Soorten versnellingen

1. Invoering

Veel soorten tandwielen vormen een cruciaal onderdeel van talloze mechanische systemen, overal te vinden, van auto's tot industriële machines en zelfs alledaagse consumentenelektronica.

Ze werken door rotatiekracht over te brengen tussen machineonderdelen, waardoor nauwkeurige controle over beweging mogelijk is, snelheid, en koppel.

Tandwielen zijn essentieel voor de soepele en efficiënte werking van machines, met verschillende tandwieltypen die geschikt zijn voor verschillende toepassingen.

2. Wat is een tandwiel?

Een tandwiel is een getand mechanisch onderdeel dat in ingrijping is met een ander getand onderdeel, vaak een andere versnelling, om koppel en beweging over te brengen. Tandwielen kunnen het koppel vergroten door snelheid op te offeren, of ze kunnen de snelheid verhogen ten koste van het koppel.

De efficiëntie en functionaliteit van tandwielen zijn afhankelijk van hun vorm, maat, materiaal, en hoe ze met elkaar omgaan.

3. Verschillende parameters van versnellingen

Het begrijpen van de parameters van tandwielen is cruciaal voor het ontwerpen van efficiënte en betrouwbare tandwielsystemen. Deze parameters beïnvloeden hoe tandwielen in elkaar grijpen, hoeveel last ze aankunnen, en hun algehele prestaties in verschillende toepassingen. Hier is een overzicht van de belangrijkste parameters:

1. Aantal tanden

Het aantal tanden van een tandwiel is een fundamentele parameter die de overbrengingsverhouding en prestaties beïnvloedt. Het bepaalt het vermogen van de versnelling om in te grijpen in een andere versnelling en beïnvloedt de snelheid en het koppel.

• Overbrengingsverhouding: De verhouding tussen het aantal tanden op twee in elkaar grijpende tandwielen bepaalt de verhouding tussen snelheid en koppel.
  Bijvoorbeeld, een versnelling mee 20 tanden die in elkaar grijpen met een tandwiel 40 tanden heeft een overbrengingsverhouding van 1:2, wat betekent dat het grotere tandwiel met de helft van de snelheid van het kleinere tandwiel draait, maar met het dubbele koppel.

2. Hele diepte

Hele diepte verwijst naar de totale diepte van een tandwieltand, die zowel het addendum als het tanddum omvat. Het is van cruciaal belang om te zorgen voor een goede ingrijping met aangrenzende tandwielen.

• Addendum: De hoogte van de tandwieltand boven de steekcirkel.
• Te geven: De diepte van de tand onder de steekcirkel.

De volledige diepte is essentieel voor het bepalen van de sterkte van het tandwiel en de ruimte die nodig is om de tandwieltanden zonder interferentie in elkaar te laten grijpen.

3. Steekcirkel

De steekcirkel is een denkbeeldige cirkel die rolt zonder te slippen op de steekcirkel van een passend tandwiel. Het is van cruciaal belang om ervoor te zorgen hoe tandwielen op elkaar inwerken en in elkaar grijpen.

• Steekdiameter: De diameter van de steekcirkel. Het wordt gebruikt om de overbrengingsverhouding te berekenen en om ervoor te zorgen dat de tandwielen goed in elkaar grijpen.

4. Wortelcirkel

De wortelcirkel is de cirkel die door de onderkant van de groeven van de tandwieltanden gaat. Het bepaalt de minimale diameter van het tandwiel en is belangrijk voor het begrijpen van de sterkte en duurzaamheid van het tandwiel.

• Worteldiameter: De diameter van de cirkel die de basis van de tanden verbindt.

5. Buiten cirkel

De buitencirkel, of buitendiameter, is de cirkel die door de punten van de tandwieltanden gaat. Het is essentieel voor het bepalen van de totale grootte en speling van de versnelling.

• Buitendiameter: De diameter gemeten vanaf de punt van de ene tand tot de punt van de tegenoverliggende tand.

