チェーンドライブ

チェーンドライブは、ある場所から別の場所へ機械的な動力を伝達する方法です。自転車やオートバイなどの乗り物の車輪に動力を伝えるためによく使用されます。また、乗り物以外にもさまざまな機械に使用されています。

ほとんどの場合、動力は、ドライブチェーンまたはトランスミッションチェーンと呼ばれるローラーチェーンによって伝達され、^[1]スプロケットを通過し、ギアの歯がチェーンのリンクの穴とかみ合う。ギアが回転すると、チェーンが引っ張られ、システムに機械的な力が加わる。別のタイプのドライブチェーンは、米国ニューヨーク州イサカのモールスチェーン社によって発明されたモールスチェーンである。これは逆向きの歯を持っている。^[2]

チェーンを回転させるだけで動力が出力される場合もあり、これを使用して物を持ち上げたり引きずったりすることができます。他の状況では、2 番目のギアを配置し、シャフトまたはハブをこのギアに取り付けることで動力を回収します。ドライブチェーンは単純な楕円形のループであることが多いですが、チェーンに沿って 3 つ以上のギアを配置することでコーナーを曲がることもできます。システムに動力を与えたり伝達したりしないギアは、一般にアイドラーホイールと呼ばれます。入力ギアと出力ギアの直径を相対的に変えることで、ギア比を変更できます。たとえば、自転車のペダルのギアが 1 回転すると、車輪を駆動するギアが 1 回転以上回転します。デュプレックスチェーンは別の種類のチェーンで、基本的に 2 つのチェーンが並んで結合されており、これにより、より多くの動力とトルクを伝達できます。

歴史

チェーンドライブの最も古い既知の応用例は、ビザンチンのギリシア人技術者フィロン(紀元前 3 世紀)が記述したポリボロスに見られる。2 本の平らなリンクチェーンが巻き上げ機に接続され、巻き上げ機が前後に巻き上げられることで、弾倉が空になるまで機械の矢が自動的に発射される。^[3]この装置は、チェーンが「シャフトからシャフトへ動力を伝達しないため、チェーンドライブ本来の直接の祖先ではない」ため、動力を連続的に伝達しなかったが^[4]、このギリシアの設計は、チェーンドライブの歴史の始まりを示している。「このようなカムの以前の例は知られておらず、16 世紀までこれほど複雑なものも知られていない」からである。 [3]レオナルドダヴィンチの発明とされることが多い平らなリンクチェーン^[5]が実際に初めて登場したのは、このときである。^[3^]

最初の連続チェーンドライブとエンドレスチェーンドライブは、もともと中世中国の博識な数学者で天文学者の蘇宋（1020-1101年）による宋代の時計学論文に描かれており、蘇宋はそれを天文時計塔の渾天球儀（最初の天文時計）を動かすために使用し、^[6]ゴングと太鼓を機械的に叩いて時刻を示す時計台の人形も動かしました。^[7]チェーンドライブ自体は回転運動を傾斜運動に変換し、蘇宋の水時計タンクと水車の油圧機構を介して動力を供給されました。水車は大きな歯車として機能しました。^[8]

代替案

ベルトドライブ

ほとんどのチェーン駆動システムでは、チェーンとローラー間の動きを伝達するために歯を使用します。これにより、動きを伝達するために摩擦に頼ることが多いベルト駆動システムよりも摩擦損失が低くなります。

チェーンはベルトよりも強く作ることができますが、質量が大きいため、ドライブトレインの慣性が大きくなります。

ドライブチェーンはほとんどの場合金属で作られ、ベルトはゴム、プラスチック、ウレタン、またはその他の物質で作られることが多いです。ドライブチェーンが同等のドライブベルトより重い場合、システムの慣性は高くなります。理論的には、これによりフライホイール効果が大きくなりますが、実際にはベルトまたはチェーンの慣性がドライブトレイン全体の慣性に占める割合はごくわずかです。

ローラーチェーンの問題の 1 つは、チェーンがリンクごとにスプロケットの周りを回るときに加速と減速によって生じる速度の変動、つまりサージングです。これは、チェーンのピッチ線がスプロケットの最初の歯に接触するとすぐに始まります。この接触は、スプロケットのピッチ円の下の点で発生します。スプロケットが回転すると、チェーンはピッチ円まで上昇し、その後、スプロケットの回転が続くと再び下がります。ピッチ長が固定されているため、リンクのピッチ線は、スプロケット上の 2 つのピッチ点の間の弦を横切り、リンクがスプロケットから出るまで、スプロケットに対してこの位置に留まります。このピッチ線の上昇と下降が、弦効果または速度変動の原因です。^[9]

