Leerprogramma transmissie/overbrengingstechniek. Grondbeginselen van de aandrijftechniek met praktische en theoretische opgaven

Transcriptie

1 Leerprogramma transmissie/overbrengingstechniek Grondbeginselen van de aandrijftechniek met praktische en theoretische opgaven Inhoud: Trektransmissie - Kettingtransmissie - Riemtransmissie Wieltransmissie: - Wormwieltransmissie - Tandheugel-transmissie - Hoektransmissie - Wrijvingstransmissie - Sterwiel-transmissie Schakeltransmissie: - Twee versnellingen - Twee versnellingen met achteruit N. B. De Opitec bouwpakketten zijn gericht op het onderwijs. 1

2 Onderdelenlijst: Aantal Omschrijving Afmetingen in mm 3 blikken gatenstrook 0,7 x 50 x 100, 3 mm gaten in verzet. 3 blikken gatenstrook met 5 gaten (voor zwengel) uit stroken 10 x 160, 2 hoek-gatenstrook 100, 4,5 mm gat 3 draadeinden M3 x moeren M3 8 draadschroeven M3 x 20 8 draadschroeven M3 x 6 5 tandwielen 15, 3 mm-boorgat 1 tandwiel 20, 3 mm-boorgat 4 tandwielen 40, 3 mm-boorgat 1 tandheugel 1 wormwiel 3 kroonwielen ø 16,5, 3 mm-boorgat 1 riemwiel ø 30, 4 mm-boorgat 1 riemwiel ø 15, 4 mm-boorgat 2 pvc loopwielen ø 21,5, 3 mm-boorgat 1 rubberring ø 50 1 trekveer 20 1 ketting messinghulzen 4/3 x 8 Algemene aanwijzingen voor de opbouw van de transmissies De transmissie modellen moeten op een console worden gemonteerd,dat universeel bruikbaar is voor alle modellen. Schroef hiervoor de drie gatenstroken met de beide hoek-gatenstroken aan elkaar (zie tekening). De gaten van de hoek-gatenstroken komen niet helemaal overeen met de gaten in de gatenstrook. Deslniettemin zijn er gaten, die precies op elkaar passen. Steek door deze gaten de schroeven. Totaal heb je 6 schroeven M3 x 6 met de bijbehorende moeren nodig. Gatenstrook hoek-gatenstrook Voor het aandrijven van de modellen gebruik je een zwengel. De zwengel maak je uit een gatenstrook met 5 gaten, twee schroeven M3 x 20 en totaal 3 moeren (zie tekening). zwengel Wiel bevestiging Wielen, die zonder zwengel op de gatenstrook worden bevestigd, moeten vrij kunnen draaien. Draai daarvoor een schroef met moer vast in de gatenstrook ensteek het wiel over de schroef. Eventueel moet je het wiel borgen met twee moeren, zodat het er niet afloopt (zie tekening). 2

3 Algemeen In veel machines zijn transmissies ingebouwd. Waarvoor is een transmissie eingenlijk nodig? Een transmissie is er voor om kracht te leveren en kracht te versterken. Daarnaast wordt er met de transmissie de richting van de kracht verder gestuurd en/of omgekeerd. Een transmissie moet dus de KRACHT OVERDRAGEN en/of de RICHTING OVERDRAGEN! Om de kracht en de richting van de kracht te kunnen overdragen, wordt de transmissie van een krachtbron op de aandrijfkant aangedreven. Omdat het de kracht, respectievelijk de richting van de kracht weer afgeeft, heet de kant waar de kracht wordt afgegeven: De afgifte kant. Een aandrijving bestaat uit drie hoofdgroepen: 1. DE AANDRIJFZIJDE (neemt de kracht op) 2. DE TRANSMISSIE (zorgt voor de kracht) 3. DE AFGIFTE KANT (geeft de kracht af) Aandrijving transmissie afgifte Bij iedere opgave zijn er verschillende bouwvormen van transmissies mogelijk. De belangrijkste worden in dit leerprogramma behandeld. De volgorde hoeft niet aangehouden te worden, maar is wel aan te bevelen, omdat de transmissie modellen aansluitend worden gebouwd. Trektransmissie De kettingtransmissie De positie van de beide tandwielen kan vrij gekozen worden. De tekening dient als voorbeeld. Het aanbrengen van de zwengel en wiel staat omschreven in het blad: Algemene aanwijzingen voor het opbouwen van de transmissie. Voor dit kettingtransmissie model moet, i.v.m. de onderlinge afstand van de tandwielen, de ketting ingekort worden. Door een schakel open -en daarna dicht te buigen, wordt de ketting gesloten en over de tandwielen gelegd. aandrijving 3