6. Steekdiameter

Steekdiameter is de diameter van de steekcirkel en is een kritische parameter voor het berekenen van de overbrengingsverhouding en het garanderen van een goede ingrijping tussen de tandwielen.

• Formule: Steekdiameter = aantal tanden / Diametrale steek (voor imperiale eenheden) of steekdiameter = (Aantal tanden * Module) (voor metrische eenheden).

7. Circulaire toonhoogte

De cirkelsteek is de afstand tussen overeenkomstige punten op aangrenzende tanden, gemeten langs de steekcirkel. Het is belangrijk om te zorgen voor een goede uitrusting en uitlijning.

• Formule: Cirkelvormige steek = π * Steekdiameter / Aantal tanden.

8. Module

De module is een maat voor de grootte van de tanden, gedefinieerd als de verhouding tussen de steekdiameter en het aantal tanden. Het wordt in het metrische systeem gebruikt om de tandwielgroottes te standaardiseren.

• Formule: Module = Steekdiameter / Aantal tanden.

9. Diametrale steek

De diametrale steek is het aantal tanden per inch van de steekdiameter. Het wordt in het imperiale systeem gebruikt om de tandwielgroottes te standaardiseren en is het omgekeerde van de module.

• Formule: Diametrale steek = aantal tanden / Steekdiameter.

10. Ronde dikte

De cirkelvormige dikte is de dikte van een tandwieltand, gemeten langs de steekcirkel. Het beïnvloedt de sterkte van de versnelling en de efficiëntie van de krachtoverbrenging.

• Formule: Cirkelvormige dikte = Cirkelvormige steek / 2.

4. Hoe versnellingen werken？

Tandwielen zijn mechanische apparaten, typisch circulair, met tanden aan de randen die worden gebruikt om rotatiekracht en koppel in machines over te brengen.

In paren opererend, tandwielen grijpen in hun tanden om slippen te voorkomen. In cirkelvormige versnellingen, het toerental en koppel blijven constant, terwijl niet-cirkelvormige tandwielen variabele snelheids- en koppelverhoudingen creëren.

Om een ​​consistente snelheid en koppel te behouden, nauwkeurige vorming van het tandwielprofiel is essentieel. Wanneer de kleinere versnelling, of rondsel, drijft het systeem aan, het verlaagt de snelheid en verhoogt het koppel.

Omgekeerd, als het rondsel op de aangedreven as zit, de snelheid neemt toe terwijl het koppel afneemt.

Assen die de tandwielen vasthouden, moeten op de juiste afstand van elkaar staan ​​en kunnen parallel worden geplaatst, niet-parallel, kruisend, of niet-kruisende configuraties. Deze assen functioneren als hefbomen om rotatie en energie tussen versnellingen over te brengen.

De belangrijkste resultaten van tandwielsystemen zijn onder meer::

• Verhoog de snelheid: In een tandwielpaar waar men dat heeft 40 tanden en de andere 20, het kleinere tandwiel draait twee keer zo snel om de synchronisatie te behouden, wat resulteert in een hogere snelheid maar een lager koppel.
• Verhoog de kracht: Een kleiner tandwiel met minder tanden vermindert de snelheid maar vergroot de kracht, vereist meer koppel om te roteren.
• Verander richting: Wanneer twee tandwielen in elkaar grijpen, ze draaien in tegengestelde richtingen. Er worden speciale tandwielen gebruikt om de draairichting of hoeken efficiënt te veranderen.

5. Wat is het ontwerp van tandwielen?

Industriële toepassingen maken gebruik van een verscheidenheid aan tandwielen, elk ontworpen voor specifieke doeleinden. De belangrijkste kenmerken die tussen deze versnellingen variëren, zijn onder meer::

• Vorm van het tandwiel
• Tandontwerp en configuratie
• Configuratie van tandwielassen

Tandwielvorm

Tandwielen kunnen cilindrisch zijn (aansporen, spiraalvormig) of conisch (schuine kant) op basis van hun toepassing. Vorm beïnvloedt hoe goed tandwielen in elkaar passen, de hoeveelheid kracht die ze aankunnen, en hoeveel geluid ze genereren.

