Tannhjultransmisjon: Prinsipper og applikasjoner for formskjæring og genereringsmetode i tannhjulsbearbeiding

01 Grunnprinsipper for genereringsmetoden

1.1 Matematiske grunnlag

• Innkapslingsprinsipp : Bevegelsesbanen til skjærekanter på verktøy (som f.eks. syltapper og tannhjulsfræser) danner en serie kontinuerlige kurver, og innhyllingen av disse kurvene utgjør den teoretiske tannprofilen (f.eks. evolvent, sykloide).
• Inngrepsligning : Oppfyller den relative bevegelsesrelasjonen mellom verktøy og arbeidsstykke for å sikre nøyaktighet i tannprofilen.

1.2 Hovedegenskaper

• Høy presisjon : I stand til å bearbeide komplekse tannprofiler (f.eks. evolvent, sirkulære bue-tannhjul).
• Høy effektivitet : Kontinuerlig skjæring muliggjør massproduksjon.
• Stor allsidighet : Et enkelt verktøy kan bearbeide tannhjul med forskjellig antall tenner (forutsatt at de har samme modul).

1.3 Typiske genererende metoder

1.3.1 Fresemetoden (hobbing)

• Prinsipp : Benytter innmeshningsbevegelsen mellom en frese (som ligner en skrue) og det uførde tannhjulet, og fullfører skjæringen gjennom aksial tilbakeløp.
• Bevegelsesforhold : Fresas rotasjon (hovedskjærebevegelse) + Arbeidstykkets rotasjon (genererende bevegelse) + Aksial tilbakeløp.
• Fordeler : Høy effektivitet, egnet for masseproduksjon (f.eks. bilgeartannhjul); kan bearbeide rette tannhjul, spiralformede tannhjul, vormhjul osv.
• Brukseksempler : Bearbeiding av planet- og solhjul i vindkraftgearbokser.

1.3.2 Tannhjulsforming (gear shaping)

• Prinsipp : Bruker et tannhjulsformingsverktøy (med form som et tannhjul) som utfører en svingende skjærebevegelse på arbeidstykket mens det roterer i et innmeshningsforhold.
• Bevegelsesforhold : Vertikal rektifiserende skjæring av tannhjulet + genererende rotasjon av arbeidstykket og verktøyet.
• Fordeler : Kan bearbeide komplekse strukturer som indre tannhjul og doble tannhjul; bedre overflateruhet på tannflaten sammenlignet med fresing (Ra 0,8–1,6 μm).
• Begrensninger : Lavere effektivitet enn fresing; høyere verktøykostnad.
• Brukseksempler : Bearbeiding av indre tannkranser i girbokser og små presisjonstannhjul.

1.3.3 Tannhjulsskjæring

• Prinsipp : Skjæreverktøyet og arbeidstykket roterer i innmeshing under lett trykk, noe som forbedrer tannprofilytelse gjennom skrapping fra kantene på verktøyet. Dette er en avsluttende prosess brukt til justering etter fresing eller formskjæring.
• Fordeler : Kan korrigere feil i tannprofil og forbedre glattheten i giroverføringen; bearbeidingsnøyaktighet oppnår DIN 6–7 klasse.
• Brukseksempler : Finskjaering av tannhjul til bilgirbokser.

1.3.4 Tannhjulslibing

• Prinsipp : Bruker et formatert slipehjul eller spiralslipehjul til å slipes tannflaten ved hjelp av genererende bevegelse, hovedsakelig for ferdigbearbeiding av herdet tannhjul.
• Fordeler : Ekstremt høy presisjon (opp til DIN 3–4 klasse); kan bearbeide tannhjul med herdet overflate (HRC 58–62).
• Begrensninger : Høy kostnad og lav effektivitet, typisk brukt innen felt med krav om høy presisjon.
• Brukseksempler : Tannhjul for luftfartsmotorer og høyhastighets-trinns tannhjul i vindkraftgirkasser.

