Als het draaimoment van een as, die door een motor wordt aangedreven, zonder slippen naar een andere as moet worden overgebracht, worden daarvoor twee tandwielen gebruikt, die te zamen een paar vormen. De assen kunnen evenwijdig aan elkaar zijn, elkaar snijden, of elkaar kruisen, maar de afstand tussen de beide assen kan niet groot zijn, daar de tanden der wielen achtereenvolgens met elkaar in ingrijping moeten kunnen komen.
Elk paar tandwielen heeft een bepaalde overbrengingsverhouding, waarvan de grootte volgt uit de verhouding tussen de middellijnen der steekcirkels, of tussen de aantallen tanden op de wielen. Uit deze verhouding volgt tevens of de draaisnelheid van de eerste as door de tandtransmissie vertraagd, versneld, of onveranderd wordt overgebracht.
Het meest voorkomende geval is een vertragende overbrenging tussen twee evenwijdige assen. Op de snellopende „motor”-as wordt dan een klein tandwiel, een zgn. rondsel, geplaatst, en op de tweede as een tandwiel, dat bijv. driemaal zoveel tanden bevat als het rondsel; het draaimoment om de tweede as wordt dan driemaal zo groot als dat om de motoras, ten koste van de snelheid van de tweede as, die driemaal zo klein wordt, daar het product van het aantal omwentelingen per sec en het draaimoment, d.i. de over te brengen energie, behoudens het wrijvingsverlies, ongewijzigd naar de tweede as wordt doorgevoerd.
De werking van een dergelijk tandwielpaar is reeds ca het begin onzer jaartelling door Heron beschreven; hij toonde ook aan, dat één man zéér zware lasten zou kunnen heffen met behulp van een windas, die over enkele achter elkaar liggende tandwielparen met een handkruk wordt aangedreven. Het inzicht in de constructie van een dergelijk windwerk is oud, maar het heeft eeuwen geduurd voordat het kon worden gemaakt.
Toen de energie van vallend water met een waterrad kon worden opgevangen en later ook de energie van de wind met molenwieken kon worden opgevangen, zijn houten kamwielen en schijflopen met ingezette hardhouten tanden gemaakt, die het reeds betrekkelijk grote vermogen, dat aan de molenassen werd toegevoerd, konden doorvoeren naar werktuigen voor het malen van graan, het zagen van hout, het opvoeren van water, en andere doeleinden.
Metalen tandwielconstructies komen het eerst voor in stadsuurwerken, klokken en horloges, aan gedreven door gewichtswerking of door veerkracht.
De komst van de stoomkracht bracht de beschikking over grotere krachten en snelheden, de daarvoor nodige tandwielen moesten uit gietijzer of in vormen gegoten staal worden gemaakt en nauwkeuriger worden bewerkt. In het begin van de 19de eeuw zijn de theoretische grondslagen gelegd voor de vormgeving van de tandflanken. Toen daarop ca 1900 de zoveel sneller lopende electromotoren in algemeen gebruik kwamen moesten daarvoor snelheidsreducerende tandwielconstructies worden gemaakt, waardoor de tandtechniek tot verdere ontwikkeling is gekomen.
Belangrijker nog is de invloed geweest van de automobiel, daar het succes van dit nieuwe vervoermiddel niet alleen afhankelijk was van de motor, maar ook van de bouwwijze, de duurzaamheid en de geruisloze gang van de tandwielen in de versnellingsbak en de as-aandrijving.
Weer andere eisen hebben de scheepsturbines aan de vormgeving, de bewerkingsnauwkeurigheid en de smering van de daarbij toe te passen tandtransmissies gesteld.
De tanden worden op daarvoor ingerichte gereedschapswerktuigen gemaakt, de bewerking geschiedt door snijden of frezen en zo nodig naslijpen van de tanden. De kwaliteit van de bewerking wordt bepaald door de snelheid, de belasting, de toelaatbare slijtage en de levensduur, die in het bedrijf als grenzen worden gesteld.
Het geraas van snellopende tandwielen kan zeer hinderlijk zijn, vooral als de omtreksnelheid van de tanden groter is dan 100 m/sec. Men tracht het te verminderen door nauwkeurige bewerking en montage van de wielen, maar kleine steek- en flankfouten en kleine montagefouten zijn moeilijk geheel te vermijden, zodat ook andere middelen moeten worden aangegrepen: toepassing van kunststoffen voor de snellopende rondsels, vergroten van de massa door de daarvoor in aanmerking komende wielen massief uit te voeren, overvloedig smeren met dikke olie, elastische ondersteuning van de tandwielkasten en geluiddempende bekleding van de wanden der machinekamer.
De krachtsoverbrenging verloopt gunstiger als de tanden scheef op de wielen worden gezet, de ingrijping van elke tand begint dan bij het vooraan lopende hoekpunt, breidt zich van daar over de breedte van de tand uit en neemt daarna weer geleidelijk af, de intreestoot wordt daardoor zwakker en de gang rustiger dan wanneer de tanden direct over de gehele breedte dragen. Schuine tanden worden bij voorkeur gebruikt voor hoge snelheden; is de tanddruk hoog, dan worden zgn.pijltanden toegepast, omdat de axiale componenten van de tanddrukken elkaar dan opheffen.
Een andere toepassing van wielen met V-tanden zijn rotorwielen, die te zamen het werkzame deel vormen van een luchtmotor; aangedreven door luchtdruk leveren zij een koppel aan de as voor het drijven van gereedschap en kleine werktuigen.
Als de assen niet evenwijdig zijn maar elkaar snijden, worden kegelwielen gebruikt. Conische wielen zijn wielen met rechte tanden, die alle gericht zijn naar de gemeenschappelijke top der twee over elkaar rollende kegels. Ook deze wielen hebben een rustiger gang als de tanden scheef worden gesteld. Nog betere gang krijgen deze wielen door de tanden niet recht te maken maar cirkelboogvormig of spiraalvormig.
Als de assen elkaar kruisen kan de beweging van de ene as naar de andere door middel van schroefwielen worden overgebracht. Is de onderlinge afstand kleiner en de overbrengingsverhouding veel groter, dan ontstaat de zgn. hypoïd vertanding. Een veel voorkomende constructie is de worm en wormwieloverbrenging; de worm is ééngangig en het wormwiel heeft 60 tanden, zestig omwentelingen van de worm geven één omwenteling van het wormwiel.
Samengestelde tandwielconstructies worden ondergebracht in zgn. tandwielkasten of wisselbakken en schakelkasten, ze vinden toepassing bij automobielen, windwerken voor hefwerktuigen, reductie-overbrengingen voor snellopende turbines en motoren. De moderne tandconstructies zijn een precisieproduct van speciaal daarvoor ingerichte fabrieken.
PROF. IR F. WESTENDORP
Lit.: E. C. von Pritzelwitz van der Horst, Werktuigonderdelen der draaiende beweging (1951).
