Versnellingen

In dit artikel wordt uitgelegd wat tandwielen zijn en waarvoor ze worden gebruikt. Zo kom je erachter wat de verschillende onderdelen van een tandwiel zijn, wat de verschillende soorten tandwielen zijn en bovendien wat de voor- en nadelen van tandwielen zijn.

Wat is een versnelling?

Een tandwiel is een mechanisme dat bestaat uit twee of meer tandwielen die in elkaar grijpen. Daarom dient een tandwiel om cirkelvormige bewegingen van het ene tandwiel naar het andere over te brengen door het contact van hun tanden.

Opgemerkt moet worden dat met een tandwiel niet alleen een rotatiebeweging wordt overgebracht, maar ook, afhankelijk van de verhouding tussen het aantal tanden van de twee tandwielen, de rotatiesnelheid kan worden verhoogd of verlaagd.

In een eenvoudig tandwiel bestaande uit twee tandwielen van verschillende afmetingen onderscheiden we de kroon en het rondsel :

• Kroon : Dit is het grootste tandwiel van het tandwiel.
• Pinion : Dit is het kleinste tandwiel van het tandwiel.

Machine-eigenschappen

Tandwielen hebben de volgende karakteristieke parameters:

• Tanden : Dit is het deel van het tandwiel dat de stuwkracht uitvoert en daardoor de rotatiebeweging en kracht van het ene tandwiel naar het andere overbrengt.
• As : het is het cilindrische deel dat zich in het midden van het tandwiel bevindt en dat als functie heeft de rotatiebeweging van het tandwiel te geleiden.
• Steekomtrek : Dit is de denkbeeldige omtrek waarlangs de tanden van het tandwiel in elkaar grijpen, zodat de steekomtrekken van twee in elkaar grijpende tandwielen elkaar raken.
• Steekdiameter : dit is de diameter van de steekomtrek.
• Buitenomtrek : Dit is de omtrek die de buitenkant van het tandwiel begrenst.
• Buitendiameter : Dit is de diameter van de buitenomtrek.
• Binnenomtrek : Dit is de omtrek die door de basis van de tandwieltanden gaat.
• Binnendiameter : is de diameter van de binnenomtrek.
• Drukhoek : het is de hoek die wordt gevormd door de richting van de contactkracht tussen twee tandwielen en de richting van de hoeksnelheid van het tandwiel.
• Aantal tanden : Dit is het totale aantal tanden dat het tandwiel heeft. Het wordt meestal weergegeven door het symbool Z.
• Module : dit is de verhouding tussen de steekdiameter (D _p ) en het aantal tanden (Z) van het tandwiel. De formule voor het berekenen van de modulus van een tandwiel is dus als volgt:



• Steek : is de afstand tussen een punt op één tand en hetzelfde punt op een aangrenzende tand. Dit kenmerk van tandwielen is erg belangrijk, omdat twee tandwielen dezelfde spoed moeten hebben om in elkaar te grijpen. De spoed van een tandwiel is gelijk aan het getal pi, vermenigvuldigd met de spoeddiameter en gedeeld door het aantal tanden.

Soorten versnellingen

tandwielen

Een tandwiel is een type tandwiel waarvan de tanden recht zijn. Daarom is het belangrijkste kenmerk van rechte tandwielen dat het een heel eenvoudig type tandwiel is, omdat het cilinders zijn met tanden die radiaal uitsteken.

Kortom, in tegenstelling tot andere soorten tandwielen zoals rechte tandwielen en kegelwielen, zijn de tanden van rechte tandwielen volledig recht.

Op industrieel niveau zijn rechte tandwielen het meest gebruikte type tandwiel vanwege hun eenvoud en voordelige prijs.

Tandwielen kunnen in twee typen worden ingedeeld:

• Externe tandwielen : De tanden van het tandwiel bevinden zich op het buitenprofiel van het tandwiel, dwz aan de buitenkant van het wiel.
• Interne tandwielen – De tanden van het tandwiel bevinden zich op het binnenprofiel van het tandwiel, dwz aan de binnenkant van het wiel.

Externe tandwielen kunnen in ingrijping komen met externe en interne tandwielen. Interne tandwielen kunnen daarentegen alleen ingrijpen met externe tandwielen.

