GearLab

Handleiding bij het ontwerpen van evolvente tandwielen volgens ISO 53, DIN 867 en DIN 3960

1. Wat doet het programma?

Met GearLab ontwerp je cilindrische tandwielen met een evolvente vertanding, recht of schuin. Het programma berekent de echte tandvorm zoals die door een heugelvormig gereedschap (het basisprofiel volgens ISO 53 / DIN 867) wordt afgerold, inclusief de voetronding. Je kunt:

2. Begrippen in het kort

Modul m (mn)
De maat voor de tandgrootte: steek gedeeld door π. Een tandwiel met modul 2 en 20 tanden heeft een steekcirkeldiameter van 40 mm. Gebruik bij voorkeur de normreeks DIN 780 (reeks 1). Bij schuine vertanding is dit het normaalmodul mn, gemeten loodrecht op de tand.
Tandental z
Het aantal tanden. Kleine tandentallen (onder ongeveer 17 bij 20°) geven zonder profielverschuiving ondersnijding: het gereedschap snijdt de tandvoet weg.
Steekcirkel d, kopcirkel da, voetcirkel df, basiscirkel db
d = m · z (recht). De kopcirkel is de buitenkant van de tanden, de voetcirkel de bodem van de holtes. De evolvente "wikkelt af" van de basiscirkel db = d · cos α.
Drukhoek α
De hoek van de flank van het basisprofiel, standaard 20°. Een grotere drukhoek geeft sterkere tanden maar een grotere lagerbelasting.
Profielverschuiving x
Het gereedschap wordt bij het maken x · m naar buiten (x > 0) of naar binnen (x < 0) geplaatst. Positieve x maakt de tand dikker aan de voet en dunner aan de kop, voorkomt ondersnijding en vergroot de hartafstand. Zo kun je een paar precies op een gewenste hartafstand laten passen.
Σx en Δx
Bij een uitwendig paar bepaalt de som Σx = x1 + x2 de hartafstand; bij binnenvertanding het verschil Δx = x2 − x1.
Kopverkorting k · m
Na profielverschuiving wordt de kopcirkel soms iets kleiner gemaakt, zodat er genoeg kopspeling blijft (DIN 3960). Het programma doet dit vanzelf.
Schuinte β en spoed
Bij schuine vertanding staan de tanden onder een hoek β met de as. Rechtse of linkse spoed is de draairichting van de schroeflijn. Bij een uitwendig paar hebben de wielen een tegengestelde spoed, bij binnenvertanding en bij een heugel dezelfde.
Profieloverdekking εα, sprongoverdekking εβ, totale overdekking εγ
Het gemiddelde aantal tandparen dat tegelijk ingrijpt. εα moet groter zijn dan 1 (bij voorkeur 1,2 of meer). Schuine vertanding voegt εβ toe en loopt daardoor rustiger.
Flankspeling jn
De speling tussen de flanken, nodig voor smering, warmte-uitzetting en maatafwijkingen. Een richtwaarde is 0,04 tot 0,1 · m. Het programma maakt de tanden daarvoor iets dunner (de afmaat As).
Spitse tand
Bij grote positieve profielverschuiving wordt de tand aan de kop te smal. Het programma meldt dit en verkleint de kopcirkel. Houd de kopdikte bij voorkeur boven 0,25 · m (gehard: 0,4 · m).

3. Het scherm en de bediening

Links staan de invoer en de resultaten, rechts de tekening.

Past de linkerkolom niet op je scherm, dan verschijnt er een schuifbalk. Getallen mag je met een punt of een komma typen.

4. Tabblad Paar

Hiermee zoek je een tandwielpaar dat precies op een gegeven hartafstand past.

Werkwijze

  1. Vul de hartafstand a en de overbrenging i = z2 / z1 in. Met de tolerantie geef je aan hoeveel de werkelijke verhouding mag afwijken.
  2. Kies de drukhoek (meestal 20°) en eventueel een schuintehoek β met de spoedrichting.
  3. Geef de grenzen voor Σx (standaard −0,5 tot 1,0) en het kleinste tandental z min.
  4. Klik op Modulen berekenen. De lijst toont alle combinaties van modul en tandentallen die met een profielverschuiving binnen de grenzen precies op de hartafstand passen.
  5. Kies een regel. Het paar wordt getekend en het informatieveld gevuld.
  6. Verdeel zo nodig de profielverschuiving met x1; x2 volgt uit Σx. Het programma stelt een verdeling voor die ondersnijding van het rondsel voorkomt.
  7. Vul de tandbreedte, de flankspeling en de boringen in.

β zoeken

Met β zoeken kiest het programma per combinatie de schuintehoek waarbij de hartafstand klopt zonder profielverschuiving (Σx = 0). Het β-veld geldt dan als maximum. Dit is een veelgebruikte manier om een hartafstand te halen.

Voorbeeld: hartafstand 60 mm, i = 2. Bij modul 2 vind je z = 20 / 40 met Σx = 0 ("exact"); bij modul 1,5 is 27 / 54 mogelijk met Σx = −0,48.
Na het wijzigen van β of van de zoekinstellingen moet je opnieuw op Modulen berekenen klikken.

5. Tabblad Enkel

Een enkel tandwiel met vrij gekozen modul, tandental, profielverschuiving, drukhoek, schuinte, tandbreedte, afmaat en boring. Elke wijziging wordt direct getekend. De tanddikte-afmaat As maakt de tand dunner voor flankspeling: twee wielen met elk As geven samen een normale speling van ongeveer jn = 2 · As · cos α.