4 Het gebruik in de techniek: Het bekendst is het gebruik van de ketting voor de fiets. Maar ook in veel auto s zijn kettingtransmissies ingebouwd. Daar wordt de krukas middels een ketting met de nokkenas verbonden. In het algemeen kun je zeggen: Als er tussen twee tandwielen een grote afstand overbrugd moet worden, wordt er gebruik gemaakt van een ketting. Soms worden er een groot aantal tandwielen naast elkaar gebouwd. Moet je je dat eens voorstellen bij een fiets! Een enkele keer wordt er in plaats van een kettingtransmissie gebruik gemaakt van een riemtransmissie. Als je speelt met de ketting transmissie zul je merken, dat de ketting slap hangt en soms overspringt. Dan moet je hem spannen. Bij de fiets is er de mogelijkheid door het verschuiven van een tandrad hem te ontspannen of te spannen (achterwiel). Bij ons model (en bij vele andere toepassingen in de techniek) kunnen de tandwielen niet verschoven worden. Dan moet een spanrol de ketting spannen. Maak een tweede zwengel, bevestig het kleine tandwiel er aan en zet de zwengel over de ketting in een gat van de gatenstrook (zie tekening). Span een veer tussen het grote en het kleine tandwiel. De veer trekt de spanrol op de ketting. Via de hevel van de zwengel past de spanrol zich aan aan de beweging van de ketting en houdt deze gespannen. spanrol Toepassing Zelfs, als je een ketting strak spant, kan deze tijdens bedrijf slap gaan hangen. Dat komt omdat hij door de warmte uitzet. Na verloop van tijd zal ook het materiaal uit rekken, waardoor de ketting steeds langer wordt. Om dit te voorkomen is er een na-spaninrichting (zoals bij de fiets) nodig of een spanrol. Kettingtransmissie met spanrol heeft hetzelfde resultaat als het verstellen van een schakel met een pen. Het grote voordeel is echter, dat de gebruiker niet steeds de ketting na hoeft te spannen. Een beetje theorie over de trektransmissie Als je de zwengel met het grote tandwiel (aandrijf zijde) draait, zul je merken, dat het kleine tandwiel sneller draait. Zo wordt de draaisnelheid omgezet en wordt daardoor sneller. Dit heet: Overzetten in een hogere versnelling. Afgiftezijde aandrijfzijde 4

5 Als je aan het kleine tandwiel een zwengel maakt en daarmee draait, dan zie je dat het kleine tandwiel langzamer draait. Dit wordt omschreven als: Een overbrenging in vertraging. Zijn beide wielen even groot, dan noemen we dit: Een gelijkwaardige overbrenging. Het overbrengen van een beweging naar snel of langzaam wordt omschreven met het begrip: Overbrengingsverhouding. Je kunt de overbrengingsverhouding berekenen. Hiervoor moeten het aandrijftoerental (n1) en het afgegeven toerental (n2) bekend zijn. Het officiële teken voor de overbrengingsverhouding is: i n 1 De formule is: i = n 2 Als we aannemen, dat het kleine wiel 2 omwentelingen maakt en het grote wiel 1 omwenteling dan is dit een overbrengingsverhouding van i = 2:1 P.S. Het toerental aan de aandrijfzijde is altijd n1 en aan de afgifte kant altijd n2! Naast het toerental kun je ook het aantal tanden (z1/z2) of de diameter van het wiel (d1/d2) voor het berekenen gebruiken. n 1 z 2 d 2 Hier de drie formules die mogelijk zijn: i = oder i = oder i = n 2 z 1 d 1 Als je aan het kleine wiel draait zul je merken, dat daarvoor maar weinig krach nodig is. Voor het draaien van het grote wiel heb je wat meer kracht nodig. Waarom dit verschil? Beide wielen beschikken eigenlijk over een hevel. Het kleine tandwiel heeft een korte hevel en het grote tandwiel een lange. (Zie tekening). a = 5 mm b = 10 mm 5

