Hoe ontwerp je een gesmeed tandwiel?

Voordat u begint met het ontwerpen van uw eigen tandwiel, moet u de belangrijkste onderdelen ervan begrijpen. Denk hierbij aan smeden, spiebanen, vertanding, stelschroeven en andere typen. Het is essentieel om de verschillen tussen deze typen tandwielen te kennen om een ​​weloverwogen beslissing te kunnen nemen. Lees verder voor meer informatie. Neem gerust contact met mij op voor hulp! Hieronder vindt u enkele handige tips en trucs voor het ontwerpen van een tandwiel. Hopelijk helpen ze u bij het ontwerpen van het tandwiel van uw dromen.

Het smeden van tandwielen

Het smeden van tandwielen is een van de belangrijkste processen bij de productie van onderdelen voor autotransmissies. Het productieproces is complex en omvat verschillende stappen, zoals het sferoidiseren van de blank, warm smeden, gloeien, fosfateren en verzepen. Het materiaal dat voor tandwielen wordt gebruikt, is doorgaans 20CrMnTi. Het proces wordt voltooid door middel van een continue extrusievormmethode met matrijzen die zijn ontworpen voor de lengte van de maatband L en de dikte van de splijthoek T.
Bij het smeden van tandwielen kan ook polyacetaal (POM) worden gebruikt, een sterke kunststof die veelvuldig wordt toegepast bij de productie van tandwielen. Dit materiaal is gemakkelijk te vormen en te modelleren, en na uitharding is het extreem stijf en slijtvast. Voor tandwielen worden diverse metalen en legeringen gebruikt, waaronder gesmeed staal, roestvrij staal en aluminium. Hieronder staan ​​de verschillende materialen die bij de tandwielproductie worden gebruikt, met hun voor- en nadelen.
De tandgrootte van een tandwiel wordt gemeten in modules, oftewel m. Elk getal staat voor het aantal tanden in het tandwiel. Naarmate het aantal tanden toeneemt, neemt ook de grootte toe. Over het algemeen geldt: hoe hoger het aantal tanden, hoe groter de module. Een tandwiel met een grote module heeft een grote drukhoek. Het is ook belangrijk om te onthouden dat tandwielen dezelfde module moeten hebben als de tandwielen die ze aandrijven.

stelschroef tandwielen

Een moderne industrie kan niet functioneren zonder tandwielen met stelschroeven. Deze tandwielen zijn zeer efficiënt en worden veelvuldig gebruikt in uiteenlopende toepassingen. Bij het ontwerp ervan wordt rekening gehouden met de berekening van snelheid en koppel, beide cruciale factoren. Het MEP-model houdt bijvoorbeeld rekening met de veranderende stijfheid van een tandpaar langs zijn traject. De resultaten worden gebruikt om het benodigde type tandwiel te bepalen. Hieronder volgen enkele tips voor het kiezen van een tandwiel:
Type A. Dit type tandwiel heeft geen naaf. Het tandwiel zelf is plat met een klein gat in het midden. Tandwielen met stelschroeven worden het meest gebruikt voor lichte toepassingen zonder belasting. De metaaldikte kan variëren van 0,25 mm tot 3 mm. Tandwielen met stelschroeven worden ook gebruikt voor grote machines die sterk en duurzaam moeten zijn. Dit artikel geeft een inleiding tot de verschillende soorten tandwielen en hoe ze van elkaar verschillen.
Pennaaf. Tandwielen met een pennaaf gebruiken een stelschroef om de pen vast te zetten. Deze tandwielen zijn vaak met een centreerpen, veer of rolpen aan een as bevestigd. De pen wordt precies op de juiste diameter geboord om in het tandwiel te passen, zodat deze niet losraakt. Tandwielen met een pennaaf hebben een hoge tolerantie, omdat het gat niet groot genoeg is om de as volledig vast te klemmen. Dit type tandwiel is over het algemeen het duurste van de drie.

spiebaan tandwielen

In de moderne industrie worden tandwieloverbrengingen veelvuldig gebruikt voor het overbrengen van vermogen. Deze overbrengingen bieden een uitstekend rendement, maar kunnen gevoelig zijn voor vermogensverliezen. Deze verliezen moeten tijdens het ontwerpproces worden ingeschat. Een belangrijk onderdeel van deze analyse is de berekening van het contactoppervlak (2b) van het tandwielpaar. Deze waarde is echter niet per se van toepassing op elk tandwiel. Hieronder volgen enkele voorbeelden van hoe dit oppervlak kan worden berekend. (Zie figuur 2)
Rechte tandwielen worden gekenmerkt door tanden die parallel lopen aan de assen en een steeksnelheid van maximaal 25 m/s wordt als hoog beschouwd. Bovendien zijn ze efficiënter dan schuine tandwielen van dezelfde grootte. In tegenstelling tot schuine tandwielen worden rechte tandwielen over het algemeen als positieve tandwielen beschouwd. Ze worden vaak gebruikt in toepassingen waarbij geluidsbeheersing geen probleem is. De symmetrie van het rechte tandwiel maakt ze bijzonder geschikt voor toepassingen waar een constante snelheid vereist is.
Naast het gebruik van een spiraalvormig tandwiel voor de overbrenging, kan het tandwiel ook een standaard tandvorm hebben. In tegenstelling tot spiraalvormige tandwielen hebben tandwielen met een involute tandvorm dikke tandwortels, wat slijtage van de tanden voorkomt. Deze tandwielen zijn eenvoudig te maken met conventionele productiegereedschappen. De involute vorm is een ideale keuze voor kleinschalige productie en is een van de meest populaire typen tandwielen.

