor. Dem Leser wird es ermöglicht, die effizienteste und kostengünstigste Lösung für einen bestimmten Anwendungsfall zu wählen.
  • CoverCover
  • ImpressumIV
  • VorwortV
  • InhaltsverzeichnisVII
  • 0. Nomenklatur und Zeichenerklärung1
  • 0.1 Nomenklatur1
  • 0.2 Erklärung der verwendeten Formelzeichen5
  • 1. Einführung in die Verzahnungstheorie11
  • 1.1 Einleitung11
  • 1.2 Die geeignete Flankenform13
  • 1.3 Evolventen und Achsabstände16
  • 1.4 Die Erzeugung der Evolvente17
  • 1.5 Der Schluss vom Zylinderrad aufs Kegelrad20
  • 1.6 Die Erzeugerräder bei Kegelradverzahnungen mit parallelem Zahnhöhenverlauf24
  • 1.7 Die Erzeugerräder bei Kegelradverzahnungen mit konischem Zahnhöhenverlauf30
  • 1.8 Zusammenfassung37
  • 1.9 Literatur37
  • 2. Verzahnungsmathematik für Kegelräder39
  • 2.1 Einleitung39
  • 2.2 Entwicklung eines einzelteilverzahnten Spiralkegelradsatzes41
  • 2.2.1 Berechnung der Drehteildaten41
  • 2.2.2 Berechnung der Messerkopf Geometrie44
  • 2.2.3 Berechnung der Basiseinstellungen der Verzahnmaschine46
  • 2.2.4 Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des einzelteilverzahnten Beispiels51
  • 2.3 Entwicklung eines kontinuierlich verzahnten Spiralkegelradsatzes57
  • 2.3.1 Berechnung der Drehteildaten57
  • 2.3.2 Berechnung der Messerkopf Geometrie58
  • 2.3.3 Berechnung der Basiseinstellungen der Verzahnmaschine62
  • 2.3.4 Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des kontinuierlich verzahnten Beispiels67
  • 2.4 Entwicklung eines kontinuierlich verzahnten, formgewälzten Spiralkegelradsatzes69
  • 2.4.1 Berechnung der Drehteildaten69
  • 2.4.2 Berechnung der Messerkopf Geometrie70
  • 2.4.3 Berechnung der Basiseinstellungen der Verzahnmaschine71
  • 2.4.4 Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des kontinuierlich verzahnten Beispiels75
  • 2.5 Entwicklung eines kontinuierlich verzahnten, formgewälzten Spiralkegelradsatzes mit Achsversatz77
  • 2.5.1 Berechnung der Drehteildaten78
  • 2.5.2 Berechnung der Messerkopf Geometrie82
  • 2.5.3 Berechnung der Basiseinstellungen der Verzahnmaschine83
  • 2.5.4 Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des achsversetzten Beispiels85
  • 2.6 Entwicklung einer gebrauchstüchtigen Kegelradverzahnung mit Längs- und Höhenballigkeit87
  • 2.6.1 Drehteildaten89
  • 2.6.2 Die Erzeugung von Längsballigkeit89
  • 2.6.2.1 Berechnung der Basiseinstellungen der Verzahnmaschine91
  • 2.6.2.2 Berechnung der Messerkopf Geometrie95
  • 2.6.2.3 Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des längsballigen Beispiels97
  • 2.6.3 Die Erzeugung von Höhenballigkeit98
  • 2.6.4 Simulation des Verzahnungsprozesses und rechnerische Zahnkontaktanalyse des längs- und höhenballigen Beispiels101