6. Tabblad Heugel

Een rondsel dat in een tandheugel grijpt. Je geeft het modul, het tandental van het rondsel, de profielverschuiving, de schuinte, de tandbreedte, de flankspeling, het aantal heugeltanden en de heugelhoogte Hp (van de rug tot de steeklijn).

7. Tabblad Binnen

Een rondsel dat binnenin een ringwiel draait. Beide draaien in dezelfde richting. De werkwijze is als bij het paar, maar de modullijst toont Δx = x2 − x1.

Waar je op moet letten

Profielverschuiving van de ring: x2 > 0 maakt de holtes breder en de cirkels groter.

8. De tekening

De tekening en de DXF tonen de doorsnede loodrecht op de as.

9. Het informatieveld en controlematen

Het informatieveld toont per wiel de belangrijkste maten en de gegevens van het paar, zoals de hartafstand, de bedrijfsdrukhoek, Σx, de kopverkorting, de flankspeling en de overdekkingen. Voor het meten van het afgewerkte wiel:

MaatBetekenis
WkTandwijdte: gemeten met een schuifmaat (tandwijdtemicrometer) over k tanden. Het programma kiest k zo dat je ongeveer halverwege de flank meet. Bij schuine vertanding gemeten loodrecht op de tand; de tandbreedte moet dan groot genoeg zijn.
MdMaat over twee pennen of kogels, met de aangegeven diameter. Bij een oneven tandental meet je over twee kogels in tegenover elkaar liggende holtes.
MiBij een ringwiel: de maat tussen twee kogels aan de binnenkant.

De maten gelden voor het afgewerkte wiel, dus inclusief profielverschuiving en flankspeling.

10. Sterkteberekening

Het venster Sterkte... berekent of het actieve paar (Paar, Heugel of Binnen) de belasting aankan. Het werkt mee met de geometrie: kies je een andere regel of verander je een maat, dan wordt het resultaat direct bijgewerkt.

Invoer

Resultaten

De statusbalk bovenaan wordt groen (voldoet), oranje (krap) of rood (voldoet niet). Rapport kopiëren zet alle invoer en resultaten op het klembord.

De sterkteberekening is een indicatieve ontwerpberekening volgens ISO 6336 / DIN 3990 (vereenvoudigd). Gebruik haar om een ontwerp te beoordelen en te vergelijken; voor kritische toepassingen is een volledige berekening nodig. De asberekening is een voordimensionering op torsie, geen asberekening volgens DIN 743.

11. Naaf en spiebaan

Het venster Naaf/spie... heeft instellingen voor wiel 1 (ook het rondsel bij heugel en binnenvertanding) en wiel 2 (alleen bij het paar).

Het informatieveld waarschuwt als er te weinig materiaal zit tussen de spiebaan en de tandvoet, of als de naaf groter is dan de voetcirkel. Ringwielen en heugels krijgen geen naaf of spiebaan.

12. Exporteren (DXF, STEP, STL)

FormaatInhoudGebruik
DXF2D-contour in de doorsnede loodrecht op de as, met de boring (met spiebaan), de steekcirkel en de naaf op eigen lagen.Lasersnijden, waterstralen, CNC, tekeningen
STEPVolumemodel met echte vlakken (cilinders, vlakke wanden, B-spline-flanken en schroefvlakken).CAD (FreeCAD, Rhino, Fusion, SolidWorks, ...)
STLGesloten driehoeksnet met een instelbare koordafwijking (standaard 0,01 mm).3D-printen, slicers

Met de keuzelijst boven de knoppen kies je:

Wil je in CAD controleren of de tanden niet in elkaar steken, exporteer dan "beide samen" met een kleine flankspeling (bijvoorbeeld 0,05 mm) en gebruik een booleaanse doorsnijding: die moet leeg zijn.

13. Projecten opslaan en openen

Een project (.tdw) bewaart:

Projecten zijn uitwisselbaar tussen de Nederlandse en de Engelse versie. Als er onopgeslagen wijzigingen zijn, staat er een * in de titelbalk en vraagt het programma bij afsluiten of je wilt opslaan.

14. Normen, aannames en grenzen

15. Sneltoetsen

ToetsActie
F1Deze handleiding openen
Ctrl + OProject openen
Ctrl + SProject opslaan
MuiswielZoomen in de tekening
SlepenTekening verschuiven
DubbelklikAlles passend in beeld

16. Problemen en vragen

"Geen combinaties gevonden"
Vergroot de tolerantie van de verhouding, verruim de grenzen van Σx of Δx, verlaag z min, zet reeks 2 aan of gebruik β zoeken.
Waarschuwing ondersnijding
Gebruik een positieve profielverschuiving (minimaal de getoonde x min), meer tanden of een grotere drukhoek.
Waarschuwing spitse tand of kopdikte te klein
Verlaag de profielverschuiving of verdeel Σx anders over de twee wielen.
Ingrijpingsgraad te klein
Kies een kleiner modul met meer tanden, minder profielverschuiving, of schuine vertanding.
Interferentie bij binnenvertanding
Zet "Ringkop inkorten" aan, vergroot het tandverschil of pas Δx aan.
Sterkte voldoet niet
Kijk welke waarde rood is. Flankdruk verbeter je met een groter modul of een bredere tand, een harder materiaal of een grotere hartafstand. Voetspanning verbeter je met een groter modul, een bredere tand of een positieve profielverschuiving.
De STEP opent niet goed in mijn CAD-programma
Probeer een ander programma om te zien of het aan het bestand ligt. Exporteer bij een booleaanse controle met een kleine flankspeling, omdat precies rakende vlakken lastig zijn voor CAD-kernen.