Riemaandrijving vs. Ketenaandrijving: Belangrijkste Verschillen Uitgelegd

Een primemover wordt gebruikt om mechanische energie op te wekken door omzetting van een andere energievorm. Bijvoorbeeld, een electromotor zet elektrische energie om in mechanische energie en levert deze in de vorm van asrotatie. Op dezelfde manier kunnen hydraulische turbines, stoomturbines, windmolens, enz. ook fungeren als primemover. Mechanische aandrijvingen worden gebruikt om beweging, koppel en vermogen van zulke primemovers (dryvende as) naar machineonderdelen (gedreven as) over te brengen. Naast overdracht kunnen ze ook de draairichting veranderen en de snelheid aanpassen volgens de vereiste in de machine-eenheid. Er zijn vier mechanische aandrijvingen: tandwielaandrijving, riemaandrijving, ketenaandrijving en touwaandrijving. Zulke aandrijvingen maken ook gebruik van andere krachtoverdrachtselementen (zoals as, sleutel, koppeling, rem, koppeling, riemschijf, kettenwiel, enz.) voor efficiënte en ononderbroken krachtoverdracht.

Elk van de vier mechanische aandrijvingen heeft respectieve voordelen en beperkingen; en zijn dus geschikt voor specifieke doeleinden. Deze vier aandrijvingen kunnen op verschillende manieren op diverse basis worden geclassificeerd. Een dergelijke basis voor classificatie is de manier van krachtoverdracht. In alle aandrijvingen waarbij kracht wordt overgebracht door middel van wrijvingskracht tussen twee paarvormige delen, heten wrijvingsaandrijvingen (bijvoorbeeld riemaandrijving). Wanneer kracht wordt overgebracht door middel van ingrieping, dan wordt dat type aandrijving een ingriepingsaandrijving genoemd (bijvoorbeeld tandwielaandrijving en ketenaandrijving). Een andere factor voor het classificeren van mechanische aandrijvingen is de aanwezigheid van flexibele elementen. Alle aandrijvingen waarbij een intermediaire flexibele verbinding bestaat tussen dryvende en gedreven as, heten flexibele aandrijvingen; terwijl, als geen dergelijke intermediaire verbinding bestaat, het gegroepeerd wordt als starre aandrijving. Riemaandrijving en ketenaandrijving vallen beide onder flexibele aandrijvingen; terwijl tandwielaandrijving een starre aandrijving is.

Riemaandrijving is een flexibele wrijvingsaandrijving, die kracht en beweging overbrengt van dryvende naar gedreven as door middel van wrijvingskracht tussen riemschijf en riem. Het is geschikt voor krachtoverdracht over middellange tot lange afstanden. Echter, de capaciteit is beperkt tot de wrijvingskracht tussen riem en riemschijf. Dus het is niet geschikt voor zware krachtoverdrachtsvereisten. Aan de andere kant is ketenaandrijving een flexibele ingriepingsaandrijving waarbij kracht wordt overgebracht door middel van opeenvolgende ingrieping en loslating van ketting met kettenwiel. Terwijl riemaandrijving gevoelig is voor glijden, is ketenaandrijving er vrij van; het kan echter niet noodzakelijk een constante snelheidsverhouding bieden. Verschillende verschillen tussen riemaandrijving en ketenaandrijving zijn hieronder in tabelvorm gegeven.

Tabel: Verschil tussen riemaandrijving en ketenaandrijving

Gedetailleerde Vergelijking

Wrijving en ingriepingsaandrijving

In wrijvingsaandrijvingen vindt kracht- en bewegingsoverdracht plaats door middel van wrijving tussen twee delen. Riemaandrijving is een wrijvingsaandrijving omdat wrijvingskracht tussen riemschijf en riem fungeert als middel voor krachtoverdracht. Op dezelfde manier is touwaandrijving ook een wrijvingsaandrijving. Aan de andere kant, wanneer kracht- en bewegingsoverdracht plaatsvindt door opeenvolgende ingrieping en loslating van getande delen, wordt het een ingriepingsaandrijving genoemd. Hier speelt wrijvingskracht geen directe rol in krachtoverdracht. Bijvoorbeeld, bij ketenaandrijving wordt kracht overgebracht door middel van ingrieping van getand kettenwiel met bijbehorende ketting. Op dezelfde manier is tandwielaandrijving ook een ingriepingsaandrijving.

Glijden en positieve aandrijving

Een positieve aandrijving is een die een constante snelheidsverhouding biedt tijdens de werking. Verschillende verschijnselen zoals glijden, kruipen, polygonale effect, enz. neigen de rotatiesnelheid te veranderen en daardoor de snelheidsverhouding te belemmeren. Een constante snelheidsverhouding is sterk gewenst in diverse operaties zoals draadsnijden in een draaibank. Tandwielaandrijving is de enige mechanische aandrijving die een echte positieve aandrijving kan bieden. Riemaandrijving is gevoelig voor glijden en kan geen constante snelheidsverhouding bieden. Hoewel V-riem en geribbelde riem de glijdingsgraad minimaliseren, kan kruipen de snelheidsverhouding ook belemmeren. Aan de andere kant is ketenaandrijving vrij van glijden; echter, het polygonale effect kan de snelheidsverhouding ongunstig veranderen.

