Разница между ременным приводом и цепным приводом

Первичный двигатель используется для выработки механической энергии путем преобразования другой формы энергии. Например, электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую и передает ее в виде вращения вала. Точно так же гидравлическая турбина, паровая турбина, ветряная мельница и т. д. также могут выступать в качестве первичного двигателя. Механические приводы используются для передачи движения, крутящего момента и мощности от таких первичных двигателей (ведущий вал) к частям машины (ведомый вал). Помимо трансмиссии, они также могут изменять направление вращения и изменять скорость в соответствии с требованиями машинного агрегата. Имеется четыре механических привода, а именно зубчатый привод, ременный привод, цепной привод и тросовый привод. Такие приводы также используют другие элементы передачи мощности (такие как вал, шпонка, муфта, тормоз, сцепление, шкив, звездочка и т. д.) для эффективной и бесперебойной передачи мощности.

Каждый из четырех механических приводов имеет соответствующие преимущества и ограничения; и, таким образом, подходят для конкретных целей. Эти четыре привода можно классифицировать по-разному на различных основаниях. Одним из таких оснований классификации являются средства передачи энергии. Все такие приводы, в которых мощность передается посредством силы трения между двумя сопрягаемыми деталями, называются фрикционными приводами (например, ременными приводами). Когда мощность передается посредством зацепления, то такой тип привода называется зацеплением (например, зубчатая передача и цепная передача). Еще одним фактором классификации механических приводов является наличие гибких элементов. Все такие приводы, в которых между ведущим и ведомым валами существует промежуточная гибкая связь, называются гибкими приводами; тогда как, если такого промежуточного звена не существует, то он группируется как жесткий привод. Ременная и цепная передачи относятся к гибким приводам; тогда как зубчатая передача является одним жестким приводом.

Ременный привод представляет собой гибкую фрикционную передачу, которая передает мощность и движение от ведущего к ведомому валу за счет силы трения между шкивом и ремнем. Подходит для передачи электроэнергии на средние и большие расстояния. Однако его мощность ограничена силой трения между ремнем и шкивом. Таким образом, он не подходит для высоких требований к передаче мощности. С другой стороны, цепной привод представляет собой привод с гибким зацеплением, в котором мощность передается посредством последовательного зацепления и расцепления цепи со звездочкой. В то время как ременная передача склонна к проскальзыванию, цепная передача свободна от нее; однако это не обязательно может обеспечивать постоянное отношение скоростей. Различия между ременной и цепной передачей приведены ниже в виде таблицы.

Таблица:разница между ременной и цепной передачей

Привод трения и зацепления: Во фрикционных передачах передача мощности и движения происходит посредством трения между двумя частями. Ременная передача является фрикционной, так как сила трения между шкивом и ремнем действует как средство передачи мощности. Точно так же канатный привод и один фрикционный привод. С другой стороны, когда передача мощности и движения происходит за счет последовательного зацепления и расцепления зубчатых частей, это называется приводом зацепления. Здесь сила трения не играет прямой роли в передаче мощности. Например, в цепной передаче мощность передается посредством сопряжения зубчатой ​​звездочки с соответствующей цепью. Точно так же зубчатая передача также является приводом с одним зацеплением.

Проскальзывание и позитивный драйв: Положительный привод - это тот, который обеспечивает постоянное соотношение скоростей во время работы. Различные явления, такие как проскальзывание, ползучесть, многоугольный эффект и т. д., имеют тенденцию изменять скорость вращения и, таким образом, препятствовать соотношению скоростей. Постоянное соотношение скоростей очень желательно в различных операциях, таких как нарезание резьбы на токарном станке. Зубчатая передача - это только механический привод, который может обеспечить истинный положительный привод. Ременная передача склонна к проскальзыванию и не может обеспечить постоянное передаточное число. Хотя клиновые и поликлиновые ремни, как правило, минимизируют скорость проскальзывания, проскальзывание также может препятствовать соотношению скоростей. С другой стороны, цепной привод свободен от проскальзывания; однако полигональный эффект может нежелательно изменить соотношение скоростей.