6 In de natuurkunde is het bekend (hevel wet - gouden regel in de mechanica), dat een lange hevel minder kracht kost dan een kleine. Als je aan het kleine wiel draait, beweeg je tegelijkertijd de lange hevel van het grote wiel. Je moet wel vaker ronddraaien, om het grote wiel eenmaal rond te krijgen. Hiermee heb je je krachten gespaard, al doe je er wel langer over krachtversterking bereikt het grote wiel omdat met het kleinere wiel een groter aantal omventelingen is afgelegd. Door wijziging van het aantal omwentelingen verandert ook de kracht. Kort gezegd: Als je aan de aandrijf kant een hoog toerental, met relatief weinig krach invoert, krijg je aan de afgifte kant een lager toerental met meer kracht en omgekeerd! Probeer dit maar eens met een handboormachine met twee toerentallen. Bij het draaien van de boorkop met de ingestelde snelheid, merk je het toerental van de boor en de daarbij behorende kracht op. Stel de knop nu in op de andere snelheid. Je kunt hierbij vaststellen dat bij een grotere krachtsontwikkeling de boor sneller draait en bij een geringere krachtsontwikkeling langzamer. Daarbij moet je natuurlijk ook de draaisnelheid in acht nemen. Weinig omwentelingen met veel kracht op de boor. De kracht verhoudt zich omgekeerd tot het toerental. De helft van het toerental bewerkt een verdubbeling van de kracht. Door het veranderen van het toerental verandert ook de kracht. Aanwijzingen voor het opbouwen: De riemtransmissie De positie van de beide riemwielen kun je willekeurig kiezen. De tekening is slechts een aanknopingspunt. Het aanbrengen van de zwengel en het wiel is reeds op het blad Algemene aanwijzingen voor het opbouwen van de transmissie beschreven. Na de montage van de riemwielen trek je een rubbering als riem over de wielen en klaar is de riemtransmissie. Gebruik in de techniek: In principe kan een riemtransmissie ook in plaats van een kettingtransmissie worden gebruikt. Desondanks heeft de riem enkele nadelen ten opzichte van de ketting: - Hij slipt - Hij geeft minder vastheid - Hij slijt sneller. 6

7 Toch wordt ook de riemtransmissie in veel machines toegepast. Een riem is veel lichter dan een ketting en vraagt geen onderhoud (een ketting moet gesmeerd worde). In een auto drijft een riem de waterpomp en de dynamo aan. In de landbouw spant men b.v. een riem van de tractor op een cirkelzaag en drijft die daarmee aan. De gekruiste riemtransmissie Wat doe je als de draairichting niet correct is, b.v. als de cirkelzaag de verkeerde kant op draait? Hier zie je een duidelijk verschil met wat er kan met een ketting. Door simpel de riem te kruisen wordt de draairichting omgekeerd. Dan heb je een gekruiste riemtransmissie. Als je in de geschiedenisboeken duikt vind je wellicht afbeeldingen uit de tijd van de: industriële revolutie met een fabriekshal uit die tijd. Via een aandrijfas (transmissie as) werden de machines met riemen aangedreven. Bijvoorbeeld een kolomboormachine. Opgaven: Als je wiel A draait, krijg je een overbrenging naar... De verhouding is...:... Als je wiel B draait, krijg je een overbrenging naar... De verhouding is...:... Notities: 7