Tandwielen, bijvoorbeeld, zijn luid bij hoge snelheden, terwijl spiraalvormige tandwielen stillere en soepelere prestaties bieden dankzij de schuine tanden.

Tandontwerp en -configuratie

Tandwielen kunnen verschillende tandprofielen hebben, elk geschikt voor specifieke taken. Rechte tanden (tandwielen) werkt goed voor simpel, toepassingen met lage snelheid, terwijl spiraalvormige of spiraalvormige tanden (spiraalvormig, kegelvormige tandwielen) zorgen voor een soepelere bediening en grotere efficiëntie bij hogere snelheden.

Configuratie van tandwielassen

• Parallel: In parallelle configuraties, de assen zijn uitgelijnd op hetzelfde vlak, en de aandrijf- en aangedreven tandwielen draaien in tegengestelde richtingen. Deze opstelling biedt doorgaans een hoge efficiëntie bij bewegingsoverdracht. Voorbeelden zijn onder meer spiraalvormige tandwielen en tandheugelsystemen.
• Kruisend: Voor kruisende configuraties, de assen kruisen elkaar op een punt binnen hetzelfde vlak, biedt een hoge transmissie-efficiëntie, vergelijkbaar met parallelle opstellingen. Kegeltandwielen zijn een goed voorbeeld van dit type.
• Niet-parallel en niet-kruisend: In configuraties waarbij de assen niet evenwijdig of kruisend zijn, wat betekent dat ze niet uitgelijnd zijn, noch op hetzelfde vlak liggen, de transmissie-efficiëntie is meestal lager. Wormwielen zijn een voorbeeld van deze categorie.

6. Welke materialen worden gebruikt in tandwielen?

Het materiaal dat wordt gebruikt om tandwielen te vervaardigen, heeft een aanzienlijke invloed op hun prestaties, duurzaamheid, en geschiktheid voor specifieke toepassingen. Verschillende materialen bieden verschillende mate van sterkte, slijtvastheid, en corrosiebestendigheid.

Hieronder staan ​​enkele van de meest gebruikte materialen bij de productie van tandwielen:

Gewalst staal

Gewalst staal wordt vaak gebruikt voor tandwielen vanwege de hoge sterkte en taaiheid. Het wordt geproduceerd door warm of koud walsen van staal via een reeks rollen, het verfijnen van de structuur en het verbeteren van de mechanische eigenschappen.

Tandwielen gemaakt van gewalst staal worden vaak gebruikt in zware toepassingen, zoals transmissies voor auto's en industriële machines, waar duurzaamheid en slagvastheid cruciaal zijn.

Koudgewalst staal

Koudgewalst staal ondergaat een proces waarbij het staal na het walsen wordt gekoeld, wat de sterkte en oppervlakteafwerking verbetert. Dit proces zorgt voor een betere maatnauwkeurigheid en een gladdere afwerking dan warmgewalst staal.

Koudgewalste stalen tandwielen worden vaak gebruikt in precisieapparatuur die nauwe toleranties vereist, zoals klokken en fijne instrumenten, evenals automobiel- en industriële toepassingen.

Legeringen van gereedschapsstaal

Gereedschapsstaallegeringen staan ​​bekend om hun hardheid, slijtvastheid, en het vermogen om hoge temperaturen te weerstaan. Ze zijn ideaal voor het maken van tandwielen die onderhevig zijn aan extreme belastingen en schokken.

Deze legeringen bevatten doorgaans een hoog koolstofgehalte, chroom, en andere elementen zoals vanadium of wolfraam, die hun sterkte en duurzaamheid vergroten. Gereedschapsstalen tandwielen worden gebruikt in toepassingen zoals snijgereedschappen en industriële machines.

