Mechanische aandrijvingen worden gebruikt om beweging, koppel en vermogen over te brengen van een aandrijfas naar de aangedreven as. De aandrijfas is in de meeste gevallen een onderdeel van de krachtbron (zoals een elektromotor, hydraulische turbine, stoomturbine, enz.); terwijl de aangedreven as een onderdeel is van de machine-eenheid. Er bestaan ​​vier fundamentele mechanische aandrijvingen, namelijk tandwielaandrijving, riemaandrijving, kettingaandrijving en kabelaandrijving. Een tandwielaandrijving is een starre aandrijving van het aangrijpingstype waarbij beweging en kracht worden overgedragen door middel van opeenvolgende in- en uitschakeling van tanden van twee bijpassende tandwielen. Het is inherent slipvrij en dit zorgt voor een constante snelheidsverhouding (positieve aandrijving). Het kan worden gebruikt voor lichte toepassingen (zoals speelgoed, horloges, enz.) en voor zware toepassingen (zoals versnellingsbakken van machines, scheepsaandrijvingen, enz.).

Aandrijf- en aangedreven assen kunnen drie onderlinge oriëntaties hebben, namelijk (i) parallelle assen, (ii) kruisende assen en (iii) niet-parallelle niet-kruisende assen. Er bestaan ​​vier basistypen tandwielen en een geschikte versnelling moet worden gekozen op basis van de onderlinge oriëntatie van de aandrijf- en aangedreven assen. Rechte tandwielen en tandwielen zijn van toepassing op parallelle assen. Kegeloverbrenging kan worden toegepast voor twee kruisende assen, die niet noodzakelijkerwijs loodrecht hoeven te staan. Wormwielopstelling wordt gebruikt voor de derde categorie (niet-parallelle niet-kruisende assen). In tegenstelling tot rechte tandwielen met rechte tanden evenwijdig aan de tandwielas, hebben spiraalvormige tandwielen tanden in spiraalvorm die op de steekcilinder zijn gesneden. Hoewel spiraalvormige tandwielen vaak worden gebruikt voor parallelle assen zoals rechte tandwielen, kan het ook worden gebruikt voor loodrechte maar niet-kruisende assen.

Dienovereenkomstig zijn er twee soorten spiraalvormige tandwielen:parallel en gekruist. Parallelle spiraalvormige tandwielen , de gebruikelijke, wordt gebruikt voor krachtoverbrenging tussen parallelle assen. Twee parallelle spiraalvormige tandwielen moeten dezelfde module hebben, dezelfde drukhoek maar tegenover de helix. Ze bieden een trillingsvrije en stille werking en kunnen zware lasten overbrengen. Aan de andere kant worden gekruiste spiraalvormige tandwielen gebruikt voor niet-kruisende maar loodrechte assen. Twee parende gekruiste spiraalvormige tandwielen (ook wel schroeftandwielen genoemd) moeten dezelfde module, dezelfde drukhoek en dezelfde of tegengestelde helix hebben. Dit type tandwiel heeft een vergelijkbare toepassing als wormwiel; wormwieloverbrenging heeft echter de voorkeur voor steile snelheidsreductie (1:15 tot 1:100), terwijl gekruiste spiraalvormige tandwielen geen snelheidsreductie boven 1:2 kunnen bieden. Verschillende verschillen tussen parallelle tandwielen en gekruiste tandwielen worden hieronder in tabelvorm weergegeven.

Tabel:Verschillen tussen parallelle tandwielen en gekruiste tandwielen

Krachtoverbrenging en oriëntatie van assen: Behalve een kwartslagriem, is tandwielaandrijving alleen een mechanische aandrijving die met voordeel kan worden gebruikt om kracht en beweging onder elke hoek in elk vlak over te brengen. Verschillende soorten tandwielen hebben de voorkeur voor verschillende oriëntaties van aandrijf- en aangedreven assen. Net als bij rechte tandwielen, kunnen parallelle spiraalvormige tandwielen alleen beweging en kracht tussen parallelle assen overbrengen. Daarom moeten ze op parallelle assen worden gemonteerd met de juiste locatie en hoekuitlijning. Aan de andere kant kunnen gekruiste spiraalvormige tandwielen of schroeftandwielen beweging en kracht overbrengen tussen loodrechte assen en daarom moeten ze op loodrechte maar niet-kruisende assen worden gemonteerd.

