Цепной привод — это способ передачи механической энергии из одного места в другое. Он часто используется для передачи мощности на колеса транспортного средства, в частности велосипедов и мотоциклов . Он также используется в самых разных машинах помимо транспортных средств.
Чаще всего мощность передается роликовой цепью , известной как приводная цепь или трансмиссионная цепь , [1], проходящей через звездочку , при этом зубья шестерни входят в зацепление с отверстиями в звеньях цепи. Шестерня поворачивается, и это тянет цепь, прилагая механическое усилие к системе. Другой тип приводной цепи — цепь Морзе, изобретенная компанией Morse Chain Company из Итаки, штат Нью-Йорк , США. Она имеет перевернутые зубья. [2]
Иногда мощность выводится простым вращением цепи, что может использоваться для подъема или перетаскивания предметов. В других ситуациях устанавливается вторая шестерня, и мощность восстанавливается путем прикрепления валов или ступиц к этой шестерне. Хотя приводные цепи часто представляют собой простые овальные петли, они также могут огибать углы, размещая более двух шестерен вдоль цепи; шестерни, которые не передают мощность в систему или не передают ее наружу, обычно называются холостыми колесами . Изменяя диаметр входной и выходной шестерен по отношению друг к другу, можно изменить передаточное отношение . Например, когда шестерня педалей велосипеда вращается один раз, это заставляет шестерню, которая приводит 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.
_of_roller_chain,_Leonardo_da_Vinci.jpg/1280px-The_sketch_(drawing)_of_roller_chain,_Leonardo_da_Vinci.jpg)
Древнейшее известное применение цепного привода появляется в Полиболе , описанном греческим инженером Филоном Византийским (III в. до н. э.). Две плоские звенья цепи были соединены с лебедкой , которая, прокручиваясь вперед и назад, автоматически стреляла стрелами машины, пока ее магазин не опустел. [3] Хотя устройство не передавало мощность непрерывно, поскольку цепи «не передавали мощность от вала к валу, и, следовательно, они не были в прямой линии предков собственно цепного привода», [4] греческий дизайн знаменует начало истории цепного привода, поскольку «неизвестно ни одного более раннего примера такого кулачка, и ни один столь же сложный не был известен до 16 века». [3] Именно здесь плоская звеньевая цепь, часто приписываемая Леонардо да Винчи , [5] фактически впервые появилась». [3]
Первый непрерывный, а также первый бесконечный цепной привод был первоначально изображен в письменном часовом трактате династии Сун средневекового китайского ученого-энциклопедиста и астронома Су Суна (1020–1101 гг. н. э.), который использовал его для управления армиллярной сферой своей астрономической часовой башни , которая является первыми астрономическими часами, [6] а также фигурками часового домкрата, показывающими время суток с помощью механического удара гонгов и барабанов. [7] Сам цепной привод преобразовывал вращательное движение в возвратно-поступательное и получал энергию через гидравлические работы водяного часового бака Су и водяного колеса, последнее из которых действовало как большая шестерня . [8]
Большинство систем цепного привода используют зубья для передачи движения между цепью и роликами. Это приводит к меньшим потерям на трение, чем системы ременного привода , которые часто полагаются на трение для передачи движения.
Хотя цепи можно сделать прочнее ремней, их большая масса увеличивает инерцию трансмиссии .
Приводные цепи чаще всего изготавливаются из металла, в то время как ремни часто изготавливаются из резины, пластика, уретана или других веществ. Если приводная цепь тяжелее эквивалентного приводного ремня, система будет иметь более высокую инерцию . Теоретически это может привести к большему эффекту маховика , однако на практике инерция ремня или цепи часто составляет небольшую долю общей инерции трансмиссии.