Spline tandwielen

Bij het bekijken van de verschillende soorten tandwielen is het belangrijk om de verschillen tussen de twee te kennen. Een tandwiel, ook wel een evolvente tandwiel genoemd, genereert koppel en regelt de snelheid. Het komt het meest voor in automotoren, maar wordt ook gebruikt in alledaagse apparaten. Een van de grootste nadelen van tandwielen is echter het lawaai. Omdat tandwielen slechts één tand tegelijk in elkaar grijpen, veroorzaken ze veel spanning en lawaai, waardoor ze ongeschikt zijn voor dagelijks gebruik.
De grafiek van de contactspanningsverdeling toont het flankoppervlak van elke tand en de afstand in zowel de axiale als de profielrichting. Een groot contactoppervlak bevindt zich in het midden van het tandwiel, wat wordt veroorzaakt door de microgeometrie ervan. Een positieve l-waarde geeft aan dat er geen uitlijningsfout is tussen de spievertandingen en de spiraalvormige vertanding. Het tegenovergestelde geldt voor negatieve l-waarden.
Met behulp van een bovengrenstechniek bestudeerden Abdul en Dean het smeden van tandwielvormen. Ze gingen ervan uit dat het tandprofiel een rechte lijn zou zijn. Ze onderzochten ook de dimensieloze smeeddruk van een spiebaan. Spiebanen worden veel gebruikt in motoren, versnellingsbakken en boormachines. De sterkte van tandwielen en spiebanen is voornamelijk afhankelijk van hun straal en tanddiameter.
Tandwielen van roestvrij staal SUS303 en SUS304

Tandwielen van roestvrij staal worden vervaardigd met behulp van verschillende technieken, afhankelijk van het materiaal en de toepassing. Het meest gebruikte proces is snijden. Andere processen zijn walsen, gieten en smeden. Daarnaast worden kunststof tandwielen geproduceerd door middel van spuitgieten, afhankelijk van de benodigde productiehoeveelheid. Tandwielen van roestvrij staal SUS303 en SUS304 kunnen worden gemaakt van diverse materialen, waaronder constructiestaal S45C, grijs gietijzer FC200, non-ferrometaal C3604, technische kunststof MC901 en roestvrij staal.
De verschillen tussen tandwielen van roestvrij staal 304 en 303 zitten hem in hun samenstelling. De twee soorten roestvrij staal hebben een vergelijkbaar ontwerp, maar verschillen in chemische samenstelling. China en Japan gebruiken de letters SUS304 en SUS303, die verwijzen naar de verschillende samenstellingsgraden. Zoals bij de meeste soorten roestvrij staal, zijn de twee verschillende kwaliteiten bedoeld voor industriële toepassingen, zoals planetaire tandwielkasten en rechte tandwielen.

Roestvrijstalen tandwielen

Bij een roestvrijstalen tandwiel zijn er verschillende aspecten om op te letten, waaronder de diametrale spoed, het aantal tanden per diameter-eenheid en de hoeksnelheid van de tanden. Al deze aspecten zijn cruciaal voor de prestaties van een tandwiel, en de juiste maatvoering is essentieel voor het ontwerp en de functionaliteit ervan. Professionals in de industrie moeten bekend zijn met de terminologie die gebruikt wordt om onderdelen van tandwielen te beschrijven, zowel voor de productie als voor de inkooporders.
Een tandwiel met rechte vertanding is een type cilindrisch precisietandwiel met parallelle tanden die in een velg zijn gerangschikt. Het wordt gebruikt in diverse toepassingen, zoals buitenboordmotoren, lieren, bouwmachines, tuin- en gazonmachines, turbineaandrijvingen, pompen, centrifuges en een verscheidenheid aan andere machines. Een tandwiel met rechte vertanding wordt doorgaans gemaakt van roestvrij staal en heeft een hoge duurzaamheid. Het is het meest gebruikte type tandwiel.
Tandwielen van roestvrij staal zijn verkrijgbaar in vele verschillende vormen en maten. Ze worden doorgaans gemaakt van roestvrij staal SUS304 of SUS303, dat bekend staat om zijn betere bewerkbaarheid. Deze tandwielen worden vervolgens warmtebehandeld door middel van nitreren of inductief slijpen van het tandoppervlak. In tegenstelling tot conventionele tandwielen, die na de warmtebehandeling nog geslepen moeten worden, hebben roestvrijstalen tandwielen een lage slijtage en een hoge bewerkbaarheid.

Bewerkt door CX 2023-04-18