راهنمای جامعی برای انواع محرک‌های زنجیری و زنجیرها: دانش ضروری برای مهندسان

​

درایوهای زنجیری به عنوان یک راه‌حل ضروری در انتقال قدرت مکانیکی شناخته می‌شوند و به طور گسترده برای انتقال قدرت بین قطعات استفاده می‌شوند، چه در فواصل طولانی (مانند موتورهای دریایی به ارتفاع ۵ طبقه) و چه در فواصل کوتاه (مانند دوچرخه‌ها). آن‌ها در میان پنج روش متداول انتقال قدرت مکانیکی قرار دارند که عبارتند از: اتصال‌دهنده‌ها (کوپلینگ‌ها)، درایوهای چرخدنده‌ای، درایوهای زنجیری، درایوهای تسمه‌ای و پیچ‌های قدرت. هر یک از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند، بنابراین مهندسان باید این عوامل را با دقت وزن کنند تا بهترین انتخاب را برای کاربردهای خاص انجام دهند. این مقاله به اصول درایوهای زنجیری، دسته‌بندی‌های آن، انواع متداول زنجیر، معیارهای انتخاب و مزایا و معایب کلیدی آن‌ها می‌پردازد.

درایوهای زنجیری چیستند؟

یک درایو زنجیری یک سیستم انتقال قدرت مکانیکی است که از یک زنجیر برای انتقال قدرت از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می‌کند. یک درایو زنجیری معمولی از دو چرخ دنده (چرخ‌های دندانه‌دار) یا بیشتر و یک زنجیر تشکیل شده است، به طوری که سوراخ‌های لینک‌های زنجیر روی دندانه‌های چرخ دنده قرار می‌گیرند.
هنگامی که ماشین اصلی (به عنوان مثال یک موتور الکتریکی یا موتور احتراق داخلی) می‌چرخد، چرخ زنجیر متصل به محور آن را به حرکت درمی‌آورد. این حرکت چرخشی زنجیر پیچیده شده روی چرخ زنجیر را به حرکت درآورده و نیروی مکانیکی را به محور محرک اعمال می‌کند و به این ترتیب قدرت را منتقل می‌کند.

مقایسه‌های کلیدی با سایر روش‌های انتقال قدرت

در مقایسه با محرک‌های تسمه‌ای: برخلاف محرک‌های تسمه‌ای، محرک‌های زنجیری بدون لغزش هستند و این امر نسبت ثابت سرعت را تضمین می‌کند. این ویژگی باعث حذف تاخیر در انتقال قدرت می‌شود و آن‌ها را برای کاربردهایی مانند زنجیرهای زمان‌بندی موتورهای احتراق داخلی ایده‌آل می‌کند. تنها اتلاف قدرت در محرک‌های زنجیری از اصطکاک بین پیوندهای زنجیر و چرخ‌های زنجیر ناشی می‌شود که در نتیجه باعی افزایش کارایی مکانیکی می‌گردد.
در مقایسه با محرک‌های دنده‌ای: محرک‌های زنجیری از نظر فاصله کاری بیشتری انعطاف‌پذیری دارند. آن‌ها زمانی که محورها در فاصله‌ای بیشتر از آنچه دنده‌ها می‌توانند پوشش دهند قرار دارند، عملکرد بهتری دارند، در حالی که همچنان یک سیستم فشرده حفظ می‌شود. علاوه‌براین، یک زنجیر تنها می‌تواند چندین محور را به طور همزمان به حرکت درآورد که ویژگی‌ای است که دنده‌ها به ندرت می‌توانند داشته باشند.

انواع محرکه‌های زنجیری (بر اساس عملکرد)

محرکه‌های زنجیری بر اساس عملکرد اصلی‌شان در سه دسته اصلی طبقه‌بندی می‌شوند که هر کدام برای نیازهای کاربردی خاصی طراحی شده‌اند:

۱. محرکه‌های زنجیری انتقال قدرت

 این محرکه‌های زنجیری صرفاً برای انتقال قدرت بین دو محور طراحی شده‌اند و یک چالش رایج را حل می‌کنند: بیشتر ماشین‌های تولیدکننده قدرت (مثلاً موتورهای داخل پمپ‌ها) نمی‌توانند از قدرت تولیدی خود در محل استفاده کنند.
کاربردهای رایج: دوچرخه‌ها، ماشین‌آلات کشاورزی، فشرده‌کننده‌ها و میل‌بادامک موتورها - همه این‌ها از زنجیرهای انتقال قدرت برای حرکت دادن قدرت از منبع تولید به محل مصرف استفاده می‌کنند.

