Tandwielkasten: een diepgaande blik
Andrej Roskic | 17 oktober 2024
Tandwielkasten zijn een integraal onderdeel van verschillende mechanische systemen en bieden een methode om kracht en beweging effectief over te brengen. Deze blog onderzoekt wat tandwielkasten zijn en hoe ze werken, hun soorten, onderdelen, toepassingen en voordelen.
Wat is een tandwielkast?
Een tandwielkast is een set van twee of meer tandwielen die in elkaar grijpen. Tandwielkasten worden gebruikt om kracht en beweging over te brengen, vergelijkbaar met een enkele versnelling, maar veranderen het vermogen of koppel van de ingang door het mechanische voordeel van het systeem. De richting van de beweging kan ook worden veranderd met een tandwielkast.
Onderdelen van tandwielkasten
Tandwielen
Tandwielen zijn natuurlijk het belangrijkste onderdeel van een tandwielkast. Verschillende tandwielen, zoals rechte, schuine en wormwielen, kunnen allemaal worden gebruikt in tandwielkasten en hebben verschillende functies binnen het systeem. Elk type tandwiel biedt unieke voordelen op het gebied van krachtoverbrenging en efficiëntie.
Assen
Assen ondersteunen de tandwielen en brengen rotatiebeweging tussen de tandwielen over. Deze moeten robuust en nauwkeurig uitgelijnd zijn om een soepele werking van de tandwielkast te garanderen en om voortijdige slijtage, inefficiënte werking en kostbare stilstandtijd te voorkomen.
Lagers en behuizingen
Lagers verminderen de wrijving van het systeem en ondersteunen de assen, terwijl behuizingen de tandwielkast omhullen en beschermen tegen externe elementen om duurzaamheid en een lange levensduur te garanderen.
Het type lager dat gebruikt wordt, kan de tandwielkast ook beschermen tegen externe elementen zoals vuil en stof. Tribologisch geoptimaliseerde polymeerlagers zijn bestand tegen vuil en stof door een gebrek aan vet, waardoor ze ideaal zijn voor tandwielkasten die onder zware omstandigheden worden gebruikt.
Typen tandwielkasten
Hoewel alle tandwielkasten dezelfde essentiële functie vervullen, zijn er verschillende soorten tandwielkasten die ideaal zijn in verschillende omstandigheden. Als je de verschillen tussen deze typen kent, is het van vitaal belang om de juiste te kiezen voor je eigen toepassing.
Eenvoudige tandwielkast
Eenvoudige tandwielkasten zijn het eenvoudigst en bestaan uit twee of meer tandwielen die in serie zijn geschakeld en elk op een aparte as zijn gemonteerd. Deze configuratie is rechttoe rechtaan en daardoor ideaal voor basistoepassingen waarbij een eenvoudige krachtoverbrenging nodig is.
Samengestelde tandwielkast
Samengestelde tandwielkasten bestaan uit meerdere tandwielen op dezelfde as, waardoor complexere snelheids- en koppelaanpassingen mogelijk zijn. Dit type tandwielkast wordt meestal gebruikt wanneer ruimtebeperkingen en de behoefte aan een hoger koppel belangrijke factoren zijn in de toepassing.
Omgekeerde tandwielkast
Bij een omgekeerde tandwielkast liggen de ingaande en uitgaande assen op dezelfde as (coaxiaal). Deze configuratie zorgt voor een verandering van richting langs dezelfde as en wordt vaak gebruikt in toepassingen die een bijzonder compact ontwerp vereisen.
Planetaire (epicyclische) tandwielkast
Planetaire tandwieloverbrengingen hebben een centraal zonnetandwiel, planeetwielen die rond het zonnetandwiel “draaien” en een ringwiel dat de planeetwielen omringt en zijdelingse steun biedt. Dit ontwerp biedt een hoge koppeldichtheid en meerdere overbrengingsverhoudingen, waardoor het geschikt is voor toepassingen die precieze controle en efficiëntie vereisen, zoals automatische transmissies of robotica.
Eentraps vs. meertraps tandwielkasten
Ongeacht het type tandwielkast, ze vallen allemaal in een van de twee categorieën: eentraps en meertraps. Het onderscheid tussen deze twee categorieën is eenvoudig, maar essentieel om te begrijpen voor het berekenen van de overbrengingsverhouding, de snelheid of het koppel van een tandwielkast.