言い換えれば、従来のローラーチェーンドライブは、チェーンとスプロケットの組み合わせの有効作用半径が回転中に常に変化するため（「弦作用」^[10]）、振動の可能性がある。チェーンが一定速度で動く場合、シャフトは常に加速および減速する必要がある。1つのスプロケットが一定速度で回転する場合、チェーン（およびおそらくそれが駆動する他のすべてのスプロケット）は常に加速および減速する必要がある。これは通常、多くのドライブシステムで問題にならないが、ほとんどのオートバイには、この振動の問題を事実上排除するためにゴムブッシュ付きリアホイールハブが取り付けられている。歯付きベルトドライブは、一定のピッチ半径で動作することでこの問題を制限するように設計されています^[11]）。

チェーンはベルトよりも幅が狭い場合が多く、これによりギア比を変えるためにギアを大きくしたり小さくしたりすることが容易になる。変速機付きの多段変速自転車はこれを利用している。また、チェーンの噛み合いが確実であれば、直径を大きくしたり小さくしたりできるギアを作るのが容易になり、これもギア比を変えることができる。しかし、最近の同期ベルトの中には、「同じ幅のローラーチェーンドライブと同等の能力」があると主張するものもある。^[12]

どちらも、ポケット、バケット、またはフレームを取り付けることで物体を移動するために使用できます。チェーンは、工業用トースターのようにフレームで物体を保持して垂直方向に移動するためによく使用されますが、ベルトはコンベアベルトの形で物体を水平方向に移動させるのに適しています。システムを組み合わせて使用することは珍しくありません。たとえば、コンベアベルトを駆動するローラー自体は、ドライブチェーンによって駆動されることがよくあります。

ドライブシャフト

ドライブシャフトは、機械的な動力を移動させるために使用されるもう 1 つの一般的な方法で、チェーンドライブと比較して評価されることがあります。特に、ベルトドライブ、チェーンドライブ、シャフトドライブのどれを使用するかは、ほとんどのオートバイにとって重要な設計上の決定事項です。ドライブシャフトはチェーンドライブよりも頑丈で信頼性が高い傾向がありますが、ベベルギアはチェーンよりもはるかに摩擦が大きくなります。このため、ほぼすべての高性能オートバイはチェーンドライブを使用し、シャフト駆動の配置は一般に非スポーツマシンに使用されます。一部の (非スポーツ) モデルでは、歯付きベルトドライブが使用されます。

車両での使用

自転車

チェーンドライブは、1885 年に導入された、同じ大きさの 2 つの車輪を備えた安全自転車と、直接駆動のペニーファージングまたは「ハイウィーラー」タイプの自転車とを区別する主な特徴でした。チェーン駆動の安全自転車の人気により、ペニーファージングは廃れましたが、これは今日でも自転車設計の基本的な特徴となっています。

自動車

初期の車の多くはチェーン駆動システムを使用していましたが、これはSystème Panhardの代替として人気がありました。^[要出典]一般的な設計では、車体の中心近くに差動装置を配置し、ローラーチェーンを介して後車軸に駆動力を伝達していました。このシステムにより、後部サスペンションシステムに関連する垂直車軸の動きに対応できる比較的シンプルな設計が可能になりました。

フレイザー・ナッシュは、ドッグクラッチで選択されたギアごとに1つのチェーンを使用するこのシステムの強力な支持者でした。^{[引用が必要]}彼らのチェーン駆動システム（GNサイクルカーカンパニー向けに設計）は非常に効果的で、素早いギア選択を可能にしました。このシステムは、1920年代と1930年代の多くのレーシングカーで使用されました。^{[引用が必要]}最後に人気のあったチェーン駆動自動車は、1960年代のホンダS600でした。 ^[13]

オートバイ

チェーン駆動とベルト駆動、またはドライブシャフトの使用は、オートバイの設計における基本的な設計決定であり、ほぼすべてのオートバイはこれら 3 つの設計のいずれかを使用しています。

参照

参考文献

^ 機械ハンドブック（1996年）、2337-2361頁。
^ First Directory Ltd. 「First Directory Ltd – ビジネス情報の第一位」1stdirectory.com。2007年11月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年2月1日閲覧。 {{cite web}}:|author=一般的な名前があります (ヘルプ)
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^ 16世紀、レオナルド・ダ・ヴィンチは、最初の鉄製ピンジョイントチェーンと思われるスケッチを描いた。このチェーンは、プレートとピンのみで構成され、金具が付いていることから、巻き付ける力ではなく引っ張る力を伝達するように設計されたと思われる。ただし、ダ・ヴィンチのスケッチにはローラーベアリングが描かれている。椿本チエイン株式会社編（1997年）。『チェーン完全ガイド』工業長崎出版、240ページ。ISBN 0-9658932-0-0. p. 211 . 2006年5月17日閲覧。
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^ これは、チェーンにはピッチ長さがあり、ピッチポイントでしか曲がらないためです。椿本チエイン株式会社編（1997年）。チェーン完全ガイド。工業帳出版株式会社。p.240。ISBN 0-9658932-0-0. 2020年3月24日閲覧。
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文献

