Der Schnecken- und Schneckengetriebemechanismus wird häufig verwendet, um Bewegung und Kraft zwischen zwei sich kreuzenden Wellen zu übertragen. In der Zwischenebene sind Schnecke und Schneckengetriebe analog zu einem Zahnrad und einer Zahnstange, wobei die Schnecke in ihrer Form einer Schraube ähnelt. Was ist also das Funktionsprinzip von Schnecke und Schneckengetriebe?
In einem typischen Schneckengetriebe kreuzen sich die Wellen in einem Winkel von 90 Grad, wobei die Schnecke normalerweise das Antriebselement ist. Äußerlich ähnelt die Schnecke einer Schraube, während das Schneckenrad einem spiralförmigen Stirnrad ähnelt. Während des Betriebs gleiten und rollen die Zähne des Schneckenrads entlang der spiralförmigen Oberfläche der Schnecke. Um den Kontakt zwischen den Zähnen zu verbessern, ist das Schneckenrad in Zahnbreitenrichtung bogenförmig ausgeführt, sodass es die Schnecke umschließt. Auf diese Weise ist der Eingriff von Schnecke und Schneckenrad ein Linienkontakt und kein Punktkontakt.
Das Schneckengetriebe besteht aus einer Schnecke und einem Schneckenrad, wobei die Schnecke in der Regel das Antriebselement ist. Genau wie Gewinde können Schnecken rechts- oder linksgängige Spiralen haben, und Schneckengetriebe werden als rechts- oder linksgängige Schneckengetriebe bezeichnet. Eine Schnecke mit einem einzigen spiralförmigen Gewinde wird als eingängige Schnecke bezeichnet, was bedeutet, dass sich das Schneckenrad bei einer vollen Umdrehung der Schnecke um einen Zahn dreht. Wenn die Schnecke zwei spiralförmige Gewinde hat, wird sie als zweigängige Schnecke bezeichnet, was bedeutet, dass sich das Schneckenrad bei einer vollen Umdrehung der Schnecke um zwei Zähne dreht.
Eigenschaften von Schneckengetrieben:
Hohes Übersetzungsverhältnis:Sie ermöglichen eine sehr große Übersetzung und sind im Vergleich zu Schraubradgetrieben mit kreuzenden Wellen kompakter.
Linienkontakt:Die ineinandergreifenden Zahnoberflächen weisen Linienkontakt auf, wodurch eine viel höhere Tragfähigkeit erreicht wird als bei Schrägverzahnungsmechanismen mit sich kreuzenden Wellen.
Reibungsloser Betrieb:Schneckengetriebe entsprechen Stirnradgetrieben und verfügen über einen Eingriff mehrerer Zähne, was eine sanfte Übertragung und geringe Geräuschentwicklung zur Folge hat.
Selbsthemmend:Wenn der Steigungswinkel der Schnecke kleiner ist als der entsprechende Reibungswinkel der ineinandergreifenden Zahnräder, hat der Mechanismus selbstsperrende Eigenschaften. Dies ermöglicht eine umgekehrte Selbstsperre, d. h. die Schnecke kann das Schneckenrad antreiben, das Schneckenrad jedoch nicht die Schnecke. Beispielsweise können selbstsperrende Schneckenmechanismen bei Hebemaschinen für Sicherheit sorgen.
Geringe Effizienz und hoher Verschleiß:Der Wirkungsgrad ist aufgrund der hohen relativen Gleitgeschwindigkeit zwischen den ineinandergreifenden Zähnen relativ gering, was zu erheblichen Reibungsverlusten und Verschleiß führt. Eine hohe Gleitgeschwindigkeit führt außerdem zu starkem Zahnoberflächenverschleiß und Wärmeentwicklung. Um die Kühlung zu verbessern und den Verschleiß zu verringern, werden häufig hochwertige Verschleißschutzmaterialien und Schmiermittel verwendet, was die Kosten erhöht.
Große Axialkraft:Die Schnecke übt eine erhebliche Axialkraft aus.
Bei Schneckengetrieben sind die häufigsten Ausfallarten für Schneckenradzähne Lochfraß, Verschleiß, Schweißen und Zahnbiegebrüche. Aufgrund des geringen Wirkungsgrads, der hohen Gleitgeschwindigkeiten und der Neigung zur Wärmeentwicklung treten Schweißen und Verschleiß häufiger auf. Um Schweißen zu vermeiden und den Verschleiß zu reduzieren, müssen die Materialien reibungs-, verschleiß- und schweißhemmende Eigenschaften aufweisen. Normalerweise werden Schnecken aus Kohlenstoffstahl oder legiertem Stahl hergestellt, wobei die spiralförmige Oberfläche wärmebehandelt (z. B. durch Abschrecken und Aufkohlen) wird, um eine hohe Härte (HRC 45–63) zu erreichen, und dann geschliffen oder gehont wird, um die Tragfähigkeit zu erhöhen. Schneckenräder werden meist aus Bronze und manchmal aus Messing oder Gusseisen für langsame, unkritische Getriebe hergestellt. Um Schweißen zu verhindern und den Verschleiß zu reduzieren, sollten gute Schmiermethoden mit schweißhemmenden Zusätzen verwendet werden. Es gibt keine ausgereiften Berechnungsmethoden für Schweißen und Verschleiß bei Schneckengetrieben. Die Kontaktspannung auf der Zahnoberfläche ist ein Schlüsselfaktor, der Oberflächenschweißen und Verschleiß verursacht, daher bleiben Kontaktfestigkeitsberechnungen von grundlegender Bedeutung. In manchen Fällen muss auch die Biegefestigkeit der Zähne überprüft werden. Bei Schneckengetrieben sind im Allgemeinen keine Festigkeitsberechnungen für die Zähne erforderlich, aber die Festigkeit und Steifigkeit der Schneckenwelle muss überprüft werden. Bei geschlossenen Getrieben sollten Wärmebilanzberechnungen durchgeführt werden. Wenn die Wärmebilanzberechnungen nicht zufriedenstellend sind, können dem Außengehäuse Kühlrippen oder Zwangskühlungsvorrichtungen hinzugefügt werden. Schneckengetriebe werden häufig in Anwendungen mit sich kreuzenden Wellen verwendet, bei denen hohe Übersetzungsverhältnisse erforderlich sind, oder zur Übertragung relativ geringer Leistung oder intermittierender Arbeit. Wenn eine hohe Leistungsübertragung erforderlich ist, wird die Effizienz häufig durch Auswahl von Z1=2–4 verbessert. Da außerdem bei einem kleineren 1 Selbsthemmung auftritt, werden Schneckengetriebe häufig aus Sicherheitsgründen in Hebemaschinen wie Winden verwendet. Aufgrund des geringeren Stromverbrauchs werden sie auch häufig in Werkzeugmaschinen, Kraftfahrzeugen, Instrumenten, Metallurgiemaschinen und anderen Maschinen oder Geräten verwendet.