Eentraps tandwielkasten
Een eentraps tandwielkast is een tandwielkast waarbij slechts twee tandwielen in elkaar verstrengeld zijn. De naam komt van deze enkele fase waarin de tandwielen in elkaar grijpen. Schuine en rechte tandwielen zijn de meest gebruikte tandwielen in eentraps tandwielkasten, hoewel wormwieloverbrengingen en tandwieloverbrengingen ook eentraps tandwielkasten kunnen vormen.
Om de overbrengingsverhouding van eentraps tandwieloverbrengingen te berekenen, tel je gewoon het aantal tanden van het bestuurderstandwiel en het aangedreven tandwiel (respectievelijk N1 en N2) en deel je N1 door N2. Het uiteindelijke resultaat is de verhouding van de tandwielkast.
Meertraps tandwielkasten
Meertraps tandwielkasten omvatten alle tandwielkasten waarbij er meerdere gebieden zijn waar tandwielen in elkaar grijpen. Alle soorten tandwielkasten kunnen meertraps zijn, maar de meest voorkomende zijn omgekeerde en planetaire tandwielen. Alle tandwielen naast de aangedreven en de bestuurder tandwielen in een meertraps tandwielkast worden idler tandwielen genoemd.
Om de overbrengingsverhouding van meertraps tandwielkasten te berekenen, moet de verhouding van elke afzonderlijke trap worden berekend en vervolgens met elkaar worden vermenigvuldigd.
Dit betekent dat voor een eenvoudige tandwielkast met drie tandwielen, waarbij N1 = 10, N2 = 30 en N3 = 20, de overbrengingsverhouding als volgt zou zijn:
N1 / N2 = 10/30 = 1:3
N2 / N3 = 30/20 = 3:2
(1:3) x (3:2) = (1×3)/(3×2) = 3:6 = 1:2
De uiteindelijke overbrengingsverhouding van het bovenstaande voorbeeld zou dus 1:2 zijn.
Toepassingen van tandwielkasten
Tandwielkasten worden overal in de industrie gebruikt voor zeer uiteenlopende toepassingen. Elke toepassing maakt nog steeds gebruik van de fundamentele functie van tandwielkasten, maar de specifieke configuraties, afmetingen, materialen en nog veel meer variëren enorm.
Auto-industrie
In voertuigen zijn tandwieloverbrengingen van vitaal belang voor transmissiesystemen die zorgen voor een efficiënte omzetting van snelheid en koppel. Dankzij tandwieloverbrengingen kunnen auto’s soepel schakelen en efficiënt werken bij verschillende snelheden.
Industriële machines
Tandwielkasten worden gebruikt in industriële machines zoals transportbanden, persen en mixers. Ze helpen de gewenste operationele snelheden en koppels te bereiken, waardoor deze machines efficiënter en effectiever worden.
Robotica
Robots gebruiken tandwielkasten om ledematen en andere onderdelen te manipuleren, zodat ze nauwkeurig kunnen bewegen en besturen. Deze precisie is cruciaal voor taken variërend van eenvoudige pick-and-place-toepassingen tot complexe assemblageprocessen.
Klokken en horloges
In uurwerken regelen tandwieltrajecten de beweging van de wijzers om de tijd nauwkeurig bij te houden. De zeer ingewikkelde tandwielsystemen in klokken en horloges zijn een bewijs van de precisietechniek die voor deze apparaten nodig is.
Voordelen en nadelen van tandwielkasten
Voordelen
Zoals gezegd bieden tandwielkasten een hoge efficiëntie, betrouwbaarheid en de mogelijkheid om hoge belastingen aan te kunnen. Hun ontwerp maakt een nauwkeurige regeling van snelheid en koppel mogelijk, waardoor ze ideaal zijn voor een breed scala aan toepassingen.
Nadelen
Ondanks hun voordelen zijn tandwielkasten vaak complex en duur om te produceren. Ze vereisen ook regelmatig onderhoud door slijtage, wat in sommige toepassingen een groot nadeel kan zijn.
Conclusie
Tandwielkasten zijn een onmisbaar onderdeel van veel moderne mechanische toepassingen. Hun diverse configuraties bieden unieke oplossingen op maat voor specifieke problemen. Maar hoewel tandwielkasten veel voordelen bieden, is het belangrijk om hun complexiteit en onderhoudsvereisten af te wegen tegen hun potentiële voordelen bij het ontwerpen van mechanische systemen.
Hebt u vragen over het gebruik van kabelrupsen in uw eigen toepassing? Neem contact op met een kabelrups expert of bel ons rechtstreeks op +31(0)346 353 932.
Voor meer informatie over kabelrupsen en lagers kunt u onze whitepapers bekijken op: