Uitgebreide gids voor tandwieltypen in de mechanische engineering

Tandwielen, een cruciale onderdeel van motoren, zijn mechanische apparaten die een verandering in het koppel en de snelheid van machines mogelijk maken. Er zijn verschillende typen tandwielen met specifieke eisen en specificaties, variërend van eenvoudige vormen tot complexere.

Vaak vormen een aantal tandwielen complexe machines, maar dat is niet altijd het geval. Bijvoorbeeld, tandwielen zijn aanwezig in eenvoudige machines zoals klokken, waar ze de snelheid van de klokwijzers regelen. In dit artikel bespreken we verschillende mechanische tandwielen en hun toepassingen. Lees verder.

Wat zijn tandwielen?

Tandwielen zijn draaiende mechanische apparaten met tanden die koppel- en snelheidsoverdracht mogelijk maken. Vaak zijn mechanische tandwielen cilindrisch met sets tanden rondom de lichaam. Wanneer twee of meer tandwielen in sync werken, staan ze in transmissie. De krachtoverdracht is wat leidt tot een verandering in snelheid of koppel.

Voordelen van tandwielen

• Tandwielen zijn mechanisch sterk. Daarom kunnen ze hogere belastingen tillen.
• Met behulp van een tandwielkast staan ze een verandering in snelheidsverhoudingen toe.
• Ze werken goed bij lage snelheden.
• Hoog-efficiënte krachtoverdracht.
• Ze zijn ideaal voor transmissie van hoge koppelwaarden.
• Tandwielen vereisen alleen routinematige smering, dus weinig aandacht voor onderhoud.
• Ze zijn zeer duurzaam, dus het tandwielsysteem dient lang.

Nadelen van tandwielen

• Tandwielen zijn niet geschikt voor krachtoverdracht over lange afstanden.
• Ze zijn niet flexibel.
• Tandwielen maken lawaai, vooral bij hoge snelheden.
• Ze zijn niet geschikt wanneer assen ver uiteenliggen.

Verschillende typen tandwielen en hun toepassingen

In de mechanica hangt de indeling van tandwielen in verschillende klassen af van tandconfiguratie, gebruik en richting van beweging. Hieronder staan de belangrijkste soorten tandwielen.

Cilindrisch tandwiel (Spur Gear)

Cilindrische tandwielen overdragen kracht in hetzelfde vlak wanneer de twee assen (de dryvende en de gedreven) parallel zijn. De tanden van cilindrische tandwielen zijn parallel aan de as. Daarom overdragen ze de kracht in een parallele as wanneer ze in een ander cilindrisch tandwiel grijpen. Ze zijn de meest voorkomende tandwielen met toepassingen in automotive, transportbanden, tandwielpompen en motoren, snelheidsverlagers, etc.

Helicaal tandwiel (Helical Gear)

Helicaale tandwielen hebben hun tanden onder een hoek ten opzichte van de as, in tegenstelling tot cilindrische tandwielen die parallel zijn. Ze hebben meerdere tanden in contact tijdens de transmissie. Als gevolg kunnen helicale mechanische tandwielen grotere belastingen dragen. Ook werken ze met minder lawaai en trillingen omdat de belasting beter verdeeld is. Bovendien ervaren ze minder slijtage omdat er minder wrijving is. Verschillende typen helicale tandwielen worden hieronder getoond.

Enkel of dubbel helicaal tandwiel

Enkel helicale tandwielen hebben tanden in ofwel linkshandige of rechtshandige helicaal. Dubbele helicale tandwielen hebben echter tanden in beide richtingen. In dubbele helicale tandwielen liggen twee helicale vlakken naast elkaar met een ruimte ertussen. De vlakken zijn identiek maar hebben tegengestelde helicale hoeken. Het gebruik van een dubbel helicaal tandwiel zorgt voor grotere tandoverlapping, wat resulteert in gladde transmissie.