۲. محرکه‌های زنجیری نوار نقاله

محرکه‌های زنجیری نوار نقاله برای حمل مواد طراحی شده‌اند. این زنجیرها صدها طراحی مختلف با خواص سفارشی دارند، مانند اصطکاک کم، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت شیمیایی، قابلیت ضد الکتریسیته ساکن یا ویژگی‌های مغناطیسی. همچنین می‌توان قطعات اضافی به زنجیر متصل کرد تا با نیازهای متنوع تطبیق داشته باشند.
کاربردهای صنعتی: به طور گسترده در بسته‌بندی، تولید خودرو، تولید مواد غذایی و نوشیدنی، داروسازی و صنعت نساجی برای انتقال کارآمد مواد استفاده می‌شود.

3. محرک‌های زنجیری برای بلند کردن و کشیدن

این محرک‌های زنجیری در ماشین‌آلات برای بلند کردن و پایین آوردن بارهای سنگین استفاده می‌شوند و اغلب با قرقره‌ها کار می‌کنند تا میزان تلاش مورد نیاز کاهش یابد. از جمله این موارد می‌توان به جرثقیل‌های زنجیری (دستی، برقی یا پنوماتیک) اشاره کرد که در تعمیرگاه‌ها، کارگاه‌ها، سایت‌های ساخت و ساز، موتورخانه کشتی‌ها و کارخانجات به طور رایج استفاده شده و قادر به بلند کردن/پایین آوردن بارهایی به وزن تا 20 تن هستند.
زنجیرهای بلندکننده به دو زیرگروه تقسیم می‌شوند:

زنجیرهای بیضوی (زنجیرهای حلقه‌ای): برای بلند کردن بارهای متوسط تا کم و در سرعت‌های پایین استفاده می‌شوند. حلقه‌های این زنجیرها به شکل بیضوی بوده و از طریق جوش به هم متصل می‌شوند. گاهی اوقات زنجیرهای با حلقه مربعی جایگزینی محسوب می‌شوند اما به دلیل توزیع ضعیف تنش و مشکلات گره خوردن، معمولاً از استفاده از آنها خودداری می‌شود.
زنجیرهای پرچ‌دار: این زنجیرها برای کاربردهای با بار سنگین مناسب هستند. هر پیوند دارای یک پرچ در عرض داخلی خود است که از گره خوردن جلوگیری می‌کند و استحکام و دوام آن را افزایش می‌دهد. این زنجیرها اغلب در لنگرهای کشتی و تجهیزات بلند کننده سنگین استفاده می‌شوند.

انواع رایج زنجیر در محرک‌های زنجیری

پنج نوع زنجیر در کاربردهای صنعتی و تجاری غالب هستند، هر کدام دارای ساختار و مزایای متمایزی می‌باشند:

1. زنجیرهای غلطکی (زنجیرهای غلطکی با بوشینگ)

شناخته‌شده‌ترین نوع زنجیر، زنجیرهای غلطکی (یا زنجیرهای غلطکی با بوشینگ) به طور گسترده در انتقال قدرت برای دوچرخه‌ها، موتورسیکلت‌ها و تجهیزات حمل‌ونقل استفاده می‌شوند. این زنجیرها معمولاً از فولاد کربنی ساده یا آلیاژهای فولادی ساخته می‌شوند.
ساختار: این زنجیر از صفحات داخلی (صفحات غلطکی)، صفحات خارجی (صفحات پینی)، بوشینگ، پین‌ها و غلطک‌ها تشکیل شده است. غلطک‌ها به طور یکنواخت در میان پیوندها قرار دارند و با دندانه‌های چرخ زنجیر به هم گیر می‌کنند تا قدرت را منتقل کنند.
مزایای کلیدی: در تماس با دندانه‌های چرخ‌دنده، غلتک‌ها به‌قدر لازم می‌چرخند و از دست‌دادن توان را به حداقل می‌رسانند. در زنجیرهای انتقال قدرت، ارتفاع صفحات غلتک (در دو طرف غلتک‌ها) از قطر غلتک بیشتر است که این امر از تماس صفحات جانبی با چرخ‌دنده‌ها جلوگیری کرده و آن‌ها به‌عنوان راهنما عمل می‌کنند تا لغزش زنجیر را مهار کنند. در زنجیرهای غلتکی نقاله، قطر غلتک از ارتفاع میله‌های جانبی بیشتر است و این امر تماس میله‌های جانبی با مسیر نقاله را حذف کرده و اصطکاک را کاهش می‌دهد. زنجیرهای غلتکی چندرشته‌ای نیز برای نیازهای توان بالا در دسترس هستند و این امکان را فراهم می‌کنند که برای همان شرایط بار، سرعت‌های پایین‌تر و گام‌های کوچک‌تری مورد استفاده قرار گیرد.

