Spiraalvormige tandwielkast

Een spiraalvormige tandwielkast bestaat doorgaans uit twee tandwielen. Deze twee tandwielen hebben getande randen en grijpen in elkaar. Samen zorgen ze voor de overdracht van koppel en snelheid. Dit type tandwielkast wordt in uiteenlopende toepassingen gebruikt.

Werkingsprincipe

Naast dat ze goedkoper te produceren zijn, hebben spiraalvormige tandwielen verschillende voordelen ten opzichte van rechte tandwielen. Ten eerste bieden ze een soepelere werking, minder trillingen en een lager geluidsniveau. Ze kunnen ook grotere belastingen overbrengen dan rechte tandwielen. Deze tandwielen worden gebruikt in diverse industrieën, zoals de voedingsmiddelenindustrie, de kunststofindustrie en de olie-industrie.
Een ander belangrijk kenmerk van spiraalvormige tandwielen is de soepele en geleidelijke aangrijping van de tanden. Dit zorgt ervoor dat ze soepeler functioneren, vooral onder zware belasting. Dit proces vermindert schokken en speling, en beperkt bovendien slijtage.
Daarnaast is de helixhoek een variabele die kan worden aangepast aan de toepassing. De hoek is meestal naar links of rechts gericht en kan variëren afhankelijk van het gezichtspunt.
Spiraalvormige tandwielen worden meestal gebruikt in gesloten tandwieloverbrengingen, zoals transportbanden, ventilatoren en liften. Ze bieden een soepelere werking, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen die een stille werking vereisen. Spiraalvormige tandwielen zijn echter minder efficiënt in het overbrengen van vermogen dan rechte tandwielen.
De relatieve contactspanning (RCS) die voor een spiraalvormig tandwiel wordt berekend, is vergelijkbaar met die van een recht tandwiel. Het volume Vi, een grootheid die afhankelijk is van de spiraalvorm, is echter anders. Dit volume wordt gedefinieerd als het totale volume van de spiraalvormige uitsparing, berekend door te integreren over de breedte van het tandvlak. Het volume van een willekeurige uitsparing is groter dan dat van een spiraalvormige uitsparing zonder spiraalvorm.
Bovendien wordt de contactverhouding verlaagd. Dit komt doordat twee tanden niet parallel aan elkaar staan. Een dikke oliefilm voorkomt dat de tanden contact maken. Deze film koelt tevens de tandoppervlakken.
De servicefactor is een getal dat rekening houdt met de omstandigheden waaronder een tandwieloverbrenging wordt gebruikt. Het is meestal een verhouding tussen het maximale koppel en het daadwerkelijk geproduceerde koppel.

Efficiëntie

Tijdens een recente meetcampagne voor versnellingsbakken werden 13 commerciële versnellingsbakken uitgebreid getest. Het rendement werd gemeten bij nominaal koppel en vermogen. De resulterende rendementskaarten, die in dit artikel worden gepresenteerd, laten zien dat het rendement van elke versnellingsbak vrijwel gelijk is.
De efficiëntie van een versnellingsbak hangt af van het aantal tanden van de tandwielen en de verhouding daartussen. Hoe lager de verhouding, hoe hoger de efficiëntie.
Het rendement wordt ook beïnvloed door het belastingkoppel. Hoe hoger het belastingkoppel, hoe lager het rendement. Dit geldt met name voor versnellingsbakken met hoge overbrengingsverhoudingen.
Het vermogensverlies wordt ook beïnvloed door de contact- en overlapverhoudingen. Bij versnellingsbakken met hoge overbrengingsverhoudingen is het verschil tussen het rendement uit de catalogus en het modelgebaseerde rendement groter dan bij versnellingsbakken met lage overbrengingsverhoudingen. Gelukkig wordt dit verschil door verbeteringen in de smering steeds kleiner.
De spiraalvormige tandwielkast is de meest effectieve tandwielkast in de industrie. Hij brengt beweging over tussen parallelle configuraties en produceert minder geluid dan rechte tandwielen. Deze tandwielen grijpen soepel en zachtjes in, waardoor ze minder snel slijten. Bovendien maken ze een groter vermogensoverdracht mogelijk.
Hoewel spiraalvormige tandwielen effectief zijn, zijn ze duurder dan traditionele tandwielen. De kostenbesparingen kunnen echter op de lange termijn aanzienlijk zijn. Het is belangrijk om de voordelen van een spiraalvormige tandwielkast te overwegen voordat u een tandwielkast voor uw toepassing kiest.
Bij een vergelijking van het rendement van een schroefvormige tandwielkast met dat van een wormwielkast, blijkt de wormwielkast efficiënter. Het verschil in rendement is echter niet zo groot als bij veel andere tandwielkasten.
De efficiëntie van een spiraalvormige tandwielkast wordt mede beïnvloed door de snelheid van de tandwielen. De tandwielkast moet voldoende smering voor de lagers hebben. Ook de benodigde ruimte in de aandrijflijn is een belangrijke factor.