Предпочтительное расстояние между валами: Основной целью механических приводов является передача движения и мощности от приводного вала (например, первичного двигателя) к ведомому валу (например, механизму). Расстояние между приводным и ведомым валом может варьироваться в зависимости от многих факторов, включая расположение пола. Зубчатая передача предпочтительна для передачи мощности на небольшие расстояния. Привод с плоским ремнем подходит для средних и больших расстояний (3–15 м); однако клиновой ремень можно использовать и на небольшом расстоянии (обычно до 1 м). Если расстояние между валами больше, то ремень будет биться (вибрировать между двумя шкивами). Провисшая сторона ремня также может прогибаться. Таким образом, могут потребоваться дополнительные опоры. С другой стороны, цепной привод предпочтительнее для передачи мощности на малые и средние расстояния. Цепь обычно тяжелее ремня, поэтому она может существенно увеличить вес системы, если она используется на больших расстояниях. Также желательны опорные звездочки, если длина цепи больше.

Возможные лица: В случае плоского ремня со шкивом соприкасается только внутренняя часть ремня. Даже при поперечном расположении ремень изгибается в двух разных плоскостях, чтобы только внутренняя часть соприкасалась со шкивом. В клиновом ремне только две наклонные боковые поверхности соприкасаются с соответствующим шкивом. Эти контактные поверхности не могут быть изменены; например, внешняя часть плоского ремня не может использоваться для передачи мощности. Однако цепной привод обеспечивает возможность без проблем использовать обе стороны (внутри и снаружи). Даже обе стороны могут использоваться одновременно, когда требуется несколько (не менее 3) валов для привода одним приводным валом.

Эффективность: Поскольку это фрикционный привод, в ременном приводе происходит потеря мощности из-за трения. Это снижает эффективность привода. В одноступенчатом режиме ременный привод может обеспечить КПД в диапазоне 92–96%, в основном в зависимости от фрикционных характеристик сопрягаемых поверхностей, начального натяжения, типа ремня, угла намотки, проскальзывания и проскальзывания. Цепной привод может обеспечить более высокую эффективность, так как потери на трение незначительны. Правильная смазка новой цепи обычно обеспечивает эффективность 95–98 %.

Температура в рабочем помещении: Размер большинства технических материалов меняется в зависимости от температуры; однако степень изменения зависит от коэффициента теплового расширения соответствующего материала. Ремень обычно изготавливается из резины, тканого каучука, многослойной кожи или синтетических материалов. Будучи неметаллическим материалом, лента претерпевает значительные изменения размеров при небольшом изменении температуры воздуха. Даже влажность может повлиять на производительность. При повышении температуры длина ремня также увеличивается, что приводит к большему проскальзыванию, потере мощности, нестабильной скорости и снижению эффективности. При снижении температуры атмосферы длина ремня уменьшается, что приводит к увеличению нагрузки на подшипники (опирает на валы). Небольшое изменение температуры в рабочем помещении не создает заметной проблемы в цепном приводе. Поскольку цепь смазана должным образом, влияние влажности также незначительно.

Ориентация вала и смещение: Подходящий механический привод необходимо выбирать на основе ориентации ведущего и ведомого валов. Ременные и цепные передачи могут передавать мощность только между параллельными валами. Хотя четвертьоборотный ремень можно использовать для перпендикулярных непересекающихся валов, он не пользуется популярностью из-за многих ограничений и плохих характеристик по сравнению с конической или червячной передачей. Небольшое угловое или пространственное смещение при креплении шкивов к соответствующему валу не создает проблем при передаче мощности. С другой стороны, цепной привод нельзя использовать для непараллельных валов. Всегда требуется правильное выравнивание звездочек, иначе прорези цепи не совпадут с зубьями звездочки и, таким образом, зубец будет стремиться выскочить из звездочки.

Начальное напряжение: Ременный привод требует начального натяжения в зависимости от нагрузки, необходимой для переноса, и скорости работы. Также желательна частая регулировка натяжения ремня, чтобы смягчить последствия постепенного увеличения длины ремня. Это начальное натяжение увеличивает нагрузку на подшипники. Цепной привод, однако, не требует поддержания такого натяжения в цепи для передачи мощности.

Смазка: Ременной привод требует лишь периодической смазки. Смазка выше желаемой вредна, поскольку она нежелательно увеличивает скольжение. Цепной привод требует частой смазки; однако не полная смазка, как это желательно в зубчатых передачах. Стоимость смазочного масла — еще один фактор, который следует учитывать при выборе цепного привода по сравнению с ременным приводом.

В этой статье представлено научное сравнение ременной и цепной 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.).