Mechanische aandrijvingen worden gebruikt om beweging, koppel en vermogen over te brengen van de aandrijfas (zoals de aandrijfmotor) naar de aangedreven as (zoals de machine-eenheid). Er zijn vier mechanische aandrijvingen, namelijk tandwielaandrijving, riemaandrijving, kettingaandrijving en touwaandrijving. In tegenstelling tot riemaandrijving (een wrijvingsaandrijving), is tandwielaandrijving één inschakelaandrijving, wat aangeeft dat krachtoverbrenging plaatsvindt door middel van opeenvolgende in- en uitschakeling van tanden van twee tandwielen. Het is ook een stijve aandrijving omdat er geen flexibel tussenelement bestaat tussen twee tandwielen. Hier past het aandrijftandwiel direct in het overeenkomstige aangedreven tandwiel en is dus geschikt voor krachtoverbrenging over kleine afstanden. De krachtoverbrengingscapaciteit is echter zeer hoog en kan een breed scala aan snelheidsreducties bieden (van 1:1 tot 1:100, in eentraps). Het kan ook een constante snelheidsverhouding bieden, omdat het inherent vrij is van slip, kruip of veelhoekig effect.

Tandwielen kunnen worden ingedeeld in vier basisgroepen:tandwieloverbrenging, spiraalvormige tandwieloverbrenging, conische tandwieloverbrenging en wormwiel. Elk van deze versnellingen heeft specifieke kenmerken en kan bepaalde voordelen bieden ten opzichte van andere. Een tandwiel is de eenvoudigste die wordt gebruikt om beweging en kracht over te brengen tussen parallelle aandrijving en aangedreven assen. Het heeft rechte tanden evenwijdig aan de tandwielas. Een ander soortgelijk tandwiel, genaamd spiraalvormige tandwielen , wordt ook gebruikt voor parallelle assen; zijn tanden zijn echter in de vorm van een spiraal over de cilindrische plano gesneden. Aan de andere kant wordt kegeltandwiel gebruikt voor kruisende assen, al dan niet loodrecht. Het kan tanden hebben langs de tandwielas (conische tandwieloverbrenging met rechte tanden) of in spiraalvorm (conische tandwieloverbrenging met spiraaltanden). Het wormwiel wordt gebruikt voor loodrechte maar niet-kruisende assen.

Hoewel zowel het rechte tandwiel als het spiraalvormige tandwiel bedoeld zijn voor parallelle assen, heeft elk een andere tandoriëntatie en is het geschikt voor verschillende toepassingen. In het geval van tandwielen , tanden van parende tandwielen komen plotseling in contact. Zo ervaart de tand impact of schokbelasting. Het veroorzaakt trillingen en vermindert ook de levensduur van het tandwiel. Spiraalvormige tanden kunnen dit probleem elimineren. In twee parende spiraalvormige tandwielen , tanden komen geleidelijk in contact en zijn dus vrij van stoten of schokken. Het kan een relatief hogere belasting dragen. Het biedt ook een hogere snelheidsreductie. In tegenstelling tot een tandwiel dat alleen radiale belasting oplegt, legt een spiraalvormig tandwiel zowel radiale als axiale belastingen op de lagers. Verschillende verschillen tussen rechte tandwielen en spiraalvormige tandwielen worden hieronder in tabelvorm gegeven.

Tabel:Verschillen tussen rechte tandwielen en spiraalvormige tandwielen

Configuratie van tandwieltanden: Schijnbaar verschil tussen rechte tandwielen en spiraalvormige tandwielen is de vorm van hun tanden. Het tandwiel heeft rechte tanden die evenwijdig zijn aan de as van het tandwiel. Het is vermeldenswaard dat rechte conische tandwielen ook rechte tanden hebben die langs de tandwielas zijn georiënteerd, maar ze zijn niet evenwijdig aan de tandwielas (ze zijn hellend en snijden elkaar dus). Zoals de naam al doet vermoeden, heeft een spiraalvormig tandwiel tanden in helixvorm die op de steekcilinder zijn gesneden. Een spiraalvormig tandwiel kan ofwel een linker helix of een rechterhand helix hebben. De spiraalhoek kan variëren van het ene tandwiel tot het andere. Meestal ligt het tussen 15 - 25°; er kan echter een grotere spiraalhoek (tot 45°) worden gebruikt voor tandwielen met dubbele spiraal of visgraat.