Toepassingen

Tandwielkasten met spiraalvormige vertanding worden op grote schaal toegepast in diverse industrieën. Enkele voorbeelden zijn de grafische industrie, de rubberindustrie, de kunststofindustrie, de cementindustrie, de grondverzetindustrie en de chemische industrie.
Tandwielkasten met spiraalvormige vertanding worden ook gebruikt voor transportbanden en liften. Ze zijn zeer duurzaam en kunnen grotere lasten dragen. Bovendien zijn ze stiller dan tandwielkasten met rechte vertanding. Ze worden ook in veel autotransmissies toegepast.
Tandwielkasten met schroefvertanding brengen vermogen over tussen twee parallelle assen. Ze vormen een goed alternatief voor rechte tandwielen. Ze zijn compact en verminderen trillingen en geluid. Bovendien zijn ze zeer duurzaam en kunnen ze ook met niet-parallelle assen werken.
De meest voorkomende toepassing is in de automobielindustrie. Spiraalvormige tandwielkasten worden echter ook in andere industrieën gebruikt. Ze zijn zeer nuttig in liften, transportbanden en andere zware industriële toepassingen. Ze bieden een hoge mate van snelheidsreductie en worden veelvuldig gebruikt in automatiseringssystemen. Daarnaast vinden ze hun toepassing in de mijnbouw en de cementindustrie.
Tandwielkasten met spiraalvormige vertanding kunnen met diverse aanpassingen worden vervaardigd. Dit is belangrijk omdat sommige industrieën mogelijk andere tandwielkasten vereisen.
Tandwielen met een spiraalvormig ontwerp hebben een groter aantal tanden. Dit leidt tot minder slijtage. Ze zijn ook stiller dan rechte tandwielen. Hun vermogen om een ​​grote stuwkracht te genereren maakt ze ideaal voor toepassingen met hoge snelheden. Ze kunnen ook de belasting over meerdere assen verdelen. Daarnaast worden ze gebruikt in toepassingen met hoge schok- en trillingsbelasting.
Tandwielkasten met spiraalvormige vertanding werken efficiënter dan tandwielkasten met rechte vertanding. De productiekosten van spiraalvormige tandwielkasten liggen echter hoger dan die van tandwielkasten met rechte vertanding.
Tandwielkasten met spiraalvertanding hebben ook het voordeel dat ze vermogen kunnen overbrengen tussen haakse assen. Ze kunnen worden gebruikt in combinatie met kruisasoverbrengingen, waardoor schokbelasting wordt geëlimineerd.

