Задняя ось с цепным приводом

Цепной привод — Chain drive

Цепной привод — это способ передачи механической энергии из одного места в другое. Он часто используется для передачи мощности колесам транспортных средств, особенно велосипедов и мотоциклов . Кроме транспортных средств, он также используется в самых разных машинах.

Чаще всего мощность передается с помощью роликовой цепи , известной как приводная цепь или трансмиссионная цепь , проходящей через звездочку , при этом зубья шестерни входят в зацепление с отверстиями в звеньях цепи. Шестерня поворачивается, и это тянет цепь, прикладывая механическую силу к системе. Другой тип приводной цепи — это цепь Морзе , изобретенная компанией Morse Chain Company из Итаки, Нью-Йорк , США. Это перевернутые зубы.

Иногда мощность выводится простым вращением цепи, которую можно использовать для подъема или перетаскивания объектов. В других ситуациях устанавливается вторая шестерня, и мощность восстанавливается путем присоединения валов или ступиц к этой шестерне. Хотя приводные цепи часто представляют собой простые овальные петли, они также могут обходить углы, размещая более двух шестерен вдоль цепи; шестерни, которые не передают мощность в систему или не передают ее, обычно называются холостыми колесами . Изменяя диаметр входной и выходной шестерни относительно друг друга, можно изменять передаточное число . Например, когда шестерня велосипедных педалей вращается один раз, это заставляет шестерню, приводящую 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.

СОДЕРЖАНИЕ

История

Самое древнее известное применение цепной передачи встречается в книге « Полибол» , описанной греческим инженером Филоном Византийским (3 век до н. Э.). Две плоские цепи были соединены с лебедкой , которая, вращаясь вперед и назад, автоматически запускала стрелы машины до тех пор, пока ее магазин не опустел. Хотя устройство не передавало мощность непрерывно, поскольку цепи «не передавали мощность от вала к валу, и, следовательно, они не были прямой родословной самого цепного привода», греческий дизайн знаменует начало истории цепной привод, поскольку «более ранние экземпляры такого кулачка не известны, и ни один такой сложный механизм не известен до 16 века». Именно здесь цепь с плоским звеном, которую часто приписывают Леонардо да Винчи , действительно впервые появилась ».

Первый непрерывный, а также первый бесконечный цепной привод был первоначально изображен в письменном часовом трактате о династии Сун средневековым китайским математиком-эрудитом и астрономом Су Сун (1020-1101 гг. Н.э.), который использовал его для управления армиллярной сферой своего тела. башня с астрономическими часами , которая является первыми астрономическими часами, а также фигурки домкратов с часами, отображающие время дня путем механического удара в гонги и барабаны. Сам цепной привод преобразовывал вращательное движение в прямолинейное движение и приводился в действие с помощью гидравлики резервуара с водяными часами Су и водяного колеса, которое действовало как большая шестерня .

Альтернативы

Ремень безопасности

В большинстве систем цепного привода используются зубья для передачи движения между цепью и роликами. Это приводит к меньшим потерям на трение по сравнению с системами ременного привода , которые часто полагаются на трение для передачи движения.

Хотя цепи могут быть более прочными, чем ремни, 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, чем аналогичный приводной ремень, система будет иметь более высокую инерцию . Теоретически это может привести к большему эффекту 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 обходе звено за звеном звездочки. Он начинается, как только делительная линия цепи соприкасается с первым зубом звездочки. Этот контакт происходит в точке ниже делительной окружности звездочки. При вращении звездочки цепь поднимается до делительной окружности, а затем снова опускается вниз по мере продолжения вращения звездочки. 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 питча вызывает хордовый эффект или изменение скорости.

Другими словами, обычные приводы с роликовой цепью подвержены потенциальной вибрации, поскольку эффективный радиус действия в комбинации цепи и звездочки постоянно изменяется во время вращения («хордовое действие»). Если цепь движется с постоянной скоростью, валы должны постоянно ускоряться и замедляться. Если одна звездочка вращается с постоянной скоростью, тогда цепь (и, возможно, все другие звездочки, которые она приводит) должны постоянно ускоряться и замедляться. Обычно это не проблема для многих приводных систем; однако большинство мотоциклов оснащено ступицей заднего колеса с резиновыми втулками, что практически устраняет проблему вибрации. Приводы с зубчатым ремнем предназначены для ограничения этой проблемы за счет работы с постоянным радиусом шага).