Twee in elkaar grijpende externe tandwielen hebben tegengestelde draairichtingen, maar een intern tandwiel draait in dezelfde richting als het externe tandwiel waarmee het ingrijpt.

spiraalvormige tandwielen

Het spiraalvormige tandwiel bestaat uit tandwielen waarvan de tanden schuin staan ten opzichte van de rotatieas. Met andere woorden, spiraalvormige tandwielen zijn een soort tandwielen waarvan het profiel uit spiraalvormige tanden bestaat.

De hoek die de tanden van een spiraalvormig tandwiel vormen met zijn rotatie-as hangt af van de hoeksnelheid die het moet overbrengen:

• Als de overgedragen hoeksnelheid laag is, moet de hoek tussen 5º en 10º liggen.
• Als de uitgezonden hoeksnelheid gemiddeld is, moet de hoek tussen 15º en 25º liggen.
• Als de uitgezonden hoeksnelheid hoog is, moet de hoek ongeveer 30 graden zijn.

Kortom, de werking van een spiraalvormig tandwiel is vergelijkbaar met die van een recht tandwiel, aangezien het de functie ervan is om rotatiebewegingen over te brengen. Spiraalvormige tandwielen maken echter de overdracht van cirkelbewegingen op een andere manier mogelijk dankzij de bijzondere vorm van hun tanden.

Spiraalvormige tandwielen worden ingedeeld in de volgende typen:

• Kruisas spiraalvormige tandwielen : De assen van spiraalvormige tandwielen kruisen elkaar. Dit is het eenvoudigste type spiraalvormige tandwielen.
• Spiraalvormige tandwielen met parallelle assen : De assen van spiraalvormige tandwielen zijn evenwijdig. Om goed te kunnen werken, moeten de tanden van de twee gekoppelde tandwielen dezelfde hellingshoek hebben, maar in tegengestelde richtingen. Bij dit type tandwielen wordt naast het overgedragen rotatievermogen ook axiale kracht geproduceerd.
• Dubbele spiraalvormige tandwielen (of visgraatvormige tandwielen) : het profiel van dit type tandwielen wordt gevormd door twee spiraalvormige tanden, waardoor een V-vormig profiel ontstaat. De dubbele tanden van dit type tandwielen dienen om de axiale kracht te elimineren die optreedt wanneer de assen evenwijdig zijn.

kegelvormige tandwielen

Het kegelwiel bestaat uit tandwielen waarvan de tanden conisch van vorm zijn. Simpel gezegd zijn conische tandwielen een soort tandwiel in de vorm van een afgeknotte kegel.

Het belangrijkste kenmerk van dit type tandwielen is dat ze een rotatiebeweging tussen twee elkaar kruisende assen mogelijk maken. Hoewel de assen van een conisch tandwielsysteem normaal gesproken loodrecht staan, kunnen ze ook worden ontworpen om onder een andere hoek te werken.

Over het algemeen zijn kegeltandwielen gemaakt van gietijzer, staallegeringen of aluminium. Afhankelijk van het gebruik van kegeltandwielen kunnen ze echter ook worden gemaakt met niet-metalen materialen, hoewel dit zeer zeldzaam is.

Binnen kegeltandwielen kunnen verschillende subtypen tandwielen worden onderscheiden:

• Rechte kegeltandwielen : Type kegeltandwiel met rechte tanden.
• Spiraalvormige kegeltandwielen – Een type kegeltandwiel met schuine tanden.
• Conische tandwielen met spiraalvormige tanden : een type kegeltandwiel waarvan de tanden een spiraalvorm hebben.
• Hypoïde kegeltandwielen : type kegeltandwiel waarvan het spoedoppervlak hyperbolisch is.

Andere soorten versnellingen

Over het algemeen worden tandwielen ingedeeld in drie typen: rechte, spiraalvormige en kegelvormige tandwielen, zoals we hierboven hebben besproken. Er zijn echter ook andere soorten versnellingen die belangrijk zijn om te weten.

• Worm : In het wormmechanisme grijpt een spiraalvormige tandwielschroef in met een recht of spiraalvormig tandwiel. Op deze manier wordt een cirkelvormige beweging overgebracht tussen twee loodrechte assen.
• Tandheugel : In het tandheugelmechanisme grijpt een tandwiel (rondsel) in een tandheugel. Dit type tandwiel wordt gebruikt om een cirkelvormige beweging om te zetten in een lineaire beweging.
• Kettingwielen : De tandwielen grijpen niet in elkaar, maar de cirkelvormige beweging van de tandwielen wordt overgebracht door een ketting.

tandwiel trein

Een tandwieltrein is een cirkelvormig transmissiemechanisme dat bestaat uit een stel tandwielen. Met andere woorden, een tandwieltrein is een systeem dat bestaat uit meerdere met elkaar verbonden tandwielen.

