1. Definitie en meting van de oppervlakte ruwheid van tandwielen

1.1 Belangrijkste evaluatieparameters

• Ra (Rekenkundige gemiddelde afwijking): Het gemiddelde van absolute afwijkingen van profielpunten van de referentielijn, dat dient als de meest gebruikte ruwheidsindicator.
• Rz (Maximale hoogte van het ruwheidsprofiel): De maximale verticale afstand tussen de pieklijn en de dalijn van het profiel.
• Rq (Root Mean Square Afwijking): De root mean square waarde van profielafwijkingen, die de impact van extreme pieken en dalen beter weergeeft dan Ra.

1.2 Veelvoorkomende meetmethoden

• Contactmeting (Profilometer): Maakt gebruik van een diamanten stylus om het oppervlak te scannen, wat een hoge precisie biedt, maar een risico op krassen op zachte materiaaloppervlakken met zich meebrengt.
• Niet-contactmeting (Witte licht interferometer, Laser Confocale Microscoop): Geschikt voor zeer nauwkeurige en ultra-gladde oppervlakte testen zonder contactschade te veroorzaken.
• Vergelijkingsspecimenmethode (Ra-sjabloonvergelijking): Maakt snelle inspectie ter plaatse mogelijk met een relatief lagere precisie.

2. Ontwerpprincipes van de oppervlakte ruwheid van tandwielen

2.1 Ruwheidsklasse classificatie (ISO 1328 & AGMA 2015 Normen)

2.2 Impact van ruwheid op de prestaties van tandwielen

• Wrijving en smering: Overmatig hoge ruwheid maakt het moeilijk om een oliefilm te vormen, wat leidt tot grenssmering of zelfs droge wrijving en het verhogen van slijtagerisico's. Omgekeerd vermindert extreem lage ruwheid de adsorptie van smeermiddel, wat de smeereffecten kan aantasten (bijv. bepaalde polymeertandwielen vereisen een specifieke ruwheid om olie vast te houden).
• Contactvermoeidheidslevensduur: Microscopische pieken en dalen (als gevolg van ruwheid) zijn gevoelig voor spanningsconcentratie onder contactspanning, waardoor putcorrosie en afschilfering worden versneld. Het optimaliseren van Ra (bijv. Ra=0,2-0,4μm voor de meeste industriële tandwielen) kan de contactvermoeidheidslevensduur effectief verbeteren.
• Trillingen en geluid: Ruwe tandflanken veroorzaken ingrijpingsimpact, waardoor het transmissiegeluid toeneemt (bijv. automatische transmissietandwielen vereisen doorgaans Ra ≤ 0,4μm).
• Initiële inloopkarakteristieken: Geschikte ruwheid (bijv. Ra=0,6-1,0μm) vergemakkelijkt de initiële inloop, waardoor tandflanken zich snel kunnen aanpassen aan de lastverdeling.

3. Beïnvloedende factoren en technische toepassingen

3.1 Impact van bewerkingsprocessen

• Slijpen: Produceert Ra-waarden van 0,2-0,8μm, geschikt voor zeer nauwkeurige tandwielen.
• Hobben/Vormen: Resulteert in Ra-waarden van 0,8-1,6μm, van toepassing op algemene industriële tandwielen.
• Honen/Lappen: Bereikt Ra ≤ 0,2μm, gebruikt voor ultra-precisie tandwielen (bijv. aero-motortandwielen).
• Kogelstralen: Verbetert de oppervlakte ruwheidsverdeling en verhoogt de vermoeidheidsweerstand.

3.2 Effect van materiaal en warmtebehandeling

• Geharde tandwielen (Carboneren en afschrikken): Na het slijpen wordt Ra meestal onder de 0,4μm gehouden.
• Zachte tandwielen (Aanbrengen): Staan hogere ruwheid toe (Ra=0,8-1,6μm), maar de initiële inloop moet in overweging worden genomen.

3.3 Invloed van smeeromstandigheden

• Minerale olie smering: Ra wordt aanbevolen om ≤ 0,8μm te zijn.
• Synthetische olie/Extreme druk smering: Kan hogere ruwheid tolereren (bijv. Ra=1,0-1,6μm).
• Droge wrijving/Zelfsmerende tandwielen (bijv. technische kunststoffen): Vereisen een specifieke ruwheid (Ra=1,0-2,0μm) om vaste smeermiddelen op te slaan.

3.4 Typische technische toepassingsgevallen

• Automatische transmissietandwielen (Hoge snelheid, weinig geluid): Ra=0,2-0,4μm (slijpen + honen). Superfinishing wordt toegepast om trillingen en geluid te verminderen (bijv. Ra ≤ 0,2μm voor elektrische voertuigreductortandwielen).
• Windturbine versnellingsbakken (Zwaar werk, lange levensduur): Ra=0,4-0,8μm (slijpen + kogelstralen). De ruwheidsverdeling is geoptimaliseerd om putcorrosierisico's te verminderen.
• Bouwmachinetandwielen (Lage snelheid, hoge impact): Ra=0,8-1,6μm (hobben + fosfateren). De juiste ruwheid wordt behouden om de inloop prestaties te verbeteren.

3.5 Oppervlaktebehandelingstechnologieën voor ruwheidsoptimalisatie

• Lappen/Polijsten: Vermindert Ra verder, geschikt voor precisietandwielen.
• Coatingtechnologie (bijv. DLC Diamond-Like Carbon Coating): Verlaagt de wrijvingscoëfficiënt en past zich aan aan werkomstandigheden met hoge ruwheid.
• Laser Microtexturering: Verwerkt micro-putjes of groeven op tandflanken om de verdeling van de smeerfilm te optimaliseren.

4. Samenvatting