チェーンドライブとギアドライブの違い

マシンは、エネルギーを消費することによって事前定義された方法で特定のタスクを実行できるメカニズムのクラスターとして定義できます。機械のほとんどの機能は、原動機によって供給される機械力を利用して実行されます。原動機は、ある形式のエネルギーを機械的エネルギー（回転トルクの形式）に変換できます。まず第一に、電気エネルギーが機械エネルギーに変換される電気モーターがあります。同様に、蒸気タービン、油圧タービン、風車なども、特定の場合、特にヘビーデューティーアプリケーションの原動機として機能します。このような原動機は通常、機械ユニットから離れた場所に配置されているため、機械に電力を伝達するための別の手段が必要です。

機械式動力伝達システムはこの目的を果たします。原動機からモーション、トルク、パワーを取得し、その後、機械ユニットの目的の場所に転送します。トランスミッションとは別に、回転方向を変更したり、速度を変更したりして、機械の正確な要件を満たすこともできます。機械式動力伝達システムは、ギアドライブ、チェーンドライブ、ベルトドライブ、ロープドライブの4つの基本的なドライブで構成されています。簡単で途切れることのない動力伝達のために、ブレーキ、クラッチ、シャフト、スプライン、キー、カップリングなどの他の機械要素も利用できます。4つの機械ドライブはそれぞれ、他の機械よりも優れているため、特定のアプリケーションに適しています。

フリクションドライブ（ベルトドライブとロープドライブ）とは異なり、チェーンドライブとギアドライブはどちらも、力が連続的な係合と解放によって伝達されるため、係合タイプの機械式ドライブです。 チェーンドライブ 、エンドレスチェーンがドライバーとドリブンシャフトのスプロケットを通過し、システムに柔軟性をもたらします。短距離から中距離の送電に使用できます。すべりはありませんが、多角形の効果により、このドライブは一定の速度比を提供できなくなります。 ギアドライブ 一方、中間の柔軟な要素がないため、1つのリジッドドライブです。短距離送電に適しており、ポジティブドライブとして機能します。チェーンドライブとギアドライブのさまざまな違いを以下の表形式で示します。

表：チェーンドライブとギアドライブの違い

中間要素の存在と柔軟性： メカニカルドライブは、中間リンケージの有無に基づいて分類できます。フレキシブルドライブは、ドライバーとドリブンシャフトの間にフレキシブルな中間リンケージが存在するドライブです。ベルトドライブ、チェーンドライブ、ロープドライブは、2つのシャフト間の中間リンクとしてそれぞれベルト、チェーン、ロープが存在するため、フレキシブルドライブの例です。このようなリンケージは、ドライブユニットに柔軟性をもたらし、長距離送電に利用できます。一方、そのような中間リンケージが存在しない場合、その機械的ドライブはリジッドドライブと呼ばれます。ギアドライブは、2つのリジッドギアが歯を介して直接接触するリジッドドライブの例です。 2つの歯車は直接噛み合うため、2つの歯車の間に中間要素は必要ありません。

振動減衰： すべてのフレキシブルドライブの利点の1つは、振動を減衰させる機能です。通常、原動機などのドライバーユニットは、制限された許容可能な振動を生成します。ただし、機械ユニットが過度の振動を発生させる場合があります。衝撃または衝撃荷重、不均衡な力、緩んだジョイント、動的部品、および破損または損傷したコンポーネントは、機械ユニットの主な振動源です。このような高振幅の振動が原動機に伝わると、深刻な損傷を引き起こす可能性があります。すべてのフレキシブルドライブで、中間のフレキシブルエレメントは本質的に振動を減衰させることができます。リジッドドライブには中間リンケージがないため、機械ユニットの振動は原動機に伝達されます。したがって、チェーンドライブはドライバーユニットを分離できますが、ギアドライブは過度の望ましくない振動からドライバーユニットを保護することはできません。