Voorkeursasafstand

Basiseindes van mechanische aandrijvingen is het overbrengen van beweging en kracht van dryvende as (zoals primemover) naar gedreven as (zoals machine). Afstand tussen dryvende en gedreven as kan variëren op basis van veel factoren waaronder vloerindeling. Tandwielaandrijving wordt bevorzugd voor krachtoverdracht over kleine afstand. Platte riemaandrijving is geschikt voor middellage tot grote afstand (3–15 m); echter, V-riem kan ook voor kleine afstand gebruikt worden (typisch tot 1 m). Als de asafstand groter is, zal de riem neigen te slingeren (trillen tussen twee riemschijven). De slappe kant van de riem kan ook naar beneden buigen. Dus extra steunpunten kunnen vereist zijn. Aan de andere kant wordt ketenaandrijving bevorzugd voor krachtoverdracht over kleine tot middellage afstand. Ketting is meestal zwaarder vergeleken met riem en kan dus het systeemgewicht aanzienlijk verhogen als het voor lange afstand wordt gebruikt. Ondersteunende kettenwielen zijn ook gewenst wanneer de kettinglengte groter is.

Bruikbare vlakken

In het geval van platte riem komt alleen de binnenkant van de riem in contact met de riemschijf. Zelfs in kruisriemregeling wordt de riem in twee verschillende vlakken gebogen om ervoor te zorgen dat alleen de binnenkant in contact komt met de riemschijf. Bij V-riem komen alleen de twee hellende zijvlakken in contact met de bijbehorende riemschijf. Deze contactvlakken kunnen niet worden gewijzigd; bijvoorbeeld, de buitenkant van de platte riem kan niet gebruikt worden voor krachtoverdracht. Echter, ketenaandrijving biedt de mogelijkheid om beide zijden (binnen- en buitenkant) zonder probleem te gebruiken. Zelfs beide zijden kunnen gelijktijdig gebruikt worden, wanneer meerdere (minimaal 3) assen moeten worden aangedreven door één dryvende as.

Rendement

Als wrijvingsaandrijving treedt vermogensverlies op in riemaandrijving door wrijving. Dit verlaagt het rendement van de aandrijving. In één trap kan riemaandrijving een rendement bieden in het bereik van 92–96%, voornamelijk afhankelijk van de wrijvingseigenschappen van de paarvormige oppervlakken, initiële spanning, type riem, omslaghoek, glijden en kruipen. Een ketenaandrijving kan een beter rendement bieden omdat wrijvingsverlies verwaarloosbaar is. Een goed gesmeerde nieuwe ketting kan typisch 95–98% rendement bieden.

Werktemperatuur

De meeste technische materialen vertonen dimensiewijzigingen met temperatuur; de mate van verandering hangt echter af van de thermische uitdijngscoëfficiënt van het betrokken materiaal. Riem wordt meestal gemaakt van rubber, stofrubber, laag leer of synthetische materialen. Als niet-metalisch materiaal ondergaat de riem significante dimensiewijzigingen met kleine variaties in de omgevingstemperatuur. Zelfs vochtigheid kan de prestaties beïnvloeden. Wanneer de temperatuur stijgt, neemt de riemlengte ook toe en dit resulteert in meer glijden, vermogensverlies, onstabiele snelheid en afgenomen rendement. Bij afname van de omgevingstemperatuur neemt de riemlengte af, wat resulteert in hogere belasting op de lagers (die de assen monteren). Kleine variatie in werktemperatuur geeft geen waarneembaar probleem in ketenaandrijving. Aangezien de ketting goed gesmeerd is, is de invloed van vochtigheid ook verwaarloosbaar.

Asoriëntatie en afwijking

Een geschikte mechanische aandrijving moet worden geselecteerd op basis van de oriëntatie van de dryvende en gedreven assen. Riem- en ketenaandrijvingen kunnen kracht overbrengen tussen paralleleassen alleen. Hoewel kwart-slag riem gebruikt kan worden voor loodrechte niet-snijdende assen, is het niet populair vanwege veel beperkingen en slechte prestaties vergeleken met kegeltandwielen of wormwielen. Een kleine hoekige of locatiewijke afwijking in het monteren van de riemschijven met de bijbehorende as geeft geen probleem in krachtoverdracht. Aan de andere kant kan ketenaandrijving niet gebruikt worden voor niet-paralleleassen. Het vereist altijd een correcte uitlijning van kettenwielen, anders zullen de sleuven van de ketting niet overeenkomen met de tanden van het kettenwiel en zal de ketting neigen uit het kettenwiel te springen.

Initiële spanning

Riemaandrijving vereist een initiële spanning gebaseerd op de te dragen belasting en de werksnelheid. Frequente aanpassing van de riemspanning is ook gewenst om de effecten van geleidelijke toename van de riemlengte te verminderen. Deze initiële spanning verhoogt de belasting op de lagers. Ketenaandrijving vereist echter geen dergelijke spanning om in de ketting te handhaven voor krachtoverdracht.

Smering

Riemaandrijving vereist slechts incidentele smering. Hogere dan gewenste smering is schadelijk omdat het ongewild glijden verhoogt. Ketenaandrijving vereist frequente smering; echter, geen volledige smering zoals gewenst in tandwielaandrijvingen. Kosten van smerolie is een ander factor om te overwegen in ketenaandrijving vergeleken met riemaandrijving.

De wetenschappelijke vergelijking tussen riemaandrijving en ketenaandrijving wordt in dit artikel gepresenteerd. De auteur adviseert u ook de volgende referenties te raadplegen voor een beter begrip van het onderwerp.

1. Design of Machine Elements door V. B. Bhandari (vierde editie; McGraw Hill Education).
2. Machine Design door R. L. Norton (vijfde editie; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design door R. S. Khurmi en J. K. Gupta (S. Chand; 2014).