Alles over Tandwielen

1. Wat zijn tandwielen?

Tandwielen zie je overal: in fietsen, horloges, robots en motoren. Maar wat doen ze eigenlijk?\ Tandwielen zijn ronde schijven met tanden die beweging overbrengen van de ene as naar de andere. Door hun vorm kunnen ze kracht, snelheid en draairichting veranderen op een precieze manier.

2. Waarom tandwielen gebruiken?

Tandwielen zijn handig als je iets langzamer, sneller, sterker of in een andere richting wilt laten draaien. Ze maken het mogelijk om met een kleine motor toch iets zwaars te laten bewegen, of juist een snelle beweging te maken met weinig kracht.

• Vertragen of versnellen → Door verschil in tandwielgrootte

• Kracht vergroten → Groter wiel draait langzamer, maar met meer kracht

• Beweging omleiden → Bijvoorbeeld van horizontaal naar verticaal

• Richting veranderen → Linksom wordt rechtsom, of haaks draaien

Figuur 2. Tandwielen bij een fiets.

3. Soorten tandwielen

Er zijn verschillende soorten tandwielen, elk geschikt voor een ander soort beweging of toepassing. Hieronder zie je de meest voorkomende types tandwielen en waar ze voor gebruikt worden:

---

Type	Engelse term	Diagram	Beschrijving
Recht tandwiel	Spur gear		Tanden staan recht op de as; voor eenvoudige overbrengingen.
Schuin tandwiel	Helical gear		Tanden staan schuin; stiller en soepeler, maar moeilijker te maken.
Dubbel schuin tandwiel	Herringbone		Twee tegengestelde schuine tandwielen tegen elkaar; kracht + axiale stabiliteit.
Kegelwiel	Bevel gear		Kegels die haaks op elkaar staan; voor hoeken (bijv. 90°).
Wormwiel	Worm gear		Schroef die in een wiel grijpt; grote vertraging.
Rondsel & tandlat	Rack & pinion		Wiel met tanden op rechte rail; maakt draaiende beweging lineair.
Inwendig vertand	Internal gear		Tanden aan de binnenkant; vaak met planeetwielen.
Planetaire overbrenging	Planetary gear		Meerdere tandwielen rondom een centrale as; compact en krachtig.

4. Hoe werkt een overbrengingsverhouding?

Met tandwielen kun je de verhouding tussen snelheid en kracht bepalen.\ Dat doe je met een overbrengingsverhouding: een groot tandwiel draait langzamer maar krachtiger, een klein tandwiel draait sneller. De verhouding bereken je als volgt:

Overbrengingsverhouding = tanden aangedreven tandwiel / tanden aandrijvend tandwiel

Bijv. tandwiel 1 heeft 10 tanden, tandwiel 2 heeft 30 tanden:\ Overbrenging = 30 / 10 = 3:1\ → Het grote tandwiel draait 3x zo langzaam, maar met meer kracht.

5. Waar moet je op letten bij het ontwerpen?

Een goed werkend tandwiel begint bij een goed ontwerp. Zorg dat de tandwielen bij elkaar passen, niet te veel speling hebben en stevig genoeg zijn voor de krachten die erop komen. Denk ook aan de afstand tussen de assen en het juiste aantal tanden.

• Moduul (maat van de tanden): beide tandwielen moeten dezelfde moduul hebben

• Aantal tanden: hoe meer tanden, hoe vloeiender

• As-afstand: moet passen bij gekozen tandwielen

• Terugslag (backlash): speling tussen tanden

• Sterkte en slijtage: gebruik eventueel een vet of tandwielen van nylon/kunststof

6. Tandwielen maken in Fusion 360

Je hoeft tandwielen niet zelf te tekenen -- Fusion 360 heeft daar handige hulpmiddelen voor.\ Gebruik de Add-in Spur Gear, GF Gear Generator of Helical gear + om snel een werkend tandwiel te maken met de juiste instellingen. Je kunt ook een gat toevoegen voor een motoras of een schroef.\

7. Bevestigen aan as of motor

Tandwielen moeten stevig vastzitten om goed te kunnen draaien. Kies de methode die past bij je ontwerp en de krachten die erop komen.

Methode	Uitleg	Voorbeeld
Perspassing	Tandwiel met krap gat dat stevig over de as wordt gedrukt.
Klemschroef	Klein schroefje (grub screw) dat in de as klemt.
Schroef door gat en as	Dwars door tandwiel én as een boutje/schroef; voorkomt slippen.
Sleuf of spie	Gat met uitsparing + bijpassend profiel op de as.
Adapter/hub	Tandwiel op metalen hub; met bouten aan as bevestigd.
Lijmen	Alleen voor lichte belastingen.

Bekijk ook:

BEST Ways to Connect Your 3D Printed Gears to the Rotating Shaft\ https://www.youtube.com/watch?v=Lnk9Cn2WlqA&ab_channel=Let%27sPrint

How to Design and 3D print basic spur gears, and how to attach them to shafts (Gears part 1/7)\ https://www.youtube.com/watch?v=xEFaYdnqIBQ&t=2093s&ab_channel=Antalz

Tandwieltermen

Tandwielen hebben veel specifieke termen en begrippen die uniek zijn voor hun ontwerp en werking. Om het begrip van tandwielen te verbeteren, volgt hieronder een overzicht van veelgebruikte basisbegrippen.