  • 2.7 Die Bedeutung von Profilverschiebung, Winkelkorrektur und Messerkopfneigung103
  • 2.7.1 Anwendungsprinzip der Profilverschiebung103
  • 2.7.2 Die Winkelkorrektur106
  • 2.7.3 Die Messerkopfneigung108
  • 2.8 Zusammenfassung111
  • 2.9 Literatur111
  • 3. Die Anwendungsgebiete von Kegelrädern113
  • 3.1 Einleitung113
  • 3.2 Anwendungen im Automobilbau113
  • 3.3 Anwendungen im Nutzfahrzeugbau115
  • 3.4 Anwendungen in der Eisenbahntechnik117
  • 3.5 Anwendungen in Baumaschinen118
  • 3.6 Anwendungen in der Luftfahrt119
  • 3.7 Anwendungen in Industriegetrieben121
  • 3.8 Anwendungen im Boots- und Schiffsbau121
  • 3.9 Spezialanwendungen123
  • 3.10 Quellennachweis124
  • 4. Die verschiedenen Arten von Kegelrädern und ihre tribologischen Aspekte125
  • 4.1 Grundlegende Erklärungen der theoretischen Analysen von Kegelrädern mit und ohne Achsversatz125
  • 4.2 Geradverzahnte Kegelräder137
  • 4.2.1 Auslegung137
  • 4.2.2 Analyse138
  • 4.2.3 Herstellung142
  • 4.2.4 Anwendung143
  • 4.3 Bogenverzahnte Kegelräder ohne Achsversatz – Spiralkegelräder147
  • 4.3.1 Auslegung147
  • 4.3.2 Analyse148
  • 4.3.3 Herstellung152
  • 4.3.4 Anwendung154
  • 4.4 Zerol® Kegelräder157
  • 4.4.1 Auslegung157
  • 4.4.2 Analyse158
  • 4.4.3 Herstellung162
  • 4.4.4 Anwendung164
  • 4.5 Kronenräder167
  • 4.5.1 Auslegung167
  • 4.5.2 Analyse168
  • 4.5.3 Herstellung173
  • 4.5.4 Anwendung174
  • 4.6 Achsversetzte Kegelräder – Hypoidgetriebe177
  • 4.6.1 Auslegung177
  • 4.6.2 Analyse179
  • 4.6.3 Herstellung182
  • 4.6.4 Anwendung185
  • 4.7 Kegelschneckengetriebe189
  • 4.7.1 Auslegung189
  • 4.7.2 Analyse191
  • 4.7.3 Herstellung195
  • 4.7.4 Anwendung197
  • 4.8 Beveloid und Hypoloid Verzahnungen203
  • 4.8.1 Auslegung203
  • 4.8.2 Analyse205
  • 4.8.3 Herstellung208
  • 4.8.4 Anwendung210
  • 4.9 Zusammenfassung213
  • 4.10 Literatur215
  • 5. Praktische Verfahrensmerkmale217
  • 5.1 Einleitung217
  • 5.2 Einstechen und Wälzen217
  • 5.3 Merkmale der Fräsprozesse häufig verwendeter Verzahnverfahren218
  • 5.3.1 Fünfschnitt-Verfahren218
  • 5.3.2 Einzelteilendes Zweiflankenschnitt-Verfahren - Completing220
  • 5.3.3 Kontinuierliches Verfahren - Face Hobbing221
  • 5.3.4 Das CYCLOCUT¬トᄁ Verfahren222
  • 5.3.5 Das SPIROFORM¬トᄁ Verfahren224
  • 5.3.6 Das Super Reduction Hypoid - SRH¬トᄁ Verfahren226
  • 5.3.7 Das HYPOLOID¬トᄁ Verfahren227
  • 5.3.8 Das CONIFLEX Verfahren228
  • 5.3.9 Das CONIFACE¬トᄁ Verfahren229
  • 5.3.10 Das Semi-Completing Verfahren230
  • 5.4 Geometrische und kinematische Einordnung der Verfahren231
  • 5.5 Literatur233
  • 6. Die Regeln zur optimalen Grundauslegung von Kegelrädern235
  • 6.1 Einleitung235
  • 6.2 Der Einfluss der wichtigsten Parameter236
  • 6.2.1 Der Modul237
  • 6.2.2 Die Zahnbreite238
  • 6.2.3 Der Spitzenradius des Fräsermessers238
