Kettenantrieb - Chain drive

Kettenantrieb ist eine Möglichkeit , mechanische Kraft von einem Ort zum anderen zu übertragen. Es wird häufig verwendet, um Kraft auf die Räder eines Fahrzeugs zu übertragen, insbesondere Fahrräder und Motorräder . Es wird neben Fahrzeugen auch in einer Vielzahl von Maschinen verwendet.

Meistens wird die Kraft durch eine Rollenkette , bekannt als Antriebskette oder Übertragungskette, übertragen , die über ein Kettenrad läuft, wobei die Zähne des Zahnrads mit den Löchern in den Kettengliedern kämmen. Das Zahnrad wird gedreht, und dies zieht die Kette und bringt mechanische Kraft in das System. Eine andere Art von Antriebskette ist die Morsekette , erfunden von der Morse Chain Company aus Ithaca, New York , USA. Dies hat invertierte Zähne.

Manchmal wird die Kraft durch einfaches Drehen der Kette abgegeben, die zum Heben oder Ziehen von Gegenständen verwendet werden kann. In anderen Situationen wird ein zweiter Gang eingelegt und die Leistung durch Anbringen von Wellen oder Naben an diesem Gang zurückgewonnen. Obwohl Antriebsketten oft einfache ovale Schleifen sind, können sie auch um Ecken gehen, indem mehr als zwei Zahnräder entlang der Kette platziert werden. Zahnräder, die keine Leistung in das System einbringen oder übertragen, werden allgemein als Leiträder bezeichnet . Durch Variieren des Durchmessers der Antriebs- und Abtriebsräder zueinander kann das Übersetzungsverhältnis verändert werden. Wenn sich beispielsweise das Zahnrad der Fahrradpedale einmal dreht, bewirkt dies, dass sich das Zahnrad, das die Räder antreibt, mehr als eine Umdrehung dreht. Duplexketten sind eine andere Art von Kette, bei der es sich im Wesentlichen um zwei nebeneinander stehende Ketten handelt, die es ermöglichen, mehr Kraft und Drehmoment zu übertragen.

Geschichte

Die älteste bekannte Illustration eines endlosen kraftübertragenden Kettenantriebs aus Su Song 's Buch von 1092 n. Chr. beschreibt seinen Glockenturm von Kaifeng

Die älteste bekannte Anwendung eines Kettenantriebs taucht im Polybolos auf , beschrieben vom griechischen Ingenieur Philon von Byzanz (3. Jahrhundert v. Chr.). Zwei flach verbundene Ketten waren mit einer Ankerwinde verbunden , die durch Hin- und Herspulen automatisch die Pfeile der Maschine abfeuerte, bis das Magazin leer war. Obwohl das Gerät nicht kontinuierlich Kraft überträgt, da die Ketten "keine Kraft von Welle zu Welle übertragen haben und daher nicht in der direkten Abstammungslinie des eigentlichen Kettenantriebs standen", markiert das griechische Design den Beginn der Geschichte von der Kettenantrieb, da "kein früheres Beispiel einer solchen Nocke bekannt ist, und bis zum 16. Jahrhundert ist keine so komplexe bekannt." Hier hat die oft Leonardo da Vinci zugeschriebene Flachgliederkette ihren ersten Auftritt gehabt."

Der erste kontinuierliche sowie der erste Endloskettenantrieb wurde ursprünglich in der schriftlichen dargestellt uhrmacherischen Abhandlung der Song - Dynastie von dem mittelalterlichen chinesischen polymath Mathematiker und Astronomen Su Song (1020-1101 AD), der sie verwendete , um den für den Betrieb armillary seine astronomische Turmuhr , die die erste astronomische Uhr ist, sowie die Uhrenklinkenfiguren, die die Tageszeit durch mechanisch schlagende Gongs und Trommeln darstellen. Der Kettenantrieb selbst wandelte eine Dreh- in eine geradlinige Bewegung um und wurde über die Hydraulik von Sus Wasseruhrtank und Wasserrad angetrieben, wobei letzteres als großes Getriebe fungierte .

Alternativen

Riemenantrieb

Die meisten Kettenantriebssysteme verwenden Zähne , um die Bewegung zwischen der Kette und den Rollen zu übertragen. Dies führt zu geringeren Reibungsverlusten als Riemenantriebssysteme , die oft auf Reibung zur Übertragung der Bewegung angewiesen sind .

