Цепной привод - Chain drive

Цепной привод - это способ передачи механической энергии из одного места в другое. Он часто используется для передачи мощности колесам транспортных средств, особенно велосипедов и мотоциклов . Кроме транспортных средств, он также используется в самых разных машинах.

Чаще всего мощность передается с помощью роликовой цепи , известной как приводная цепь или трансмиссионная цепь , проходящей через звездочку , при этом зубья шестерни входят в зацепление с отверстиями в звеньях цепи. Шестерня поворачивается, и это тянет цепь, прикладывая механическую силу к системе. Другой тип приводной цепи - это цепь Морзе , изобретенная компанией Morse Chain Company из Итаки, Нью-Йорк , США. Это перевернутые зубы.

Иногда мощность выводится простым вращением цепи, которую можно использовать для подъема или перетаскивания объектов. В других ситуациях устанавливается вторая шестерня, и мощность восстанавливается путем присоединения валов или ступиц к этой шестерне. Хотя приводные цепи часто представляют собой простые овальные петли, они также могут обходить углы, размещая более двух шестерен вдоль цепи; шестерни, которые не передают мощность в систему или не передают ее, обычно называются холостыми колесами . Изменяя диаметр входной и выходной шестерни относительно друг друга, можно изменять передаточное число . Например, когда шестерня велосипедных педалей вращается один раз, это заставляет шестерню, приводящую в движение колеса, вращаться более чем на один оборот. Дуплексные цепи - это еще один тип цепей, которые по сути представляют собой две цепи, соединенные бок о бок, что позволяет передавать больше мощности и крутящего момента.

История

Самая старая из известных иллюстраций бесконечного цепного привода, передающего энергию, из книги Су Сун 1092 года нашей эры, описывающей его башню с часами в Кайфэне.

Самое древнее известное применение цепной передачи встречается в книге « Полибол» , описанной греческим инженером Филоном Византийским (3 век до н. Э.). Две плоские цепи были соединены с лебедкой , которая, вращаясь вперед и назад, автоматически запускала стрелы машины до тех пор, пока ее магазин не опустел. Хотя устройство не передавало мощность непрерывно, поскольку цепи «не передавали мощность от вала к валу, и, следовательно, они не были прямой родословной самого цепного привода», греческий дизайн знаменует начало истории цепной привод, поскольку «более ранние экземпляры такого кулачка не известны, и ни один такой сложный механизм не известен до 16 века». Именно здесь цепь с плоским звеном, которую часто приписывают Леонардо да Винчи , действительно впервые появилась ».

Первый непрерывный, а также первый бесконечный цепной привод был первоначально изображен в письменном часовом трактате о династии Сун средневековым китайским математиком-эрудитом и астрономом Су Сун (1020-1101 гг. Н.э.), который использовал его для управления армиллярной сферой своего тела. башня с астрономическими часами , которая является первыми астрономическими часами, а также фигурки домкратов с часами, отображающие время дня путем механического удара в гонги и барабаны. Сам цепной привод преобразовывал вращательное движение в прямолинейное движение и приводился в действие с помощью гидравлики резервуара с водяными часами Су и водяного колеса, которое действовало как большая шестерня .

Альтернативы

Ремень безопасности

В большинстве систем цепного привода используются зубья для передачи движения между цепью и роликами. Это приводит к меньшим потерям на трение по сравнению с системами ременного привода , которые часто полагаются на трение для передачи движения.

Хотя цепи могут быть более прочными, чем ремни, их большая масса увеличивает инерцию трансмиссии .

Приводные цепи чаще всего изготавливаются из металла, а ремни - из резины, пластика, уретана или других материалов. Если приводная цепь тяжелее, чем аналогичный приводной ремень, система будет иметь более высокую инерцию . Теоретически это может привести к большему эффекту маховика , однако на практике инерция ремня или цепи часто составляет небольшую часть общей инерции трансмиссии.

Одной из проблем роликовых цепей является изменение скорости или помпаж, вызванный ускорением и замедлением цепи при ее обходе звено за звеном звездочки. Он начинается, как только делительная линия цепи соприкасается с первым зубом звездочки. Этот контакт происходит в точке ниже делительной окружности звездочки. При вращении звездочки цепь поднимается до делительной окружности, а затем снова опускается вниз по мере продолжения вращения звездочки. Из-за фиксированной длины шага линия шага звена пересекает хорду между двумя точками шага на звездочке, оставаясь в этом положении относительно звездочки до тех пор, пока звено не выйдет из звездочки. Это повышение и понижение питча вызывает хордовый эффект или изменение скорости.

Другими словами, обычные приводы с роликовой цепью подвержены потенциальной вибрации, поскольку эффективный радиус действия в комбинации цепи и звездочки постоянно изменяется во время вращения («хордовое действие»). Если цепь движется с постоянной скоростью, валы должны постоянно ускоряться и замедляться. Если одна звездочка вращается с постоянной скоростью, тогда цепь (и, возможно, все другие звездочки, которые она приводит) должны постоянно ускоряться и замедляться. Обычно это не проблема для многих приводных систем; однако большинство мотоциклов оснащено ступицей заднего колеса с резиновыми втулками, что практически устраняет проблему вибрации. Приводы с зубчатым ремнем предназначены для ограничения этой проблемы за счет работы с постоянным радиусом шага).