Ijzerlegeringen

IJzerlegeringen, inclusief gietijzer en nodulair gietijzer, worden veel gebruikt bij de vervaardiging van tandwielen. Gietijzeren tandwielen bieden een goede slijtvastheid, trillingsdemping, en bewerkbaarheid, waardoor ze geschikt zijn voor grote, tandwielen met lage snelheid die worden gebruikt in toepassingen zoals transportsystemen en zware machines.

Nodulair gietijzer biedt een betere taaiheid dan gietijzer, het bieden van een balans tussen sterkte en schokbestendigheid.

Roestvrij staal

Roestvrij staal heeft de voorkeur voor tandwielen die een hoge corrosieweerstand en duurzaamheid vereisen. Het bevat chroom, die een beschermende oxidelaag op het oppervlak vormt, het voorkomen van roest en corrosie.

Roestvrijstalen tandwielen worden vaak gebruikt in voedselverwerkingsapparatuur, maritieme toepassingen, en omgevingen waar vocht of chemicaliën aanwezig zijn.

Koperlegeringen

Koperlegeringen, zoals messing en brons, worden gebruikt in tandwielen met lage wrijving, corrosiebestendigheid, en bewerkingsgemak zijn essentieel.

Deze tandwielen worden doorgaans aangetroffen in toepassingen die een stillere werking en minder slijtage vereisen, zoals wormwielen, lagers, en bussen.

Koperlegeringen worden ook gewaardeerd vanwege hun elektrische geleidbaarheid, waardoor ze geschikt zijn voor sommige gespecialiseerde elektrische apparaten.

Aluminium legeringen

Aluminium legeringen zijn lichtgewicht en corrosiebestendig, waardoor ze geschikt zijn voor tandwielen die bij lage belasting worden gebruikt, toepassingen met hoge snelheid.

Tandwielen gemaakt van aluminium worden vaak aangetroffen in de lucht- en ruimtevaart, robotica, en auto-industrie, waarbij het verminderen van gewicht een prioriteit is.

Hoewel niet zo sterk als staal, aluminiumlegeringen kunnen worden behandeld of gecoat om hun sterkte en slijtvastheid te vergroten.

Kunststof tandwielen

Kunststof tandwielen zijn lichtgewicht, corrosiebestendig, en soepel aanbieden, stille werking.

Meestal gemaakt van materialen zoals nylon, acetaal, of polycarbonaat, Kunststof tandwielen worden vaak gebruikt in toepassingen die weinig geluid en lage wrijving vereisen, zoals printers, huishoudelijke apparaten, en kleine machines.

Terwijl ze niet zoveel belasting aankunnen als metalen tandwielen, Plastic tandwielen zijn ideaal voor laag vermogen, kosteneffectieve oplossingen.

7. Soorten versnellingen

Tandwielen worden geclassificeerd op basis van hun tandvorm, asconfiguratie, en specifiek doel. Het begrijpen van de verschillende soorten tandwielen is essentieel voor het selecteren van de juiste tandwielen om een ​​effectieve krachtoverbrenging in mechanische ontwerpen te garanderen.

Gebaseerd op tandvorm

1. Tandwielen

• • Externe tandwielen: Het meest voorkomende type uitrusting, met rechte tanden die evenwijdig lopen aan de as van het tandwiel. Deze tandwielen worden gebruikt om kracht over te brengen tussen parallelle assen en staan ​​bekend om hun efficiëntie en eenvoud.
  • Interne tandwielen: Vergelijkbaar met externe tandwielen, de tanden worden op het binnenoppervlak van een tandwielring gesneden. Ze worden gebruikt in toepassingen waar ruimtebesparing noodzakelijk is, zoals planetaire tandwielsystemen.

