Tandwiel

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Haakse aandrijving onder een hoek van 90° van steenwiel door aswiel van Collse Watermolen
Tandwielen in een landbouwvoertuig
Conische tandwielen
Hypoïde tandwiel
Worm met wormwiel
Tandwiel en -heugel
Planeetwielmechanisme
Overbrengingratio's
Geblokkeerd differentieel

Een tandwiel, tandrad of kamrad is een getand onderdeel van een machine of constructie in de vorm van een wiel of een cilinder dat in combinatie met andere getande onderdelen of schakels gebruikt kan worden om beweging over te brengen of van snelheid of richting te veranderen. Een tandwiel brengt ook een koppel over.

Een tandwiel is een van de oudste middelen om beweging over te brengen. Wanneer de tanden van twee tandwielen in elkaar grijpen, zal het draaien van één tandwiel het andere dwingen om ook te draaien. Door twee tandwielen van verschillende diameters in te schakelen, kan een groter koppel worden verkregen bij een lagere omwentelingssnelheid, of omgekeerd.

Materiaal[bewerken]

Een tandwiel kan van verschillende materialen gemaakt worden. In molens werden en worden overwegend houten wielen met houten kammen (tanden) toegepast. Bij watermolens komen ook gietijzeren wielen met houten kammen voor. Met de opkomst van het gietijzer werden gietijzeren tandwielen gemaakt. Tegenwoordig worden speciale legeringen gebruikt voor het maken van tandwielen.

Types[bewerken]

"Normale", cilindrische tandwielen[bewerken]

In deze tandwielen is het profiel van de tanden de evolvente van de basiscirkel. Het aantal tanden bepaalt samen met de diameter de steek en de modulus. Men kan aantonen dat op die manier

De meeste tandwielen voor vermogensoverbrenging zijn daarom naar dit profiel gemaakt.

Recht of schuin[bewerken]

De tanden van het tandwiel zelf kunnen recht zijn, dat wil zeggen parallel lopen aan de as, of enigszins schuin op de as staan (schroeftandwiel). Alleen in het laatste geval zijn steeds twee of meer tanden van de twee tegen elkaar lopende tandwielen met elkaar in contact, zodat de loop met minder trillingen gepaard gaat. Schuine vertanding wordt onder meer toegepast in versnellingsbakken van auto's.

Een nadeel van schuine vertanding is dat er een kracht evenwijdig aan de as ontstaat - de tandwielen hebben de neiging van elkaar af te schuiven. Dit wordt verhinderd door V-vormige vertanding te gebruiken (pijlvertanding). Het fabricageproces van deze tandwielen is van Russische oorsprong en werd in 1900 door de latere (1919) autofabrikant André Citroën gepatenteerd en in het logo van Citroën (double chevrons) verwerkt. In stoomgemaal Halfweg zijn nog tandwielen met V-vertanding van vóór dit patent aanwezig en in bedrijf, fabrikaat Begemann, diameter 5m, geleverd in 1890.

Kegelvormige tandwielen[bewerken]

Conische (kegelvormige) tandwielen worden gebruikt om roterende beweging over te brengen tussen snijdende assen. De beweging bestaat in het rollen zonder glijden van twee kegels, vandaar de naam.

Hypoïde tandwielen[bewerken]

Hypoïde tandwielen zijn speciale conische tandwielen waarbij de twee assen elkaar kruisen. Ze worden bijvoorbeeld in auto's en vorkheftrucks gebruikt om de rotatie van de aandrijfas op de achteras over te brengen en zo de wielen aan te drijven.

Worm en wormwiel[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie wormwiel voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Een worm en wormwiel worden beschouwd als tandwielen. Wordt de "worm" (een spiraalvormig tandwiel) aangedreven, dan zal het wormwiel traag draaien (bijvoorbeeld één tand per omwenteling van de worm), maar met een hoog koppel. Probeert men omgekeerd het wormwiel als aandrijving te gebruiken, dan kan het systeem echter niet in beweging gekregen worden: de combinatie blokkeert zichzelf. aandrijving van wormwiel zou slechts kunnen wanneer de tanden op worm en wormwiel heel schuin worden uitgevoerd, hetgeen niet gebruikelijk is. Wordt een dergelijk systeem bijvoorbeeld gebruikt bij garagepoorten, waarbij de motor verbonden is met de worm, en de poort met het wormwiel, zal de poort niet naar beneden gaan wanneer de motor uitslaat.

Tandheugel[bewerken]

Een tandheugel zet de roterende beweging van een tandwiel om in een lineaire beweging. Deze functie wordt bijvoorbeeld bij aandrijfriemen en kettingen gebruikt.

Zie ook: Tandradspoorweg

Planeetwielmechanisme[bewerken]

Een planeetwielmechanisme is een systeem bestaande uit enkele uitwendig vertande tandwielen, en één inwendig vertand tandwiel (tandkrans). Als we veronderstellen dat het buitenste tandwiel stilstaat, zal de beweging van de eerste as (verbonden aan het binnenste tandwiel) de "planeten" doen draaien rond die as, zodat de as waarop de planeten bevestigd werden ook zal draaien. Veronderstellen we dat de as met de planeten stilstaat (zie afbeelding), dan draaien die tandwielen enkel rond hun as en wordt de draaiing van de eerste as omgezet in een draaiing van het inwendig vertande tandwiel.

Het voordeel van dit systeem is dat een zeer grote overbrengingsverhouding kan worden gerealiseerd.

Harmonic drive[bewerken]

Een harmonic drive is een tandwieloverbrenging met een nog grotere overbrengverhouding dan een planeetwielmechanisme. Bij een harmonic drive, gebaseerd op het elastische vervormen van een tandring, is een vertraging van 100 op 1 mogelijk.

Toepassingen[bewerken]

Differentieel[bewerken]

In een differentieel zitten tandwielen met een vertanding op de zijkant in plaats van op de rand. Hierdoor wordt de draaiing van de krukas en eventueel de aandrijfas overgebracht naar de wielassen. Door een constructie met planeetwielen kan de auto probleemloos een bocht nemen. De wielas aan de buitenkant van de bocht draait nu sneller dan de wielas aan de kant van de binnenbocht. In modderig terrein is dit een nadeel, doordat het ene wiel kan gaan slippen en het andere wiel stil kan blijven staan. Om dit te voorkomen kan het differentieel tijdelijk geblokkeerd worden (sperdifferentieel).