8 Wielen-transmissie De positie van de beide rubberwielen kun je vrij kiezen. De tekening helpt je daarbij. Het aanbrengen van de zwengel en het wiel staat reeds omschreven op het blad Algemene aanwijzingen voor de opbouw van de transmissie. Let er bij het monteren op, dat de rubberwielen vast tegen elkaar wrijven. rubberwielen Gebruik in de techniek: Dergelijke wrijfwiel transmissies worden gebruikt, als de transmissie aan de afgifte kant van de machine of het apparaat iets van elkaar gescheiden moet worden. B.v. kan er met een naaimachine middels wrijfwiel transmissie garen op de spoel worden gewonden. De spoelhouder met de rol garen kan eenvoudig tegen het handwiel van de naaimachine worden geklapt en de spoel draait. Even gemakkelijk kan de verbinding, door weg klappen weer verbroken worden. Misschien ken je het volgende voorbeeld beter: Veel draaimolens worden via een motor met transmissie aangedreven. Aan de transmissie zit een autoband (ja, dat heb je goed gelezen, een autoband). Dit wiel draait en wrijft langs een metalen band van de carrousel. In je cassetterecorder transporteert een wrijfwiel transmissie het bandje. Je kunt het zien, het zit naast de koppen en drukt het bandje tegen de aandrijfas. Door wrijving wordt het bandje getransporteerd. De beide meenemers in de casette wikkelen slechts de spoel op en af. De wormwieltransmissie De positie van het grote tandwiel en het wormwiel mag je vrij kiezen. De tekening kan je daarbij behulpzaam zijn. Het aanbrengen van de zwengel en het wiel kun je vinden op het blad: Algemene aanwijzingen voor de opbouw van de transmissie. Omdat het wormwiel op een draadeind geschoven wordt, moet je het halveren. Gooi de helft met het kleine boorgat niet weg! Dit wordt later nog gebruikt. 8

9 Gebruik in de techniek: Wormwieltransmissies hebben een heel grote overbrengingsverhouding. Stel deze in ons voorbeeld vast: i =... :... Wormwieltransmissie wordt ook toegepast voor krachtoverbrenging naar het langzame. B.v. de meenemer van een fietskilometerteller heeft een wormwieltransmissie. Daarnaast kan een wormwieltransmissie alleen aan de aandrijfkant (wormwiel) gedraaid worden. Zo krijg je automatisch een rem. Stel je voor: Op het tandwiel is de windas van een takel aangebracht. Daarmee wordt een vracht omhooggetrokken en dan wordt de motor uitgeschakeld. Toch blijft de vracht boven. Het wormwiel remt het tandwiel. Zou je alleen tandwielen hebben gebruikt, dan zou door de zwaarte van de vracht de as weer afwinden, tenzij er een extra rem wordt ingebouwd. De tandheugel transmissie De positie van het tandwiel en de tandheugel kun je vrij kiezen. De tekening helpt je daarbij. Het aanbrengen van de zwengel en het wiel is reeds omschreven in het blad Algemene aanwijzingen voor het opbouwen van transmissies. Draai als houder een steun voor twee schroeven met moeren in de gatenstrook. Op de schroefdraad ligt dan de tandheugel. Met de zwengel beweeg je het tandwiel. roterende beweging lineaire beweging Gebruik in de techniek: Tandheugel transmissies worden gebruikt om een draaibeweging om te zetten in een lineaire beweging, of voor het omzetten van een lineaire beweging in een draaiende beweging. Het bekendste voorbeeld hiervan is wel de tandradbaan. Er zijn echter ook veel machines met tandheugel transmissie. B.v. wordt door de motor van een lopende band de draaibeweging omgezet voor het transport. Tegelijkertijd wekt de draaibeweging over de tandheugel een schuifbeweging op, waarmee voorwerpen van de band worden geschoven. 9

10 De hoektransmissie De positie van de beide kroonwielen kun je willekeurig kiezen. De tekening kan je daarbij behulpzaam zijn. Het aanbrengen van zwengel en wiel is reeds beschreven in het blad.: Algemene aanwijzingen voor het opbouwen van de transmissie. Bevestig het kroonwiel op eendraadeind en bevestig het met twee moeren. Steek het onderste kroonwiel los op de schroef. Het gebruik in de techniek: Eigenlijk maakt de tekening het gebruik van de hoektransmissie direct duidelijk. Het dient om de kracht of draaibeweging om te zetten in een hoek van 90. In ons voorbeeld blijft de overbrengingsverhouding gelijk, omdat de kroonwielen even groot zijn. Bij verschillende groottes krijg je natuurlijk ook een andere verhouding. Je ziet een dergelijke hoektransmissie b.v. bij een handboormachine (geen elektrische). Bouw de hoektransmissie op als omkeertransmissie. De omkeertransmissie Monteer hiervoor eentweede kroonwiel op het draadeinde (zie tekening). Er mag maar één kroonwiel in het middelste kroonwiel grijpen. Als je het draadeinde naar rechts verschuif, dan grijpt het linker wiel in het middelste wiel. Schuif je het draadeind naar links, dan is dat het rechter wiel. 10