1) Benamingen van tandwielonderdelen

Tandwielen bestaan uit verschillende onderdelen, zoals de naaf, steekcirkel, tandtop (addendum), tandvoet (dedendum) en tandflanken. Elk onderdeel speelt een rol in de werking van het tandwiel en de manier waarop het samenwerkt met andere tandwielen.

2) De term voor tandgrootte: de Moduul

De moduul (m) is een internationale standaardmaat die de grootte van de tand bepaalt, aangeduid met bijvoorbeeld m1, m3, m8. Hoe groter het getal, hoe groter de tanden. De moduul is de afstand in millimeters over de steekcirkel per tand.

In landen waar men imperiale eenheden gebruikt (zoals de VS), gebruikt men de Diametral Pitch (DP). Dit geeft aan hoeveel tanden een tandwiel zou hebben met een steekcirkel van 1 inch, zoals DP24 of DP8. Er is ook een methode met Circular Pitch (CP) in millimeters, zoals CP5 of CP10.

De steek (p) is de afstand tussen twee opeenvolgende tanden, en wordt berekend met:

p = π × m

Vergelijking van tandgroottes bij verschillende modules toont duidelijk het effect van de moduul op het uiterlijk van het tandwiel.\

3) Drukhoek (Pressure Angle)

De drukhoek (α) bepaalt de vorm van de tandflank. Dit is de hoek tussen de straallijn op het steekpunt en de raaklijn aan het tandprofiel. Standaard is deze hoek meestal 20°, maar vroeger was 14,5° gebruikelijk.

Een grotere drukhoek geeft sterkere tanden en meer draagvermogen, maar verhoogt ook de glijwrijving tussen de tanden, wat de efficiëntie kan beïnvloeden.

Wanneer tandwiel A in grijpt op tandwiel B, oefent A een kracht uit op B langs de gemeenschappelijke normaal. Deze normaal ligt in de richting van de druk, en vormt de hoek α.

De drie belangrijkste parameters voor een tandwiel zijn:

• Moduul (m)

• Drukhoek (α)

• Aantal tanden (z)

Deze vormen de basis voor het berekenen van de afmetingen van tandwielonderdelen.

4) Tanddiepte en tanddikte

De tanddiepte wordt bepaald door de moduul en is de som van de addendumhoogte en dedendumhoogte:

Totale tandhoogte h = 2,25 × m\ waarbij:

• Addendumhoogte (ha) = 1 × m

• Dedendumhoogte (hf) = 1,25 × m

De tanddikte (s) op de steekcirkel is de helft van de steekafstand (en.: pitch):

s = ½ × π × m

Deze maten zorgen ervoor dat tandwielen goed in elkaar grijpen en soepel werken.\

5) Tandwieldiameters

De steekcirkeldiameter (d) is de basis voor het bepalen van tandgrootte en wordt als volgt berekend:

d = z × m

Andere relevante diameters:

• Topcirkeldiameter (da) = d + 2m

• Voetcirkeldiameter (df) = d − 2,5m

De steekcirkel is een denkbeeldige cirkel, maar essentieel voor ontwerp en berekening van tandwielen.

6) Harteafstand en tandspeling

Wanneer twee tandwielen in elkaar grijpen via hun steekcirkels, wordt de harteafstand (a) bepaald door:

a = (d₁ + d₂) / 2

Voor een soepele overbrenging is er ook speling nodig. Dit is de ruimte tussen de onderkant van een tand en de bovenkant van de tegenoverliggende tand.

De verticale speling (in richting van tandhoogte) is:

c = 1,25m − 1m = 0,25m

Deze speling voorkomt vastlopen en zorgt voor een goede werking.

7) Schuine tandwielen (Helical Gears)

Schuine tandwielen zijn rechte tandwielen waarvan de tanden in een spiraalvorm staan. Ze lopen stiller en kunnen meer kracht overbrengen dan rechte tandwielen.

Er zijn twee manieren om de moduul en drukhoek te benaderen:

• Axiale referentie (mt): gebaseerd op het uiteinde van het tandwiel

• Normale referentie (mn): gebaseerd op een vlak loodrecht op de tand

De relatie tussen deze twee is:

mt = mn / cos(β)\ waarbij β de spiraalhoek is.

8) Spiraalrichting en tandwielcombinaties

Schuine tanden kunnen rechtsdraaiend of linksdraaiend zijn, afhankelijk van de richting waarin ze schuin staan.

Combinaties van tandwielen:

• Rechts + rechts → werkt goed ✔️

• Links + links → werkt ook goed ✔️

• Rechts + links → werkt niet goed ❌

De juiste combinatie is belangrijk voor een goede krachtoverbrenging.

Samenvatting

• Tandwielen zorgen voor krachtoverdracht en aanpassing van snelheid/koppel.
• Er bestaan verschillende soorten: rechte, schuine, kegeltandwielen, wormwielen, etc.
• Het aantal tanden en de verhouding bepalen de overbrenging.
• Kies het juiste tandwieltype afhankelijk van toepassing (stilte, kracht, richting).