2. Spiraalvormige tandwielen

• • Enkele spiraalvormige: Deze tandwielen hebben schuine tanden, die een soepelere en stillere werking bieden dan rechte tandwielen. De hoek van de tanden zorgt voor een geleidelijke inschakeling, het verminderen van lawaai en stress tijdens het gebruik.
  • Dubbele spiraal: Ook bekend als visgraattandwielen, deze hebben twee sets tegenover elkaar liggende spiraalvormige tanden. Het ontwerp elimineert axiale stuwkracht, waardoor ze geschikt zijn voor zware machines met hoge belastingen.
  • Schroef tandwielen: Vergelijkbaar met spiraalvormige tandwielen, ze worden gebruikt in toepassingen waar niet-parallelle assen nodig zijn. Ze zijn ontworpen om koppel over te brengen tussen twee niet-kruisende assen.

3. Kegelvormige tandwielen

• • Rechte versnellingen: Kegeltandwielen met rechte tanden worden gebruikt om beweging tussen elkaar kruisende assen over te brengen, meestal in een hoek van 90 graden. Ze zijn efficiënt, maar kunnen luidruchtig zijn onder belasting.
  • Spiraalvormige tandwielen: Deze hebben gebogen tanden, die een soepelere werking en een hoger draagvermogen bieden dan rechte kegeltandwielen. Ze zijn ideaal voor toepassingen met hoge snelheid.
  • Verstek tandwielen: Een type kegeltandwiel waarbij de overbrengingsverhouding is 1:1, vaak gebruikt in toepassingen die gelijke snelheid vereisen, maar een richtingsverandering.
  • Hypoïde tandwielen: Deze tandwielen hebben offset-assen, waardoor een hogere koppeloverdracht en een stillere werking mogelijk zijn. Ze worden vaak aangetroffen in differentiëlen in auto's.
  • Nul versnellingen: Een hybride tussen rechte en spiraalvormige kegeltandwielen, biedt een compromis tussen een soepele bediening en productiegemak.
  • Kroon kegeltandwielen: Een kegeltandwiel waarbij de tanden loodrecht op het tandwielvlak staan, het aanbieden van unieke hoekconfiguraties.

4. Visgraat versnellingen
   Visgraattandwielen hebben een “V”-vormig tandpatroon en staan ​​bekend om hun vermogen om zware lasten te hanteren zonder noemenswaardige axiale stuwkracht te produceren. Deze tandwielen worden vaak gebruikt in grote industriële machines en schepen.

1. 4. Tandheugel- en rondselversnellingen
      Een lineair tandwielsysteem waarbij het rondsel (cirkelvormig tandwiel) ingrijpt met een lineaire versnelling (rek) rotatiebeweging omzetten in lineaire beweging, wordt veel gebruikt in stuursystemen en spoorwegen.

4. Wormwielen
   Wormwielen bestaan ​​uit een worm (schroefachtig tandwiel) en een wormwiel. Ze zorgen voor een hoge koppelreductie in compacte ruimtes en worden gebruikt in transportsystemen en liften.

   

Speciale soorten versnellingen

1. Interne versnellingen
   Interne tandwielen hebben tanden die aan de binnenkant van een cirkelvormige ring zijn uitgesneden. Ze worden vaak gecombineerd met externe tandwielen in planetaire tandwielsystemen om een ​​hoog koppel en ruimte-efficiëntie te bereiken.
2. Differentiële versnellingen
   Wordt voornamelijk gebruikt in autosystemen, Differentiële versnellingen zorgen ervoor dat de wielen met verschillende snelheden kunnen draaien, terwijl de koppelverdeling behouden blijft, essentieel voor soepel bochtenwerk.
3. Planetaire tandwielen
   Planetaire tandwielen bestaan ​​uit een centraal zonnewiel, planeet tandwielen, en een buitenring (interne versnelling). Dit ontwerp biedt een hoge koppeldichtheid en wordt veel gebruikt in automatische transmissies en industriële apparatuur.

