Zahnräder werden in vielen mechanischen Geräten zur Geschwindigkeitsreduzierung in motorisierten Geräten verwendet. Ein kleiner, sich schnell drehender Motor kann für einige Geräte genügend Leistung liefern, aber nicht genug Drehmoment. Ein Elektroschrauber hat eine große Untersetzung, da er zum Drehen von Schrauben ein Drehmoment benötigt, der Motor jedoch bei hoher Drehzahl ein geringes Drehmoment erzeugt. Bei der Untersetzung wird die Abtriebsdrehzahl reduziert, während das Drehmoment erhöht wird.
Zahnräder können auch die Drehrichtung ändern. Automobildifferentiale verwenden Kegelräder, um die Kraft von der Antriebswelle um 90 Grad zu drehen und an die Räder zu senden.
Der Abstand von der Mitte des Zahnrads zum Berührungspunkt bestimmt das Übersetzungsverhältnis. Wenn ein Zahnrad den doppelten Durchmesser des anderen hat, beträgt das Verhältnis 2:1.
Stirnräder
Stirnräder sind der häufigste Typ. Sie haben gerade Zähne und sind auf parallelen Wellen montiert. Eine Folge von Stirnrädern kann verwendet werden, um sehr große Untersetzungen zu erzeugen.
Stirnräder können laut sein. Jedes Mal, wenn ein Zahn in einen Zahn des anderen Zahnrads eingreift, kollidieren sie, machen Geräusche und erhöhen die Belastung der Zähne.
Schrägverzahnungen
Schrägverzahnungen werden schräg zur Stirnseite des Zahnrads geschnitten. Bei einem Stirnradgetriebe ist immer mehr als ein Zahn eingerückt. Der Kontakt beginnt an einem Ende eines Zahns und gleitet allmählich über das Gesicht, wenn sich die Zahnräder drehen.
Durch diesen stufenweisen Eingriff und den mehrfachen Zahnkontakt laufen Schrägverzahnungen sanfter und leiser als Stirnräder. Schrägverzahnungen werden normalerweise auf parallelen Wellen montiert, aber wenn die Zahnradwinkel korrekt sind, können sie auf senkrechten Wellen montiert werden, wodurch der Drehwinkel um 90 Grad geändert wird.
Aufgrund des Zahnwinkels erzeugen sie eine Axiallast auf das Zahnrad, wenn sie ineinander greifen. Geräte mit Schrägverzahnungen haben Lager, die diese Axiallast tragen können.
Kegelräder
Kegelräder sind nützlich, wenn die Richtung der Drehachse geändert werden muss. Sie sind typischerweise auf Wellen montiert, die 90 Grad voneinander entfernt sind, können aber so ausgelegt sein, dass sie in anderen Winkeln arbeiten.
Zähne an Kegelrädern können gerade oder spiralförmig sein. Gerade Kegelradverzahnungen haben das gleiche Problem wie gerade Stirnradverzahnungen – wenn jeder Zahn einrastet, berührt er den entsprechenden Zahn auf einmal.
Die Lösung für dieses Problem besteht darin, die Verzahnung zu krümmen. Diese Spiralzähne greifen genau wie Schrägverzahnungen ein. Der Kontakt beginnt an einem Ende des Zahnrads und gleitet schrittweise über den gesamten Zahn.
Bei geraden und Spiralkegelrädern müssen die Wellen in der gleichen Ebene montiert werden, so dass die Getriebezentren ausgerichtet sind.
Schneckengetriebe
Schneckengetriebe werden eingesetzt, wenn große Untersetzungen erforderlich sind. Schneckengetriebe können Untersetzungen von 20: 1 haben; einige überschreiten 300: 1.
Viele Schneckengetriebe haben eine einzigartige Eigenschaft – Die Schnecke kann das Zahnrad leicht drehen, aber das Zahnrad kann die Schnecke nicht drehen. Dieser Unterschied liegt daran, dass der Winkel an der Schnecke so gering ist, dass die Reibung zwischen dem Zahnrad und der Schnecke die Schnecke an Ort und Stelle hält, wenn das Zahnrad versucht, es zu drehen. Diese Eigenschaft ist für Fördersysteme nützlich, da die Verriegelungsfunktion als Bremse für den Förderer wirken kann, wenn sich der Motor nicht dreht.
Evolventenverzahnungsprofil
Heute verwenden praktisch alle Zahnräder ein Zahnprofil, das als Evolvente bezeichnet wird. Dieses speziell gekrümmte Profil hält ein konstantes Drehzahlverhältnis zwischen den beiden Zahnrädern aufrecht. Wenn sich die Zahnräder drehen, bewegt sich der Berührungspunkt, aber das Zahnprofil kompensiert die Bewegung kontinuierlich.
Marshall Brain, Gründer und CEO von HowStuff Works.com , wird am Montag und Dienstag (5. bis 6. März) der National Manufacturing Week am Stand der Association for Facilities Engineering (AFE) sein.