  • 6.2.4 Der Achsversatz240
  • 6.2.5 Der Eingriffswinkel241
  • 6.2.6 Die Profilverschiebung242
  • 6.2.7 Die Zahnhöhe243
  • 6.2.8 Der Fräserradius244
  • 6.2.9 Das Verhältnis des Evolventenpunktes zur mittleren Kegeldistanz245
  • 6.2.10 Der Spiralwinkel246
  • 6.2.11 Das Verzahnverfahren247
  • 6.3 Restriktionen bei der Veränderung der Verzahnungsgrunddaten248
  • 6.4 Optimierung mittels Flankenform-Modifikationen249
  • 6.5 Festigkeitssteigerung und Geräuschreduzierung mittels Ease-Off250
  • 6.6 Zusammenfassung251
  • 6.7 Literatur252
  • 7. Verzahnwerkzeuge253
  • 7.1 Einleitung253
  • 7.2 Das HARDAC®-Messerkopfsystem254
  • 7.3 RSR®-Stabmesserköpfe255
  • 7.4 TRI-AC®-Messerköpfe für kontinuierliche Verzahnverfahren256
  • 7.5 PENTAC®FH-Messerkopf zum kontinuierlichen Verzahnen257
  • 7.6 PENTAC®FM-Messerkopf zum Einzelteilverzahnen261
  • 7.7 Theoretische und praktische Untersuchungen des PENTAC®-Messerkopfsystems262
  • 7.8 Eignung zum Hartmetall-Hochgeschwindigkeitsverzahnen und der Schritt zu PENTAC®Plus264
  • 7.9 Werkzeuge zur Herstellung von Geradzahnkegelrädern267
  • 7.10 Einrichten von Messerköpfen mit Stabmessern268
  • 7.11 Zusammenfassung270
  • 7.12 Literatur272
  • 8. Verzahnmaschinen273
  • 8.1 Einleitung273
  • 8.2 Die ersten Freiform Kegelrad-Verzahnmaschinen274
  • 8.3 Neues Konzept für Freiform Kegelrad-Verzahnmaschinen276
  • 8.3.1 Ziele für eine neue Generation Kegelrad-Verzahnmaschinen277
  • 8.3.2 Suche nach einer geeigneten Maschinenstruktur278
  • 8.3.3 Diskussion der Schwenkwinkelproblematik280
  • 8.3.4 Analytische Untersuchungen für optimale Schwenkpunktlage283
  • 8.4 Die ultimative Kegelradverzahnmaschine – Neue Standards in der Kegelradverzahntechnik285
  • 8.4.1 Formgestaltung der Maschinenverkleidung und Ergonomie288
  • 8.5 Weiterentwicklungen und zukünftige Trends289
  • 8.6 Zusammenfassung289
  • 8.7 Literatur290
  • 9. Die Kegelradfräsverfahren291
  • 9.1 Einleitung291
  • 9.2 Der Trend in Europa und den Vereinigten Staaten von Amerika292
  • 9.3 Kontinuierliches Verzahnen mit Läppen oder einzelteilendes Verzahnen mit Schleifen293
  • 9.4 Die Betrachtung der Unterschiede in der Makrogeometrie294
  • 9.4.1 Makrogeometrie einzelteilverzahnter Kegelräder294
  • 9.4.2 Makrogeometrie kontinuierlich verzahnter Kegelräder296
  • 9.5 Flanken Topologie299
  • 9.5.1 Flanken Topologie einzelteilverzahnter Kegelräder299
  • 9.5.2 Flanken Topologie kontinuierlich verzahnter Kegelräder300
  • 9.6 Ease-Off Topographie einzelteil- und kontinuierlich verzahnter Kegelräder301
  • 9.7 Fußausrundungsgeometrie einzelteil- und kontinuierlich verzahnter Kegelräder303
  • 9.8 Flankenrauhigkeit, Welligkeit und Textur304
  • 9.9 Globale Festigkeitsbetrachtungen306
  • 9.10 Nachoptimierungen im Zuge von Produktpflege306