Цепи часто уже, чем ремни, и это может облегчить их переключение на большие или меньшие передачи для изменения передаточного числа. Многоскоростные велосипеды с переключателями передач используют это. Кроме того, более плотное зацепление цепи может облегчить создание шестерен, которые могут увеличиваться или уменьшаться в диаметре, снова изменяя передаточное число. Однако некоторые новые зубчатые ремни заявляют, что имеют «эквивалентную пропускную способность приводам с роликовой цепью той же ширины».

Оба могут использоваться для перемещения объектов путем прикрепления к ним карманов, ведер или рамок; цепи часто используются для вертикального перемещения вещей, удерживая их в рамах, как в промышленных тостерах, в то время как ремни хороши для горизонтального перемещения вещей в виде конвейерных лент . Системы нередко используются в комбинации; например, ролики, приводящие в движение конвейерные ленты, сами часто приводятся в движение приводными цепями.

Приводные валы

Приводные валы — еще один распространенный метод перемещения механической энергии, который иногда сравнивают с цепным приводом; В частности, ременная передача против цепной передачи против привода вала является ключевым дизайнерским решением для большинства мотоциклов. Приводные валы имеют тенденцию быть более жесткими и надежными, чем цепной привод, но конические шестерни имеют гораздо большее трение, чем цепь. По этой причине практически во всех высокопроизводительных мотоциклах используется цепной привод с приводом от вала, который обычно используется для неспортивных машин. На некоторых (неспортивных) моделях используются зубчато-ременные передачи.

Использование в транспортных средствах

Велосипеды

Цепной привод был главной особенностью которого дифференцировали безопасность велосипеда , введенный в 1885 году, с двумя равными по размеру колеса, от прямого привода пенни-фартинга или «высокого» Уилера типа велосипеда. Популярность безопасного велосипеда с цепным приводом привела к исчезновению мелочей, и сегодня он по-прежнему является основной чертой велосипедной конструкции.

Источник

Дальнейшая эволюция трансмиссии велосипеда. Чем заменить привычную цепь?

Велосипед у большинства людей ассоциируется с цепным приводом от педалей на колесо. Но прогресс не стоит на месте, и появляются новые варианты трансмиссии велосипеда.

В статье рассмотрим перспективные альтернативы цепному приводу велосипеда.

Первые серийные велосипеды имели прямой привод с педалей на большое переднее колесо, а затем, более чем на сто лет, цепь стала основой трансмиссии велосипеда.

Широкое распространение цепей просто объяснить, ее плюсы очевидны:

• Дешевизна
• Высокий КПД и нагрузочная способность
• Возможность использовать цепь с несколькими звездами

Есть конечно и недостатки — цепь растягивается и изнашивается, за ней нужно следить и смазывать, и её нужно периодически менять.

Содержание

1. Ременный привод

Первое, что приходит на ум, когда думаешь о альтернативе цепи — это, конечно, зубчатый ремень. А как же прочность? — Современные карбоновые зубчатые ремни сравнимы по прочности со стальной цепью.

При применении ремня, сразу возникает существенное отличие ремня от цепи — ремень замкнут. И что бы его установить на велосипед, рама должна иметь возможность размыкаться в заднем треугольнике.

И, если речь идет многоскоростном велосипеде, то с ремнем возможно использование только планетарных втулок с внутренним переключением передач. Что нивелирует преимущество ремня по весу в сравнении с цепью.

• Ремень не ржавеет и не требует смазки
• Ремень меньше шумит и имеет большую долговечность

и сейчас появляется всё больше серийных городских велосипедов, оснащенных ременным приводом.

2. Вальный привод

Вальный привод (shaft drive) — вариант трансмиссии, где крутящий момент от педалей передает вал.

На первый взгляд, такая трансмиссия надежна, с большим сроком службы и не имеет открытых элементов.

Но, эта передача имеет в своем составе две конические передачи, для смены направления передачи крутящего момента, а это сильно сказывается на КПД и массе такой трансмиссии.

Что бы получить возможность переключать передачи, нужно устанавливать дорогую и тяжелую планетарную втулку.

Широкого распространения такой привод не получил. Но у него есть резервы при применении современных композитных материалов.

3. Гидравлическая трансмиссия

Принцип работы — передача крутящего момента с помощью насоса и рабочей жидкости. Идея не нова, гидравлический привод часто используют в технике и дорожных машинах.

