Machine kan worden gedefinieerd als een cluster van mechanismen die een bepaalde taak kunnen uitvoeren door energie uit te breiden. Dergelijke mechanismen worden aangedreven door mechanische kracht, die afkomstig is van rotatiekoppel. Een krachtbron (zoals een elektromotor, turbine, enz.) levert meestal mechanisch vermogen en wordt vervolgens met behulp van mechanische aandrijvingen naar de machine-eenheid overgebracht. Er zijn vier mechanische aandrijvingen, namelijk tandwielaandrijving, riemaandrijving, kettingaandrijving en touwaandrijving. Tandwielaandrijving brengt beweging en kracht over van aandrijfas naar aangedreven as door middel van ingrijping van tanden. Het is één stijve aandrijving door het ontbreken van een tussenliggend flexibel element. Het kan licht tot zwaar vermogen overbrengen zonder enige slip (positieve aandrijving). Basis heeft de voorkeur voor krachtoverbrenging over kleine afstanden.

Er zijn vier basistype tandwielen:tandwieloverbrenging, spiraalvormige tandwieloverbrenging, conische tandwieloverbrenging en wormwiel. Rechte en spiraalvormige tandwielen worden gebruikt voor parallelle assen; tandwiel heeft echter rechte tanden evenwijdig aan de tandwielas; terwijl het spiraalvormige tandwiel tanden heeft in spiraalvorm die op de steekcilinder zijn gesneden. Deze spiraalvormige vorm van tanden biedt bepaalde voordelen, zoals een geleidelijke opname van belasting op de tand, minder trillingen, minder geluid, minder slijtage, enz. Een paar kegeltandwielen kan worden toegepast voor het overbrengen van beweging en kracht tussen kruisende assen (meestal loodrecht); terwijl de wormwielopstelling van toepassing is op niet-parallelle en niet-kruisende assen. Er zijn verschillende soorten conische tandwielen, zoals rechte conische tandwielen, schuine conische tandwielen, gezichtstandwielen, spiraalvormige tandwielen, hypoïde tandwielen, kroonwieloverbrengingen, nulwieloverbrengingen, enz. Elk van hen heeft een ander kenmerk en is geschikt voor een bepaald type toepassingen.

Tanden van het conische tandwiel kunnen een recht of spiraalvormig profiel hebben; beide zijn echter alleen van toepassing op kruisende assen. Zoals de naam al doet vermoeden, in conische tandwieloverbrenging met rechte tanden , tanden zijn recht zoals rechte tandwielen, maar worden langs de tandwielas gesneden en behouden een helling. Door plotseling contact tussen de tanden van twee bijpassende tandwielen, ondervindt de tand een impactbelasting. Dit resulteert in trillingen en geluid. Face conische tandwielen en schuine conische tandwielen hebben ook rechte tanden. Spiraaltanden spiraalvormige tandwielen bieden vergelijkbare voordelen ten opzichte van conische tandwielen met rechte tanden als de spiraalvormige tandwielen ten opzichte van rechte tandwielen. Hier hebben de tanden een spiraalvormig profiel en komen zo tijdens de paring geleidelijk met elkaar in contact. Het biedt dus een soepele, trillingsvrije en stille werking. Het oefent echter een hoge stuwkracht op de lagers uit. Hypoïde tandwielen hebben ook spiraalvormige tanden. Verschillende verschillen tussen rechte conische tandwielen en spiraalvormige conische tandwielen worden hieronder in tabelvorm weergegeven.

Tabel:Verschillen tussen rechte conische tandwielen en spiraalvormige conische tandwielen

Tandoriëntatie: Conische tandwielen kunnen rechte of spiraalvormige tanden hebben. Wanneer de tanden van een kegeltandwiel recht zijn maar zodanig hellen dat ze samenkomen in een gemeenschappelijk toppunt, dan wordt dat tandwiel een recht kegeltandwiel genoemd. Twee van dergelijke tandwielen mogen alleen op elkaar kruisende assen worden gemonteerd. Voor niet-parallelle en niet-kruisende assen kan een variant van rechte conische tandwielen, genaamd scheve conische tandwielen, worden gebruikt. Aan de andere kant, wanneer tanden in spiraalvorm op de conische tandwielvorm worden gesneden op een zodanige manier dat spiraalvormige bochten samenkomen in een enkel toppunt, dan wordt dit genoemd als spiraalvormig conisch tandwiel. Een paar bijpassende kegeltandwielen moet op elkaar kruisende assen worden gemonteerd; als alternatief kan hypoïde tandwielen (heeft ook spiraalvormige tanden) worden gebruikt voor niet-parallelle en niet-kruisende assen.

Contactscenario: Tandwielaandrijving is een type starre aangrijpingsaandrijving die aangeeft dat de tanden van twee bijpassende tandwielen in direct contact komen om beweging en kracht van de ene as naar de andere over te brengen. Ongeacht het tandwieltype komen tanden die evenwijdig zijn aan de tandwielas plotseling in contact. Dit gebeurt zowel bij rechte tandwielen als bij rechte conische tandwielen. Hier is het contact altijd een lengtelijn die gelijk is aan de gezichtsbreedte van de tanden. Aan de andere kant komen de tanden van twee bij elkaar passende conische tandwielen geleidelijk met elkaar in contact, zoals bij spiraalvormige tandwielen het geval is. Hier begint betrokkenheid met een punt en wordt geleidelijk een lijn en ontkoppelt uiteindelijk als punt.

Impactbelasting en de gevolgen ervan: Door plotseling contact ervaren de tanden van de rechte kegeltandwielen stoten of schokken. Het resulteert ook in veel lawaai en trillingen. Deze trilling legt soms een limiet op aan de maximale werksnelheid en ook aan de krachtoverbrengingscapaciteit. Aan de andere kant ervaren de tanden van de spiraalvormige kegeltandwielen een geleidelijke belasting, wat veel minder schadelijk is. Hun werking is dus soepel en stil, zelfs bij hoge snelheid.

Kostenvergelijking: Gecompliceerde productie leidt tot hoge prijs voor spiraalvormige conische tandwielen. Voor hetzelfde materiaal, dezelfde maat en tolerantie zijn spiraalvormige tandwielen 1,2 - 1,5 keer duurder dan rechte kegeltandwielen. Het kostenverschil neemt toe wanneer de tandwielafmetingen klein zijn vanwege de productiemoeilijkheden. Hoge afwerkingsvereisten kunnen ook leiden tot een groter prijsverschil.

Duwkracht: Twee bijpassende tandwielen oefenen altijd kracht uit op de lagers die de assen monteren. Op basis van de oriëntatie van de tanden kan deze kracht radiaal of axiaal zijn of beide. Bijvoorbeeld, rechte tanden die evenwijdig zijn aan de tandwielas (zoals in rechte tandwielen) produceren alleen radiale belasting; terwijl spiraalvormige tanden (zoals in spiraalvormige tandwielen) beide soorten kracht produceren. Zowel rechte conische tandwielen als spiraalvormige conische tandwielen produceren zowel radiale als stuwkracht; de stuwkracht (axiaal) in conische tandwieloverbrenging is echter relatief hoger omdat deze wordt veroorzaakt door twee bronnen.

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).