Gids voor mechanische aandrijftechniek

Machines en machineonderdelen komen in beweging door middel van een aandrijving, ook bekend als een overbrenging of een transmissie. Een aandrijving is de verzamelnaam voor verschillende technieken die ronddraaiende of heen-en-weer gaande bewegingen overbrengen evenals de kracht/vermogen van de machine.

De aandrijving is daarmee de verbinding tussen de motor en het werktuig; in een auto worden de wielen bijvoorbeeld aangedreven door de motor. In de industrie komen we aandrijvingen tegen in alle werktuigen die bewegende onderdelen bevatten zoals bijvoorbeeld pompen, ventilatoren, pick & place units, transportbanden, etc. Er bestaan verschillende aandrijftechnieken:

• Hydraulische aandrijvingen
• Pneumatische aandrijvingen
• Elektrische aandrijvingen
• Mechanische aandrijvingen

In deze gids vindt u informatie over de werking van deze mechanische aandrijvingen, de verschillende soorten aandrijvingen en welke onderdelen daarbij horen.

1. Wat is mechanische aandrijftechniek?

Mechanische overbrengingen komen in de technische sector veel voor, daarnaast is het een van de langst bestaande aandrijvingen. Bij mechanische aandrijvingen wordt vermogen en beweging overgebracht van de aandrijfmotor naar het aangedreven werktuig. Soms vraagt het werktuig dezelfde snelheden en krachten als de aandrijfmotor, maar deze kunnen ook van elkaar afwijken. In dat geval spreken we van een variabele overbrenging.

Bij een mechanische aandrijving is er vooral sprake van een overbrenging van een ronddraaiende beweging naar een andere draaiende beweging. Soms wordt de draaiende beweging ook omgezet naar een heen-en-weer-beweging.

Er bestaan een aantal manieren binnen de mechanische aandrijftechniek om snelheid en kracht over te brengen:

• Riemaandrijving
• Kettingaandrijving
• Askoppeling
• Tandwielaandrijving

2. Riemaandrijvingen

Bij een riemaandrijving wordt er vermogen overgebracht tussen twee evenwijdige assen door middel van een riem. Op deze assen zijn schijven (ook wel riemschijven of poelies genoemd) gemonteerd en de riem loopt over deze schijven. De riem die bij deze aandrijving gebruikt wordt, is een gesloten riem en heeft dus geen begin of einde. Als twee schijven dezelfde diameter hebben dan draaien deze met dezelfde snelheid rond.

Als er echter op de ene as een andere diameter wordt gebruikt dan op de andere as, dan verandert de snelheid en is er sprake van een versnelling of vertraging van de aandrijving. Bij een riemaandrijving draaien de schijven normaal gesproken in dezelfde richting.

Er bestaan drie verschillende soorten riemaandrijvingen: een V-riemaandrijving, een tandriemaandrijving en een vlakke riemaandrijving. De meeste aandrijvingen zijn uitgevoerd met een tandriem of V-riem en deze zullen we verder toelichten.

Soorten riemaandrijvingen

V-riemaandrijving

V-riemaandrijvingen zijn een van de oudste aandrijvingen die op het moment gebruikt worden. Deze aandrijving bestaat uit twee of meer schijven met meerdere groeven in een V-vorm aan de buitenzijde. In deze groeven wordt een V-riem (of V-snaar) strakgespannen en wanneer de drijvende schijf beweegt, zorgt de V-riem ervoor dat de gedreven schijf meebeweegt.

Als de V-riem niet strak genoeg is gespannen of als de v-groeven in de schijf te veel zijn ingesleten, kan de riem gaan slippen. Dit gebeurt ook als er een blokkade in het systeem plaatsvindt. Er kunnen meerdere V-riemen naast elkaar in een schijf lopen om zo meer kracht over te kunnen brengen.

Tandwielaandrijving

Een tandriemaandrijving bestaat uit twee of meer schijven met een buitenvertanding, de getande riem wordt hier vervolgens over gespannen. De tanden van de riem grijpen in de tanden van de schijf en brengen de beweging van de schijven over. In tegenstelling tot de V-riem aandrijvingen veroorzaken tandriemaandrijvingen nauwelijks slippage vanwege de vertanding waardoor het rendement van deze aandrijving groter is.

Overbrengingsverhouding riemaandrijving berekenen

Bij een riemaandrijving is eenvoudig de snelheid te berekenen van de gedreven schijf. U kunt daarvoor volgende formule gebruiken:

d1 x n1 = d2 x n2

d1 = diameter schijf 1

n1 = aantal omwentelingen per minuut schijf 1 (toerental)

d2 = diameter schijf 2

n2 = aantal omwentelingen per minuut schijf 2 (toerental)

Het is mogelijk dat de schijf bij een V-riemaandrijving iets trager draait dan volgens de formule zou moeten. Dit is mogelijk een gevolg van de eerdergenoemde slip van de riem, een probleem dat de tandriemaandrijving niet ondervindt.

Toepassing riemaandrijving

Riemaandrijvingen worden veel gebruikt bij onder andere pompen, industriële ventilatoren, als aandrijving van rollenbanen of transportbanden, compressoren, etc.

