4つの異なるタイプの送電システムを探る

パワートランスミッションの種類には、主にダイレクトドライブ、ギアトランスミッション、チェーンドライブ、シンクロナスベルトドライブがある。これらの方式は、さまざまな応用場面で広く使われている。例えば、自動車のパワートランスミッションシステムでは、エンジンで発生した動力は、クラッチ、トランスミッション、ユニバーサルジョイント、ドライブシャフトなどのコンポーネントを介して駆動輪に伝達され、車両の動きを円滑にします。

さらに、再生可能エネルギーを動力源とする全電気自動車は、モーターが直接車輪に動力を与え、電気エネルギーを動力に変換するダイレクトドライブ機構を採用している。この方式の特徴は、効率とスピードにある。

ワイヤレス送電は、ユニークな送電方法である。電波を使って発電所から特定の受信機器に電力を送り、電気に変換して使用する。この方法は主にワイヤレス充電のような特定のシナリオで使用されるが、電力伝送技術の多様性と革新性を示している。

航空分野では、動力伝達システムは航空機エンジン設計の重要な構成要素である。このシステムの技術的特徴と応用研究は、航空機エンジンの性能を高めるために極めて重要である。

動力伝達の種類

上の表は、それぞれの送電方式の主な特徴、利点、制限をまとめたものである。

1.機械的伝達方法

(1) 機械的動力伝達とは何か？

機械的動力伝達とは、電力供給ではなく、機械部品の移動に使用される製品を指す。これらの製品には、カップリング、チェーンとスプロケット、ベルトとプーリー、駆動部品などが含まれる。

機械的な伝達システムは、工作機械の重要な部分である。これは主にボールねじによって駆動され、伝達過程では可動軸と一体化されます。

工作機械の動力源はモーターである。機械式トランスミッションの目的は、運動と力を伝達することである。

一般的に使用される機械式トランスミッションの種類には、ギヤ・トランスミッション、ウォーム・ギヤ・トランスミッション、ベルト・トランスミッション、チェーン・トランスミッション、ギヤ・トレインなどがある。

機械式トランスミッションの役割は、運動と力の両方を伝達することである。

(2) 機械的動力伝達の種類

最も一般的な機械式動力伝達には主に、ギヤドライブ、ターボボルテックスドライブ、ベルトドライブ、チェーンドライブ、ギヤトレインなどがある。

01.ギアドライブ

ギア・トランスミッションは、機械式トランスミッションの中で最も一般的に使用されるタイプのトランスミッションである。

正確で効率的、コンパクトで信頼性が高く、長持ちする伝送を提供する。

ギアドライブにはいくつかの種類があり、様々な規格に基づいて分類されている。

利点がある：

• コンパクトな構造で、近距離伝送に最適。
• 幅広いペリフェラルのスピードとパワーに対応。
• 変速比は正確で安定しており、効率的である。
• 高い信頼性と長い耐用年数。
• 平行な軸間、任意の角度で交差する軸間、任意の角度でずらされた軸間で運動と力を伝達することができる。

デメリット

• 製造と設置の精度が高く、コストが高い；
• 2軸間の長距離伝送には適さない；
• 過負荷保護なし。

02.ターボ・ボルテックス・ドライブ

垂直かつ非交差スペースの2軸間のモーションとパワーに適しています。

利点がある：

• 変速比が大きい；
• 構造はコンパクトだ。

デメリット

• 大きな軸力
• 加熱しやすい
• 低効率
• 一方向伝送のみ。

タービン駆動の主なパラメーターは以下の通り：

• モジュラス
• 圧力角
• ウォームギア割出円
• ウォーム・インデックス・サークル
• リードストローク
• ウォームギア番号
• ワームヘッド数
• トランスミッション比

03.ベルトドライブ

A ベルトドライブは プーリーに張力をかけた柔軟なベルトを使用して運動や動力を伝達する機械的伝動システム。

ベルトドライブは通常、駆動輪、従動輪、2つの車輪の間に張力をかけるエンドレスベルトから構成される。

1) 2軸の回転方向が平行な場合をオープンモーションという、 中心距離とラップ角のコンセプト。

2) ベルトはその断面形状により、平ベルト、Vベルト、特殊ベルトの3種類に分けられる。

3) アプリケーションの焦点は以下の通り：

• を計算する；
• ベルトの応力解析計算；
• シングルVベルトの許容出力。

ベルトドライブの長所と短所

利点がある：

• ベルトは柔軟性があり、衝撃を緩和し、振動を吸収することができます；
• 過負荷時にスリップし、他の部品の損傷を防ぐ；
• シンプルな構造で低コスト。

デメリット

• トランスミッションの外寸は大きい；
• テンション装置が必要；
• スリップのため、一定のギア比を保証することはできない；
• ベルトの寿命は短い；
• 伝送効率は低い。