Aard van belasting en bijbehorende lagers: Tijdens het koppelen van twee tandwielen ervaren de lagers koppel en krachten, die uiteindelijk worden overgebracht naar de grond. Richting en intensiteit van een dergelijke kracht variëren op basis van de rotatiesnelheid en de configuratie van de tanden. Omdat sommige lagers alleen radiale belasting efficiënt aankunnen, andere alleen stuwkracht en weinigen beide belastingen aan, is een geschikte lager vereist om te selecteren op basis van de aard en intensiteit van dergelijke krachten. Vanwege de rechte tanden leggen rechte tandwielen alleen radiale belasting op de lagers. Zo kan een goedkoper cilindrisch rollager worden gebruikt. Aan de andere kant leggen spiraalvormige tandwielen een aanzienlijke radiale belasting en stuwkracht op de lagers op. Er kunnen dus diepgroefkogellagers, hoekcontactlagers en kegelrollagers worden gebruikt, aangezien deze lagers zowel axiale als radiale belastingen aankunnen.

Oriëntatie van aandrijfassen en aangedreven assen: Een basisvoordeel van tandwielaandrijving ten opzichte van andere mechanische aandrijvingen (zoals riem- of kettingaandrijving) is de mogelijkheid om te gebruiken voor niet-parallelle assen. Verschillende soorten tandwielen zijn echter geschikt voor verschillende oriëntaties van aandrijf- en aangedreven assen. Zowel rechte tandwielen als spiraalvormige tandwielen worden overweldigend gebruikt voor parallelle assen; terwijl kegeltandwielen kunnen worden gebruikt voor kruisende assen en wormwieloverbrengingen kunnen worden gebruikt voor loodrechte niet-kruisende assen. Er bestaat een bepaald type tandwieloverbrenging, genaamd gekruiste tandwieloverbrenging, die kan worden gebruikt voor het overbrengen van kracht tussen loodrechte assen. Dit is vrij gelijkaardig aan wormwiel; gekruiste spiraalvormige tandwielen kunnen echter geen hoge snelheidsreductie bieden. Meestal is het geschikt voor een snelheidsverhouding van 1:1 tot 1:2 (in vergelijking met 1:15 tot 1:100 in wormwieloverbrenging). De toepassing ervan is ook beperkt vanwege de vele beperkingen.

Contactscenario tussen parende tanden: Rechte tandwielen hebben rechte tanden evenwijdig aan de tandwielas. Twee bijpassende tandwielen zijn ook gemonteerd in parallelle assen. Dus tanden van twee bijpassende rechte tandwielen komen plotseling in contact en het contact is altijd een lengtelijn die gelijk is aan de breedte van het tandoppervlak. Integendeel, spiraalvormige tandwielen hebben spiraalvormige tanden en zijn gemonteerd op parallelle assen. Dus tanden van twee parende spiraalvormige tandwielen komen geleidelijk in contact. Hun betrokkenheid begint met een punt en wordt een lijn en wordt dan geleidelijk losgemaakt als een punt. De contactlengte blijft dus niet constant.

Slagbelasting, trillingen en geluid: Omdat de tanden van twee in elkaar passende rechte tandwielen plotseling met elkaar in contact komen, ervaren ze een schok- of stootbelasting. Dit veroorzaakt ook aanzienlijke trillingen en lawaai, die soms een grens stellen aan de maximaal toelaatbare werksnelheid. Integendeel, geleidelijk contact tussen parende tanden resulteert in een geleidelijke belasting van de tanden en minder trillingen en geluid. Zo kunnen spiraalvormige tandwielen zonder veel problemen bij hogere snelheden worden gebruikt.

Snijtanden: Het snijden van rechte tanden is relatief gemakkelijker dan het snijden van spiraalvormige tanden. Tandwielfrezen of tandwielhobbing kan worden gebruikt om tanden van rechte en spiraalvormige tandwielen te snijden. Bij het frezen zijn slechts twee gelijktijdige bewegingen gewenst om tanden van rechte tandwielen te snijden; er zijn echter drie gelijktijdige bewegingen vereist voor het doorslijpen van tanden van spiraalvormige tandwielen.

Wetenschappelijke vergelijking tussen rechte tandwielen en spiraalvormige tandwielen wordt in dit artikel 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).