Een machine kan gedefinieerd worden als een cluster van mechanismen die een bepaalde taak kunnen uitvoeren door energie te verbruiken. Zulke mechanismen worden aangedreven door mechanische kracht, die in de vorm van draaimoment komt. Een primaire aandrijving (zoals elektrisch motor, turbine, etc.) levert meestal mechanische kracht en deze wordt vervolgens overgebracht naar de machine-eenheid met behulp van mechanische aandrijvingen. Er zijn vier mechanische aandrijvingen, namelijk tandwielaandrijving, riemaandrijving, kettingaandrijving en touwaandrijving. Tandwielaandrijving overbrengt beweging en kracht van de aandrijvende as naar de gedreven as door middel van ingryping van tanden. Het is een stijve aandrijving vanwege de afwezigheid van enig intermediair flexibel element. Het kan lichte tot zware kracht zonder enige glijden overbrengen (positieve aandrijving) en is basis voor korte afstand krachtoverbrenging.

Er bestaan vier basistypen van tandwielen—straight tandwiel, helisch tandwiel, kegeltandwiel en wormtandwiel. Straight en helische tandwielen worden gebruikt voor parallele assen; echter, straight tandwiel heeft rechte tanden parallel aan de tandwielas; terwijl, helisch tandwiel tanden in helische vorm heeft die op de cilinder zijn gesneden. Deze helische vorm van tanden biedt bepaalde voordelen zoals geleidelijke opname van belasting op de tand, minder trilling, minder geluid, minder slijtage, etc. Een paar kegeltandwielen kan toegepast worden voor het overbrengen van beweging en kracht tussen snijde assen (meestal loodrecht); terwijl, wormtandwiel rangschikking toepasbaar is voor niet-parallele en niet-snijde assen. Er zijn verschillende typen kegeltandwielen, zoals right kegeltandwiel, scheef kegeltandwiel, fronttandwiel, spiraaltandwiel, hypoid tandwiel, kroontandwiel, zerol tandwiel, etc. Elk van hen heeft verschillende kenmerken en is geschikt voor een bepaalde toepassing.

Tanden van het kegeltandwiel kunnen ofwel right of spiraal profiel hebben; echter, beide zijn toepasbaar voor snijde assen alleen. Zoals de naam suggereert, in right tanden kegeltandwiel, zijn tanden right zoals straight tandwiel maar worden gesneden langs de tandwielas met een helling behoudend. Vanwege plotselinge contact tussen tanden van twee paarende tandwielen, ervaart de tand impactbelasting. Dit resulteert in trilling en geluid. Front kegeltandwiel en scheef kegeltandwiel hebben ook right tanden. Spiraal tanden helische tandwielen bieden vergelijkbare voordelen over right tanden kegeltandwielen als helische tandwielen bieden over straight tandwielen. Hier hebben tanden een spiraalprofiel en komen dus geleidelijk in contact tijdens paarvorming. Dus het biedt gladde, trilling-vrije en stille operatie. Echter, het uitoefent hoge aandrijving op de lagers. Hypoid tandwiel heeft ook spiraaltanden. Verschillende verschillen tussen right kegeltandwiel en spiraal kegeltandwiel worden hieronder in tabelvorm gegeven.

Tabel: Verschillen tussen right kegeltandwiel en spiraal kegeltandwiel

Tandenoriëntatie: Kegeltandwielen kunnen ofwel right of spiraal tanden hebben. Wanneer tanden van een kegeltandwiel right zijn maar geneigd op een zodanige manier dat ze convergeren in een gemeenschappelijke piekpunt, dan heet dat tandwiel right kegeltandwiel. Twee dergelijke tandwielen moeten op snijde assen gemonteerd worden. Een variant van right kegeltandwiel, genaamd scheef kegeltandwiel, kan ingezet worden voor niet-parallele en niet-snijde assen. Aan de andere kant, wanneer tanden in spiraalvorm op de kegelige tandwielblank gesneden worden op een zodanige manier dat spiraalkrommen convergeren in een enkel piekpunt, dan wordt het aangeduid als spiraal kegeltandwiel. Een paar paarende spiraal kegeltandwielen moeten op snijde assen gemonteerd worden; alternatief kan hypoid tandwiel (ook heeft spiraaltanden) ingezet worden voor niet-parallele en niet-snijde assen.

Contactscenario: Tandwielaandrijving is één type stijve ingrypingsaandrijving wat aangeeft dat tanden van twee paarende tandwielen in direct contact komen om beweging en kracht van de ene as naar de andere over te brengen. Ongeacht tandwieltype, tanden die parallel zijn aan de tandwielas komen in plotselinge contact. Dit gebeurt in het geval van straight tandwielen alsook right kegeltandwielen. Hier is het contact altijd een lijn van lengte gelijk aan de breedte van de tanden. Aan de andere kant, tanden van twee paarende spiraal kegeltandwielen komen in contact geleidelijk, zoals het gebeurt in helische tandwielen. Hier initieert ingryping met een punt en wordt geleidelijk een lijn en ontgrypen uiteindelijk als punt.

Impactbelasting en gevolgen: Vanwege plotselinge contact, ervaren tanden van de right kegeltandwielen impact of shock belasting. Het resulteert ook in aanzienlijk geluid en trilling. Deze trilling stelt soms een limiet op de maximale snelheid van operatie en ook krachtoverbrengingscapaciteit. Aan de andere kant, tanden van de spiraal kegeltandwielen ervaren geleidelijke belasting, wat veel minder schadelijk is. Hun operatie is dus glad en stil, zelfs bij hoge snelheid.

Kostenvergelijking: Gecompliceerde fabricatie leidt tot hoge prijs voor spiraal kegeltandwielen. Voor hetzelfde materiaal, grootte en tolerantie, zijn spiraaltandwielen 1,2 – 1,5 keer duurder dan right kegeltandwielen. Kostenverschil neemt toe wanneer tandwielgrootte klein is vanwege moeilijkheid in fabricatie. Hoge afwerkingsvereisten kunnen ook leiden tot groter prijsverschil.

Aandrijvingskracht: Twee paarende tandwielen oefenen altijd kracht uit op de lagers die de assen montagen. Gebaseerd op tandenoriëntatie, kan deze kracht ofwel radiaal ofwel axiaal of beide zijn. Bijvoorbeeld, right tanden die parallel zijn aan tandwielas (zoals in straight tandwiel) produceren alleen radiale belasting; terwijl, helische tanden (zoals in helisch tandwiel) beide typen kracht produceren. Right kegeltandwielen alsook spiraal kegeltandwielen produceren zowel radiale als aandrijvingsbelasting; echter, aandrijvingsbelasting (axiaal) in spiraal kegeltandwiel is comparatief hoger aangezien het afkomstig is van twee bronnen.

Wetenschappelijke vergelijking onder parallelle helische tandwielen en gekruiste helische tandwielen wordt in dit artikel gepresenteerd. De auteur stelt je ook voor om de volgende referenties te raadplegen voor beter begrip van het onderwerp.

1. Design of Machine Elements by V. B. Bhandari (Vierde editie; McGraw Hill Education).
2. Machine Design by R. L. Norton (Vijfde editie; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design by R. S. Khurmi and J. K. Gupta (S. Chand; 2014).