En komplet guide til kædedriv og kædetyper: Væsentlig viden for ingeniører

​

Kædedriv er en afgørende mekanisk kraftoverførselsløsning, der anvendes bredt til at overføre kraft mellem komponenter – enten over lange afstande (såsom i 5-etagers høje marine motorer) eller korte (såsom i cykler). De er blandt de fem mest almindelige metoder til mekanisk kraftoverførsel, sammen med koblinger, geardrev, bæltdriv og spindler. Hver metode har sine unikke fordele og ulemper, så ingeniører skal nøje afveje disse faktorer for at træffe det optimale valg til bestemte anvendelser. Denne artikel går i dybden med grundlæggende information om kædedriv, deres klassificering, almindelige kædetyper, udvælgelseskriterier og vigtige fordele og ulemper.

Hvad er kædedriv?

Et kædedriv er et mekanisk kraftoverførselssystem, der bruger en kæde til at overføre kraft fra et sted til et andet. Et typisk kædedriv består af to eller flere kædehjul (tandhjul) og selve kæden – hvor hullerne i kædelaederne passer over kædehjulets tænder.
Når primærmotoren (f.eks. en elmotor eller en forbrændingsmotor) roterer, drejer den tandhjulet, der er monteret på dens aksel. Denne rotation driver kæden, som er viklet omkring tandhjulet, og som derefter overfører mekanisk kraft til den drevne aksel og effektivt transmitterer effekt.

Nøgleligninger med andre transmissionsteknikker

Mod kædedrev: Ulig kædedrev har bæltedrev ingen glidning, hvilket sikrer et konstant hastighedsforhold. Dette eliminerer forsinkelse i effektoverførslen og gør dem ideelle til anvendelser som tændingskæder i forbrændingsmotorer. Det eneste effekttab i kædedrev skyldes gnidning mellem kædesektioner og tandhjul, hvilket resulterer i højere mekanisk effektivitet.
Mod tandhjulsdrev: Kædedrev er mere fleksible med hensyn til driftsafstand. De er fremragende, når aksler er placeret længere fra hinanden, end hvad tandhjul kan håndtere, og samtidig fastholdes en kompakt opsætning. Desuden kan en enkelt kæde drev flere aksler samtidigt – en funktion tandhjul sjældent matcher.

Typer kædedriv (efter funktion)

Kædedriv deles op i tre hovedtyper ud fra deres primære funktion, hver tilpasset specifikke anvendelsesbehov:

1. Effektoverførende kædedriv

 Udformet udelukkende til at overføre effekt mellem to aksler, løser disse kædedriv en almindelig udfordring: de fleste kraftproducerende maskiner (f.eks. motorer i pumper) kan ikke bruge den kraft, de producerer, på stedet.
Almindelige anvendelser: Cykler, landbrugsmaskineri, kompressorer og motorventilatoraksler – alle er afhængige af effektoverførende kæder for at flytte kraften fra kilden til anvendelsesstedet.

2. Transportbånd-kædedriv

Transportbånd-kædedriv er specialiserede til materialehåndtering. De har hundredvis af design med tilpassede egenskaber, såsom lav friktion, høj temperaturmodstand, kemikaliebestandighed, antistatiske egenskaber eller magnetiske funktioner. Derudover kan tilbehør monteres på kæden for at imødekomme mange forskellige behov.
Industrielle anvendelser: Almindeligt anvendt i emballageindustrien, bilproduktion, fødevare- og drikkevareproduktion, farmaceutisk industri og tekstilindustrien til effektiv transport af materialer.

3. Løfte- og trækkædedrivere

Disse kædedrivere anvendes i maskiner til at løfte og sænke tunge belastninger og arbejder ofte sammen med taljer for at reducere indsatsen. Eksempler inkluderer kæteløftere (manuelle, elektriske eller pneumatisk drevne), som er almindelige i værksteder, på byggepladser, i skibsmaskinrum og fabrikker – og som er i stand til at løfte/sænke belastninger op til 20 ton.
Løfte-kæder opdeles yderligere i to undergrupper:

Elliptiske kæder (spolekæder): Anvendes til mellemstore og lette belastninger og til lav hastighedsløftning. Deres led er elliptiske og sammenføjede via svejsning. Firkantede led-kæder anvendes nogle gange som alternativ, men undgås normalt på grund af dårlig spredning af belastning og risiko for sammenfiltring.
Stiftkæder: Foretrukne til anvendelser med høje belastninger. Hvert led har en stift installeret i bredden af det indre, hvilket forhindrer sammenfiltring og øger styrke og holdbarhed. De anvendes typisk til skibsaner og andet tungt løfteudstyr.

Almindelige kædetyper i kædeoverførsler

Fem kædetyper dominerer industrielle og kommercielle anvendelser, hver med forskellige strukturer og fordele:

1. Rullekæder (Bushingrullekæder)

Den mest kendte kædetype, rullekæder (eller bushingrullekæder), anvendes bredt til effektoverførsel på cykler, motorcykler og transportudstyr. De fremstilles typisk af blødende kulstofstål eller stållegeringer.
Struktur: Består af indre plader (rulleplader), ydre plader (stiftplader), busninger, stifter og ruller. Rullerne er jævnt fordelt mellem leddene og gribes ind i tænderne på kædehjulet for at overføre effekt.
Nøglefordele: Rullerne roterer efter behov, når de er i kontakt med tandhjul, hvilket minimerer effekttab. For transskæder er højden på rullepladerne (på begge sider af rullerne) større end rullediameteren - dette forhindrer sideplader i at røre tandhjul og fungerer som en vejledning for at undgå kædeslir. For transportbånd med rullekæder er rullediameteren større end sidestenshøjden, hvilket eliminerer kontakt mellem sidestege og transportbåndsspor og reducerer friktionen. Flerestrenget rullekæder er tilgængelige til behov for høj effekt, hvilket tillader lavere hastigheder og mindre afstande for samme belastningskrav.

