Разница между цепной передачей и зубчатой ​​передачей

Машину можно определить как группу механизмов, которые могут выполнять определенные задачи заранее определенным образом, затрачивая энергию. Большинство функций машины выполняются за счет использования механической энергии, которая обеспечивается первичными двигателями. Первичный двигатель может преобразовывать одну форму энергии в механическую энергию (в виде крутящего момента). В первую очередь примером может служить электродвигатель, в котором электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. Точно так же паровая турбина, гидравлическая турбина, ветряные мельницы и т. Д. В некоторых случаях также действуют как первичный двигатель, особенно для тяжелых условий эксплуатации. Такие первичные двигатели обычно располагаются вдали от агрегатов машин и поэтому требуют других средств для передачи мощности на машины.

Этой цели служит механическая система передачи энергии. Он получает движение, крутящий момент и мощность от первичных двигателей, а затем передает их в предполагаемые места расположения узлов машины. Помимо трансмиссии, он также может изменять направление вращения и скорость, чтобы точно соответствовать требованиям машин. Система механической передачи мощности состоит из четырех основных приводов, а именно зубчатой ​​передачи, цепной передачи, ременной передачи и канатной передачи. Для легкой и бесперебойной передачи мощности также требуются другие механические элементы, такие как тормоз, муфта, вал, шпонка, шпонка, муфта и т. д. Каждый из четырех механических приводов имеет определенные преимущества по сравнению с другими и поэтому подходит для конкретных применений.

В отличие от фрикционного привода (ременного и канатного), и цепной, и зубчатый приводы являются механическим приводом с зацеплением, поскольку мощность передается посредством последовательного зацепления и расцепления. В цепном приводе , через звездочки ведущего и ведомого валов проходит бесконечная цепь, что в свою очередь вносит в систему гибкость. Его можно использовать для передачи электроэнергии на короткие и средние расстояния. Хотя он свободен от проскальзывания, многоугольный эффект ограничивает этот привод от обеспечения постоянного отношения скоростей. Шестерня , с другой стороны, является одним жестким приводом из-за отсутствия какого-либо промежуточного гибкого элемента. Он подходит для передачи мощности на небольшие расстояния и действует как принудительный привод. Различия между цепным и зубчатым приводом приведены ниже в виде таблицы.

Таблица:разница между цепным и зубчатым приводом

Наличие промежуточного элемента и гибкость: Механические приводы можно классифицировать по наличию или отсутствию промежуточного звена. Гибкий привод - это привод, в котором существует гибкая промежуточная связь между ведущим и ведомым валами. Ременная передача, цепная передача и канатная передача являются примерами гибкого привода из-за наличия ремня, цепи и каната, соответственно, в качестве промежуточного звена между двумя валами. Такая связь обеспечивает гибкость привода и, таким образом, их можно использовать для передачи мощности на большие расстояния. С другой стороны, когда такого промежуточного звена не существует, такой механический привод называется жестким приводом. Зубчатая передача является примером жесткой передачи, поскольку две жесткие шестерни входят в непосредственный контакт своими зубьями. Между двумя шестернями не требуется никакого промежуточного элемента, поскольку они сопрягаются напрямую.

Гашение вибрации: Одним из преимуществ любого гибкого привода является его способность гасить вибрации. Обычно приводной блок, такой как первичный двигатель, производит ограниченные и допустимые вибрации; однако машинный узел может нежелательно создавать чрезмерную вибрацию. Ударная или ударная нагрузка, неуравновешенная сила, ослабленные соединения, динамические детали и сломанные или поврежденные компоненты являются основными источниками вибрации в агрегате машины. Такая высокоамплитудная вибрация, если она передается первичному двигателю, может привести к серьезному повреждению. В каждом гибком приводе промежуточный гибкий элемент может по своей природе гасить вибрацию. Из-за отсутствия промежуточных звеньев в жестком приводе вибрация в машинном узле передается на первичный двигатель. Таким образом, цепной привод может изолировать блок привода, но зубчатый привод не может защитить его от чрезмерной нежелательной вибрации.

