Tandwieloverbrengingen
Snijdende assen
Twee snijdende assen, dat wil zeggen, dat beide assen in één vlak liggen. In de praktijk worden de twee assen vrijwel altijd loodrecht op elkaar gekozen. Men spreekt dan van "een haakse overbrenging". De draaiende beweging wordt hierin als het ware 90° afgebogen.
Een tandwielpaar in een haakse overbrenging bestaat meestal uit twee kegelvormige wielen. Een enkele keer zie je ook wel een paar bestaande uit een gewoon recht rondsel en een zogenaamd komwiel, dat de tanden op het kopvlak heeft in plaats van aan de omtrek.
Metaalbouwdozen zijn ook zeer geschikt voor het bouwen van demonstratiemodellen van haakse tandwieloverbrengingen. Op deze pagina toon ik vier dergelijke modellen.
Kegelwielen 1 : 1
Deze haakse overbrenging doet niets anders dan "het hoekje omgaan". Zowel in- en uitgaand toerental als in- en uitgaand koppel zijn gelijk (als we de mechanische verliezen verwaarlozen). Het ene kegelwiel is direct op de motoras gemonteerd en heeft geen eigen lagering. Op de uitgaande as zie je de helft van een elastische koppeling.
Beide kegelwielen hebben 22 tanden. De tanden zijn recht, dat wil zeggen dat de beschrijvende (radiale) lijnen van de tanden alle exact door het snijpunt van de twee hartlijnen lopen. Schuine tanden komen eveneens voor. Omdat de tanden op kegelvlakken liggen krijgen ze dan wel een spiraalvorm. Is het je opgevallen dat de tanden bij de buitendiameter breder zijn dan bij de binnendiameter? Dat betekent dat steek en modulus over de lengte van de tand varieren. Om deze reden vergt de produktie van kegelwielen tamelijk complexe machines.
Omdat de tandwielen kegelvormig zijn, ontstaat er onder belasting ook een naar buiten gerichte kracht. Deze moet in de lagering worden opgevangen, omdat anders de wielen uit elkaar zullen lopen. De axiale opsluiting van het ene wiel hier vindt plaats in de lagering van de motoras; die van het andere wiel door een druklager direct achter het wiel (het rijtje vulringen).
Kegelwielen 1 : 2,64
Deze haakse overbrenging heeft een dubbele functie. De beweging wordt 90° afgebogen; en het toerental van de uitgaande as wordt met i = 2,64 verlaagd (22 en 58 tanden). Het uitgaand koppel stijgt met een zelfde factor.
Als je goed naar onderstaande foto kijkt, zie je dat er iets niet klopt. De beschrijvende lijnen van het rondsel en die van het grote wiel komen helemaal NIET in het snijpunt van hun hartlijnen uit. Het rondsel is te vlak en het grote wiel is te spits.
De verklaring is eenvoudig. In een metaalbouwdoos zul je alleen maar tandwielen aantreffen die universeel bruikbaar zijn. De fabrikant van de bouwdoos maakt daarom maar één soort rondsel (het 1 : 1 type) en past het grote wiel daarop aan .....
Komwiel en recht rondsel
Hier zie je een andere oplossing voor het zojuist gesignaleerde probleem van "universele bruikbaarheid". De constructeur kiest voor een gewoon cilindrisch rondsel met rechte tanden en combineert dit met een speciaal komwiel. Dit heeft de tanden op het kopvlak in plaats van aan de omtrek. Op deze wijze vermijd je de al eerder genoemde lastige produktie van kegelwielen.
De tandenaantallen zijn 17 respectievelijk 50 en de gerealiseerde vertraging i = 2,94. Overigens werkt deze methode alleen voor komwielen (a) van grote(re) diameter en (b) met radiaal korte tanden, dus voor geringe tandbelasting. De radiaal gerichte rechte tanden op het kopvlak worden heel smal nabij het hart van het wiel.
Met wisseling van draairichting
Kegelwielen bieden de ontwerper leuke speelmogelijkheden. Hieronder toon ik (als voorbeeld) een mechanisme om de draairichting van de uitgaande as te kunnen omschakelen. Je gebruikt drie gelijke kegelwielen, één direct op de motoras en twee op een tussenas. De laatste twee staan zo ver uit elkaar dat, als het linker ingrijpt met het motorrondsel, het rechter hier juist vrij van blijft; en uiteraard ook andersom. De tussenas is uitsluitend radiaal gelagerd en kan dus zonder meer (zijdelings) verschoven worden.
De hefboom links is naar links getrokken en het rechter kegelwiel grijpt in het motorrondsel. De tussenas draait bijvoorbeeld linksom. Op het rechteruiteinde van de tussenas is een pennenkoppeling gemonteerd. De pennen worden hier getoond met schroefdraad, maar ze moeten natuurlijk glad zijn! De tegenhelft van de koppeling heeft gaten waarin de pennen vrij kunnen glijden. Deze helft is gemonteerd op de uitgaande as, welke in axiale richting is opgesloten door zijn lagers.
De hulpas kan zijdelings worden wordt verschoven met een schuifbus. Zo wordt hij niet in het draaien belemmerd. Duw je de hefboom naar rechts, dan komt eerst het rechter kegelwiel vrij en vervolgens grijpt het linker kegelwiel in. De tussenas draait dan rechtsom. De pennenkoppeling laat het vrij verschuiven van de tussenas toe - waarbij de uitgaande as netjes op z'n plaats blijft. En zo is de draairichting van de uitgaande as omgekeerd.