Veringtandwiel (Herringbone Gear)

Deze set lijkt heel op het dubbel helicaal tandwiel. Ze zijn echter kleiner en hebben geen ruimte tussen de twee helicale vlakken. Veringtandwielen hebben de twee helicale tandwielen zij-aan-zij gevoegd. Ze zijn niet zo algemeen vanwege hoge productiekosten en productiemoeilijkheden, hoewel ze beter geschikt zijn voor trillingen en hoge schoktoepassingen.

Sneeuwtandwiel (Screw Gear)

Sneeuwtandwielen zijn een paar helicale tandwielen die werken bij een verwringingshoek van 45 graden. Ze komen voor op niet-parallele en niet-snijden assen. Ze hebben een lage belastingdraagcapaciteit vanwege het enkele tandcontact. Daarom zijn deze tandwielen niet ideaal voor het overdragen van grote vermogens.

Toepassingen van helicale tandwielen

• Waterpompen
• Mengmachines
• Automobielen

Kegeltandwiel (Bevel Gear)

Kegeltandwielen zijn kegelvormig, met tanden rondom de kegel. Ze overdragen kracht tussen loodrechte assen. Dat wil zeggen assen die onder een rechte hoek (90 graden) snijden. Kegeltandwielen zijn echter duur en overdragen geen groot koppel per grootte zoals parallelle asconfiguraties.

Rechte kegeltandwielen

Rechte kegeltandwielen zijn de meest voorkomende configuraties van de kegeltandwieltand. De reden hiervoor is de eenvoud van het ontwerp en de gemakkelijke productie. Rechte kegeltanden grijpen allemaal tegelijk in plaats van geleidelijk wanneer ze correct gematcht zijn. Het deelvlak van recht kegeltandwiel typen is kegelvormig met rechte tanden die naar de punt afplooien.

Spiraal kegeltandwielen

Spiraal kegeltandwielen hebben gebogen tandlijnen en een betere tandcontactverhouding dan het rechte kegeltandwiel. Daarom zijn ze superieur in efficiëntie en sterkte en produceren ze minder trillingen en lawaai. Ze hebben echter productiemoeilijkheden.

Zerol® kegeltandwielen

Zerol® kegeltandwielen zijn een geregistreerd handelsmerk van Gleason Co. Het tandwiel combineert kenmerken van zowel rechte als spiraal kegeltandwielen met gebogen tanden. Daarom is het tandwiel geschikt voor beide toepassingen. Ze hebben echter nul verwringingshoeken, waardoor de tanden in beide richtingen kunnen draaien.

Miter tandwielen

Miter tandwielen zijn een speciaal type kegeltandwiel omdat ze hetzelfde aantal tanden hebben. Hun assen staan op 90 graden ten opzichte van elkaar, en deze tandwielen veranderen de krachtoverdracht zonder de snelheid te beïnvloeden. Miter tandwielen zijn uniek omdat ze een overbrengingsverhouding van 1 hebben. In tegenstelling tot andere kegeltandwielen kunnen verhoudingen variëren van 10:1 tot 500:1.

Kroontandwielen

Kroontandwielen, soms ook vlakke tandwielen genoemd, hebben hun tanden ook onder rechte hoeken ten opzichte van het wielvlak. Ze hebben een deelkegel van 90 graden. In de industrie grijpen kroontandwielen in andere kegeltandwielen of cilindrische tandwielen in circulaire krachtoverdracht.

Hypoïde tandwielen

Hypoïde tandwielen lijken op spiraal kegeltandwielen, maar functioneren in niet-snijden assen. Ze werken bij 90 graden en zijn veelvoorkomend in de autosector. Je ziet deze tandwielen op voertuigassen.

Toepassingen van kegeltandwielen

• Mengmachines
• Bewateringssystemen
• Verwringers

Wormtandwiel (Worm Gear)

Een wormtandwiel bestaat uit een schroefvormige insnijding op de as (worm) en het passende tandwiel (wormwiel). Dit tandwieltype overdraagt de kracht in niet-snijden assen die rechte hoeken maken. De tandwieltypen werken door glijdend contact met minder wrijving, eerder een gladde en stille rotatie. Ze zijn daarom geschikt voor hoge schoktoepassingen. Ze hebben echter een lage efficiëntie, wat hun gebruik beperkt tot laagvermogen toepassingen.

