tandhjul
Tandhjul, maskinelement, almindeligvis udformet rotationssymmetrisk som et hjul med ud- eller indadrettede tænder på cirkelperiferien. Tandhjul anvendes parvis, således at tænderne på de to hjul griber ind i hinanden; når det ene hjul drejes, overføres rotationen derved til det andet.
Tandhjul benyttes almindeligvis til at forbinde to aksler med det formål bl.a. at overføre kræfter og momenter, ændre udveksling, omløbshastighed eller bevægelsesretning. Det kan fx være i gear, ure, hejseværker eller som mellemled mellem kraft- og arbejdsmaskiner som fx kædesystemer eller turbiner. Andre anvendelser af tandhjul kan være som et led i overførslen af trækkraft i fx en tandhjulsbane eller i motorkøretøjers styretøj ved anvendelse af et almindeligt tandhjul i indgreb med en tandstang eller til at pumpe væsker i en tandhjulspumpe.
Tændernes arbejdende flader kaldes flanker, og et tandhjuls tænder og tandmellemrum kaldes tilsammen fortandingen. Er tandhjulet udformet som en ring med indadrettede tænder, tales der om indvendig fortanding i modsætning til udvendig fortanding, hvor tænderne sidder på ringens yderside. Indvendig fortanding anvendes, hvis der ønskes samme omdrejningsretning på akslerne eller af pladshensyn.
Afhængigt af de stillinger, som akslerne med tandhjulene har i forhold til hinanden, tales der om cylindriske tandhjul (akslerne er parallelle), koniske tandhjul (akslerne skærer hinanden, hyppigst i en ret vinkel) eller hyperbolske tandhjul (ligner koniske tandhjul, men har aksler, der ikke skærer hinanden). Cylindriske tandhjul kan udformes med skråtstillede tænder, hvilket giver en udveksling med en roligere og mere støjfri gang end med lige tænder. Årsagen hertil er, at der ved skråstilling er flere tænder i indgreb på samme tid. Ved at kombinere skråtstillede tænder med brede tandhjul og svagt skruebøjede tænder kan forbindelsen anvendes til kraftoverføring mellem hurtigt- og langsomtløbende aksler i fx turbiner.
Tandhjulsudvekslinger konstrueres ud fra cirkler, der tangerer hinanden (rullecirkler). Formen af tænderne beskrives af flankekurven, som i de fleste tilfælde er en cirkelafvikler. Tænder med denne form kaldes evolventetænder, men andre geometrier som fx cykloide- eller Novikov-fortanding er også i brug; sidstnævnte er en russisk opfindelse, der kan overføre dobbelt så store belastninger som evolventetænder med samme dimension.
Tandhjul karakteriseres i metersystemet ved modulen, som er afstanden mellem to nabotænder målt midtvejs mellem top og bund divideret med π; antallet af tænder multipliceret med modulen er tandhjulets delediameter. For at to tandhjul kan passe til hinanden, skal modulen og flankekurven være ens. I England og USA anvendes Pitchsystemet med mål i tommer i stil med modulsystemet.
Fremstilling af tandhjulets avancerede tandgeometri sker i dag på computerstyrede dreje-/fræsemaskiner (CNC-maskiner) ud fra råemner af støbejern, specialstyrkestål, aluminium og andre metaller. Uforarbejdede tandhjul kan også fremstilles ved pulverpresning eller smedning, ligesom tandhjul til mindre belastninger med krav om bl.a. lav vægt fremstilles ud fra sprøjtestøbte eller ekstruderede plastemner, som videreforarbejdes til den rette tandgeometri. Tænderne tildannes enten ved en skivefræser, der har tændernes profil, eller ved andre fræsemetoder.
De første tandhjul fra oldtiden og middelalderen var vidt forskellige fra dem, som findes i dag. Det var som regel kun det ene hjul, der havde "tænder" i form af træpinde, som stak frem fra en skive enten i retning ud fra akslen eller parallelt med denne. Det andet hjul var en slags gittertromle, hvori tænderne gik i indgreb. Først senere blev det muligt at bestemme de geometriske regler for tandhjulenes rigtige form.
Cykloidefortandingen udvikledes bl.a. af Ole Rømer, som under sit ophold i Paris 1672-81 konstruerede en række stjernemaskiner, der havde mange tandhjulsforbindelser med cykloidefortanding. Først i slutningen af 1800-t. gik man over til at anvende evolventetanden efter cirkelafvikleren, da denne var lettere at fremstille ved fræsning.