   

4. Tandwielen
   Tandwielen worden gebruikt in kettingaandrijvingen, met tanden die zijn ontworpen om in een ketting of riem te grijpen. Ze worden vaak aangetroffen in fietsen, motorfietsen, en transportsystemen.
5. Spline-versnellingen
   Deze tandwielen zijn voorzien van groeven of tanden over hun lengte en worden gebruikt in mechanische koppelingen, waardoor koppeloverdracht mogelijk is en tegelijkertijd enige beweging langs de as mogelijk is.
6. Nylon tandwielen
   Nylon tandwielen zijn lichtgewicht en corrosiebestendig, soepel aanbieden, stille werking. Ze worden vaak in kleine maten gebruikt, toepassingen met laag energieverbruik, zoals printers en huishoudelijke apparaten.

   

7. Achteruitversnellingen
   Gevonden in differentiëlen in auto's, De achterste versnellingen zorgen voor een hoge koppeloverdracht en zijn essentieel voor het garanderen van de juiste wielsnelheid tijdens bochten van het voertuig.
8. Kleine versnellingen
   Kleine tandwielen worden gebruikt in toepassingen waar compacte afmetingen en nauwkeurige bewegingscontrole vereist zijn, zoals in horloges, instrumenten, en kleine machines.

8. Overwegingen bij het ontwerpen van tandwielen

Verschillende factoren beïnvloeden het ontwerp van de tandwielen, ervoor zorgen dat de geselecteerde uitrusting voldoet aan de prestaties, kosten, en duurzaamheidseisen:

• Begroting: Hoogwaardige materialen, zoals roestvrij staal en gereedschapsstaal, zijn duurder dan basismetalen zoals gietijzer.
• Ruimtebeperkingen: Compacte toepassingen maken vaak gebruik van planetaire tandwielen, die een hoge koppeloverdracht bieden op een klein vloeroppervlak.
• Transmissiebehoeften: Toepassingen bij hoge snelheden kunnen de voorkeur geven aan spiraalvormige of kegelvormige tandwielen voor soepele prestaties, terwijl de snelheid laag is, Bij taken met een hoog koppel worden vaak worm- of rechte tandwielen gebruikt.
• Servicevoorwaarden: Ruwe omgevingen, zoals die waarbij vocht of chemicaliën betrokken zijn, Mogelijk zijn corrosiebestendige materialen nodig, zoals roestvrij staal of nylon.

9. Toepassingen van tandwielen

Tandwielen worden in tal van industrieën gebruikt om de snelheid te regelen, koppel, en de bewegingsrichting. Belangrijke toepassingen zijn onder meer:

• Stuursystemen voor auto's: Tandheugeloverbrengingen zetten roterende beweging om in lineaire beweging, waardoor nauwkeurige controle over het stuur mogelijk is.
• Versnellingsbakken: Gevonden in auto's, industriële machines, en windturbines, versnellingsbakken passen de snelheid en het koppel aan.
• Lucht- en ruimtevaart: Tandwielen worden gebruikt in vluchtcontrolesystemen en motoren voor soepele vluchten, efficiënte krachtoverbrenging.
• Landbouwmachines: Tractoren en maaidorsers gebruiken versnellingen om het motorvermogen te regelen en werktuigen aan te drijven.

Een grafiek voor elk type uitrustingstoepassing

Soorten uitrusting	Namen van uitrusting	Typische producten
Aansporing	Tandwiel	Klokken Treinen Vliegtuigen Wasmachines Elektriciteitscentrales
Spiraalvormig	Enkel spiraalvormig tandwiel Dubbel spiraalvormig tandwiel Visgraat uitrusting Schroef tandwiel	Automobiel Klokken Bewateringssystemen Huishoudelijk gereedschap
Schuine kant	Recht kegeltandwiel Spiraalvormig kegeltandwiel Verstek versnelling Spiraalvormig kegeltandwiel Hypoïde uitrusting Geen versnelling Kroonuitrusting	Pompen Treinen Vliegtuigen Elektriciteitscentrales
Worm	Wormwiel	Liften Automobiel
Rackuitrusting	Tandheugel en rondsel	Weegschaal Treinen