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 трансмиссионная цепь, проходящей через звездочку, при этом зубья шестерни входят в зацепление с дырки 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.
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 диаметры 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.
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. Хотя устройство не передавало мощность непрерывно, поскольку цепи «не передавали мощность от вала к валу и, следовательно, не находились в прямой линии происхождения собственно цепной передачи», греческий дизайн знаменует собой начало истории цепной привод, поскольку «ни один более ранний экземпляр такого кулачка не известен, и ни один такой сложный кулачок не известен до 16 века». Именно здесь впервые появилась цепь с плоскими звеньями, которую часто приписывают Леонардо да Винчи».
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, а также фигурки часовых домкратов, показывающие время суток путем механического удара в гонги и барабаны. Цепной привод сам по себе преобразовывал вращательное движение в наклонное и получал мощность от гидравлической системы резервуара с водяными часами и водяного колеса Су, последнее действовало как большая шестерня.
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.
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»). 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 приводы предназначены для ограничения этой проблемы за счет работы с постоянным радиусом шага).
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».
Оба могут использоваться для перемещения предметов, прикрепляя к ним карманы, ведра или рамы; цепи часто используются для вертикального перемещения предметов, удерживая их в рамах, как в промышленных тостерах, в то время как ремни хороши для горизонтального перемещения предметов в виде конвейерных лент. Нередко системы используются в комбинации; например, ролики, которые приводят в движение конвейерные ленты, сами 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. Распространенной конструкцией было использование дифференциала, расположенного 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. 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. Последним популярным автомобилем с цепным приводом была Honda S600 1960-х годов.
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.