11 Gebruik in de techniek: Zoals de omschrijving OMKEERTRANSMISSIE al aangeeft, is deze transmissbeweging er voor om een braaibeweging om te keren. Als je de zwengel in eenzelfde richting (b.v. naar rechts) draait en daarbij het draadeind met de twee kroonwielen verschuift, dan zul je zien dat het middelste wiel de ene keer rechtsom en de andere keer linksom draai. De draaibeweging wordt door het verschuiven van het draadeind omgekeerd. Als een motor maar één kant opdraait (b.v. een verbrandingsmotor), dan maakt de omkeertransmissie het mogelijk de draairichting te veranderen. De draairichting van de motor hoeft dan niet te worden veranderd. Zo kan door een omkeertransmissie een schip ook achteruit varen. Bij een auto wordt de draairichting op een andere manier bereikt (zie schakeltransmissie). aanwijzingen voor de opbouw: De sterwiel transmissie De positie van de beide tandwielen kun je willekeurig kiezen. De tekening kan je daarbij behulpzaam zijn. Het aanbrengen van zwengel en wiel is reeds beschreven in het blad: Algemene aanwijzingen voor het opbouwen van de transmissie. Gebruik in de techniek: Deze sterwiel overrenging kan zowel overbrengen naar snel als naar langzaam. Dit is afhankelijk van welk tandwiel het wiel aan de aandrijfzijde is (A of B). Stel de overbrengingsverhouding vast: i =... :... Sterwielen brengen de kracht en draairichtingen net zo over als de ander transmissies b.v. trektransmissie. Voorbeeld: Het vermindert in de handboormachine het toerental, maar verhoogt de kracht. Op het volgende werkblad moet je een sterwiel transmissie bouwen, waarbij de overbrenging naar langzaam nog groter wordt. Daar heb je natuurlijk meer tandwielen voor nodig. Stel na het maken de overbrengingsverhouding vast: i =... :... Hoe verklaar je deze uitkomst? 11

12 Verklaringen voor de uitkomst van de proef aan de voorkant: Je hebt vast kunnen stellen, dat de overbrengingsverhouding tegenover het eerste sterwiel niet is veranderd. Waarom niet? Door alleen maar meerdere tandwielen achter elkaar te bouwen verandert de overbrengingsverhouding niet. Als je het eerste kleine tandwiel een keer rond hebt gedraaid, dan doet het tweede kleine tandwiel hetzelfde. Bij de grote tandwielen zie je hetzelfde. Dit komt door de volgorde van de tandwielen. Ze hebben namenlijk elk hun eigen as. Je moet de tandwielen anders samenbouwen. Maar hoe? De tekening is een bovenaanzicht. Je kijkt dus van boven op het transmissie mechanisme. Voor de opbouw heb je de draadeinden nodig. Bevestig daarop de tandwielen met moeren. Schroef de zwengel op het draadeind met het kleinste tandwiel. Draadeinden Stel de overbrengingsverhouding vast. Hiervoor draai je net zo lang aan de zwengel, totdat het laatste grote tandwiel één keer is rondgedraaid. Waardoor komt het tot deze overbrenging? Het aantal tandwielen is toch gelijk gebleven! i =... :... 12