動力伝達の推奨距離： すべての機械式ドライブの基本的な目的は、ドライバーシャフトからドリブンシャフトに運動と動力を伝達することです。ドライバーと被駆動シャフトの間の距離は、製造現場のレイアウト、スペースの利用可能性、安全性の問題など、いくつかの要因によって異なる場合があります。各機械式ドライブは、さまざまなシャフト距離に適しています。チェーンドライブは、中小規模の中心距離、通常は1ステージで1〜5mの距離に使用できます。追加のアイドルサポートを利用することで、より長いシャフト距離にも使用できます。一方、中心距離が小さい場合、通常は1m未満の場合は、ギアドライブが適しています。そうしないと、バルクサイズのギアを使用する必要があり、スペースを消費し、システムの重量が増加します。アイドル状態の中間ギアを利用することで、動力を長距離に伝達することもできます。ただし、システムの重量と電力損失が増加するため、効率が低下します。

非平行シャフト間の動力伝達： ドライバーシャフトとドリブンシャフトの向きはさまざまです。それらは、（i）平行、（ii）交差、または（iii）非平行であるが交差していない可能性があります。この相対的な向きに基づいて、適切な機械式ドライブが選択されます。 3つのフレキシブルドライブ（ベルト、チェーン、ロープ）はすべて、平行シャフトにのみ適しています。垂直シャフトには1/4回転ベルトを使用できますが、多くの制限があるため、実際にはほとんど使用されません。チェーンドライブは、平行シャフト間でのみ動力を伝達できます。一方、ギアドライブは、ドライバーとドリブンシャフトの任意の方向に使用できます。歯車にはさまざまな種類があり、それぞれが特定の方向に適しています。たとえば、平行シャフトには平歯車とはすば歯車が、交差するシャフトにはかさ歯車が、垂直であるが交差しないシャフトにはウォームギアが適しています。

回転方向： 機械的駆動の別の要件は、要件に従って回転方向を変更することです。機械では、必要な回転方向は原動機の回転方向と同じまたは反対のいずれかです。単段チェーンドライブは、ドリブンシャフトをドライバーシャフトと同じ方向に回転させることができます。複数のシャフトを回転させる必要がある場合は、チェーンドライブで両方向に回転させることができます。一方、単段歯車は、従動軸を駆動軸と反対方向にしか回転させることができません。同じ方向に回転させるには、中間ギアを使用する必要があります。

ポジティブドライブ： 動作中に一定の速度比を提供できる機械式ドライブは、ポジティブドライブと呼ばれます。このような一定の速度は、多くのアプリケーションで維持するために必要です。たとえば、旋盤でのねじ切り、自動ねじ込みなどです。固有の滑りのため、どのフリクションドライブも一定の速度比を提供できません。チェーンドライブには滑りはありませんが、多角形の効果により速度比がわずかに変化する可能性があります。したがって、それはポジティブドライブとは見なされません。ギアドライブはポジティブドライブの唯一の例です。

達成可能な速度低下： 通常、原動機は機械ユニットで意図されているよりもはるかに高速で回転します。これには、回転速度を下げる必要があります。これは、すべての機械式ドライブで実行できます。ただし、各ドライブには削減能力の制限があります。チェーンドライブは、単一ステージで1：1から1：5の間の速度低下を提供できます。一方、ギアドライブは、通常1：1から1：100の間で、広範囲の速度低下を提供できます。小さな減速には平歯車とかさ歯車が好まれ、はすば歯車は中程度の減速を提供し、ウォーム歯車は急な速度減速を提供できます。

注油： エンゲージメントドライブであるため、2つのソリッドボディが直接接触するため、チェーンドライブとギアドライブの両方で発熱と摩耗が共通の問題になります。適切な潤滑油を使用すると、このような望ましくない影響を軽減できます。チェーンドライブには頻繁な注油が必要です。一方、ほとんどのギアドライブでは、ギアユニットが部分的または完全に潤滑油に浸されている完全な潤滑が必要です。

この記事では、チェーンドライブとギアドライブの科学的な比較について説明します。著者はまた、トピックをよりよく理解するために、以下の参考資料を読むことをお勧めします。

1. V。B.Bhandariによる機械要素の設計（第4版、McGraw Hill Education）
2. R。L.ノートンによる機械設計（第5版、ピアソンエデュケーション）。
3. R.S.KhurmiとJ.K.Guptaによる機械設計の教科書（S. Chand; 2014）