Gear Transmission: Principper og anvendelser af formfremstilling og genereringsmetode ved gearbearbejdning

01 Grundlæggende principper for genereringsmetoden

1.1 Matematiske grundlag

• Omslutningsprincip : Bevægelsesbanen for skæreekanten på værktøjer (f.eks. freseknive og tandhjulsformere) danner en række kontinuerte kurver, og enveloppen af disse kurver udgør den teoretiske tandhjulstansprofil (f.eks. involut, cykloide).
• Mesh-ligning : Overholder det relative bevægelsesforhold mellem værktøj og emne for at sikre tandprofilt nøjagtighed.

1.2 Nøgleegenskaber

• Høj præcision : I stand til at bearbejde komplekse tandprofiler (f.eks. involut, cirkelbue-tandhjul).
• Høj effektivitet : Kontinuerlig bearbejdning muliggør masseproduktion.
• Stor fleksibilitet : Et enkelt værktøj kan bearbejde gear med forskellige antal tænder (forudsat de har samme modul).

1.3 Typiske genererende metoder

1.3.1 Skærehobning

• Princip : Bruger meshingsbevægelsen mellem en hob (som ligner en skrue) og gearblank, og fuldfører skæringen gennem aksial tilgang.
• Bevægelsesrelation : Hobrotation (hovedskærebewegelse) + Emnerotation (genererende bevægelse) + Aksial tilgang.
• Fordele : Høj effektivitet, egnet til masseproduktion (f.eks. bilsystemer); kan bearbejde lige tænder, helikale tænder, wormgear osv.
• Anvendelseseksempler : Bearbejdning af planetgear og solgear i vindmølletransmissioner.

1.3.2 Gearformning

• Princip : Bruger et gearformningsværktøj (med form som et gear) til at udføre en reciprok skærebewegelse på emnet, mens det roterer i et meshingsforhold.
• Bevægelsesrelation : Vertikal reciprokkerende skæring af tandhjulsskæreren + genererende rotation af emne og værktøj.
• Fordele : Kan bearbejde komplekse strukturer såsom indvendige tandhjul og dobbelte tandhjul; overlegen tandflade ruhed sammenlignet med frestning (Ra 0,8–1,6 μm).
• Begrænsninger : Lavere effektivitet end frestning; højere værktøjsomkostninger.
• Anvendelseseksempler : Bearbejdning af indvendige tandhjulsringe i gearkasser og små præcisions tandhjul.

1.3.3 Tandslibning

• Princip : Sligningskniven og emnet roterer i indgreb under let tryk, hvor knivens skrabeeffekt forbedrer tandprofils nøjagtighed. Det er en afsluttende proces, der anvendes til justering efter frestning eller tandhjulsskæring.
• Fordele : Kan rette tandprofilfejl og forbedre tandhjulsoverførselens jævnhed; bearbejdelsesnøjagtighed når op på DIN 6–7 kvalitet.
• Anvendelseseksempler : Afsluttende bearbejdning af tandhjul til bilgearkasser.

1.3.4 Tandslibning

• Princip : Bruger et formgivet slibemønster eller spiralslibemønster til at slibe tandfladen via en genererende bevægelse, primært til afslutning af herdede tandhjul.
• Fordele : Ekstremt høj præcision (op til DIN 3–4 klasse); kan bearbejde tænder med hård overflade (HRC 58–62).
• Begrænsninger : Høj omkostning og lav effektivitet, typisk anvendt inden for områder med krav om høj præcision.
• Anvendelseseksempler : Luftfarts-motor tandhjul og højhastighedstrins tandhjul i vindmøllegearet.

02 Grundlæggende principper for formfræsning

• Høj afhængighed af værktøj : Tandprofilens nøjagtighed afhænger direkte af værktøjets konturpræcision.
• Ingen genererende bevægelse : Bearbejdelsesprocessen simulerer ikke tandhjulsmating, men er udelukkende baseret på den relative bevægelse mellem værktøj og emne.
• HØJ FLEXIBILITET : Kan bearbejde ikke-standardiserede tandprofiler (f.eks. cirkelbueformede tænder, rektangulære tænder).

2.1 Matematiske Grundlag

• Profileringsprincip : Den geometriske form af værktøjets skærekant matcher perfekt tandhjulets tandrum.
• Indekseringsbevægelse : Bruger indekseringsanordninger (f.eks. divisionshoveder) til tand-for-tand-bearbejdning for at sikre ens tandafstand.

2.2 Fordele og Ulemper

Fordele

• Simpel udstyr : Kan udføres med almindelige fræsemaskiner.
• Egnet til Enkeltstyksproduktion, Småserier eller Reparation : Ideel til skræddersyede løsninger og vedligeholdelsesscenarier.
• I stand til at bearbejde ekstra store modultandhjul : F.eks. gear anvendt i minedriftsmaskiner.

Ulemper

• Lav præcision : Typisk DIN 9–10 kvalitet.
• Lav effektivitet : Kræver tandskæring en tand ad gangen.
• Dårlig værktøjsfleksibilitet : Specialiserede værktøjer kræves for hver modul.

2.3 Typiske formfræsningprocesser

2.3.1 Gearfræsning

• Princip : Anvender en skivefræser eller ende­fræser; fræseren roterer under skæring, og emnet indexereres tand for tand via et delehoved.
• Bevægelsesrelation : Fræserrotation (hovedskæring) + Emnets aksiale tilgang + Indexeringsrotation.
• Anvendelsesscenarier : Produktion af klinger og skråtandet huld i enkeltstykker og små serier; store moduler (modul ≥20 mm) eller reparationstænder.
• Case studie : Gearing i lavhastighedsdelen af marine reduktionsgear (modul 30, materiale: 42CrMo) bearbejdet med endefreser + CNC-inddeling, opnås en tandfladeruhed på Ra 3,2 μm.

2.3.3 Tandslibning

• Princip : Bruger en rivekniv (et flertands trinvist værktøj) til at rive hele tandrummet i én gennemgang.
• Bevægelsesrelation : Lineær bevægelse af rivekniven (skæring) + fastholdt emne.
• Fordele : Meget høj effektivitet (fuldfører ét tandrum pr. slag); relativt høj præcision (op til DIN 7 klasse).
• Begrænsninger : Kun velegnet til massproduktion af indvendige eller udvendige tænder; høje omkostninger til fremstilling af riveknive, ideel til store serier af én specifikation.
• Anvendelseseksempler : Massproduktion af automatiske synkroniseringsringe (cyklustid <10 sekunder/styk).

2.3.3 Formslibning

• Princip : Bruger et formgivende slibehjul (med kontur matchende tandrummet) til at slibe hårdnede gear.
• Bevægelsesrelation : Slidhjulets rotation + emneinddeling.
• Fordele : Kan bearbejde hårde gear (HRC >60); præcision op til DIN 4-klasse (tandprofilfejl <5 μm).
• Anvendelsesfelter : Afslutning af gear til flymotorer og præcisionsreduceringsgear.

03 Sammenligning og industrielle anvendelser af de to metoder

Sammenligning mellem genereringsmetode og formfræsning

Industrielle anvendelser af genereringsmetoden

3.1 Vindmøllegearet

• Krav : Højt drejmoment, lang levetid (≥20 år).
• Proceskombination : Hobning (foreløbige bearbejdning) → Varmebehandling → Gear-slidning (afslutning).