Verschillende soorten tandwielen uitgelegd

I. Overzicht

Tandwielen kunnen op verschillende manieren en met verschillende materialen worden vervaardigd. De productiemethode en het materiaal moeten worden gekozen op basis van de vereiste nauwkeurigheid van het tandprofiel en de oppervlakteruwheid, in combinatie met andere processen zoals warmtebehandeling, om het benodigde draagvermogen, de bedrijfssnelheid en de levensduur van het tandwiel te bereiken.

Op basis van het contact en de werking met de ketting worden kettingwielen voornamelijk ingedeeld in twee categorieën - precisie en semi-precisie. Deze categorieën kunnen verder worden onderverdeeld op basis van materiaal en fabricagemethode, met andere classificatiefactoren zoals kosteneffectiviteit en de precisievereisten van de kettingwielen voor de kettingen waaraan ze gekoppeld worden.

Rollenkettingen en tandkettingwielen zijn meestal gemaakt van staal of gietijzer met bewerkte tanden en de werkoppervlakken van de tanden vereisen meestal een zeer nauwkeurige bewerking. Technische stalen kettingwielen zijn meestal gemaakt van staal of gietijzer met vlambesnijdende of gegoten tanden.

Flat top kettingwielen kunnen gemaakt worden van staal, gietijzer of kunststof. Stalen of gietijzeren kettingwielen worden meestal machinaal bewerkt, terwijl kunststof kettingwielen vaak worden gegoten. Dit zijn algemene gevallen. Uitzonderingen zijn niet ongewoon, vooral bij stalen kettingwielen. Ongeacht de manier waarop de tanden worden bewerkt, is het belangrijkste aspect echter dat het ontwerp van de ketting en het kettingwiel compatibel zijn om samen te werken.

Tandwielen met bewerkte tanden werken soepeler en met minder geluid tijdens het draaien en worden meestal gebruikt voor middellange- tot hogesnelheidstransmissie. Tandwielen met gegoten tanden of tandwielen met vlamvertanding zijn goedkoop en hebben voldoende levensduur voor overbrenging op lage snelheid en transport. Fabrikanten bieden de volgende soorten kettingwielen aan.

II. Rollenkettingwielen

1. Eenrijige precisiekettingwielen

De ASME B29.1 standaard specificeert standaard kettingwielmaten, toleranties en tandprofielen, die worden besproken in gerelateerde ontwerpen.

Er zijn vier soorten kettingwielen in de ASME B29.1 standaard:

• Type A is een plaattandwiel zonder naaf.
• Tandwielen van type B hebben slechts aan één kant een naaf.
• Type C tandwielen hebben naven aan beide zijden.
• Type D tandwielen hebben afneembare naven.

Rolkettingwielen van type A, B en C worden getoond in Figuur 1; rolkettingwielen van type D worden getoond in Figuur 2.

Een ander ontwerp van een afneembaar naaftandwiel wordt getoond in Figuur 3. Het is een combinatie van een tandwiel met een conische boring en een gedeelde conische bus. Het is een combinatie van een kettingwiel met een conische boring en een gedeelde conische bus. Dit ontwerp maakt het mogelijk om een afgewerkt kettingwiel met een standaardboring te gebruiken in combinatie met een asklemtrommel. Tandwielen van type B en C kunnen ook op deze manier worden gemaakt.

De spaken tussen de naaf en de velg komen in verschillende vormen voor, afhankelijk van de grootte: kleine tandwielen zijn meestal massief met uitzondering van het middelste gat vanwege hun lichte gewicht; middelgrote tandwielen worden meestal gegoten met geperforeerde spaakplaten tussen de naaf en de velg (Afbeelding 4) om het gewicht te verminderen; grote tandwielen worden meestal gegoten als gespaakte tandwielen (Afbeelding 5) om het gewicht zo laag mogelijk te houden. Als het tandwiel tussen twee lagers geïnstalleerd moet worden, kunnen gedeelde tandwielen (Afbeelding 6 en 7) gebruikt worden, die zonder demontage van de as geïnstalleerd en verwijderd kunnen worden.