オバーグ、エリック; ジョーンズ、フランクリン D.; ホートン、ホルブルック L.; リフェル、ヘンリー H. (1996)、グリーン、ロバート E.; マコーリー、クリストファー J. (編)、『機械ハンドブック』 (第 25 版)、ニューヨーク:インダストリアルプレス、ISBN 978-0-8311-2575-2、OCLC 473691581。
ニーダム、ジョセフ（1986年）。『中国の科学と文明：第4巻、化学と化学技術、第2部、機械工学』台北：Caves Books Ltd.
Sclater, Neil. (2011). 「チェーンとベルトの装置とメカニズム」。メカニズムと機械装置のソースブック。第5 版。ニューヨーク: McGraw Hill。pp. 262–277。ISBN 9780071704427。さまざまなドライブの図面と設計。

外部リンク

チェーンの完全ガイド
オートバイのプライマリーチェーンとドライブチェーンの説明

[FOOTNOTEMachinery's_Handbook19962337–2361-1] 機械ハンドブック（1996年）、2337-2361頁。

[2] First Directory Ltd. 「First Directory Ltd – ビジネス情報の第一位」1stdirectory.com。2007年11月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年2月1日閲覧。 {{cite web}}:|author=一般的な名前があります (ヘルプ)

[Soedel_&_Foley-3] ヴェルナー・ゼーデル、ヴァーナード・フォーリー：古代カタパルト、サイエンティフィック・アメリカン、第240巻、第3号（1979年3月）、p.124-125

[4] ニーダム、ジョセフ（1986年）。中国の科学と文明：第4巻、第2部、機械工学。ケイブブックス社、109ページ。

[5] 16世紀、レオナルド・ダ・ヴィンチは、最初の鉄製ピンジョイントチェーンと思われるスケッチを描いた。このチェーンは、プレートとピンのみで構成され、金具が付いていることから、巻き付ける力ではなく引っ張る力を伝達するように設計されたと思われる。ただし、ダ・ヴィンチのスケッチにはローラーベアリングが描かれている。椿本チエイン株式会社編（1997年）。『チェーン完全ガイド』工業長崎出版、240ページ。ISBN 0-9658932-0-0. p. 211 . 2006年5月17日閲覧。

[6] 「蘇松の時計」.

[7] ニーダム、ジョセフ（1986年）。中国の科学と文明：第4巻、第2部、機械工学。ケイブブックス社。111、165、456-457ページ。

[8] ニーダム、ジョセフ（1986年）。中国の科学と文明：第4巻、物理学と物理技術、第2部、機械工学。台北：Caves Books Ltd、pp.445＆448、469–471。

[9] これは、チェーンにはピッチ長さがあり、ピッチポイントでしか曲がらないためです。椿本チエイン株式会社編（1997年）。チェーン完全ガイド。工業帳出版株式会社。p.240。ISBN 0-9658932-0-0. 2020年3月24日閲覧。

[10] 2.2.1 弦作用: チェーンとスプロケットの噛み合い位置が変動し、チェーンもこの変動に合わせて振動することが分かります。椿本チエイン株式会社編 (1997) 『チェーン完全ガイド』工業調書出版株式会社 p. 240. ISBN 0-9658932-0-0. 2020年3月24日閲覧。

[11] しかし、歯付きベルトシステムでは、チェーンと同様に、円と弦によって弦作用が発生します。通常、この影響は0.6％未満ですが、プーリ中心のたわみとベルトピッチまたはプーリピッチの誤差を組み合わせると、2〜3％に達することがあります。椿本チエイン株式会社編（1997年）。チェーン完全ガイド。工業長崎出版社。p。240。ISBN 0-9658932-0-0. 2020年3月24日閲覧。

[12] 「ポリチェーン GT カーボンベルト – Gates Corporation」。gates.com。

[Petrolicious-13] 「ホンダが小型S600に大きなアイデアを詰め込んだ」Petrolicious。2013年5月6日。 2019年11月16日閲覧。

[14] M, Saif (2021年8月17日). 「チェーンドライブとチェーンの種類」. The Engineers post . 2021年4月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。