04.チェーンドライブ

チェーンドライブは、特殊な歯形をした駆動スプロケットから、同様の歯形をした従動スプロケットへ、チェーンを介して運動と動力を伝達する機械的伝達システムである。

含む：

• アクティブチェーン
• ドライブチェーン
• サーキュラーチェーン

利点がある：

チェーンドライブには、以下のような多くの利点がある。 ベルトドライブ,

• 非弾性的なスライディングとスリップにより、正確な平均伝達比を実現
• 信頼性の高い動作と高効率
• 同じ使用条件下で、過負荷に強い大きな送電力と小さな送電サイズ
• 張力要件が低く、シャフトに作用する圧力が小さい。
• 高温、多湿、粉塵、汚染などの過酷な環境下での作業能力。

ギア・トランスミッションに比べ、チェーン・ドライブには特徴がある：

• 製造および設置の要件が低い；
• 中心距離が大きい場合、伝送構造はシンプルになる；
• 瞬時チェーンスピードと瞬時ギア比が一定でなく、変速機の安定性が低い。

デメリット

チェーンドライブの主な欠点は以下の通り：

• 平行な2本のシャフト間のトランスミッションにのみ使用可能。
• 高コスト
• 摩耗しやすく、伸びやすい。
• 運転中、さらなる動的負荷、振動、衝撃、騒音が発生する。
• 高速のリバースドライブでは使用すべきではない。

05.ギアトレイン

つ以上の歯車で構成される変速システムは、ギア・トレインと呼ばれる。ギヤ・トランスミッションは、普通ギヤ・トランスミッションと遊星ギヤ・トランスミッションの2種類に分類される。

遊星歯車は、歯車列内で回転運動と軸方向運動の両方を行う歯車である。

ギアトレインは、固定アクスルトレインとエピシクルトレインに分けられる。

これは、入力シャフトの角速度（または回転速度）と、入力シャフトの角速度（または回転速度）の比である。 出力軸は、各組の噛み合い歯車に含まれるすべてのフォロワー歯車の歯数の積を、すべての駆動歯車の歯数で割ることによって算出される。

エピシクル・ギアトレインでは、回転運動と軸方向運動の両方を行うプラネタリーギアが、軸方向の位置が固定されたセンターギアまたはサンギアと対比される。

そのため、相対運動法（または逆転法）を使って、エピシクル・ギアトレインを仮想の固定軸トレインに変換する必要がある。

ギアトレインの特徴は以下の通り：

• 離れた2軸間の伝送に適している；
• 可変速トランスミッションを実現するトランスミッションとして使用可能；
• より大きなギア比を得ることができる；
• 動きの合成と分解を実現。

2.電気駆動方式

電気駆動とは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するために電気モーターを使用し、各種生産機械や輸送車両など、日常生活で動きを必要とするものを駆動することである。

利点がある：

高精度： サーボモーター を動力源とし、ボールねじとタイミングベルトからなるシンプルで効率的な伝達機構により、繰り返し誤差は0.01%である。この伝達方式は プレスブレーキ.

省エネ： 作業サイクルの減速段階で放出されるエネルギーを電気エネルギーに戻すことができるため、運転コストが削減され、油圧駆動に必要な動力装置の25%しか必要としない。

正確なコントロール： 高精度センサー、測定装置、コンピューター技術のサポートにより、設定されたパラメーターに従って正確な制御を実現し、他の制御方法の制御精度を大幅に上回る。

環境保護： 低いエネルギー消費と最適化された性能により、汚染と騒音が減少し、工場の環境保護が向上する。

ノイズの低減： 作動音は70デシベル未満で、油圧駆動の射出成形機から発生する騒音の約2/3である。

コスト削減： 作動油のコストとそれに伴うメンテナンスが不要になり、硬質配管や軟質配管、作動油の冷却、冷却水コストの削減も不要になる。

3. 空気圧トランスミッション 方法

空気圧トランスミッションは、圧縮ガスを作動媒体として利用し、ガスの圧力によって動力や情報を伝達する。

利点がある：

空気圧トランスミッションの作動媒体である空気は、入手が比較的容易である。使用済みの空気は大気中に排出できるので、油圧トランスミッションのように回収燃料タンクやパイプラインを必要としない。

また、空気の粘度が非常に低い（作動油の1万分の1程度）ため、ロスが少なく、ガスの集中供給や長距離輸送が容易である。また、空気圧システムの漏れは、油圧駆動ほど環境汚染を引き起こさない。