Sommige kettingwielen van type D bestaan uit een massieve naaf en een afneembaar kettingwielhuis (Figuur 2). Andere hebben zowel de naaf als het kettingwielhuis in doorsnede (Figuur 7). Elke afneembare tandkrans moet zorgvuldig worden vervaardigd om variaties in de spoed bij de verbinding te voorkomen, en de tandkrans in Figuur 7 is speciaal ontworpen met positioneerpennen voor dit doel.

Een tandwiel met een veiligheidspen en slipkoppeling kan voorkomen dat transmissieapparatuur of andere apparatuur beschadigd raakt bij overbelasting en te hoge snelheid. Het tandwiel met veiligheidspen bestaat uit een naaf en een tandwielhuis, waarbij de naaf met een spie verbonden is met de as. Als de veiligheidspen breekt (zie Afbeelding 8), kan het tandwiel vrij draaien ten opzichte van de as en de naaf.

De veiligheidspen is gemaakt van materiaal met een bekende afschuifsterkte, waarbij een bepaalde afschuifwaarde wordt gegarandeerd door een groef met een berekende diameter op het afschuifvlak te maken. Na scherenDoor een nieuwe veiligheidspen te plaatsen, kan hij weer werken.

2. Meerstrengs rollenkettingwielen

Meerstrengs rollenkettingwielen zijn integrale kettingwielen met een bepaalde steek en uitgelijnde tanden. Figuur 9 toont een typisch meerstrengs rollenkettingwiel.

3. Rollenkettingwielen met dubbele steek

Er zijn twee soorten rollenkettingwielen met een dubbele steek: één met enkele vertanding (zie Afbeelding 10) en één met dubbele vertanding (zie Afbeelding 11). De term "effectieve tanden" verwijst naar het aantal tanden dat tijdens één omwenteling van het tandwiel in de ketting kan grijpen.

Het effectieve aantal tanden op een tandwiel met enkele vertanding is gelijk aan het werkelijke aantal tanden, terwijl het effectieve aantal tanden op een tandwiel met dubbele vertanding de helft is van het werkelijke aantal tanden. Voor tandwielen met dubbele vertanding en een oneven aantal tanden zal het effectieve aantal tanden een breuk zijn. Bijvoorbeeld, een tandwiel met 25 werkelijke tanden zal 12 (1/2) effectieve tanden hebben.

Het voordeel van een oneven aantal tanden is dat elke tand slechts om de andere omwenteling in de ketting grijpt, waardoor de levensduur van het tandwiel verdubbelt. Tandwielen met dubbele vertanding en een even aantal tanden kunnen hetzelfde effect bereiken door de ketting regelmatig naar voren te bewegen naar de eerste tand op het tandwiel. Merk op dat kettingwielen met draagrollen (noot van de vertaler: d.w.z. grote rollen) niet voldoen.

Vergeleken met kettingwielen met één steek hebben kettingwielen met dubbele steek een grotere steekdiameter en worteldiameter. Als het aantal tanden echter groter is dan 35, kan dit verschil genegeerd worden.

4. Bewerking van rolkettingwielen

Kleinere tandwielen worden over het algemeen gemaakt van stafstaal en zijn volledig precisiebewerkt. De grootte van sprockets die gemaakt worden van stafmateriaal wordt beperkt door de maximale diameter van de partij stafmateriaal. Stalen kettingwielen kunnen een warmtebehandeling ondergaan om de slagvastheid en slijtvastheid van het tandoppervlak te verbeteren. Voor zeer corrosieve omstandigheden kunnen materialen zoals roestvrij staal of brons worden gebruikt, maar ook bakeliet, nylon en diverse kunststof materialen.

Soms worden kettingwielen gemaakt van gesmeed staal of gesmede stafstaal. De bewerkingsnauwkeurigheid hangt af van de specifieke eisen van de toepassing. Veel kettingwielen worden gemaakt door stalen naven op plaatwielen te lassen en dergelijke integrale kettingwielen kunnen alleen een warmtebehandeling ondergaan als de maatverhoudingen voldoen aan de eisen.

Grote kettingwielen zijn meestal gemaakt van gietijzer en deze gegoten kettingwielen worden bewerkt om tanden te snijden en de rand, naaf, buitenkant en gaten worden ook bewerkt. Gietijzer wordt vaak gebruikt om grote kettingwielen te maken met een relatief grote overbrengingsverhouding omdat de grote tandwieltanden over een bepaalde periode minder vaak in de ketting grijpen. In zware omstandigheden is het beter om gietstalen of plaatstalen tandwielen te gebruiken.

