TECHNIEK: Hoe werkt een versnellingsbak?

Tekst: Peter Aansorgh, foto’s: fabrikanten 

Tandwielen veranderen het toerental van de assen waarop ze zitten. Dat komt omdat de beide tandwielen van een bepaalde versnelling een verschillende diameter hebben. De omtreksnelheid van elk tandwiel is gelijk, want ze haken in elkaar en nemen elkaar mee. Maar als de omtrek van het ene tandwiel groter is, is die nog niet helemaal rondgedraaid als het kleine tandwiel een omwenteling heeft gemaakt. De as met het kleine tandwiel draait dus sneller dan het tandwiel met het grote tandwiel. Zo heeft de eerste versnelling een heel klein tandwiel op de ingaande as en een heel groot op de uitgaande as. Naarmate je in hogere versnellingen komt, wordt het tandwiel op de ingaande as groter en op de uitgaande as kleiner, zodat het toerental van de uitgaande as steeds hoger wordt. 

Koppel

Tandwielen veranderen niet alleen het toerental, maar ook de grootte van de aandrijfkracht die wordt doorgegeven. Want een tandwielpaar is in feite een setje hefbomen. Het kleine tandwiel is een kleine hefboom, de grote is een grote hefboom, met een grote ‘arm’. En we weten dat het koppel op een as gelijk is aan kracht x arm. Het koppel van de ingaande as geeft door zijn kleine tandwiel (met een korte ‘arm’) een grote kracht op de tanden van het tandwiel. Die kracht komt op het grote tandwiel en geeft zo door de grote arm een groter koppel op de uitgaande as. Maar wel met een lager toerental. Zo kun je in de lagere versnellingen veel koppel overbrengen om snel op te trekken, maar kun je weinig snelheid maken. In de hogere versnelling kun je minder koppel overbrengen, maar maak je wel veel snelheid. 

Schakelen
De bedoeling van een versnellingsbak is dat je steeds een andere versnelling of ‘overbrenging’ kunt kiezen. Er zitten meestal vijf tot zes tandwielsets in een versnellingsbak, met elk een tandwiel op de ingaande as en een tandwiel op de uitgaande as. Nu lijkt het logisch dat de tandwielen van de verschillende versnellingen elkaar niet raken als ze niet worden gebruikt, maar dat je ze in elkaar schuift als je een versnelling inschakelt. Maar dat kan niet. Doordat de tanden van de tandwielen heel precies in elkaar passen zou je ze, als ze met verschillende snelheid draaien, heel moeilijk in elkaar krijgen. Ook zou de materiaalspanning in de tandpunten tijdens het inschakelen gigantisch worden, met een enorm hoge slijtage tot gevolg. Daarom is er een ander schakelmechanisme bedacht, waarbij de tandwielen van elke versnelling altijd met elkaar in aangrijping zijn. Bij dit ‘constant mesh’- systeem kunnen een aantal tandwielen vrij draaien op hun as, de andere zitten op spiebanen. Door die spiebanen kunnen ze schuiven, terwijl ze toch aandrijfkracht kunnen overbrengen. 

Klauwen
Omdat er van elke versnelling één tandwiel los op de as zit, kunnen de tandwielen van elke versnelling altijd met elkaar in aangrijping zijn, zonder dat dit problemen oplevert. Bij het inschakelen van een versnelling wordt het vrij draaiende tandwiel van die versnelling vastgezet op zijn as, zodat alleen die versnelling kracht kan overbrengen. Dat vastzetten gebeurt door een van de tandwielen met spiebanen. Die schuift over de as tegen het tandwiel aan, dat je wilt gebruiken. Op de zijkanten van die twee tandwielen zitten uitsparingen en nokken – de zogenaamde klauwen – die al draaiend in elkaar haken. Zo nemen ze elkaar mee. Bij het systeem met zijdelingse nokken kun je de nokken met vrij veel speling in elkaar haken, zodat ze gemakkelijk aangrijpen. Ook kun je de nokken lekker dik maken, waardoor ze stevig zijn. 

Schakelpatroon
Doorgaans zitten er twee schuivende tandwielen op de uitgaande as en een op de ingaande as. Die moeten in een vaste volgorde worden bediend. Het is daarbij heel belangrijk dat er nooit twee versnellingen tegelijk in aangrijping komen, want dan zou de bak vastslaan. Daarom worden de tandwielen volgens een vast ‘spoorboekje’ bediend. Letterlijk. Elk schuivend tandwiel heeft een sleuf, waarin een soort vork valt. Deze schakelvork kan over een geleideasje schuiven. De vork heeft aan het andere uiteinde een nokje, dat in een sleuf van een ronde wals valt. Tijdens het schakelen wordt de wals verdraaid. Als het tandwiel moet verschuiven, vertoont de sleuf een bocht, waarmee hij de nok en daarmee de hele schakelvork zijdelings verschuift. De vorm van de sleuven zorgt ervoor dat de versnellingen op het juiste moment worden ingeschakeld en losgekoppeld, zodat er altijd maar één versnelling wordt ingeschakeld in de juiste volgorde.

Vond je dit interessant? Klik hier voor nog meer techniek!

 

Gerelateerd

REAGEER OP DIT ARTIKEL