Цепной привод – это способ передачи механической энергии из одного места в другое. Его часто используют для передачи мощности на колеса транспортных средств, особенно велосипедов и мотоциклов . Помимо транспортных средств, он также используется в самых разных машинах.
Чаще всего мощность передается роликовой цепью , известной как приводная цепь или передаточная цепь , [1] проходящей через звездочку , при этом зубья шестерни входят в зацепление с отверстиями в звеньях цепи. Шестерня поворачивается, и это тянет цепь, создавая механическую силу в системе. Другим типом приводной цепи является цепь Морзе, изобретенная компанией Morse Chain Company в Итаке, штат Нью-Йорк , США. Это перевернутые зубы. [2]
Иногда мощность выдается путем простого вращения цепи, которую можно использовать для подъема или перетаскивания предметов. В других ситуациях устанавливается вторая передача, и мощность восстанавливается путем прикрепления к этой шестерне валов или ступиц. Хотя приводные цепи часто представляют собой простые овальные петли, они также могут проходить повороты, размещая вдоль цепи более двух шестерен; Шестерни, которые не передают мощность в систему и не передают ее, обычно известны как натяжные колеса . Изменяя диаметр входной и выходной шестерен относительно друг друга, можно изменить передаточное число . Например, когда шестерня велосипедных педалей вращается один раз, это приводит к тому, что шестерня, приводящая в движение колеса, совершает более одного оборота. Дуплексные цепи — это еще один тип цепей, которые по существу представляют собой две цепи, соединенные рядом, что позволяет передавать большую мощность и крутящий момент.
_of_roller_chain,_Leonardo_da_Vinci.jpg/1280px-The_sketch_(drawing)_of_roller_chain,_Leonardo_da_Vinci.jpg)
Самое старое известное применение цепного привода встречается в Полиболе , описанном греческим инженером Филоном Византийским (3 век до н. э.). Две цепи с плоскими соединениями были соединены с лебедкой , которая, вращаясь вперед и назад, автоматически выпускала стрелы машины до тех пор, пока ее магазин не опустеет. [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 отмечает начало истории цепного привода, поскольку «ни один более ранний экземпляр такого кулачка не известен, и ни один такой сложный кулачок не известен до 16 века». [3] Именно здесь впервые появилась цепь с плоскими звеньями, которую часто приписывают Леонардо да Винчи , [5] ». [3]
Первый непрерывный, а также первый бесконечный цепной привод был первоначально описан в письменном часовом трактате времен династии Сун средневековым китайским математиком-эрудитом и астрономом Су Суном (1020-1101 гг. н. э.), который использовал его для управления армиллярной сферой своего автомобиля. башня с астрономическими часами , которая является первыми астрономическими часами, [6] , а также фигурки часовых домкратов, показывающие время суток путем механического удара в гонги и барабаны. [7] Цепной привод сам по себе преобразовывал вращательное движение в наклонное и получал мощность через гидравлические механизмы резервуара с водяными часами и водяного колеса Су, последнее действовало как большая шестерня . [8]
В большинстве систем цепного привода для передачи движения между цепью и роликами используются зубья . Это приводит к меньшим потерям на трение, чем в системах ременной передачи , в которых для передачи движения часто используется трение .
Хотя цепи можно сделать прочнее ремней, 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 аналогичного приводного ремня, система будет иметь более высокую инерцию . Теоретически это может привести к усилению эффекта 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 движении вокруг звена за звеном звездочки. Он начинается, как только делительная линия цепи касается первого зуба звездочки. Этот контакт происходит в точке ниже делительной окружности звездочки. При вращении звездочки цепь поднимается до делительной окружности, а затем снова опускается, пока 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 до тех пор, пока звено не выйдет из звездочки. Это повышение и понижение линии тона и является причиной хордового эффекта или изменения скорости. [9]
Другими словами, традиционные приводы с роликовыми цепями подвержены потенциальной 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, возможно, все остальные звездочки, которыми она управляет) должна постоянно ускоряться и замедляться. Обычно это не проблема для многих приводных систем; однако большинство мотоциклов оснащены ступицей заднего колеса с резиновой втулкой, которая практически устраняет эту проблему вибрации. Зубчато-ременные передачи предназначены для ограничения этой проблемы за счет работы с постоянным радиусом шага [11] ).
Цепи часто уже, чем ремни, и это может облегчить их переключение на более крупные или меньшие передачи, чтобы изменить передаточное число. Это используют в многоскоростных велосипедах с переключателями скоростей. Кроме того, более положительное зацепление цепи может облегчить создание шестерен, диаметр которых может увеличиваться или уменьшаться, что опять-таки изменяет передаточное число. Однако некоторые новые синхронные ремни утверждают, что имеют «эквивалентную мощность роликовым цепным приводам той же ширины». [12]
Оба можно использовать для перемещения объектов, прикрепляя к ним карманы, ведра или рамы; цепи часто используются для перемещения вещей по вертикали, удерживая их в рамах, как в промышленных тостерах, тогда как ремни хороши для перемещения вещей по горизонтали в виде конвейерных лент . Использование систем в комбинации не является чем-то необычным; например, ролики, приводящие в движение конвейерные ленты, часто приводятся в движение приводными цепями.
Приводные валы - еще один распространенный метод, используемый для перемещения механической энергии, который иногда сравнивают с цепным приводом; в частности, ременная передача, цепная передача или валовая передача — ключевое конструктивное решение для большинства мотоциклов. Приводные валы, как правило, более прочные и надежные, чем цепная передача, но конические шестерни имеют гораздо большее трение, чем цепь. По этой причине практически все высокопроизводительные мотоциклы используют цепной привод, а механизмы с приводом от вала обычно используются на неспортивных машинах. На некоторых (неспортивных) моделях используются зубчато-ременные передачи.
Цепной привод был главной особенностью, которая отличала безопасный велосипед, представленный в 1885 году, с двумя колесами одинакового размера от велосипедов с прямым приводом или велосипедов типа «высокие колеса». Популярность безопасного велосипеда с цепным приводом привела к упадку пенни-фартинга и до сих пор является основной особенностью конструкции велосипеда.
Многие ранние автомобили использовали систему цепного привода, которая была популярной альтернативой системе Panhard . [ нужна цитата ] В общей конструкции использовался дифференциал , расположенный недалеко от центра автомобиля, который затем передавал привод на заднюю ось через роликовые цепи. Эта система позволила создать относительно простую конструкцию, которая могла обеспечить вертикальное перемещение оси, связанное с системой задней подвески .
Фрейзер Нэш был ярым сторонником этой системы, использующей одну цепь на каждую передачу, выбираемую собачьими сцеплениями . [ нужна цитация ] Их система цепного привода (разработанная для компании GN Cyclecar ) была очень эффективной, позволяя быстро переключать передачи. Эта система использовалась во многих гоночных автомобилях 1920-х и 1930-х годов. [ нужна цитата ] Последним популярным автомобилем с цепным приводом была Honda S600 1960-х годов. [13]
Цепная передача по сравнению с ременной передачей или использование карданного вала — фундаментальное конструктивное решение при проектировании мотоциклов; почти все мотоциклы используют одну из этих трех конструкций.
{{cite web}}: |author=имеет общее имя ( справка )