  • 9.11 Vergleich der Fertigungskosten307
  • 9.11.1 Fertigungskosten Läppen309
  • 9.11.2 Fertigungskosten Schleifen309
  • 9.11.3 Schlussfolgerung des Kostenvergleiches309
  • 9.12 Anwendungsgebiete geschliffener und geläppter Kegelräder310
  • 9.13 Zusammenfassung311
  • 9.14 Literatur312
  • 10. Hochgeschwindigkeits-Trockenverzahnen von Kegelrädern313
  • 10.1 Einleitung313
  • 10.2 Werkzeugmaterial314
  • 10.3 Werkzeugbeschichtung und Schneidkantenverrundung315
  • 10.4 Werkstückmaterial und Gefügebehandlung319
  • 10.5 Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten320
  • 10.6 Optimale Werkzeuggeometrie324
  • 10.6.1 Vergrößerung der Messerspitzenbreite328
  • 10.7 Standzeiten und Werkzeugkosten331
  • 10.8 Studie verschiedener Messerverschleißerscheinungen333
  • 10.9 Regeln zur Aufbereitung von Hartmetallmessern335
  • 10.10 Spanformen und optimale Winkel am Hartmetallmesser337
  • 10.11 Zusammenfassung340
  • 10.12 Literatur341
  • 11. Hartfeinbearbeitungsverfahren für Kegelräder343
  • 11.1 Das Läppen von Kegelrädern343
  • 11.1.1 Die Gesetzmäßigkeiten beim Läppen von Kegelrädern345
  • 11.1.2 Neue Generation Kegelradläppmaschinen348
  • 11.1.3 Kompaktes und ergonomisches Läppmaschinenkonzept350
  • 11.1.4 Das Turbo-Läppverfahren351
  • 11.1.5 Zyklusmerkmale353
  • 11.1.6 Ausblick353
  • 11.1.7 Anhang – Die Läppregeln für bogenverzahnte Kegelräder355
  • 11.2 Das Schleifen von Kegelrädern357
  • 11.2.1 Die Strategie des optimalen Vorverzahnens357
  • 11.2.2 Interferenz und kreisförmige Protuberanz361
  • 11.2.3 Oberflächengüte und Oberflächenbehandlung362
  • 11.2.4 Schleifscheibenspezifikation und Eigenschaften363
  • 11.2.5 Kühlung und Schleifscheibenreinigung365
  • 11.2.6 Schleifzyklen366
  • 11.2.7 Das Abrichten der Schleifscheiben368
  • 11.2.8 Die Kompensation des Schleifscheibenverschleißes373
  • 11.2.9 Laufprüfung geschliffener Kegelradsätze374
  • 11.2.10 Festigkeit von geschliffenen Kegelradsätzen376
  • 11.2.11 Die wirtschaftlichen Aspekte des Schleifens380
  • 11.2.12 Zusammenfassung381
  • 11.3 Hartschälen von gewälzten Kegelrädern383
  • 11.3.1 Die Strategie des optimalen Vorverzahnens383
  • 11.3.2 Werkzeuge zum Hartschälen384
  • 11.3.3 Der Zerspanungsprozess385
  • 11.3.4 Beispielhafte Bearbeitungsergebnisse387
  • 11.3.5 Zusammenfassung388
  • 11.4 Literatur389
  • 12. Laufprüfung von Kegelrädern391
  • 12.1 Heute eingesetzte Zahnradprüfverfahren391
  • 12.2 Prüfkonzept für Zahnräder392
  • 12.3 Kegelradlaufprüfung in Entwicklung und Fertigung394
  • 12.4 Die Einflankenwälzprüfung395
  • 12.5 3-D-Körperschallanalyse399
  • 12.6 Regelkreis zwischen Fahrzeug und Prüfmaschine401
  • 12.7 Regeln für die Erarbeitung von Auswertekriterien403
  • 12.8 Auswertestrategie bei Anwendung mehrerer Analysemethoden405
