Цепной привод - Википедия - Chain drive

Роликовая цепь и звездочка

Цепной привод это способ передача механической энергии из одного места в другое. Он часто используется для передачи мощности колесам транспортного средства, особенно велосипеды и мотоциклы. Кроме транспортных средств, он также используется в самых разных машинах.

Чаще всего власть передается через роликовая цепь, известный как приводная цепь или же цепь передачи,[1] переходя через звездочка шестерня, 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 Итака, Нью-Йорк, Соединенные Штаты. Это перевернутые зубы.[2]

Иногда мощность выводится путем простого вращения цепи, которую можно использовать для подъема или перетаскивания объектов. В других случаях устанавливается вторая шестерня, и мощность восстанавливается путем присоединения к ней валов или ступиц. 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 известны как холостые колеса. Варьируя диаметр входной и выходной шестерни относительно друг друга, передаточное число можно изменить. Например, когда шестерня велосипедных педалей вращается один раз, это заставляет шестерню, приводящую в движение колеса, вращаться более чем на один оборот.

История

Самая старая из известных иллюстраций бесконечный силовой цепной привод, от Су Сон книга 1092 г., описывающая его часовая башня из Кайфэн
Эскиз из шарнирная цепь к Леонардо да Винчи

Самое старое известное применение цепной передачи появилось в Полиболос, описанный Греческий инженер Филон Византийский (3 век до нашей эры). Две плоско-связанные цепи были соединены с лебедка, который, вращаясь вперед и назад, автоматически запускал стрелы машины, пока ее магазин не опустошился.[3] Хотя устройство не передавало мощность непрерывно, поскольку цепи «не передавали мощность от вала к валу, и, следовательно, они не находились в прямой линии происхождения собственно цепной передачи»,[4] Греческий дизайн знаменует собой начало истории цепного привода, поскольку «более ранний экземпляр такого кулачка не известен, и ни один такой сложный механизм не известен до 16 века».[3] Именно здесь плоскозвенная цепь, которую часто приписывают Леонардо да Винчи,[5] фактически впервые появился ".[3]

Первый цепной привод с непрерывной и бесконечной передачей энергии был описан в письменной форме. часовой трактат о династии Сун средневекового китайского математика-эрудита и астронома Су Сон (1020-1101 гг. Н.э.), который использовал его для управления армиллярная сфера его астрономический часовая башня а также фигурки домкратов с часами, показывающие время дня путем механического удара в гонги и барабаны.[6] Сам цепной привод преобразовывал вращательное движение в прямолинейное движение и приводился в действие за счет гидравлики резервуара с водяными часами Су и водяного колеса, последнее из которых действовал как большая шестерня.[7]

Альтернативы

Ремень безопасности

Большинство систем цепного привода используют зубы для передачи движения между цепью и роликами. Это приводит к меньшим потерям на трение, чем ремень безопасности системы, которые часто полагаются на трение передать движение.

Хотя цепи можно сделать прочнее, чем ремни, их большая масса увеличивает трансмиссию. инерция.

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 высокий инерция. Теоретически это может привести к большему маховик Однако на практике инерция ремня или цепи часто составляет небольшую долю от 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 подъем и падение линии подачи - это то, что вызывает хордовый эффект или изменение скорости.[8]

Другими словами, обычные приводы с роликовой цепью подвержены потенциальной вибрации, поскольку эффективный радиус действия в комбинации цепи и звездочки постоянно изменяется во время вращения ("хордальное действие")[9]). 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[10]).

Цепи часто уже, чем ремни, и это может облегчить их переключение на большие или меньшие передачи для изменения передаточного числа. Многоскоростные велосипеды с переключатели используйте это. Кроме того, более надежное зацепление цепи может облегчить создание шестерен, которые могут увеличиваться или уменьшаться в диаметре, снова изменяя передаточное число. Тем не менее, некоторые новые зубчатые ремни заявляют, что обладают «эквивалентной мощностью приводов с роликовой цепью такой же ширины».[11]

Оба могут использоваться для перемещения объектов путем прикрепления к ним карманов, ведер или рамок; цепи часто используются для вертикального перемещения предметов, удерживая их в рамах, как в промышленных тостерах, в то время как ремни хороши для перемещения предметов по горизонтали в виде конвейерные ленты. 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, как правило, более жесткие и надежные, чем цепной привод, но конические шестерни имеют гораздо большее трение, чем цепь. По этой причине практически все высокопроизводительные мотоциклы используют цепную передачу, а приводы от вала обычно используются для неспортивных машин. . Зубчато-ременные передачи используются на некоторых (неспортивных) моделях.

Использование в транспортных средствах

Велосипеды

Основная статья: Велосипедная цепь

Цепной привод был главной особенностью, которая отличала безопасный велосипед представленный в 1885 году, с двумя колесами одинакового размера, от прямой привод пенни-фартинг или велосипед типа «высокоскоростной». Популярность безопасного велосипеда с цепным приводом привела к исчезновению мелочей, и сегодня он по-прежнему является основной особенностью велосипедной конструкции.