• Высокий передаваемый момент и бесшумность
• Замкнутая система, не нужен уход

Недостатки такого технического решения все же перевешивают:

• Низкий КПД
• Большая масса и сложность конструктива
• Опасность разрыва гидравлической магистрали и потеря хода при этом

Такая трансмиссия относится больше к экзотичным, однако, есть серийные велосипеды с гидравлическим приводом.

Например, городской велосипед от OYO Bike. Но, там насос помогает вращать электродвигатель мощностью 250 Вт.

4. Трансмиссия DrivEn

Компанией CeramicSpeed в 2018 году на выставке Eurobike была предоставлена разработка революционной велосипедной трансмиссии DrivEn. КПД системы уже довели до 99%!

Керамические подшипники, карбоновый вал и электронное переключение передач — будущее уже здесь!

Осталось только выяснить, насколько такое решение будет стойким к пыли и грязи с дорог.

Передачи переключаются электромеханическим актуатором с беспроводного пульта на руле.

Принцип работы DrivEn хорошо виден на видео от разработчика:

5. Электропривод

Трансмиссия в прямом смысле тут отсутствует. Электрическое мотор-колесо прямого привода преобразует электрическую энергию во вращение колеса.

На велосипед с мотор-колесом можно не ставить трансмиссию, а кататься в режиме электроскутера.

Пока такие решения тяжелы и дороги, но будущее велосипеда за внедрением электротяги.

Заключение

«Изобретать велосипед» не перестанут никогда, очень плотно он вошел в быт человечества. По-моему мнению, будущее развитие велосипеда будет сопровождаться активным внедрением электромоторов для поддержки педалирования.

Тренды развития моторов для электровелосипедов:

• Перенос моторов в центральную часть велосипеда
• Уменьшение массы мотора
• Переход на новые типы аккумуляторов

О плюсах и минусах центральных моторов для электровелосипедов я уже писал.

Обзор самого мощного серийного центрального мотора Bafang G510 ultra.

А что же трансмиссия? — Как мне кажется, велосипедная цепь еще долго будет оставаться основным средством передачи крутящего момента от педалей на колесо. Но вот материалы для ее изготовления будут меняться. Возможно, скоро появятся цепи из полимерных материалов с высокой износостойкостью.

Источник

Героическая дорога в никуда: секретные довоенные полугусеничные автомобили

В первые полтора десятка лет после победы Октября автомобильная промышленность Советского Союза развивалась весьма хаотично — как сухая соломинка в море уже сложившихся в мире конструктивных направлений. Одним из них стало создание армейских полугусеничных машин повышенной проходимости. Неразборчивая увлеченность такой автотехникой, ошибочно принятой за магистральный путь развития советских вездеходов, со временем превратилась в мощную разрушительную силу при формировании автопарка Красной армии, а в военные годы лишила ее работоспособных внедорожных машин.

П ристрастие к полугусеничным автомобилям можно, видимо, объяснить обаянием усатого француза Адольфа Кегресса, шофера царя Николая II, создававшего первые в мире машины-снегоходы со съемными гусеничными движителями вместо задних колес. В Стране Советов это наследие воплотилось в «революционных» полугусеничных броневиках «Остин-Путиловец» и в изучении сохранившихся машин Кегресса.

Позднее на горьковских первенцах ГАЗ-А и ГАЗ-АА появились опытные вездеходы с модернизированными движителями системы «Кегресс» и лыжами на передних колесах. Они оказалась тяжелыми и громоздкими, а продолжительность замены колес на гусеницы достигала двух часов.

Постепенно эпицентром работ по полугусеничной технике стал Научный автомоторный институт (НАМИ), переименованный в 1931-м в автотракторный (НАТИ). Создание столь сложных машин проводилось буквально на одном энтузиазме советских конструкторов в неимоверных потугах «догнать и перегнать». И вряд ли они осознавали, что вся эта работа заранее обречена на провал: базой всех советских полугусеничных автомобилей являлись обычные маломощные грузовики ГАЗ-АА и ЗИС-5, отличавшиеся лишь элементами движителей, путаными маркировками и вообще не годившиеся для этих целей.

Первые полугусеничные автомобили конструкции НАМИ/НАТИ

В НАМИ секретная разработка полугусеничных машин проводились с 1923 года в секретном спецотделе под контролем ОГПУ, НКВД и Наркомата обороны, представители которых увидели в этой технике недорогие средства для преодоления труднопроходимой местности, сопровождения кавалерии и буксировки легкой артиллерии. С 1931-го отдел возглавлял инженер Г. А. Сонкин, одержимый уже изжившей себя концепцией Кегресса с его фрикционными приводами гусеничных лент.