2. زنجیرهای بی‌صدا (زنجیرهای دندانه معکوس)

درایوهای زنجیر سنتی اغلب پر سر و صدا هستند و این موضوع آن‌ها را برای محیط‌های حساس به سر و صدا مانند فضاهای بسته، معادن یا مناطق مسکونی نامناسب می‌کند. زنجیرهای بی‌صدا (یا زنجیرهای دندانه معکوس) با عملکرد آرامش‌بخش این مشکل را حل می‌کنند و در عین حال قدرت بالایی را با سرعت‌های بالا منتقل می‌کنند.
ساختار: این قطعه از صفحات مسطح که به صورت ردیفی روی هم انباشته شده‌اند و با یک یا چند پین به هم متصل شده‌اند، تشکیل شده است. قسمت پایینی هر لینک دارای یک پروفیل است که با دندانه‌های چرخ دنده هماهنگی دارد تا مESHکاری را به صورت هموار انجام دهد.
عملکرد: ظرفیت بار، استحکام کششی و عرض زنجیر با افزایش تعداد صفحات مسطح در هر لینک افزایش می‌یابد.

۳. زنجیرهای برگی

ساده‌ترین نوع زنجیر، زنجیرهای برگی تنها از پین‌ها و صفحات تشکیل شده‌اند که در آن صفحات به صورت متناوب به عنوان لینک‌های پینی و لینک‌های مفصلی عمل می‌کنند. این زنجیرها با چرخ دنده درگیر نمی‌شوند، بلکه روی غلتک‌ها حرکت می‌کنند تا هدایت شوند.
کاربردها: این زنجیرها برای بلند کردن و تعادل مناسب هستند، مانند کاربردهایی در آسانسورها، انواع لیفتراک‌ها، دستگاه‌های حمل موازی (straddle carriers) و ستون‌های آسانسور. این ماشین‌های کم‌سرعت باعث ایجاد بار استاتیک بالا و بار کاری بسیار کم روی زنجیر می‌شوند و زنجیرهای برگی در تحمل ضربه و اینرسی بسیار خوب هستند.
نیاز اساسی: باید بتواند استحکام کششی بالا را بدون ایجاد افزایش طول یا شکستگی تحمل کند و چقرمگی کافی برای مقاومت در برابر خستگی داشته باشد. شرایط روانکاری و محیطی را باید در طراحی در نظر گرفت.

4. زنجیرهای سطح صاف

صرفاً برای حمل و نقل استفاده می‌شود، زنجیرهای سطح صاف جایگزین نوار نقاله‌ها و موتورهای محرکه می‌شوند و مواد می‌توانند به‌صورت مستقیم روی پیوندهای آنها حمل شوند.
ساختار: پیوندهای فردی معمولاً از صفحات فولادی با برجستگی‌های توخالی به شکل استوانه در پایین ساخته می‌شوند. پین‌ها از این برجستگی‌ها عبور می‌کنند تا پیوندهای مجاور را به هم متصل کنند و حرکت را تنها در یک جهت ممکن سازند. زنجیرهای سطح صاف تخصصی می‌توانند به‌صورت جانبی خم شوند (با ساختار پین اصلاح‌شده)، این امکان را فراهم می‌کند که نقاله بتواند در مسیرهای منحنی حرکت کند.
کاربردها: در نقاله‌های کم‌سرعت برای حمل مواد در خطوط مونتاژ استفاده می‌شود.

5. زنجیرهای فولادی مهندسی

در دهه 1880 توسعه یافت، زنجیرهای فولادی مهندسی برای محیط‌های سخت و کاربردهای سنگین طراحی شده‌اند. این زنجیرها از فولاد نورد گرم تولید می‌شوند (گاهی با عملیات حرارتی برای افزایش استحکام) و فواصل بزرگتری بین قطعات دارند تا بتوانند گرد و غبار، کثیفی و مواد ساینده را در حین کار تحمل کنند.
کاربردهای مدرن: عمدتاً به عنوان زنجیرهای نقاله برای حمل و نقل مواد استفاده می‌شوند، اما برخی از آنها به عنوان محرک‌ها عمل می‌کنند. این زنجیرها در سیستم‌های نقاله، ماشین‌های لیفتراک، بالابرها و دکل‌های حفاری نفت یافت می‌شوند - با بهبود استحکام، مقاومت در برابر سایش، ظرفیت بارگذاری و گام (pitch) به منظور پاسخگویی به نیازهای صنعتی مدرن.