III. Tandwielen voor tandkettingen

De ASME B29.2 norm specificeert het tandprofiel voor tandwielen voor tandkettingen. Het bewerkingsproces, de materialen en de naven voor tandkettingwielen zijn hetzelfde als die voor rollenkettingen, maar de tandprofielen verschillen aanzienlijk, zoals te zien is in figuur 12.

De tanden van het tandwiel voor tandkettingen zijn vergelijkbaar met de tanden van tandwielen. Hoewel ze lijken op tandwielen, worden de tandwielen voor tandkettingen bewerkt met speciaal gereedschap, dat verschilt van het gereedschap dat wordt gebruikt voor het bewerken van tandwielen. Bovendien variëren het tandprofiel van het tandwiel en de grootte van de kettingsteek ook per type tandketting.

Standaard tandkettingen maken gebruik van tandwielen volgens de ASME B29.2 norm. Er zijn echter ook niet-standaard tandkettingen, zoals hoogwaardige tandkettingen met meerdere tanden en tandkettingen met een dubbelzijdige inschakeling. Voor deze niet-standaard kettingen zijn vaak speciaal bewerkte kettingwielen nodig.

Het is van cruciaal belang dat de ketting en het kettingwiel perfect bij elkaar passen, dus de beste aanpak is om de fabrikant van de ketting te raadplegen voor specifieke technische vereisten van het kettingwiel. Figuur 13 toont een typisch tandwiel met meerdere kettingen en Figuur 14 toont een typisch tandwiel met twee kettingen.

IV. Stalen kettingwielen

Kettingwielen voor technische stalen kettingen kunnen worden gemaakt van diverse metalenzijn er in verschillende stijlen en hebben vele vormen om te voldoen aan specifieke toepassingsvereisten. Voor de meeste toepassingen kunnen standaard kettingwielen worden gebruikt.

Er zijn veel stalen kettingen die niet voldoen aan de ASME-normen en daarom zijn er ook veel van zulke kettingwielen. De meeste daarvan lijken erg op standaard kettingwielen en als standaard kettingwielen niet voldoen, kunnen veel van deze kettingwielen worden gebruikt met standaard kettingen.

De kettingwielen die in dit hoofdstuk worden genoemd, worden voornamelijk gebruikt met standaardkettingen of kettingen die enigszins zijn aangepast van standaardkettingen, terwijl de speciale kettingwielen in de productcatalogus van de fabrikant zeker talrijker zijn.

V. Materialen voor kettingwielen

De volgende materialen worden vaak gebruikt om kettingwielen voor technische stalen kettingen te maken:

• Gietijzer: Wordt meestal gebruikt in mildere omgevingen en is het zuinigst.
• Gekoeld gietijzer: Dit type tandwiel maakt gebruik van gekoeld ijzer om de tanden te gieten. De tanden van gekoeld ijzer worden gevormd door het tandoppervlak na het gieten snel af te koelen, wat resulteert in gladde en harde tanden met een slijtvaste harde laag die 1/16 tot 3/8 inch dik is, afhankelijk van de grootte van het tandwiel.
• Gietijzer of constructiestaal: Tandwielen van gietijzer hebben gegoten tanden, terwijl tandwielen van constructiestaal gevlamde tanden hebben. Beide worden gebruikt voor het overbrengen van hoge koppels en grote schokken. Bij het werken in zeer abrasieve omgevingen moeten de tanden vlam- of inductiegehard zijn.
• Roestvrij staal: Gebruikt in corrosieve omgevingen.

Meer materialen zoals ferrolegeringen, gelegeerd staal, brons en aluminium kunnen worden gebruikt om aan speciale behoeften te voldoen.

1. Soorten gietijzeren kettingwielen

Gegoten kettingwielen met spaakvormige naven (Afbeelding 15) kunnen het gewicht en de kosten verlagen. Dit maakt het ook gemakkelijker om met de hand te hanteren. Constructiestalen kettingwielen dienen hetzelfde doel door met de vlam gaten in het lijf te snijden, zoals te zien is in Figuur 16.