  • 12.9 Zusammenfassung und Ausblick406
  • 12.10 Literatur408
  • 13. Geräuschtestfahrten und Auswertung409
  • 13.1 Instrumentierte Testfahrten409
  • 13.2 Das Akustische Gesamtsystem Fahrzeug410
  • 13.3 Die Testfahrt411
  • 13.4 Das Phänomen des Maskenpegels413
  • 13.5 Schema zur akustischen Bewertung eines Achsgetriebes415
  • 13.6 Zusammenfassung416
  • 13.7 Literatur417
  • 14. Koordinatenmessung von Kegelrädern419
  • 14.1 Gleason Koordinatenmessgeräte419
  • 14.2 Die Aufbereitung der theoretischen Flankenkoordinaten420
  • 14.3 Die Technik der Flankengittermessung421
  • 14.4 Axiale Besteinpassung „Best Fit423
  • 14.5 Berechnung von korrigierten Maschineneinstellungen424
  • 14.6 Zusammenfassung und Ausblick426
  • 14.7 Literatur428
  • 15. Strategie zur Fehlerkorrektur429
  • 15.1 Allgemeine Bemerkungen429
  • 15.2 Korrekturstrategie429
  • 15.3 Korrekturen erster Ordnung430
  • 15.4 Korrekturen von Flankenverwindungen431
  • 15.5 Korrekturen von Längs- und Höhenballigkeitsfehlern432
  • 15.6 Beurteilung der Restabweichungen434
  • 15.7 Literatur435
  • 16. Flankenmodifikationen mittels Universellen Bewegungen437
  • 16.1 Einleitung437
  • 16.2 Suche nach einem geeigneten Korrekturmodell439
  • 16.3 Kinematische Korrekturmechanismen440
  • 16.4 Theorie der universellen Freiformkorrekturen443
  • 16.5 Unabhängige Optimierung verschiedener Flankenbereiche448
  • 16.6 Zusammenfassung450
  • 16.7 Literatur452
  • 17. Wärmebehandlung von Kegelrädern453
  • 17.1 Allgemeine Bemerkungen453
  • 17.2 Härtbarkeit der Stähle453
  • 17.3 Verwendete Stähle455
  • 17.4 Die gebräuchlichsten Wärmebehandlungsverfahren456
  • 17.4.1 Einsatzhärten456
  • 17.4.2 Anlassen457
  • 17.4.3 Vergüten458
  • 17.4.4 Nitrieren458
  • 17.4.5 Induktionshärten459
  • 17.4.6 Flammhärten460
  • 17.4.7 Vakuumhärten462
  • 17.5 Härteverzüge463
  • 17.6 Härteanlagen466
  • 17.6.1 Schachtöfen466
  • 17.6.2 Kammeröfen466
  • 17.6.3 Drehherdöfen467
  • 17.6.4 Förderbandhärteanlagen468
  • 17.6.5 Vakuumhärteanlagen468
  • 17.7 Erzielbare Härten468
  • 17.8 Zusammenfassung469
  • 17.9 Literatur470
  • 18. Spezielle Arten von Winkelgetrieben471
  • 18.1 Allgemeine Bemerkungen471
  • 18.2 Schraubradgetriebe471
  • 18.3 Schneckengetriebe473
  • 18.4 Kronenradgetriebe474
  • 18.4.1 Grundlegende Bemerkungen474
  • 18.4.2 Bekannte Fertigungsverfahren475
  • 18.4.3 Das neue CONIFACE Verfahren477
  • 18.4.4 Geometrische und kinematische Basisdaten479
  • 18.4.5 Flankengenerierung und Zahnkontaktanalyse481
  • 18.4.6 Verfahrensspezifische Besonderheiten481
  • 18.4.7 Fräsen und Schleifen von Kronenrädern483
  • 18.4.8 Zusammenfassung485
  • 18.4.9 Literatur486
  • Sachwortregister487
  • Warenzeichen und Verkaufsnamen490
  • Der Autor491