چگونه محرک زنجیر مناسب را انتخاب کنیم

انتخاب محرک زنجیر صحیح نیازمند ارزیابی نیازهای کاربردی است تا گزینه‌های نامناسب حذف شوند. عوامل کلیدی که باید در نظر گرفته شوند عبارتند از:

1. بار

تعیین توان مورد نیاز برای انتقال - زنجیر باید بتواند توان تولید شده توسط محرک اولیه را تحمل کند. محاسبات دقیق برای ایمنی ضروری است و استفاده از یک ضریب ایمنی کافی توصیه می‌شود.

2. سرعت زنجیر

تمام محرک‌های زنجیری برای کار در سرعت‌های بالا طراحی نشده‌اند؛ برخی از آنها برای سرعت‌های پایین مناسب هستند. سرعت مورد نیاز را محاسبه کنید و مطمئن شوید که در محدوده توصیه شده توسط تولیدکننده قرار دارد تا گزینه‌ها را محدود کنید.

3. آرایش شفت (محور)

اکثر محرک‌های زنجیری فقط با شفت‌های موازی کار می‌کنند. اگر شفت‌ها در راستای مناسب قرار ندارند، استفاده از محرک‌های چرخدنده‌ای ممکن است گزینه بهتری باشد.

4. فاصله مرکزی بین شفت‌ها

فاصله مرکزی بین شفت‌ها باید 30 تا 50 برابر گام زنجیر پیشنهادی باشد. علاوه بر این، قوس تماس حداقل 120 درجه روی چرخ دنده کوچک را تضمین کنید؛ اگر چرخ دنده دارای تعداد کمی دندانه باشد، در هر لحظه باید حداقل پنج دندانه با زنجیر در تماس باشند.

5. محیط کاری

محیط کاری مقاومت زنجیر در برابر رطوبت، گرد و غبار، مواد ساینده، خوردگی و دماهای بالا را تعیین می‌کند. همچنین این محیط بر ارتعاشات، سطح نویز و استحکام خستگی تأثیر دارد. به عنوان مثال، زنجیرهای دندانه‌ای معکوس (زنجیرهای بی‌صدا) در مناطق حساس به نویز ترجیح داده می‌شوند.

6. روانکاری

اکثر موتورهای زنجیری نیازمند روانکاری برای افزایش عمر کاری هستند. نوع زنجیر، اندازه، بار و سرعت آن روش روانکاری (دستی، قطره‌ای، حمام روغنی یا روانکاری اجباری) را تعیین می‌کنند. زنجیرهای خودروانکار نیز در دسترس هستند که از بوشینگ‌هایی از جنس پلاستیک یا فلز متخلخل اشباع شده از روغن استفاده می‌کنند و بدون نیاز به نگهداری خارجی، روانکاری مداوم فراهم می‌کنند.

مزایای موتورهای زنجیری

قابلیت انتقال گشتاور را در مسافت‌های طولانی دارد.
بدون لغزش (برخلاف موتورهای تسمه‌ای)، که عملکرد یکنواخت را تضمین می‌کند.
فشرده‌تر از موتورهای تسمه‌ای است و در فضاهای نسبتاً کوچک جا می‌شود.
یک موتور مچ‌بندی می‌تواند چندین میل‌گرد را به راه اندازی کند.
کاربرد گسترده، در دماهای بالا و محیط‌های مختلف (خشک، مرطوب، ساینده، خورنده و غیره) کار می‌کند.
سیستم کم‌اصطکاک، که بازدهی مکانیکی بالا را تضمین می‌کند.

معایب موتورهای مچ‌بندی

نمی‌توان از آن با میل‌گردهای غیرموازی استفاده کرد.
در معرض صدا و ارتعاش در حین کار است.
عدم ترازی می‌تواند باعث لغزش مچ‌بندی شود.
برخی از طراحی‌ها نیازمند روانکاری مداوم هستند.
معمولاً نیاز به یک پوشش حفاظتی دارند.
کشش دوره‌ای (به عنوان مثال، از طریق غلتک‌های کششی) برای حفظ عملکرد ضروری است.

​