Hand van helix: Ongeacht de parallelle of gekruiste opstelling, moeten twee parende spiraalvormige tandwielen dezelfde module, dezelfde drukhoek en dezelfde spiraalhoek hebben. De steekcirkeldiameter van twee bijpassende tandwielen moet elkaar ook op één punt raken. Nu, als de parende spiraalvormige tandwielen een parallelle opstelling hebben, dan moet één tandwiel een rechtse helix hebben en een ander tandwiel moet verplicht een linkse helix hebben. Twee parallelle spiraalvormige tandwielen moeten dus een tegengestelde spiraal hebben. In het geval van een gekruiste opstelling kan een spiraalvormig tandwiel met een rechtse spiraal echter passen bij een ander spiraalvormig tandwiel met een linker of een rechtse spiraal. Zo kunnen twee parende gekruiste spiraalvormige tandwielen dezelfde of tegenovergestelde helix hebben.

Contact tussen tanden: Op basis van het tandprofiel en de oriëntatie van het tandwiel vindt contact tussen de tanden van twee bijpassende tandwielen op verschillende manieren plaats. Tanden van twee rechte tandwielen komen bijvoorbeeld plotseling in contact en hun contactlengte blijft altijd een lengtelijn die gelijk is aan de gezichtsbreedte van de tanden. Een dergelijk plotseling contact wordt vervangen door geleidelijk contact in een spiraalvormig tandwiel. In het geval van parallelle spiraalvormige tandwielen, begint de paring van twee tanden met een punt en wordt geleidelijk een lijn, waarna ze als een punt loskomen. Bij gekruiste tandwielen blijft het contact tussen twee tanden echter altijd één punt. Bij het begin van de aangrijping ligt dit punt aan het ene uiteinde van het tandvlak en geleidelijk beweegt het contactpunt over het gezicht. Bij ontkoppeling ligt het contactpunt aan het andere uiteinde van het tandvlak.

Overdrachtscapaciteit: Het basisdoel van elke mechanische aandrijving is het overbrengen van vermogen van de aandrijfas naar de aangedreven as. Omdat het een starre aandrijving van het inschakeltype is, heeft de tandwielaandrijving de maximale transmissiecapaciteit van alle mechanische aandrijvingen. Verschillende soorten tandwielaandrijving bieden echter verschillende niveaus van krachtoverbrengingscapaciteit. Een paar parallelle spiraalvormige tandwielen kan een relatief hoger vermogen overbrengen in vergelijking met tandwielen van vergelijkbare grootte van hetzelfde materiaal. Op basis van de grootte en het materiaal kunnen parallelle spiraalvormige tandwielen een vermogen van slechts enkele watt tot enkele megawatt overbrengen. Aan de andere kant hebben gekruiste spiraalvormige tandwielen de voorkeur voor kleine krachtoverbrenging, meestal beperkt tot 100 kW.

Toepassingsgebieden: Vanwege de hoge krachtoverbrengingscapaciteit worden parallelle spiraalvormige tandwielen met voordeel op veel gebieden gebruikt. Het kan met succes worden gebruikt voor toepassingen met zowel lage als hoge snelheid. Typische toepassingsgebieden zijn onder meer versnellingsbakken van machines, auto's, oliemolens, scheepsaandrijvingen, enz. Aan de andere kant zijn gekruiste spiraalvormige tandwielen geschikt voor toepassingen met lage snelheid en lage belasting, zoals zwervende machines van de textielindustrie, oliepomp voor interne verbranding motor, enz.

In dit artikel wordt een wetenschappelijke vergelijking tussen parallelle tandwielen en gekruiste tandwielen gepresenteerd. De auteur raadt u ook aan de volgende referenties door te nemen voor een beter begrip van het onderwerp.

1. Ontwerp van machine-elementen door V. B. Bhandari (vierde editie; McGraw Hill Education).
2. Machineontwerp door R.L. Norton (vijfde editie; Pearson Education).
3. Een leerboek over machineontwerp door R.S. Khurmi en J.K. Gupta (S. Chand; 2014).