13 Als je de zwengel ongeveer drie keer draait, dan draait het grote tandwiel één keer. Het draadeind (as) van het grote tandwiel is daarbij natuurlijk ook een keer gedraaid, evenals het tweede, het kleine tandwiel. Dit kleine tandwiel moet weer drie keer ronddraaien om het andere grote tandwiel één keer rond te krijgen. In totaal moet je de zwengel dus ongeveer negen keer ronddraaien. Deze transmissie heeft twee overbrengingen: 3:1 en nog eens 3:1. Tesamen wordt deze overbrenging het product 9:1. Opmerking: Voor het aantal keren draaien staat ca. Dit komt, omdat de verhouding van de gebruikte tandwielen niet in een rond getal uitkomt. De verhouding is dus i = 9:1 Om het juist weer te geven zou er moeten staan: i G = 9:1 Het gaat namenlijk om het product van de afzonderlijke overbrengingen. Daarom i G = gezamenlijke overbrengingsverhoudingen De tekening toont hoe de twee overbrengingsverhoudingen samen werken. i = 3:1 i = 3:1 i = 9:1 Formule voor het berekenen van overbrengingsverhoudingen i G : n A i G = ---- n E z 2 x z 4 x z 6 x... i G = z 1 x z 3 x z 5 x... i G = i 1 x i 2 x i 3 x... Hier moet je het begin toerental (na) en het eind toerental (ne) tellen. Dan kun je i berekenen. Hier moet je het aantal tanden van de tandwielen tellen, dan kun je i berekenen. Hier moet je de eindverhoudingen vermenigvuldigen om i te berekenen. Schakeltransmissie Tot slot van ons uitstapje in de wereld van de transmissietechniek behandelen we de werking van de SCHA- KELTRANSMISSIE. Hiervoor kun je delen van de sterwiel transmissie gebruiken. Monteer de beide assen (draadeinden) met de tandwielen samen volgens onderstaande tekening. Let er daarbij op, dat de aandrijfas ietsjes te verschuiven valt. De aandrijving doe je met de zwengel. Aan de aandrijfkant kun je een rubberring monteren. Dit stelt een auto transmissie voor. Door de aandrijfas te verschuiven kun je tussen twee verschillende overbrengingen kiezen. Zoek uit: i 1 =... :... i 2 =... :... 13

14 Gebruik in de techniek: Het bekendste gebruik van een schakeltransmissie is die van een auto. Ook in andere machines, waar verschillende toerentallen of krachten nodig zijn, zijn transmissieschakelingen ingebouwd. O.a. de boomachine met twee of meer snelheden. Vermindering van het toerental betekent hier een toename in kracht. Een auto kan echter ook achteruit rijden. Hoe kan dit? Werk daarvoor de volgende werkstap uit. UITBREIDING MET EEN ACHTERUIT Hiervoor moet de twee versnellingen transmissie worden uitgebreid met een achteruit. Bouw hiervoor twee kleine tandwielen en een groot tandwiel volgens tekening in. Voor het inbrengen van de achteruit moet je de aandrijfas zo verschuiven, dat het buitenste kleine tandwiel en het buitenste grote tandwiel in elkaar grijpen. Daarbij mogen de andere tandwielen op de aandrijfas niet in een ander tandwiel grijpen. De verbinding tussen aandrijfas en afgifte as loopt over het grote buitenste tandwiel, daarbij komt ook het omkeren van de draairichting. Aansluitende Opmerking: Je kunt dit transmissie model (net als de ander) ook aansluiten op een motor. Steek hiervoor het reststukje, dat je van het wormwiel hebt overgehouden op de motor-as van een speelgoed motor. Het wormwiel zorgt, met haar sterke overbrenging in langzaam, voor een krachtige aandrijving van het transmissie model. buitenste tandwielen aanzicht met de buitendste tandwielen 14

15 Opgaven 1. Om welke manier van overbrengen gaat het bij de volgende 4 voorbeelden? 2. Hoe kun je bereiken, dat bij een ketting transmissie de ketting niet doorhangt? Noem twee mogelijkheden! 3. Waarom kan bij een wormwieltransmissie het wormwiel nooit de afgiftekant zijn? 4. Met een tandwieltransmissie wordt eendraaiende beweging omgezet in een...! 5. Een bijzondere vorm onder de transmissies is...,want hier wordt de beweging niet met een tandwiel of een ketting/riem, maar met een...over gebracht. 6. De wiek van een windmolen draait vier keer rond per minuut. De hierop aangesloten molensteen echter maar twee keer. Welke formule wordt gebruit? Bereken de overbrengingsverhouding. 7. Het aandrijf tandwiel van een sterwiel heeft 99 tanden. Het afgifte tandwiel heeft 33 tanden. Welke formule wordt gebruik? Bereken de overbrengingsverhouding. 8. Bereken de overbrengingsverhouding van het wrijfwiel van een platenspeler. De doorsnede van de platenspeler is 300 mm. De doorsnede van het aandrijfwiel 4 mm. 9. Bereken voor een transmissie met meerdere stappen het ig van de overbrengingsstappen! Stap 1 heeft een overbrenging van i = 4:1; Stap 2 heeft een overbrenging van i = 8:1; Stap 3 heeft een overbrenging van I = 3:1. Volgens welke formule moet je het ig berekenen? 15