Toepassingen van wormtandwielen

• Landbouwmachines
• Kleine transportbanden
• Verpakkingsapparatuur

Tandstang en pinion (Rack and Pinion Gear)

Tandstang en pinion komen vaak in paren voor. Ze bestaan uit twee cirkelvormige tandwielen: het pinion dat in een lineair tandwiel grijpt - de tandstang. Ze vertalen draaiende beweging in lineaire. Deze tandwielen zijn veelvoorkomend in het stuurstelsel van automobielen. Tandstang-en-pinion-systemen kunnen zowel rechte als helicale tandwielen gebruiken. De primaire toepassing is in automotieve stuurssystemen.

Heb je behoefte aan tandwielbewerking? RapidDirect is je beste partner voor tandwielbewerking. Vraag vandaag nog je offerte aan!

Korte tabel van verschillende typen mechanische tandwielen

Typen tandwielen	Kenmerken	Toepassingen
Cilindrisch tandwiel	a. Meest voorkomende tandwielvorm. b. Eenvoudig te produceren. c. Gebruik voor parallele asconfiguratie. d. Cirkelvormig tandwiellichaam.	a. Klokken b. Kleine transportbanden c. Automotive
Helicaal tandwiel	a. Cirkelvormig tandwiellichaam. b. Efficiëntie lager dan cilindrische tandwielen. c. Parallele asconfiguratie. Gladde werking met minder lawaai.	a. Waterpompen b. Mengmachines c. Automobielen
Kegeltandwiel	a. Kegelvormig tandwiellichaam. b. Snijde asconfiguratie. c. Rechten, spiraal en Zerol® kegelontwerpen bestaan.	a. Mengmachines b. Bewateringssystemen c. Verwringers
Wormtandwiel	a. Tandwielpaar bestaat uit cirkelvormig en schroeftandwiel. b. Lage efficiëntie. c. Niet-parallele en niet-snijde configuraties.	a. Landbouwmachines b. Kleine transportbanden
Tandstang en pinion	a. Tandwielpaar bestaat uit een tandstang en een cilindrisch tandwiel. b. Parallele asconfiguratie. c. Verandert draaiende beweging in lineaire beweging en vice versa.	a. Automotieve sturing b. Weegschaal

Basale parameters voor tandwielontwerp

Hieronder bespreken we basale tandwielparameters die tandwielontwerpen beïnvloeden.

Tandwielvorm

De meeste tandwielen zijn cirkelvormig, met tanden uitgelijnd rondom het cilindrische lichaam. Ze komen echter ook in kegelvormige, elliptische, vierkante en driehoekige vormen voor. Cirkelvormige tandwielsystemen hebben een constante overbrengingsverhouding voor draaisnelheid en koppel. Daarom levert vergelijkbare input dezelfde snelheids- en koppeloutput op. Het tegenovergestelde geldt voor niet-cirkelvormige tandwieltypen. Gevolglijk kunnen ze speciale onregelmatige bewegingsvereisten uitvoeren, zoals snelheidsverandering en omgekeerde beweging.

Module

Module verwijst naar de grootte van een tandwieltand in millimeters. Daarom hangt de module direct samen met de grootte van de tandwieltanden. Het is een belangrijke parameter om op te letten bij tandwielen. De module is de waarde verkregen door de deeltanddiameter te delen door het aantal tanden in het tandwiel. Wiskundig hebben we:

Module = Deeltanddiameter / Aantal tanden.

Er zijn echter veelvoorkomende waarden voor modules, die volgen hoe ze in industriële toepassingen voorkomen.