Obwohl Ketten stärker als Riemen gemacht werden können, erhöht ihre größere Masse die Trägheit des Antriebsstrangs .

Antriebsketten bestehen meistens aus Metall, während Riemen oft aus Gummi, Kunststoff, Urethan oder anderen Stoffen bestehen. Wenn die Antriebskette schwerer ist als ein gleichwertiger Antriebsriemen, hat das System eine höhere Trägheit . Theoretisch kann dies zu einem größeren Schwungradeffekt führen , in der Praxis macht die Trägheit des Riemens oder der Kette jedoch oft einen kleinen Anteil an der Gesamtträgheit des Antriebsstrangs aus.

Ein Problem bei Rollenketten ist die Geschwindigkeitsschwankung oder das Pumpen, das durch die Beschleunigung und Verzögerung der Kette verursacht wird, wenn sie das Kettenrad Glied für Glied umrundet. Es beginnt, sobald die Teilungslinie der Kette den ersten Zahn des Kettenrades berührt. Dieser Kontakt tritt an einem Punkt unterhalb des Teilkreises des Kettenrades auf. Wenn sich das Kettenrad dreht, wird die Kette bis zum Teilkreis angehoben und dann bei fortgesetzter Kettenradrotation wieder heruntergelassen. Aufgrund der festen Teilungslänge schneidet die Teilungslinie des Glieds zwischen zwei Teilungspunkten auf dem Kettenrad quer zur Sehne und bleibt in dieser Position relativ zum Kettenrad, bis das Glied das Kettenrad verlässt. Dieses Ansteigen und Abfallen der Tonhöhenlinie verursacht einen Akkordeffekt oder eine Geschwindigkeitsvariation.

Mit anderen Worten, herkömmliche Rollenkettenantriebe leiden unter Vibrationspotential, da sich der wirksame Aktionsradius in einer Ketten-Kettenrad-Kombination während der Umdrehung ständig ändert ("Chordal Action"). Bewegt sich die Kette mit konstanter Geschwindigkeit, müssen die Wellen ständig beschleunigen und abbremsen. Wenn sich ein Ritzel mit konstanter Geschwindigkeit dreht, muss die Kette (und wahrscheinlich alle anderen Ritzel, die es antreibt) ständig beschleunigen und verzögern. Bei vielen Antriebssystemen ist dies normalerweise kein Problem; Die meisten Motorräder sind jedoch mit einer Hinterradnabe mit Gummibuchse ausgestattet, um dieses Vibrationsproblem praktisch zu beseitigen. Zahnriemenantriebe sind darauf ausgelegt, dieses Problem zu begrenzen, indem sie mit einem konstanten Teilungsradius arbeiten).

Ketten sind oft schmaler als Riemen und können dadurch leichter in größere oder kleinere Gänge geschaltet werden, um die Übersetzung zu variieren. Mehrgangräder mit Kettenschaltung machen sich das zunutze . Außerdem kann der positivere Eingriff einer Kette es einfacher machen, Zahnräder zu bauen, deren Durchmesser zunehmen oder schrumpfen kann, was wiederum das Übersetzungsverhältnis ändert. Einige neuere Synchronriemen behaupten jedoch, dass sie eine "äquivalente Kapazität zu Rollenkettenantrieben in der gleichen Breite" haben.

Beide können verwendet werden, um Objekte zu bewegen, indem Taschen, Eimer oder Rahmen daran befestigt werden; Ketten werden oft verwendet, um Dinge vertikal zu bewegen, indem sie in Rahmen gehalten werden, wie in industriellen Toastern, während Bänder in Form von Förderbändern gut dazu geeignet sind, Dinge horizontal zu bewegen . Es ist nicht ungewöhnlich, dass die Systeme in Kombination verwendet werden; zum Beispiel werden die Rollen, die Förderbänder antreiben, oft selbst von Antriebsketten angetrieben.