Als de spaakruimte te klein is, wordt een massief tandwiel gemaakt (Figuur 17). Daarnaast worden ook massieve tandwielen gemaakt als de kettingspanning hoog is en men zich zorgen maakt over de sterkte van het spaaktandwiel, of als de naafdiameter erg groot is.

Als het tandwiel tussen twee lagers geïnstalleerd moet worden, wordt soms een gedeelde tandkrans gemaakt (Figuur 18). Dit type tandwiel kan geïnstalleerd en verwijderd worden zonder de as en andere machinedelen aan te tasten.

De afneembare tandkrans (Figuur 19) is vastgeschroefd en dit tandwielontwerp maakt het mogelijk om het te monteren en te verwijderen zonder de ketting, naaf, lager of as te demonteren.

2. Wrijving tractiewiel

Als het systeem vaak obstakels tegenkomt of zwaar overbelast is, kan een wrijvingstrekwiel (Afbeelding 20) worden gebruikt op de hoofdas van een eenstrengs elevator met kettingemmer. Wrijvingstrekwielen moeten echter altijd voorzichtig worden gebruikt. De wrijving tussen de ketting en het tractiewiel moet voldoende zijn om de aandrijfkracht over te brengen die het werksysteem onder normale belasting nodig heeft. Raadpleeg de fabrikant van de stalen kettingen bij het gebruik van tractiewielen.

Wielen met wrijvingstractie kunnen hitte en vonken genereren wanneer ze wegglijden, dus ze mogen nooit worden gebruikt op plaatsen waar vonken explosies kunnen veroorzaken.

3. Technische stalen kettingwielen voor specifieke toepassingen

Figuur 21 toont een set speciale kettingwielen voor specifieke toepassingen, die meestal gemaakt zijn van gietijzer en waarvan de tanden vaak een gehard slijtvast oppervlak hebben.

a) Tandwiel met veiligheidspen
b) Cilindrisch flenstandwiel
c) Tandwiel met schouderflens

Het gietijzeren kettingwiel met een veiligheidspen in de naaf in Afbeelding 21a lijkt op het kettingwiel met rolketting dat in Afbeelding 8 is afgebeeld. Ze worden vaak gebruikt in aandrijfsystemen voor transportbanden.

De twee kettingwielen in Afbeelding 21b worden gebruikt voor stalen gelaste tractiekettingen in tractietransportbanden, beide zijn aandrijftandwielen. Het doel van de tandwielflenzen die uitlopen in brede randen of cilindrische vormen is om te voorkomen dat er materiaal langs de zijkanten wegstroomt bij het lossen van boven de aandrijfas van de transportband.

De schouderflens op het kettingwiel in Afbeelding 21c ondersteunt de kettingplaten bij het valpunt, waardoor de levensduur van de ketting en het kettingwiel wordt verlengd. Ze worden meestal gebruikt op schone transportbanden. Deze tandwielen van gehard gietijzer zijn vaak zo ontworpen dat ze "verwisselbaar" zijn van tand, net zoals de tandwielen met dubbele vertanding van rollenkettingen (Afbeelding 11).

Bij het ontwerpen van dergelijke tandwielen is de steek van het tandwiel iets groter dan de helft van de steek van de ketting en worden de tandwielen gegoten met een oneven aantal tanden. Na nog een omwenteling van de kettingschakel worden de tanden vermaasd. Dit betekent dat elke tand van het tandwiel om de beurt in de ketting grijpt, waardoor de levensduur van het tandwiel verdubbelt (dit concept werd voor het eerst gebruikt in houten tandwieloverbrengingen in het begin van de 19e eeuw).

4. Techniekstaal gebogen plaat aandrijfkettingwielen

Technische gebogen plaat aandrijfkettingwielen zijn meestal gemaakt van gietijzer of vlam gesneden uit stalen platen. Andere onderdelen zoals naven zijn meestal geassembleerde componenten. De ASME B29.10 standaard specificeert de standaard tandwielvorm.

Het tandwiel in Afbeelding 22 is gekoppeld aan een ketting met twee rijen die voldoet aan de ASME B29.10-norm met een steek van 6 inch voor aandrijfkettingen met twee rijen. Deze kettingwielen maken gebruik van het tandprofiel volgens de Amerikaanse nationale norm. Bewerkte tandprofielen zorgen voor de uitlijning van dubbelrijige kettingen voor zwaar gebruik. Deze kettingwielen zijn gemaakt van gelegeerd staal en hebben een warmtebehandeling ondergaan.