Variaties

Er zijn diverse varianten van spiraalvormige tandwielkasten verkrijgbaar voor verschillende industrieën. Ze worden veel gebruikt in autotransmissies en andere industrieën. Ze zijn stiller dan rechte tandwielen. Bovendien zijn ze duurzaam en zeer efficiënt. Ze kunnen echter wel leiden tot meer wrijving en slijtage.
Spiraalvormige tandwielen bestaan ​​uit tanden die onder een bepaalde hoek om een ​​cilindrisch tandwielhuis draaien. De hoek waaronder de tandwieltanden zijn gesneden, wordt de spiraalhoek genoemd. De spiraalhoek kan worden aangepast aan het tandwiel en de omgeving.
De helixhoek bepaalt ook hoeveel axiale kracht het tandwiel genereert. Een grotere helixhoek genereert meer axiale kracht. Deze toename in axiale kracht moet door de lagers worden opgevangen. De drukhoek heeft ook een directe invloed op de normaalkracht en de kromtestraal van de tand.
Spiraalvormige tandwielen kunnen parallel of kruislings worden gemonteerd. Parallel geschakelde spiraalvormige tandwielen vereisen dezelfde steek en drukhoek om correct te functioneren. Kruislings geschakelde spiraalvormige tandwielen werken stiller en soepeler dan rechte tandwielen. Bovendien kunnen ze hogere koppels overbrengen.
Tandwielen met een spiraalvormige vertanding zijn er ook in enkelvoudige en dubbele uitvoeringen. Enkelvoudige spiraalvormige tandwielen worden geproduceerd met dezelfde gereedschappen en apparatuur als rechte tandwielen. In tegenstelling tot rechte tandwielen hebben enkelvoudige spiraalvormige tandwielen een groter contactoppervlak. Ze zijn ook beter geschikt voor precisieaandrijvingen.
Dubbele spiraalvormige tandwielen worden ook wel visgraattandwielen genoemd. Ze worden gemaakt door een groef tussen twee tanden te frezen. Ze kunnen axiale krachten elimineren en worden ook gebruikt om een ​​hoog draagvermogen te bieden.
Spiraalvormige tandwielen worden veel gebruikt voor toepassingen met lage vermogensoverdracht. Ze bieden ook een alternatief voor het verbinden van parallelle en niet-parallelle assen. Daarnaast worden ze toegepast in toepassingen met hoge snelheden.

Gereedschapspunt radius

Van de vele parameters die worden gebruikt bij het ontwerp van een spiraalvormige tandwielkast, is de radius van de tandpunt waarschijnlijk de belangrijkste, al is dat alleen maar omdat het een van de minst intuïtieve is. De beste manier om de diameter van een tand van een spiraalvormig tandwiel te schatten, is door een referentieprofiel van de tand als basis voor de berekening te gebruiken. Een vergelijkbare procedure wordt gebruikt om de spiraalhoek te berekenen. Een te kleine gereedschapspunt resulteert in een tand die ondersnijdt, wat een probleem is bij een tandwiel met veel tanden waarbij de kans op tandbreuk wordt verkleind.
Voor de liefhebbers van tandwielen zijn er talloze gereedschappen en processen voor spiraalvormige tandwielkasten, waarbij de diameter van de tandpunt er slechts één van is. Gelukkig voor de ontwerpers van tandwielen is er veel meer aan een spiraalvormige tandwielkast dan op het eerste gezicht lijkt. Zo is een spiraalvormige tandwieltand bijvoorbeeld een driedimensionaal oppervlak, waardoor de vorm en functie ervan wiskundig of numeriek berekend kunnen worden.
Naast een tandpunt die op gevoel wordt gevormd, is de spiraalvormige tandwielkast ook het product van een fabricageproces. De belangrijkste boosdoener is de profielverschuiving, oftewel de afstand tussen de steekdiameter van het tandwiel en de referentielijn van het snijgereedschap. Hoewel een tandwielontwerper ervoor zou kunnen kiezen dit probleem te negeren, is het vaak een ontwerpcriterium om de contactverhoudingen te maximaliseren. Dit betekent dat de tandwielen bestand moeten zijn tegen het koppel van de bijbehorende tandwieloverbrenging.
Een spiraalvormig tandwiel is een geometrisch pakket, en de beste manier om de tandwielen te verpakken is door de buigsterkte van de tanden te minimaliseren en tegelijkertijd de buigstijfheid te maximaliseren. Om dit te bereiken, moet de dikte van de tandpunt beperkt worden. Dit wordt meestal bereikt met een tandprofiel dat is gevormd om te passen bij de tandcontour van het tandwiel dat het moet vervangen.

Bewerkt door CX 2023-10-25