Предпочтительное расстояние передачи электроэнергии: Основной задачей любого механического привода является передача движения и мощности от ведущего вала к ведомому валу. Расстояние между приводным и ведомым валами может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, таких как планировка цеха, наличие места, вопросы безопасности и т. д. Каждый механический привод подходит для определенного диапазона расстояний между валами. Цепной привод может использоваться для малых и средних межосевых расстояний, обычно от 1 до 5 м на одной ступени. Его также можно использовать для увеличения расстояния между валами за счет использования дополнительных опор холостого хода. С другой стороны, зубчатая передача предпочтительнее при небольшом межосевом расстоянии, обычно менее 1 м; в противном случае необходимо использовать шестерни большого размера, которые будут занимать место и увеличивать вес системы. Используя неработающие промежуточные шестерни, мощность также может передаваться на большее расстояние; однако это увеличит вес системы и потери мощности и, следовательно, снизит эффективность.

Передача мощности между непараллельными валами: Ведущий и ведомый валы могут иметь различную ориентацию. Они могут быть (i) параллельными, (ii) пересекающимися или (iii) непараллельными, но не пересекающимися. Подходящий механический привод выбирается на основе этой относительной ориентации. Все три гибких привода (ременной, цепной и канатный) подходят только для параллельных валов. Хотя четвертьоборотный ремень можно использовать для перпендикулярных валов, на практике он используется редко из-за многих ограничений. Цепной привод может передавать мощность только между параллельными валами. С другой стороны, зубчатая передача может использоваться для любой ориентации ведущего и ведомого валов. Существуют различные типы шестерен, каждая из которых подходит для определенной ориентации. Например, цилиндрическая и косозубая шестерни предпочтительны для параллельных валов, коническая шестерня предпочтительна для пересекающихся валов, а червячная передача подходит для перпендикулярных, но непересекающихся валов.

Направление вращения: Еще одним требованием механического привода является изменение направления вращения в соответствии с требованиями. В машинах требуемое направление вращения может совпадать с направлением вращения первичного двигателя или противоположно ему. Одноступенчатый цепной привод может вращать ведомый вал в том же направлении, что и ведущий вал. Если для вращения требуется несколько валов, то цепной привод может обеспечить вращение в обоих направлениях. С другой стороны, одноступенчатая передача может вращать ведомый вал только в направлении, противоположном ведущему валу. Чтобы получить вращение в том же направлении, необходимо использовать промежуточную шестерню.

Положительный результат: Механический привод, способный обеспечить постоянное передаточное отношение во время работы, называется положительным приводом. Такую постоянную скорость требуется поддерживать во многих приложениях; например, нарезание резьбы на токарном станке, автоматическое завинчивание и т. д. Ни один фрикционный привод не может обеспечить постоянство передаточного отношения из-за присущего ему проскальзывания. Хотя цепной привод свободен от проскальзывания, полигональный эффект может незначительно изменить соотношение скоростей. Таким образом, это не считается положительным влечением. Зубчатая передача — единственный пример положительного привода.

Достижимое снижение скорости: Обычно первичный двигатель вращается со значительно большей скоростью, чем предусмотрено в машинном агрегате. Это требует снижения скорости вращения, что может сделать каждый механический привод. Тем не менее, каждый диск имеет ограничение на уменьшение емкости. Цепной привод может обеспечить снижение скорости от 1:1 до 1:5 за одну ступень. С другой стороны, зубчатая передача может обеспечить широкий диапазон снижения скорости, обычно от 1:1 до 1:100. Цилиндрическая и коническая шестерня предпочтительнее для небольшого снижения, косозубая передача может обеспечить среднее снижение, а червячная передача может обеспечить резкое снижение скорости.

Смазка: В приводе с зацеплением два твердых тела вступают в непосредственный контакт, поэтому выделение тепла и износ являются общей проблемой как в цепном, так и в зубчатом приводе. Использование подходящего смазочного масла может смягчить такие нежелательные эффекты. Цепной привод требует частой смазки; в то время как большинство зубчатых передач требуют полной смазки, когда редуктор частично или полностью погружен в смазочное масло.

В этой статье представлено научное сравнение цепной и зубчатой ​​передачи. Автор также предлагает вам просмотреть следующие ссылки для лучшего понимания темы.

1. Design of Machine Elements by V. B. Bhandari (Четвертое издание; McGraw Hill Education).
2. Machine Design by R. L. Norton (пятое издание; Pearson Education).
3. Учебник по проектированию машин Р. С. Хурми и Дж. К. Гупта (С. Чанд, 2014 г.).