Автомобили

1906 г., Остин - вид сверху
1906 г., Остин - вид сверху
1920-е годы Мак грузовая машина

Многие ранние автомобили использовали систему цепного привода, которая была популярной альтернативой Système Panhard (который использовал жесткий Драйв Гочкиса система с универсальные шарниры ). Обычная конструкция использовала дифференциал расположен недалеко от центра автомобиля, который затем передал привод на задний ось с помощью роликовых цепей. Эта система допускала относительно простую конструкцию, которая могла приспособиться к вертикальному перемещению оси, связанному с задняя подвеска система. Цепной привод также привел к меньшему неподрессоренная масса на задних колесах, чем привод Hotchkiss (где дифференциал и половина приводного вала вносят вклад в неподрессоренную массу), что приводит к большей эффективности задней подвески и, следовательно, более плавному движению.

Фрейзер Нэш были решительными сторонниками этой системы, использующей одну цепь на каждую передачу, выбираемую с помощью собачьего сцепления. Система цепного привода Frazer Nash (разработана для Компания GN Cyclecar к Арчибальд Фрейзер-Нэш и Генри Рональд Годфри ) был очень эффективным, позволяя чрезвычайно быстро переключать передачи. 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 был Honda S600 1960-х годов.[12]

Многие современные поршневые двигатели используйте роликовую цепь (называемую «цепь привода ГРМ») для приведения в движение распредвал (s), заменяя предыдущие конструкции толкателей или зубчатых ремни ГРМ. В этом случае цепи служат дольше, но их часто сложнее заменить, поскольку они должны быть заключены в пространство, в которое можно заливать смазочное масло.

В раздаточная коробка в автомобиле или легком грузовике - еще одно приложение, в котором используются цепные приводы.

Мотоциклы

Цепной привод против ременной передачи или использование карданный вал является принципиальным дизайнерским решением в конструкции мотоциклов; почти все мотоциклы используют одну из этих трех конструкций. Видеть Конструкция мотоцикла § Бортовая передача Больше подробностей.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Справочник по машинному оборудованию (1996 г.) С. 2337–2361.
  2. ^ First Directory Ltd. "First Directory Ltd - 1 место по деловой информации". 1stdirectory.com. Архивировано из оригинал на 2007-11-27. Получено 2008-02-01.
  3. ^ а б c Вернер Зёдел, Вернард Фоли: Древние катапульты, Scientific American, Vol. 240, No. 3 (март 1979), p.124-125
  4. ^ Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Часть 2, Машиностроение. Cave Books, Ltd. Стр. 109.
  5. ^ В 16 веке Леонардо да Винчи сделал наброски того, что, кажется, было первой железной цепью с штифтами. Эти цепи, вероятно, были разработаны для передачи тянущей, а не оборачивающей силы, потому что они состоят только из пластин и штифтов и имеют металлические детали. Однако на эскизе да Винчи роликовый подшипник есть. Цубакимото Сеть Ко., изд. (1997). Полное руководство по цепочке. Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. стр. 240. ISBN  0-9658932-0-0. п. 211. Получено 17 мая 2006.
  6. ^ Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Часть 2, Машиностроение. Cave Books, Ltd. Стр. 111, 165, 456–457.
  7. ^ Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии, Часть 2, Машиностроение. Тайбэй: Caves Books Ltd, стр. 445 и 448, 469–471.
  8. ^ Это потому, что в цепях есть шаг длины, и они могут изгибаться только в точке шага. Цубакимото Сеть Ко., изд. (1997). Полное руководство по цепочке. Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. стр. 240. ISBN  0-9658932-0-0. Получено 24 марта 2020.
  9. ^ 2.2.1 Хордовое действие: вы обнаружите, что положение, в котором цепь и звездочки входят в зацепление, колеблется, и цепь вибрирует вместе с этим колебанием. Цубакимото Сеть Ко., изд. (1997). Полное руководство по цепочке. Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. стр. 240. ISBN  0-9658932-0-0. Получено 24 марта 2020.
  10. ^ Но в системах с зубчатыми ремнями действие хорды происходит по кругу и хорде, так же, как и в цепях. Обычно этот эффект составляет менее 0,6 процента, но в сочетании с отклонением центра шкива и ошибками шага ремня или шага шкива он может составлять от 2 до 3 процентов. Цубакимото Сеть Ко., изд. (1997). Полное руководство по цепочке. Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. стр. 240. ISBN  0-9658932-0-0. Получено 24 марта 2020.
  11. ^ "Карбоновые ремни Poly Chain GT - Gates Corporation". gates.com.
  12. ^ «Honda воплощает большие идеи в маленьком S600». Бензиновый. Получено 16 ноября 2019.

Библиография

  • Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Д .; Horton, Holbrook L .; Райффель, Генри Х. (1996), Грин, Роберт Э .; Макколи, Кристофер Дж. (Ред.), Справочник по машинам (25-е изд.), Нью-Йорк: Промышленная пресса, 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.

внешняя ссылка