Tandwielassenconfiguratie

Tandwielassenconfiguraties zijn in drie vormen: parallel, snijdend, en niet-parallel (of niet-snijden). Tandwielen met parallelle assen lopen parallel met assen die in tegenovergestelde richtingen draaien. Snijden tandwielen snijden in hetzelfde vlak, terwijl niet-parallele tandwielen hun assen door verschillende vlakken snijden. Echter, snijden en parallelle tandwielconfiguraties hebben een grotere efficiëntie en snelheid dan niet-parallele tandwielen.

Drukhoek (Pressure Angle)

Drukhoek is de hoek die de tand vormt met de normaal op de deellijne. Als regel wordt vaak een drukhoek van 20 graden gebruikt. Hoewel hoeken van 14,5 en 17,5 in sommige gevallen voorkomen. Grotere drukhoeken duiden op een brede tandvoet wat resulteert in grotere tandsterkte.

Aantal tanden

Het aantal tanden en de waarden van module en drukhoek zijn cruciaal bij het berekenen van de afmetingen van tandwielen. Het aantal tanden is vitaal bij het berekenen van de tandwielsnelheid (overbrengingsverhouding) met de onderstaande expressie:

Aantal tanden van invoertandwiel / Aantal tanden van het uitvoertandwiel.

Draairichting (Twist Direction)

Een tandwiel is rechtshandig wanneer de tanden naar rechts wijzen en linkshandig wanneer ze naar links wijzen. Voor krachtoverdracht in een paar helicale of kegeltandwielen moeten de twee tandwielen die samenwerken tegengestelde draairichtingen hebben. Bijvoorbeeld, twee helicale tandwielen met tanden die in dezelfde richting bewegen, zullen nooit grijpen. Echter, sneeuw- en wormtandwielen zijn unidirectioneel en grijpen wel.

Verwringingshoek (Torsion Angle)

Verwringingshoek is de hellingshoek van de tand ten opzichte van de cilinderaas. Het verhogen van de verwringingshoek van tandwielen leidt tot een grotere duwrichting. Als gevolg daalt de efficiëntie van de machine. Over het algemeen zijn verwringingshoeken minder dan 25 graden ideaal voor helicale tandwielen om de duwkracht te verminderen.

Overwegingen bij het ontwerpen en selecteren van tandwielen

Hieronder staan enkele cruciale factoren die je moet overwegen bij het ontwerpen en selecteren van tandwielen.

Operationele en omgevingscondities

De operationele en omgevingscondities van tandwielen zijn cruciaal voor hun duurzaamheid en prestaties. Operationele condities omvatten spanning en wrijving op de tanden. Aan de andere kant omvatten omgevingscondities vochtigheid, temperatuur en schoonheid. De twee condities beïnvloeden tandwieltype en ontwerpfactoren zoals constructie, oppervlaktebehandeling, smeermiddelen en smeringsmethode.

Dimensionele beperkingen

Dimensionele beperkingen zijn beperkingen voor de ruimte die tandwielen innemen. Bijvoorbeeld, tandwielen moeten in het midden tussen assen liggen. Er zijn echter gevallen waarin ze iets verder van het midden liggen om het tandwielsysteem beter te laten passen. In dergelijke gevallen wordt het tandprofiel gewijzigd. Het gebruik van specifieke tandwielen en ontwerpen die het beste passen in de ruimte is een ander effectief middel om dimensionele beperkingen te managen.

Transmissie-eisen

Mechanische tandwielen overdragen vaak beweging en koppel binnen machinecomponenten. Hoewel, gebaseerd op ontwerp en constructie, kunnen ze de richting van beweging veranderen en de snelheid of koppeloutput verhogen. Bij het ontwerpen van tandwielen zijn de specificaties en toepassingseisen: richtingsveranderingen of toename van snelheid of koppel factoren om te overwegen. Ze kunnen het tandwieltype, ontwerp en configuratie beïnvloeden.

Ontwerpstandaarden

Tandwielen hebben diverse specificaties, zonder algemene industriestandaard. Vaak passen tandwielontwerpen ofwel bij de standaard van de fabrikant of de ontwerpspecificaties van de machine of het systeem. Echter, verschillende landen hebben een standaard gemaakt voor hun industrieën. Bijvoorbeeld, in de Verenigde Staten worden tandwielen gegroepeerd door de American Gear Manufacturers Association (AGMA). Japan en Duitsland hebben dergelijke verenigingen ook.