02 Grunnleggende prinsipper for formskjæring

• Høy avhengighet av verktøy : Nøyaktigheten til tannprofilen avhenger direkte av verktøyets konturpresisjon.
• Ingen genererende bevegelse : Bearbeidingsprosessen simulerer ikke tannhjulsmating, men baserer seg kun på den relative bevegelsen mellom verktøyet og arbeidsstykket.
• Høgt fleksibilitet : Kan bearbeide ikkesandardiserte tannprofiler (f.eks. sirkulære buetenn, rektangulære tenner).

2.1 Matematiske grunnlag

• Profilprinsipp : Den geometriske formen på verktøyets skjærekanter passer perfekt til tannhjulets tannrom.
• Inndelingssbevegelse : Bruker inndelingsenheter (f.eks. delingshoder) for tann-for-tann-bearbeiding for å sikre jevn tannpitch.

2.2 Fordeler og ulemper

Fordeler

• Enkelt utstyr : Kan utføres med vanlige fresemaskiner.
• Egnet for Enkeltproduksjon, Småserier eller Reparasjon : Ideell for tilpassede løsninger og vedlikeholdssituasjoner.
• I stand til å bearbeide ekstra store modultannhjul : Som for eksempel girbruk i gruvedriftsmaskiner.

Ulemper

• Lav presisjon : Typisk DIN 9–10 klasse.
• Lav effektivitet : Krever tann-for-tann-bearbeiding.
• Dårlig verktøyuniversalitet : Spesialiserte verktøy er nødvendige for hver modul.

2.3 Typiske formfræsingsprosesser

2.3.1 Girfræsing

• Prinsipp : Bruker en skivefræs eller endefræs; fræsen roterer under bearbeiding, og arbeidstykket indexereres tann for tann via en delingshode.
• Bevegelsesforhold : Fræsrotasjon (hovedskjæring) + Arbeidstykkets aksiale tilbakelengde + Indekseringsrotasjon.
• Bruksområder : Enkelt- og småserietilvirkning av spur- og helikalgirer; store modulgirer (modul ≥20 mm) eller reparasjonsgevirer.
• Casestudie : Girkrensehjul for lavhastighetsdel i skipsreduktorer (modul 30, materiale: 42CrMo) bearbeidet med endefres + CNC-inndeling, oppnår en tannflateruhet på Ra 3.2 μm.

2.3.3 Formslibing

• Prinsipp : Bruker en kardel (et flertannet trinnvis verktøy) til å kardelere hele tannrommet i én gjennomgang.
• Bevegelsesforhold : Lineær bevegelse av kardelen (skjæring) + fastholdt arbeidsstykke.
• Fordeler : Ekstremt høy effektivitet (fullfører ett tannrom per slag); relativt høy presisjon (opp til DIN 7 klasse).
• Begrensninger : Kun egnet for massetilvirkning av indre eller ytre girer; høy produksjonskostnad for kardel, ideell for store serier av én spesifikasjon.
• Brukseksempler : Masseproduksjon av automatiske synkronringer (syklustid <10 sekunder/stykke).

2.3.3 Formslibing

• Prinsipp : Bruker et formslipehjul (med kontur tilpasset tannrommet) til å slipe herdet gir.
• Bevegelsesforhold : Slibingshjulrotasjon + indexering av arbeidstykke.
• Fordeler : Kan maskinere høghardd gir (HRC > 60); presisjon opp til DIN 4 grad (tandprofilfeilfeil < 5 μm).
• Anvendelsesområder : Finishing av gir til flymotorer og precisionsreduksjonsgir.

03 Sammenlikning og industriell bruk av desse to metodane

Samanlikna mellom genereringsmetode og formskjæring

Industrielle anvendelser av genereringsmetoden

3.1 Vindkraftgearbokser

• Krav : Høyt dreiemoment, lang levetid (≥20 år).
• Prosesskombinasjon : Slemming (foredling) → Varmebehandling → Girsliping (avslutning).