フリクションドライブとエンゲージメントドライブの違い

マシンは、事前定義された方法で特定のタスクを実行するためにエネルギー源を必要とするメカニズムのクラスターです。家庭用または産業用機械は、主に原動機（電気モーター、風車、油圧または蒸気タービン、内燃機関など）の助けを借りて駆動されます。通常、この原動機は機械ユニットから離れた場所にあり、機械で必要とされるよりも高速で回転します。この原動機から機械ユニットに動力を伝達するために、機械式動力伝達システムが使用されます。このような伝達システムは、（i）運動、トルク、および動力を駆動軸から従動軸に伝達する、（ii）時計回りから反時計回りに、またはその逆のように回転方向を逆にする、（iii）ステッピングなどのいくつかの基本的な目的を果たします。回転速度を上げたり下げたりします。

機械式動力伝達システムは、4つのドライブといくつかの要素で構成されています。 4つのドライブは、ギアドライブ、ベルトドライブ、チェーンドライブ、およびロープドライブです。それらのそれぞれには、他のものよりも特定の利点があります。彼らは、正確な要件を満たすために、運動と動力伝達および操作に直接参加します。彼らは基本的にドライバーシャフトから力を取り戻し、それをドリブンシャフトに伝達します。このようなドライブは、低速および低電力のアプリケーション（機械式時計、おもちゃなど）から、高速で頑丈なアプリケーション（船舶用ドライブ、発電所、車両の差動装置など）まで使用できます。一方、動力伝達要素には、シャフト、キー、カップリング、ブレーキ、クラッチ、スプロケット、プーリーなどがあります。これらの要素は、ドライブとともに使用され、簡単で効率的な動力伝達を促進します。

機械式動力伝達システムの4つのドライブは、さまざまな方法で分類できます。分類のためのそのような基準の1つは、動力伝達の手段です。これに基づいて、4つのドライブをフリクションドライブとエンゲージメントドライブの2つのグループに分類できます。摩擦によって動力が伝達されるこのようなすべてのドライブでは、摩擦ドライブと呼ばれます。 。ベルトドライブとロープドライブはこのカテゴリに分類されます。それらの動力伝達能力は、接触している2つの表面の摩擦特性に制限されます。摩擦のために電力損失も大きくなります。ただし、システムを過負荷から保護する固有の機能があります。一方、エンゲージメントドライブでは 、動力伝達は、2つの固体部品の連続的な係合と解放によって発生します。摩擦力はそのようなドライブでは何の役割も果たしません。ギアドライブとチェーンドライブはこのカテゴリに分類されます。フリクションドライブとエンゲージメントドライブのさまざまな違いを表形式で以下に示します。

表：フリクションドライブとエンゲージメントドライブの違い

動力伝達の手段： メカニカル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。この動力伝達は、摩擦または嵌合のいずれかによって実現できます。摩擦によって運動と動力伝達が発生するこのような機械式ドライブは、摩擦ドライブと呼ばれます。たとえば、プーリーとベルトの間の摩擦力は、別のシャフトから動力を回収することにより、あるシャフトを駆動するのに役立ちます。ベルトドライブとは別に、ロープドライブもこのカテゴリに分類されます。一方、歯車の連続的な係合と解放によって動力伝達が発生する場合、その機械的駆動は係合駆動として分類されます。ここでは、摩擦力は動力伝達に影響を与えません。たとえば、チェーンドライブでは、スプロケットの歯をチェーンの対応するスロットに合わせると、動力の伝達に役立ちます。同様に、ギアドライブはエンゲージメントドライブのもう1つの例です。

スリップと速度の比率： ドライブシャフト速度に対するドライバーシャフト速度の比率は、速度比と呼ばれます。すべり、クリープ、多角形効果などのさまざまな現象により、速度比が変化する可能性があります。一定の速度比を提供する機械的ドライブは、ポジティブドライブと呼ばれます。ベルトドライブはフリクションドライブであるため、滑りやすくなっています。このコンテキストでのスリップは、（i）ドライバーシャフトが回転しているがベルトが回転していない、および（ii）ベルトが回転しているがドリブンシャフトが回転していないという2つのケースのいずれかまたは両方を示します。すべてのフリクションドライブはスリップする傾向があるため、一定の速度比を提供することはできません（非正ドライブ）。エンゲージメントドライブは船から無料です。ただし、必ずしも一定の速度比を提供するとは限りません。チェーンドライブはスリップの影響を受けませんが、チェーンの多角形効果は速度比をわずかに妨げる可能性があります。ギアドライブは唯一のポジティブドライブと見なすことができます。

過負荷に対する保護： ドライバーシャフトへの負荷が許容限界を超えて急激に増加する場合があります。これは、カッターの破損、計算エラー、機械の一部の突然の詰まりなど、さまざまな理由で発生する可能性があります。フリクションドライブの固有のスリップは、駆動シャフトの過負荷からドライバー要素（電気モーター）を保護できます。負荷が最大許容限界を超えて増加すると、スリップが自動的に発生します。このような分離機能は、エンゲージメントドライブでは使用できません。したがって、要素が恒久的に損傷する可能性が高くなります。たとえば、チェーンが破損したり、ギアの歯が壊滅的にブレーキをかけたりする場合があります。極端な場合、原動機も損傷する可能性があります。

送電容量： すべての摩擦ドライブの能力は、2つの接触面の間に作用する摩擦力によって制限されます。したがって、接触面の摩擦特性、初期張力、および巻き付け角度は、動力伝達限界を定義する上で重要な役割を果たします。この制限を超えると、本質的にスリップが発生します。したがって、フリクションドライブは高出力トランスミッションには適していません。一方、関係する要素（ギアの歯やスプロケットの歯など）の強度は、主にエンゲージメントドライブの動力伝達限界を定義します。ここでは摩擦力は何の役割も果たしません。これらのドライブは、高出力のトランスミッションに有利に利用できます。

注油： フリクションドライブは時折の潤滑のみを必要とします。実際、スリップが増加し、速度比とベアリングにかかる​​力が不必要に変動するため、必要以上の潤滑は推奨されません。このようなドライブでは、発熱と摩耗は重要な要素ではありません。それどころか、エンゲージメントドライブは十分な熱を発生し、徐々に摩耗します。したがって、ここでは潤滑が強く望まれます。チェーンドライブには頻繁な注油が必要です。一方、ギアドライブはほとんど完全な潤滑を必要とします。したがって、エンゲージメントドライブのメンテナンスコストは高くなります。

電力損失と効率： 摩擦とスリップによる動力の損失は、摩擦ドライブの効率を低下させます。通常、ベルトまたはロープドライブは、単一ステージで92〜96％の効率を提供できます。エンゲージメントドライブは、適切な潤滑（摩擦の低減）と電力損失の低減により、より高い効率を提供できます。チェーンドライブは95〜97％の効率を提供できます。一方、ギアドライブは単一ステージで最大99％の効率を提供できます。

この記事では、フリクションドライブとエンゲージメントドライブの科学的な比較を示します。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）