Kosten

Kosten zijn een factor, vooral bij aangepaste tandwielen. Ontwerpmaterialen, constructie, oppervlakteafwerkingen, precisie en smeringseisen beïnvloeden de kosten. Hoewel het nodig is om tandwielen te kiezen die aan alle specificaties voldoen, moet de kosten worden meegenomen. Dus, waar standaard tandwielen voldoen aan de norm, is het beter om ze te kiezen, aangezien aangepaste tandwielen extra kosten met zich meebrengen.

Hoe tandwielen geproduceerd worden

Tandwielen worden geproduceerd met verschillende tandwielfabricageprocessen. Enkele daarvan zijn:

• Smeden
• Extrusie en koude trek
• Poedermetallurgie
• Uitstansen
• Tandwielbewerking

Bewerking wordt vaak gedaan om de finale vorm en afmeting van het tandwiel te bereiken. Zodra de tandwielen geproduceerd zijn, kunnen oppervlakteafwerkingen zoals slijpen en honen worden toegepast om de algemene eigenschappen van het tandwiel te verbeteren.

RapidDirect – Tandwielbewerkingsservices

Door dit artikel te lezen, heb je een enorme kennis opgedaan over tandwielen, hun specificatie-eisen en toepassingen. Je hebt nu een idee van de typen tandwielen die je nodig hebt voor je machine. Je weet misschien niet hoe je er moet beginnen. In dat geval, neem contact op met RapidDirect voor meer informatie over tandwielen en onze bewerkingsservices.

We bieden volledige bewerkingsservices voor tandwielsnijoperaties. We werken met beschikbare materialen die voldoen aan je aangepaste tandwieleisen. Ook beschikken we over hooggeschoolde bewerkers. Daarom garanderen onze bewerkingsservices uniformiteit en precisie voor alle taken om te zorgen dat producten van topkwaliteit zijn.

We bieden een online offerteplatform waar je een direct offerte krijgt zodra je je CAD-bestanden uploadt. Ook kun je verschillende materialen en oppervlakteafwerkingsopties voor je onderdelen kiezen tegen concurrerende prijzen. Wat meer is, je kunt je bestelling op dit platform volgen en het complete productieproces van je onderdeel bekijken. We bieden tot 30 procent prijsreductie.

Veelgestelde vragen

Wat zijn de verschillen tussen tandwiel en kettenrad?

a. Tandwielen en kettenrads zijn vergelijkbaar, beide mechanische apparaten met tanden die krachtoverdracht helpen. Hieronder staan enkele belangrijke verschillen.
b. Tandwieltanden grijpen in elkaar terwijl kettenrads sluiten met een ketting van fiets of banden van militair tanks.
c. Tandwielen kunnen koppel overdragen in parallelle, loodrechte en andere configuraties, terwijl kettenrads alleen langs een parallele as werken.
d. Tandwielen zijn beter geschikt voor korte-afstand transmissie, terwijl kettenrad en ketting goed werken voor langere afstanden.
e. Tandwielen overdragen koppels in tegengestelde richtingen. Het omgekeerde is het geval met kettenrads.

Wat is het verschil tussen pinions en tandwielen?

Wanneer we twee tandwielen hebben die in elkaar grijpen, is de kleinere het pinion. Tandwiel fungeert vaak als de dryvende terwijl pinion de gedreven is. Er is een stap-down drive wanneer het pinion het dryvende tandwiel is, wat resulteert in lagere snelheidsoutput maar verhoogd koppel.

Welke tandwielen zijn de beste?

De verschillende typen tandwielen zijn het beste geschikt voor verschillende functies, afhankelijk van de specificatie-eisen en behoeften. Echter, cilindrische tandwielen blijven de meest gebruikte tandwielen. Ze bereiken hoge nauwkeurigheid en zijn relatief eenvoudig te produceren.