油圧トランスミッションに比べ、空気圧トランスミッションは素早い動作、素早い反応、低メンテナンス、クリーンな作業媒体、媒体の劣化がない。

さらに、可燃性、爆発性、粉塵、強磁性、放射線、振動などの過酷な作業環境への適応性も高く、油圧式、電子式、電気式の制御システムよりも優れている。

最後に、空気圧トランスミッションはコスト効率が高く、自動過負荷保護機能を備えている。

デメリット

作業速度の安定性は空気の圧縮性に影響される。しかし、気液連動装置を使用すれば満足のいく結果が得られる。

作動圧力が一般に0.31MPaと低く、構造サイズを小さくする必要があるため、総出力力は10～40kNを超えないようにする必要がある。

高速排気は大きな騒音を発生させるので、これを軽減するためにマフラーが追加される。

空気圧機器における気体信号の伝達速度は、電子や光の音速よりも遅い。

そのため、空気圧制御システムは、多数のステージを持つ複雑な回路には使用すべきではない。

4.油圧トランスミッション方式

油圧トランスミッションは、作動媒体として液体を使用することにより、エネルギーと制御を伝達する方法である。

利点がある：

構造的な観点から見ると、4つのトランスミッションモードは、単位重量とサイズあたりの出力パワーを力強く圧縮し、大きな慣性モーメント比を持つ。

しかし、油圧トランスミッションは、同じパワーを伝達する場合の体積が小さく、軽量で慣性が小さく、コンパクトな構造と柔軟なレイアウトが可能である。

性能面では、油圧トランスミッションにより、速度、トルク、パワーを無段階に調整でき、応答速度も速く、速度範囲も最大100:1から2000:1までと広い。

制御と調整は比較的簡単で、操作に便利で省力化されている。

さらに、自動化のための電気制御やコンピューター・システムとの統合も容易である。

使用と保守の面では、油圧部品は自己潤滑性に優れ、過負荷保護や圧力維持が容易で、安全性と信頼性が高い。また、部品の標準化や汎用化も容易である。

油圧技術はその安全性と信頼性で知られており、その可塑性と可変性は生産に大きな柔軟性をもたらし、生産工程の変更や調整を容易にする。

さらに、油圧コンポーネントは比較的安価で、幅広く適応できる。

油圧技術とマイコン制御などの新技術の組み合わせが世界のトレンドになっており、「機-電-水-軽」の統合を構成し、デジタル化を容易に実現する。

何事にも二面性があり、長所と短所がある。油圧ドライブも例外ではない：

デメリット

油圧トランスミッションでは、表面の相対的な動きが必然的にオイル漏れにつながり、オイルは完全に非圧縮性ではない。

その結果、厳密な変速比が得られず、ねじ歯車のような工作機械用の伝動チェーンには不向きとなる。

沿線損失、局部損失、油の流動中の漏れなどの損失があり、伝送効率が低く、長距離伝送には適さない。

油圧トランスミッションは、高温や低温の条件下で困難に見舞われる。

油漏れを防ぎ、性能要件を満たすために、油圧部品は高精度で製造される必要があるが、そのために使用やメンテナンスに困難が生じることがある。

故障診断 油圧システム 特に水力技術が広く使われていない地域では、困難が伴うことがある。そのため、水力技術の普及と応用が妨げられることが多い。

油圧機器のメンテナンスには一定の経験が必要であり、油圧技術者の養成には長い期間を要する。

現代産業におけるギアドライブ、チェーンドライブ、シンクロナスベルトドライブの利点と限界は？

現代産業におけるギアドライブ、チェーンドライブ、シンクロナスベルトドライブの利点と限界は以下の通りである：

ギアドライブの主な利点は、瞬時変速比が一定で安定性が高い、信頼性の高い構造、低騒音、高い動力伝達効率、広い速度範囲、大きな変速比を実現できる、コンパクトな構造、長寿命などである。また、ギヤドライブは2軸間の中心距離が大きい変速機に適しており、衝撃を緩和し、振動を吸収する柔軟性に優れ、過負荷時にスリップすることで他の部品の損傷を防ぎ、構造が簡単で低コストである。

歯車駆動の限界としては、環境要件が高いこと、良好な潤滑条件が必要であること、粉塵の多い2軸間や長距離の伝達には適さないこと、製造や設置に高い精度が要求されること、などが挙げられる。

チェーンドライブの利点は、様々なベルトドライブ（フラットベルトドライブ、Vベルトドライブ、ナローVベルトドライブ、マルチウェッジベルトドライブ、シンクロナスベルトドライブなど）の構造、原理、設計計算、張力調整などの設計における体系的な分析と記述にあります。

同期ベルトドライブは、チェーン、ギア、三角ベルトの長所を組み合わせたもので、業界の発展とともに注目を集めている。滑らかな伝動、高い伝動効率、製品の耐熱性の良さなどが特徴である。

ギアドライブは、高効率、高安定性、大きな変速比への適性、長寿命などの理由から、現代の産業界で広く使用されていますが、より高い環境を必要とし、粉塵の多い用途や長距離の用途には適していません。チェーンドライブと同期ベルトドライブの具体的な長所と短所は、具体的な設計と応用シナリオに基づいて分析する必要がありますが、これらはすべて効率的で安定した伝達方法に対する現代産業の要求を反映しています。