Belangrijkste punten

• Overbrengingsverhoudingen bepalen hoeveel omwentelingen van de ene versnelling nodig zijn om een andere versnelling één bocht te laten maken, waardoor nauwkeurige controle van snelheid en koppel mogelijk is.
• Planetaire tandwieltreinen zijn robuuste opstellingen met meerdere tandwielen die een reeks verhoudingen kunnen leveren door verschillende invoer-, uitvoer- en stationaire componenten te selecteren.
• Oplossingen met een hoge verhouding, zoals wormwieloverbrengingen, zorgen voor compacte, krachtige reducties, essentieel bij toepassingen van ruitenwissers tot mechanische kilometertellers.

Tandwielen zijn de verborgen werkpaarden van vrijwel elke machine die rotatiebewegingen omzet in nuttig werk:motoren, transmissies, klokken, vermogensmeters en zelfs uw smartwatch. In dit artikel onderzoeken we de basisprincipes van overbrengingsverhoudingen, hoe ze worden berekend en waarom ze van belang zijn in de dagelijkse techniek.

Versnellingen aan het werk zetten

Tandwielen hebben vier primaire functies:

1. Keer de draairichting om.
2. Verhoog of verlaag de rotatiesnelheid.
3. Beweging overbrengen tussen loodrechte assen.
4. Synchroniseer de beweging van twee of meer schachten.

Het concept van overbrengingsverhouding begrijpen

Een overbrengingsverhouding is eenvoudigweg de verhouding van de rotatiesnelheden van twee in elkaar grijpende tandwielen. Omdat de omtrek van een cirkel π × diameter is , de verhouding van hun diameters (of, equivalent, het aantal tanden) geeft direct de overbrengingsverhouding.

Een tandwiel met een diameter van 6 inch gecombineerd met een tandwiel van 3 inch levert bijvoorbeeld een verhouding van 2:1 op:het kleinere tandwiel draait twee keer zo snel als het grotere. Als het grotere tandwiel 60 tanden heeft en het kleinere 20, is de verhouding ook 3:1.

Tandwerktreinen

Wanneer een enkel tandwielpaar de gewenste reductie of toename niet kan bereiken, worden de tandwielen aan elkaar geketend tot een tandwieltrein. Elke extra fase vermenigvuldigt de totale verhouding.

In een veelvoorkomend voorbeeld draait een paars tandwiel dat half zo groot is als een blauw tandwiel twee keer zo snel. Door een tweede paar vergelijkbare tandwielen aan te sluiten, kan de verhouding worden verhoogd naar 4:1, en een derde paar naar 8:1, waardoor ontwerpers de snelheid en het koppel voor complexe systemen kunnen verfijnen.

Ander gebruik van tandwielen

Wormwielen blinken uit in het leveren van extreem hoge overbrengingen in een compacte ruimte. Een enkele draai van de worm kan een tandwiel met 40 tanden met één tand verplaatsen, waardoor een verhouding van 40:1 ontstaat. Dit principe drijft ruitenwissers, mechanische kilometertellers en veel industriële machines aan.

Planetaire tandwielen

Planetaire tandwielsets maken gebruik van een centraal zonnewiel, meerdere planeetwielen en een buitenste ringwiel. Zij bieden:

• Hoge koppeldichtheid door verdeelde belasting over verschillende planeten.
• Meerdere selecteerbare verhoudingen door verschillende componenten aan te wijzen als invoer, uitvoer of vast.
• Compactheid en robuustheid:ideaal voor automatische transmissies en elektrische schroevendraaiers.

Door het ringwiel vast te zetten en de zon aan te drijven, kunt u een reductie van 6:1 bereiken. Door te schakelen tussen stilstaand of rijdend onderdeel verandert de verhouding; Het fixeren van de zon levert bijvoorbeeld een reductie van 7:1 op, terwijl het fixeren van de ring een verhouding van 1,17:1 kan opleveren.

Een voorbeeld:het synchroniseren van verre schachten

Wanneer twee assen samen moeten draaien maar fysiek gescheiden zijn, kan een eenvoudig tandwielpaar of een ketting-/riemsysteem ze synchroon houden. Kettingen en tandriemen bieden lichtgewicht oplossingen met lage wrijving die meerdere versnellingen kunnen koppelen, wat gebruikelijk is bij motoren waarbij een enkele riem de krukas, nokkenassen en accessoires aandrijft.

Veelgestelde vragen over overbrengingsverhouding

Hoe wordt de overbrengingsverhouding berekend?

Deel de hoeksnelheid van de uitgaande as door de snelheid van de ingaande as, of deel het aantal tanden op het aandrijftandwiel door het aantal tanden op het aangedreven tandwiel.

Is het beter om een hogere of lagere overbrengingsverhouding te hebben?

Hogere verhoudingen zorgen voor meer koppel bij lage snelheden, ideaal voor acceleratie. Lagere verhoudingen bevorderen hogere snelheden en zijn geschikt voor cruisen op de snelweg.

Wat is een goede overbrengingsverhouding voor slepen?

Voor licht slepen is een verhouding van 3,73 gebruikelijk; Voor zwaar slepen (meer dan 2.000 kg) is doorgaans een verhouding van minimaal 4,10 vereist.

Geven grotere versnellingen meer koppel?

Ja. Koppel is gelijk aan kracht maal straal; grotere tandwielen hebben een grotere straal, waardoor ze meer koppel leveren bij dezelfde kracht.

Wat is het doel van de overbrengingsverhouding?

Overbrengingsverhoudingen wisselen tussen koppel en snelheid. Door de juiste verhouding te selecteren, balanceren ontwerpers de acceleratie, topsnelheid en vermogensafgifte voor de beoogde toepassing.

Meer informatie

Om uw begrip te verdiepen:

• Hoe tandwielen werken
• Overbrengingsverhoudinggrafiek
• Planetaire tandwielsystemen

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

Ontdek aanvullende onderwerpen zoals Automatische transmissies en Motortechnologie .