Первый вариант вездехода НАТИ-2 с тремя опорными катками. 1930 год

Первый советский работоспособный полугусеничный автомобиль НАТИ-2, который мы уже упоминали, считается основоположником всего последовавшего за ним семейства. Его построили на базе грузовика Ford-AA советской сборки с передними двускатными колесами. Резинокордные гусеницы приводились передними и задними ведущими фрикционными колесами с цепным приводом от заднего моста шасси.

Полугусеничные автомобили на шасси ГАЗ-АА/ММ

Реорганизация НАТИ 1933 года вылилась в исполнение заказов ОГПУ на полугусеничную технику с индексом В (вездеход), смонтированную на полуторках ГАЗ-АА и ГАЗ-ММ с моторами в 40 и 50 сил, которые долго дорабатывали и испытывали в различных дорожных условиях и климатических зонах.

Многоцелевой полугусеничный вездеход НАТИ-3 на шасси ГАЗ-АА. 1933 год

В 1934-м, после всесторонних испытаний гражданских вездеходов НАТИ-3 появился опытный 50-сильный военный автомобиль НАТИ В-3. Его оборудовали движителями с резинокордными гусеничными лентами и четырьмя двускатными фрикционными колесами, которые приводились от заднего моста автомобиля цепными передачами, установленными внутри металлических кожухов. На передние колеса монтировали одно- или двускатные колеса или лыжи двух видов. Вездеход выдержал приемочные испытания и был рекомендован к серийному выпуску.

Полигонные испытания автомобиля НАТИ В-3 с фрикционным приводом гусениц. 1935 год

Через два года на укороченном шасси В-3 был разработан бронеавтомобиль БА-30 со сварным корпусом и башней от бронемашины БА-20. В отличие от базового автомобиля его оснастили бортовыми дифференциалами в приводе гусениц, передними роликами для повышения проходимости и пулестойкими шинами. После испытаний военная комиссия смело признала его непригодным для службы в РККА.

Пулеметный полугусеничный броневик БА-30 с поручневой антенной. 1936 год

После нескольких лет застоя из-за репрессий о вездеходе В-3 вспомнили только в январе 1938-го. В срочном порядке его доработали, переставили на ГАЗ-ММ и присвоили короткий индекс НАТИ-В. К концу года 1-й Ленинградский авторемонтный завод (1-й ЛАРЗ) из деталей Горьковского завода собрал около 250 машин. С переводом производства в Горький их переименовали в ГАЗ-60.

Опытный грузовик НАТИ-В — предшественник серийной машины ГАЗ-60 (из коллекции А. Кириндаса)

Вездеход ГАЗ-60 и его варианты (1939–1940 гг.)

На Горьковском автозаводе серийный выпуск автомобиля ГАЗ-60 начался весной 1939-го. В целом он соответствовал варианту НАТИ-В с доработанными и усиленными узлами. По результатам приемочных испытаний было констатировано, что он «крайне необходим Красной армии» и на бездорожье в любое время года «не уступает по прочности, надежности и экономич­ности серийным трехосным автомобилям».

Легкая серийная полугусеничная машина ГАЗ-60 на территории НАТИ

ГАЗ-60 поступал на службу в РККА, войска НКВД, подразделения ВМФ и в систему ПВО СССР. Областями его применения были доставка грузов и личного состава на местности, буксировка легких пушек и установка зенитных пулеметов, однако в реальных боевых условиях вездеход не смог оправдать победных реляций. В ходе зимней Советско-финляндской войны 1939–1940 годов на нем обнаружились многочисленные дефекты, слабость всей конструкции и неспособность преодолевать глубокий снег.

ГАЗ-60 в зимней лыжно-колесно-гусеничной комплектации. 1940 год

Серьезные неисправимые недостатки привели к решению о срочном переходе на упрощенную машину ГАЗ-65, способную в полевых условиях быстро переходить с колес на полугусеничный ход и обратно. Ее движители оборудовали стальными гусеницами с приводом от задних зубчатых барабанов, крутящий момент на которые передавался роликовой цепью от звездочки, закрепленной между двойными скатами каждого ведущего колеса автомобиля.

Источник