Voordelen van een riemaandrijving

Riemaandrijvingen bieden in de eerste plaats een gladde overbrenging tussen de riemschijven over een grotere afstand. Andere voordelen van deze aandrijving zijn:

• Kosteneffectief: riemen hebben een hoog rendement (95-98%)
• Eenvoudig in gebruik en licht in gewicht
• Lage onderhoudskosten
• Lange levensduur

Nadelen van een riem riemaandrijving

Een mogelijke reden om een V-riemaandrijving niet te gebruiken kan de mogelijkheid tot slip zijn. In enkele gevallen kan dit wel gewenst zijn omdat de slip dient als veiligheid bij een blokkade van de aandrijving. Met een tandriemaandrijving komt u dit probleem niet tegen. Andere nadelen van een riemaandrijving zijn:

• Bij grotere vermogens is de aandrijving vaak niet compact.
• Riemaandrijving kan variëren door slippen en rekken van de riem.

3. Kettingaandrijving

Net als bij een riemaandrijving, wordt er bij een kettingaandrijving gebruik gemaakt van twee ‘kettingwielen’ die met elkaar verbonden zijn door middel van een ketting. Deze ketting bestaat uit een reeks schakels waar de tanden van de wielen in kunnen grijpen. De assen lopen evenwijdig aan elkaar en de kettingwielen draaien dezelfde kant op. Net als de riemaandrijving kenmerkt de kettingaandrijving zich door niet te slippen en kan een beweging overdragen over een langere afstand.

Toepassing kettingaandrijving

Hoewel het bekendste voorbeeld van een kettingaandrijving die van de fiets en motorfiets is, wordt deze ook veel toegepast in de agrarische sector en in industriële machines.

Een kettingaandrijving kent drie basisfuncties:

1. Vermogen: het kan het vermogen (snelheid en koppel) overbrengen van onderdeel naar onderdeel, zelfs in een compacte ruimte.
2. Transport: het kan gebruikt worden om materialen te verplaatsen (schuiven, duwen, trekken of dragen). door zogenaamde meenemers aan de ketting te bevestigen. Denk aan dozen of producten als kunststofplaten, hout, glas, enz.
3. Timing: een kettingaandrijving kan ook gebruikt worden om te synchroniseren of tijdsbewegingen bij te houden.

Voordelen

Een kettingaandrijving kan, net als een tandriemaandrijving, niet slippen. Andere voordelen zijn:

• Er is een hoge snelheidsverhouding mogelijk
• Hoog rendement, weinig energieverlies
• Kan goed tegen hoge temperaturen, vocht en vuil
• Makkelijk te installeren

Nadelen

• Veel onderhoud: u moet een ketting regelmatig smeren
• Bij lange uitrekking kan de ketting snelheidsfluctuaties vertonen
• Het kan trillingen veroorzaken

5. Tandwielaandrijving

Een tandwielaandrijving wordt ook wel een tandwieloverbrenging genoemd. Men gebruikt tandwielen vaak om de rotatie- of draairichting van een beweging te veranderen of de hoek van de draaibeweging te wijzigen. Ook wordt deze aandrijving ingezet om een toerental te vergroten of juist te verkleinen. Het systeem heeft een drijfwiel en een volgwiel, dit noemen we ook wel het ‘drijvende wiel’ en het ‘aangedreven wiel’. Net als bij tandriem- en kettingaandrijvingen kan ook hier geen slip plaatsvinden.

Overbrengingsverhouding tandwielen berekenen

Het is mogelijk om de overbrengingsverhouding van de aandrijving te berekenen. In dat geval telt u de tanden van het drijfwiel en het volgwiel. Stel, het drijfwiel heeft 20 tanden en het volgwiel heeft er 10, dan is de verhouding: 20:10. Met andere woorden: 2:1. U kunt met de volgende formule de overbrengingsverhouding gemakkelijk berekenen:

z1 x n1 = z2 x n2

z1 = aantal tanden drijfwiel

z2 = aantal tanden volgwiel

n1 = aantal omwentelingen van het drijfwiel per seconde

n2 = aantal omwentelingen van het volgwiel per seconde

Toepassing tandwielaandrijving

Een tandwielaandrijving wordt vaak gebruikt wanneer men grote overbrengingsverhoudingen moet bereiken op een korte afstand. Als een klein tandwiel een groot tandwiel in beweging brengt, zal dat voor een krachttoename zorgen. Andersom geldt: wanneer een groot tandwiel een klein tandwiel aandrijft, zorgt dat voor een versnelling. De kracht neemt dan wel wat af.

Voordelen

De mogelijkheid tot grote overbrengingsverhoudingen in een compacte omgeving is een van de grote voordelen bij een tandwielaandrijving. Andere voordelen:

• Er vindt geen slip plaats
• Constante snelheidsverhouding
• Sterke overbrenging die veel kracht kan verzetten
• Lange levensduur

Nadelen

Een tandwielaandrijving is niet geschikt voor assen met grote afstanden. Daarnaast kent het meer nadelen:

Het is niet de beste oplossing voor grote snelheden
Veel onderhoud: u moet een tandwiel regelmatig smeren
Bij een hoge snelheid treedt er veel geluid op
Ze zijn minder economisch dan een riem- of kettingaandrijving
Meerdere tandwielen zorgt voor een zwaarder gewicht
Is een starre aandrijving: weinig flexibiliteit
Bij schokbelasting beschadigen de tandwielen snel