Цепи часто уже, чем ремни, и это может облегчить их переключение на большие или меньшие передачи для изменения передаточного числа. Многоскоростные велосипеды с переключателями передач используют это. Кроме того, более плотное зацепление цепи может облегчить создание шестерен, которые могут увеличиваться или уменьшаться в диаметре, снова изменяя передаточное число. Однако некоторые новые зубчатые ремни заявляют, что имеют «эквивалентную пропускную способность приводам с роликовой цепью той же ширины».

Оба могут использоваться для перемещения объектов путем прикрепления к ним карманов, ведер или рамок; цепи часто используются для вертикального перемещения вещей, удерживая их в рамах, как в промышленных тостерах, в то время как ремни хороши для горизонтального перемещения вещей в виде конвейерных лент . Системы нередко используются в комбинации; например, ролики, приводящие в движение конвейерные ленты, сами часто приводятся в движение приводными цепями.

Приводные валы

Приводные валы - еще один распространенный метод перемещения механической энергии, который иногда сравнивают с цепным приводом; В частности, ременная передача против цепной передачи против привода вала является ключевым дизайнерским решением для большинства мотоциклов. Приводные валы имеют тенденцию быть более жесткими и надежными, чем цепной привод, но конические шестерни имеют гораздо большее трение, чем цепь. По этой причине практически во всех высокопроизводительных мотоциклах используется цепной привод с приводом от вала, который обычно используется для неспортивных машин. На некоторых (неспортивных) моделях используются зубчато-ременные передачи.

Использование в транспортных средствах

Велосипеды

Цепной привод был главной особенностью которого дифференцировали безопасность велосипеда , введенный в 1885 году, с двумя равными по размеру колеса, от прямого привода пенни-фартинга или «высокого» Уилера типа велосипеда. Популярность безопасного велосипеда с цепным приводом привела к исчезновению мелочей, и сегодня он по-прежнему является основной чертой велосипедной конструкции.

Автомобили

1906 г., Остин - вид сверху
1906 г., Остин - вид сверху
Грузовик Mack 1920-х годов

Многие ранние автомобили использовали систему цепного привода, которая была популярной альтернативой Système Panhard (в которой использовалась жесткая система привода Hotchkiss с универсальными шарнирами ). Обычная конструкция заключалась в использовании дифференциала, расположенного недалеко от центра автомобиля, который затем передавал привод на заднюю ось через роликовые цепи. Эта система допускала относительно простую конструкцию, которая могла приспособиться к вертикальному перемещению оси, связанному с системой задней подвески . Цепной привод также привел к меньшей неподрессоренной массе на задних колесах, чем привод Hotchkiss (где дифференциал и половина приводного вала вносят вклад в неподрессоренную массу), что привело к большей эффективности задней подвески и, следовательно, более плавному ходу.

Фрейзер Нэш был ярым сторонником этой системы, в которой использовалась одна цепь на каждую шестерню, выбираемую с помощью собачьего сцепления. Система цепного привода Frazer Nash (предназначено для GN Cyclecar компании по Арчибальду Frazer-Nash и Генри Рональд Godfrey ) была очень эффективной, позволяя очень быстро выбор передач. Система трансмиссии Frazer Nash (или GN) легла в основу многих «специальных» гоночных автомобилей 1920-х и 1930-х годов. Последним популярным автомобилем с цепным приводом была Honda S600 1960-х годов.

Многие современные поршневые двигатели используют роликовую цепь (называемую «цепью ГРМ») для привода распределительного вала (ов), заменяя предыдущие конструкции толкателей или зубчатых ремней ГРМ . В этом случае цепи служат дольше, но их часто сложнее заменить, поскольку они должны быть заключены в пространство, в которое может быть введено смазочное масло.

Раздаточная в машине или легких грузовиков другое приложение , где используются цепные приводы.

Мотоциклы

Цепной привод по сравнению с ременным приводом или использование карданного вала является фундаментальным дизайнерским решением при проектировании мотоциклов; почти все мотоциклы используют одну из этих трех конструкций.

Смотрите также

Рекомендации

Библиография

  • Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Д .; Horton, Holbrook L .; Райффель, Генри Х. (1996), Грин, Роберт Э .; Макколи, Кристофер Дж. (Ред.), Справочник по машинному оборудованию (25-е изд.), Нью-Йорк: Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2575-2, OCLC  473691581 .
  • Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Химия и химическая технология, Часть 2, Машиностроение . Тайбэй: Caves Books Ltd.
  • Склейтер, Нил. (2011). «Цепные и ременные устройства и механизмы». Справочник по механизмам и механическим устройствам. 5-е изд. Нью-Йорк: Макгроу Хилл. С. 262–277. ISBN  9780071704427 . Чертежи и конструкции различных приводов.

Внешние ссылки