Gebogen plaatkettingwielen gebruiken niet altijd machinaal bewerkte tanden; veel gebogen plaatkettingwielen gebruiken gegoten of gevlamde tanden. Er zijn vele soorten tandvormen. Raadpleeg de fabrikant van de ketting voor niet-verspanende tanden die niet voldoen aan de ASME B29.10-norm.

5. Andere soorten technische stalen kettingwielen

Uit de bovenstaande discussie weten we dat er veel verschillende soorten kettingwielen beschikbaar zijn voor verschillende technische stalen kettingen. Het lijkt erop dat zolang de tandvorm en -grootte geschikt zijn, deze kettingen op verschillende kettingwielen kunnen werken, maar dat is niet het geval.

In sommige toepassingen kunnen bepaalde soorten kettingwielen niet worden gebruikt met bepaalde soorten kettingen. Rollenkettingen kunnen bijvoorbeeld geen tractiewielen gebruiken. Over het algemeen wordt een bepaald type kettingwiel altijd gebruikt met specifieke kettingen. Alle andere typen kettingwielen worden ook alleen onder specifieke omstandigheden gebruikt.

Tabel 1 geeft een overzicht van de meest gebruikte kettingwieltypen voor de stalen kettingen die in dit boek worden beschreven. Deze tabel is geen handleiding voor het gebruik, maar geeft een algemeen overzicht.

Tabel 1 Gebruikelijke kettingwieltypen voor standaardkettingen

Opmerking: ●-veel gebruikt; ○-vaak gebruikt; □-af en toe gebruikt; streepje (-)-moet niet gebruikt worden.

Zowel cirkelvormige als vierkante symbolen duiden op bruikbaarheid, maar er zijn verschillen tussen de twee. Het ronde symbool betekent dat dit type kettingwiel volledig standaard is voor de vermelde kettingen en deze standaard kettingwielen staan vaak vermeld in de productcatalogus van de fabrikant. Veel gebruikt" en "vaak gebruikt" hebben hier vaak te maken met redenen die te maken hebben met prijs en kwaliteit.

Het vierkante symbool geeft aan dat het tandwiel slechts af en toe of niet geschikt is voor de genoemde kettingen. De belangrijkste reden voor "af en toe gebruikt" zijn meestal de kosten, maar de belangrijkste reden voor "niet gebruiken" zijn meestal technische factoren. Elke combinatie van kettingen en kettingwielen met een vierkant symbool mag alleen worden geïnstalleerd na overleg met de desbetreffende kettingfabrikant.

VI. Kettingwielen met platte bovenkant

Het tandprofiel van kettingwielen met vlakke bovenkant is gespecificeerd in de ASME B29.17-norm en wordt verderop in het ontwerphoofdstuk van dit hoofdstuk besproken. In dit hoofdstuk worden alleen de in dit boek beschreven standaard kettingwielen met vlakke bovenkant besproken. Aangezien de enige ketting met plat bovenblad die in dit boek wordt genoemd een steek heeft van 1 (1/2) in, zijn de stijlen kettingwielen die hier worden besproken vrij beperkt.

Figuur 23 toont drie soorten kettingwielen die veel gebruikt worden voor flat top kettingen. Figuur 23a is een integraaltandwiel, dat meestal minder tanden heeft (13-21 tanden) en gemaakt kan zijn van gietijzer, staal of roestvrij staal, meestal met bewerkte tanden.

a) Integraal tandwiel
b) Spaakvormig gietijzeren tandwiel
c) Thermoplastisch split-tandwiel

Afbeelding 23b is een spaakvormig gietijzeren tandwiel, dat over het algemeen meer tanden heeft (19-41 tanden) en ook meestal bewerkt is.

Afbeelding 23c is een thermoplastisch gespleten kettingwiel met een gemiddeld aantal tanden (21-29 tanden) en standaard gegoten tanden. Het voordeel van dit type kettingwiel is dat het gedemonteerd kan worden zonder de as en de lagers te verplaatsen. Gegoten thermoplastische kettingwielen kunnen worden gemaakt in gedeelde of integrale uitvoeringen en worden voornamelijk gebruikt in natte of matig corrosieve omgevingen.