Antriebswellen

Antriebswellen sind eine weitere gängige Methode, um mechanische Kraft zu bewegen, die manchmal im Vergleich zu Kettenantrieben bewertet wird. insbesondere Riemenantrieb vs. Kettenantrieb vs. Wellenantrieb ist eine wichtige Designentscheidung für die meisten Motorräder. Antriebswellen sind tendenziell härter und zuverlässiger als Kettenantriebe, aber die Kegelräder haben viel mehr Reibung als eine Kette. Aus diesem Grund verwenden praktisch alle Hochleistungsmotorräder einen Kettenantrieb, wobei Wellenantriebe im Allgemeinen für nicht sportliche Maschinen verwendet werden. Bei einigen (nicht sportlichen) Modellen kommen Zahnriemenantriebe zum Einsatz.

Einsatz in Fahrzeugen

Fahrräder

Der Kettenantrieb war das Hauptmerkmal, das das 1885 eingeführte Sicherheitsfahrrad mit seinen zwei gleich großen Rädern vom direkt angetriebenen Hochrad oder "High Wheeler"-Fahrrad unterschied. Die Popularität des kettengetriebenen Sicherheitsfahrrads führte zum Untergang des Hochrads und ist bis heute ein grundlegendes Merkmal des Fahrraddesigns.

Autos

1906 Austin - Draufsicht
1906 Austin - Draufsicht
1920er Mack- Truck

Viele frühe Autos verwendeten ein Kettenantriebssystem, das eine beliebte Alternative zum Système Panhard war (das ein starres Hotchkiss-Antriebssystem mit Kreuzgelenken verwendete ). Ein übliches Design wurde unter Verwendung eines Differential nahe der Mitte des Fahrzeugs befindet, die dann zur hinteren Antriebs übertragen Achse über Rollenketten. Dieses System ermöglichte eine relativ einfache Konstruktion, die die mit dem Hinterradaufhängungssystem verbundene vertikale Achsbewegung aufnehmen konnte . Der Kettenantrieb führte auch zu weniger ungefederten Massen an den Hinterrädern als der Hotchkiss-Antrieb (bei dem das Differential und die Hälfte der Antriebswelle zur ungefederten Masse beitragen), was zu einer höheren Wirksamkeit der Hinterradaufhängung und damit zu einer ruhigeren Fahrt führte.

Frazer Nash waren starke Befürworter dieses Systems mit einer Kette pro Gang, die durch Klauenkupplungen ausgewählt wurde. Das Kettenantriebssystem Frazer Nash ( von Archibald Frazer-Nash und Henry Ronald Godfrey für die GN Cyclecar Company entwickelt ) war sehr effektiv und ermöglichte extrem schnelle Gangwahlen. Das Frazer Nash (oder GN) Getriebesystem bildete die Grundlage für viele "besondere" Rennwagen der 1920er und 1930er Jahre. Das letzte populäre Automobil mit Kettenantrieb war der Honda S600 der 1960er Jahre.

Viele modernen Kolbenmotoren verwenden , um eine Rollenkette (eine „Steuerkette“ bezeichnet) , die zum Antrieb von Nockenwellen (s), die bisherigen Konstruktionen von Gestängen oder gezahnt ersetzen Zahnriemen . Für diese Anwendung halten Ketten länger, sind aber oft schwieriger zu ersetzen, da sie in einem Raum eingeschlossen werden müssen, in den Schmieröl eingebracht werden kann.

Das Verteilergetriebe in einem Pkw oder leichten Lkw ist eine weitere Anwendung, bei der Kettenantriebe verwendet werden.

Motorräder

Kettenantrieb versus Riemenantrieb oder die Verwendung einer Antriebswelle ist eine grundlegende Designentscheidung im Motorraddesign; fast alle Motorräder verwenden eines dieser drei Designs.

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

  • Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H. (1996), Green, Robert E.; McCauley, Christopher J. (Hrsg.), Machinery's Handbook (25. Aufl.), New York: Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2575-2, OCLC  473691581 .
  • Needham, Joseph (1986). Wissenschaft und Zivilisation in China: Band 4, Chemie und chemische Technologie, Teil 2, Maschinenbau . Taipeh: Caves Books Ltd.
  • Scatter, Neil. (2011). "Ketten- und Gurtvorrichtungen und -mechanismen." Mechanismen und mechanische Geräte Sourcebook. 5. Aufl. New York: McGraw-Hügel. S. 262–277. ISBN  9780071704427 . Zeichnungen und Konstruktionen verschiedener Antriebe.

Externe Links