Tandwielaandrijvingen: principes, classificaties en industriële toepassingen

1. Inleiding

2. Werkingsprincipes

Kernvoordelen

• Nauwkeurige en stabiele overbrengingsverhouding , met vrijwel geen slip.

• Hoge mechanische efficiëntie , doorgaans 95%–99,5%.

• Groot vermogens- en snelheidsbereik , van milliwatt tot megawatt.

• Compacte structuur geschikt voor beperkte installatieruimtes.

• Lange levensduur en hoge betrouwbaarheid voor continu gebruik.

3. Gemeenschappelijke uitrustingsclassificaties

1. Tandwielen

• Tanden zijn evenwijdig aan de as van de as; eenvoudig te vervaardigen en kosteneffectief.

• Gebruikt voor parallelle asaandrijvingen.

• Geschikt voor toepassingen met gemiddelde tot lage snelheid en lichte tot middelmatige belasting.

2. Spiraalvormige tandwielen

• De tanden zijn in een spiraalhoek gesneden, wat langere contactlijnen en een hogere contactverhouding oplevert.

• Beschikt over een soepele werking, een laag geluidsniveau en een hoog draagvermogen.

• Op grote schaal gebruikt in versnellingsbakken, auto's en precisiemachines.

3. Kegelvormige tandwielen

• Ontworpen voor kruisende asaandrijvingen , gewoonlijk onder een hoek van 90°.

• Rechte kegeltandwielen: eenvoudige structuur, toepassingen met lage snelheid.

• Spiraal- en hypoïde kegeltandwielen: robuuste, soepele aandrijvingen voor voertuigassen en bouwmachines.

4. Wormwielen

• Gebruikt voor niet-kruisende loodrechte assen.

• Biedt hoge reductieverhoudingen en stille werking; sommige zijn zelfsluitend.

• Toegepast in liften, takels en indexeringsmechanismen.

5. Planetaire tandwielen

• Compact, hoge koppeldichtheid en coaxiale uitgang.

• Meerdere tanden delen de belasting, waardoor zware prestaties mogelijk zijn.

• Gebruikt in robotica, nieuwe energievoertuigen en servoreductoren.

4. Belangrijke ontwerpparameters van de uitrusting

• Module (m) – Basisindex van tandgrootte en draagvermogen.

• Aantal tanden (z) – Bepaalt de overbrengingsverhouding:

  ik=z1z2

• Drukhoek (α) – Standaardwaarde is gewoonlijk 20°.

• Helixhoek (β) – Beïnvloedt de gladheid en axiale belasting.

• Overbrengingsverhouding (i) – Definieert de conversie van snelheid en koppel.

• Hartafstand (a) – Heeft invloed op de montage en sterkte.

• Gezichtsbreedte (b) – Heeft directe invloed op het laadvermogen.

5. Nauwkeurigheidsgraden versnelling

• 0–2 : Ultraprecisie, voor metrologie en hoogwaardige instrumenten.

• 3–5 : Precisiemachines met hoge snelheid.

• 6–8 : Algemene industriële versnellingsbakken, transmissies voor auto's.

• 9–12 : Landbouw- en mijnbouwmachines met lage snelheid en zwaar werk.

• Cumulatieve toonhoogtefout

• Profielafwijking

• Afwijking van de leiding

• Radiale uitloop

6. Materialen en warmtebehandeling

Typische materialen

• Koolstofstaal : 45 # staal voor tandwielen voor algemeen gebruik.

• Gelegeerd staal : 40Cr, 42CrMo voor middelzware belastingen.

• Gehard staal : 20CrMnTi, 20CrMo voor hoogwaardige tandwielen.

• Gietijzer : grijs ijzer, nodulair gietijzer voor toepassingen met lage snelheid en lage kosten.

• Kunststoffen : Nylon, POM voor lichte, geluidsarme apparaten.

Warmtebehandelingsprocessen

• Afschrikken en temperen – Verbetert de algehele taaiheid.

• Oppervlakteharding – Hard oppervlak, taaie kern.

• Opkolen en afschrikken – Hoge oppervlaktehardheid voor zware belastingen.

• Nitreren – Minimale vervorming, extreme slijtvastheid.

7. Productieprocessen

• Hobbing - Meest gebruikelijk voor cilindrische tandwielen.

• Vormgeven – Geschikt voor interne en meertrapsversnellingen.

• Scheren – Soft-finish-proces om de nauwkeurigheid te verbeteren.

• Slijpen – Zeer nauwkeurige afwerking van geharde tandwielen.

• Smeden en extrusie – Productie in grote hoeveelheden en met hoge sterkte.

8. Smerings- en storingsmodi

Veelvoorkomende fouten

• Schurende slijtage – Veroorzaakt door slechte smering of vervuiling.

• Pitting – Vermoeidheidsfalen als gevolg van cyclische contactspanning.

• Tandbreuk – Overbelasting, stoten of materiaaldefecten.

• Plastische vervorming – Onder omstandigheden met lage snelheid en zware belasting.

• Scoren – Lijmslijtage bij hoge temperaturen bij hogesnelheidsaandrijvingen.

Smeringsfuncties

• Verminder wrijving en slijtage

• Koelen en warmte afvoeren

• Beschermen tegen corrosie

• Verminder geluid en verleng de levensduur

9. Industriële toepassingen

• Automotive : transmissies, differentiëlen, distributiesystemen.

• Bouwmachines : graafmachines, kranen, walsen.

• Hoogwaardige uitrusting : werktuigmachines, windversnellingsbakken, robots.

• Algemene machines : Reductiemiddelen, pompen, ventilatoren, transportbanden.

• Spoorvervoer : hogesnelheidstreinen en metrolijnen.

• Agrarische en lichte industrie : oogstmachines, textiel- en verpakkingsmachines.

• Lucht- en ruimtevaart : vliegtuigmotoren en helikoptertransmissies.

10. Conclusie