De tandwieltrein zorgt voor een veel hogere overbrengingsverhouding dan een enkele versnelling. Daarom dient een tandwieltrein om de hoeksnelheid van een as in grotere mate te verhogen of te verlagen dan een enkel tandwiel. Aan de andere kant neemt een tandwiel doorgaans meer ruimte in beslag dan een eenvoudig tandwiel bestaande uit twee tandwielen.

In de volgende afbeelding zie je een voorbeeld van een tandwieltrein, preciezer gezegd, het is een trein bestaande uit vijf versnellingen: het ingaande tandwiel, een dubbel tandwiel, een stationair tandwiel en het uitgaande tandwiel. Uitgang.

Het mechanisme begint bij het invoerwiel, het linkerwiel. Wanneer er een rotatiebeweging wordt uitgeoefend op het invoertandwiel, draaien de daaropvolgende tandwielen ook, aangezien de wielen in elkaar grijpen.

In dit geval wordt de rotatiesnelheid in twee stappen verhoogd. Ten eerste heeft het invoerwiel meer tanden dan het tandwiel, waardoor de hoeksnelheid toeneemt. Dit tandwiel is een dubbel tandwiel waaraan een ander tandwiel aan de as is gekoppeld, en het genoemde tandwiel heeft ook meer tanden dan het uitgaande tandwiel, waardoor de hoeksnelheid voor de tweede keer toeneemt.

Overbrengingsverhouding van een versnelling

De overbrengingsverhouding is de verhouding tussen de rotatiesnelheden van twee versnellingen. Concreet wordt de overbrengingsverhouding van twee versnellingen gedefinieerd als de verhouding van de hoeksnelheid van het uitgaande tandwiel tot de hoeksnelheid van het ingaande tandwiel.

Goud:

• 

  is de overbrengingsverhouding.

• 

  is de hoeksnelheid van het invoerwiel.

• 

  is de hoeksnelheid van het uitgaande wiel.

• 

  is het aantal tanden van het ingaande tandwiel.

• 

  is het aantal tanden van het uitgaande tandwiel.

• 

  is de diameter van het invoerwiel.

• 

  is de diameter van het uitgangswiel.

Uit de formule van de overbrengingsverhouding kunnen we het volgende afleiden:

• i>1 : Als de overbrengingsverhouding groter is dan 1, betekent dit dat de uitgangshoeksnelheid groter is dan de ingangshoeksnelheid. Daarom zijn het aantal tanden en de diameter van het uitgaande tandwiel kleiner dan het aantal tanden en de diameter van het invoertandwiel.
• i<1 : als de overbrengingsverhouding kleiner is dan 1, betekent dit dat het uitgangshoektoerental lager is dan het ingangshoektoerental. Daarom zijn het aantal tanden en de diameter van het uitgaande tandwiel groter dan het aantal tanden en de diameter van het invoertandwiel.
• i=1 : als de overbrengingsverhouding gelijk is aan 1, betekent dit dat de uitgaande hoeksnelheid gelijk is aan de ingangshoeksnelheid. Het aantal tanden en de diameter van de twee wielen zijn dus identiek.

Voor- en nadelen van tandwielen

Vergeleken met andere soorten bewegingsoverbrengingsmechanismen hebben tandwielen de volgende voor- en nadelen:

Voordelen van tandwielen:

• Er is geen mogelijkheid om tussen de versnellingen te glijden, waardoor defecten aan het mechanisme worden verminderd.
• De tandwielen kunnen hoge vermogens overbrengen.
• De mechanische prestaties van de tandwielen zijn hoog.
• Over het algemeen vergen tandwielen weinig onderhoud.
• Tandwielen nemen over het algemeen weinig ruimte in beslag.

Nadelen van versnellingen :

• Tandwielen zijn moeilijk te maken.
• Daarom is de prijs van tandwielen meestal hoger dan die van andere soorten mechanismen.
• Hoewel het geproduceerde geluid afhangt van het type versnelling dat wordt gebruikt, is het over het algemeen een luidruchtig bewegingstransmissiesysteem.