Одной из проблем роликовых цепей является изменение скорости или пульсация, вызванная ускорением и замедлением цепи, когда она проходит звено за звеном вокруг звездочки. Это начинается, как только линия шага цепи касается первого зуба звездочки. Этот контакт происходит в точке ниже окружности шага звездочки. По мере вращения звездочки цепь поднимается до окружности шага, а затем снова опускается вниз, поскольку вращение звездочки продолжается. Из-за фиксированной длины шага линия шага звена пересекает хорду между двумя точками шага на звездочке, оставаясь в этом положении относительно звездочки, пока звено не выйдет из звездочки. Этот подъем и падение линии шага и есть то, что вызывает эффект хорды или изменение скорости. [9]
Другими словами, обычные роликовые цепные приводы подвержены вибрации, поскольку эффективный радиус действия в комбинации цепи и звездочки постоянно изменяется во время вращения («хордовое действие» [10] ). Если цепь движется с постоянной скоростью, то валы должны постоянно ускоряться и замедляться. Если одна звездочка вращается с постоянной скоростью, то цепь (и, вероятно, все другие звездочки, которые она приводит в движение) должны постоянно ускоряться и замедляться. Обычно это не проблема для многих систем привода; однако большинство мотоциклов оснащены резиновой втулкой ступицы заднего колеса, чтобы практически устранить эту проблему вибрации. Зубчатые ременные приводы разработаны для ограничения этой проблемы за счет работы с постоянным радиусом шага [11] ).
Цепи часто уже ремней, и это может облегчить переключение на большие или меньшие передачи для изменения передаточного числа. Многоскоростные велосипеды с переключателями передач используют это. Кроме того, более положительное зацепление цепи может облегчить создание передач, которые могут увеличиваться или уменьшаться в диаметре, снова изменяя передаточное число. Однако некоторые новые синхронные ремни заявляют, что имеют «эквивалентную мощность роликовых цепных приводов той же ширины». [12]
Оба могут использоваться для перемещения предметов, прикрепляя к ним карманы, ведра или рамы; цепи часто используются для вертикального перемещения предметов, удерживая их в рамах, как в промышленных тостерах, в то время как ремни хороши для горизонтального перемещения предметов в виде конвейерных лент . Нередко системы используются в комбинации; например, ролики, приводящие в движение конвейерные ленты, сами часто приводятся в движение приводными цепями.
Приводные валы — еще один распространенный метод, используемый для перемещения механической мощности, который иногда оценивается в сравнении с цепным приводом; в частности, ременной привод против цепного привода против вала — это ключевое конструкторское решение для большинства мотоциклов. Приводные валы, как правило, прочнее и надежнее цепного привода, но конические шестерни имеют гораздо большее трение, чем цепь. По этой причине практически все высокопроизводительные мотоциклы используют цепной привод, а приводные валы обычно используются для неспортивных машин. Зубчато-ременные приводы используются для некоторых (неспортивных) моделей.
Цепной привод был главной особенностью, которая отличала безопасный велосипед , представленный в 1885 году, с его двумя колесами одинакового размера, от типа пенни-фартинга или велосипеда "high wheeler" с прямым приводом . Популярность безопасного велосипеда с цепным приводом привела к закату пенни-фартинга и до сих пор является базовой чертой дизайна велосипедов.
Во многих ранних автомобилях использовалась система цепного привода, которая была популярной альтернативой системе Panhard . [ требуется цитата ] Распространенной конструкцией был дифференциал, расположенный около центра автомобиля, который затем передавал привод на заднюю ось через роликовые цепи. Эта система позволяла создать относительно простую конструкцию, которая могла приспособиться к вертикальному движению оси, связанному с системой задней подвески .
Frazer Nash были ярыми сторонниками этой системы, использующей одну цепь на передачу, выбираемую кулачковыми муфтами . [ требуется цитата ] Их система цепного привода (разработанная для GN Cyclecar Company ) была очень эффективной, позволяя быстро выбирать передачи. Эта система использовалась во многих гоночных автомобилях 1920-х и 1930-х годов. [ требуется цитата ] Последним популярным автомобилем с цепным приводом был Honda S600 1960-х годов. [13]
Цепной привод по сравнению с ременным приводом или использование карданного вала является основополагающим конструкторским решением при проектировании мотоциклов; почти все мотоциклы используют одну из этих трех конструкций.
{{cite web}}: |author=имеет общее название ( помощь )