2. Stille kæder (Inverterede tandkæder)

Traditionelle kædedriv er ofte støjende, hvilket gør dem uegnede til støjfølsomme miljøer såsom lukkede rum, miner eller boligområder. Stille kæder (eller inverterede tandkæder) løser dette ved at fungere stille, mens de transmitterer stor effekt ved høje hastigheder.
Struktur: Lavet af flade plader stablet i rækker og forbundet med en eller flere bolte. Bunden af hvert led har et profil, der matcher klingernes tænder for en jævn indgreb.
Ydelse: Bæreevne, trækkraft og kædebredden stiger med antallet af flade plader per led.

3. Bladkæder

Den mest simple kædetype, bladkæder består kun af bolte og plader – hvor pladerne skiftevis fungerer som boltelinks og hængslelinks. De indgår ikke i klinger; i stedet løber de på trækruller for at sikre retning.
Anvendelse: Ideel til løft og afbalancering, såsom i elevatorer, gaffeltrækkere, straddle bærere og elevatormaster. Disse lavhastighedsmaskiner udsætter kæder for høje statiske belastninger og minimale arbejdslast, og bladkæder er fremragende til at håndtere stød og inertimomenter.
Afgørende krav: Skal kunne modstå høj trækspænding uden forlængelse eller brud og have tilstrækkelig sejhed til at modstå udmattelse. Smøring og miljøforhold skal tages i betragtning under design.

4. Fladtopkæder

Anvendes udelukkende til transport, erstatter fladtækkede kæder rembånd og bæltdriv, og materialer kan transporteres direkte på deres led.
Opbygning: Enkelte led er typisk lavet af stålplader med tøndelformede hule forstænder i bunden. Stænger går gennem disse forstænder for at forbinde tilstødende led, hvilket kun tillader bevægelse i én retning. Specialiserede fladtækkede kæder kan bøje lateralt (via ændrede stængekonstruktioner), hvilket gør det muligt for transportbåndet at navigere kurver.
Anvendelse: Bruges i lavhastighedstransportbånd til materialetransport i samlebånd.

5. Ingeniørstål-kæder

Udviklet i 1880'erne er ingeniørstål-kæder designet til at klare hårde miljøer og krævende anvendelser. De er fremstillet af varmvalsede stål (nogle gange varmebehandlet for øget styrke) og har større mellemrum mellem komponenterne for at håndtere støv, snavs og slidende materialer under drift.
Moderne anvendelser: Anvendes hovedsageligt som transportkæder til materialehåndtering, men nogle bruges også som drivmidler. De findes i transportbånd, gaffeltrækkere, skovlhejsere og olieboreudstyr – med forbedret styrke, slidstyrke, bæreevne og pitch for at opfylde moderne industrielle krav.

Sådan vælger du det rigtige kædedrev

Valg af det korrekte kædedrev kræver en vurdering af anvendelsesbehov for at eliminere uegnede alternativer. De vigtigste faktorer at overveje er:

1. Belastning

Afgør den effekt, der skal overføres – kæden skal kunne håndtere den effekt, som primærmotoren genererer. Nøjagtige beregninger er afgørende for sikkerheden, og en tilstrækkelig sikkerhedsfaktor anbefales.

2. Kædehastighed

Alle kædedrev fungerer ikke ved høje hastigheder; nogle er designet til lave hastigheder. Beregn den nødvendige hastighed, og sørg for, at den ligger inden for kædens anbefalede interval for at begrænse valget.

3. Akselopsætning

De fleste kædedrev fungerer kun med parallelle aksler. Hvis akslerne er misalignerede, kan geardrev være et bedre alternativ.

4. Centreringsafstand mellem aksler

Centreringsafstanden mellem aksler anbefales at være 30–50 gange kædepitch. Desuden skal der sikres en minimum kontaktbue på 120° på den mindre tandhjul; hvis tandhjulet har få tænder, skal mindst fem tænder hele tiden være i kontakt med kæden.

5. Driftsmiljø

Miljøet bestemmer kædens nødvendige modstandsevne mod fugt, snavs, slid, korrosion og høje temperaturer. Det påvirker også vibrationer, støjniveau og udmattelsesstyrke. For eksempel anvendes inverterede tandkæder (stille kæder) ofte i støjfølsomme områder.

6. Smøring

De fleste kædedrivere kræver smøring for at forlænge slidlevetiden. Kædetype, størrelse, belastning og hastighed bestemmer smøringsmetoden (manuel, dråbe, oliebad eller tvungen smøring). Selvsmørende kæder er tilgængelige – de bruger bølger fremstillet af olieindtrængt sinterplastik eller metal, som sikrer kontinuerlig smøring uden ekstern vedligeholdelse.

Fordele ved kædedrivere

Kan overføre moment over lange afstande.
Ingen slid (i modsætning til remdrev), hvilket sikrer konstant ydelse.
Mere kompakt end remdrev, passer i relativt små rum.
Et enkelt kædedrev kan drive flere aksler.
Alsidsigt, virker i høje temperaturer og forskellige miljøer (tørt, vådt, slibende, ætsende osv.).
Lavfriktionssystem, der garanterer høj mekanisk effektivitet.

Ulemper ved kædedrev

Kan ikke bruges med ikke-parallelle aksler.
Vulnérabel over for støj og vibration under drift.
Skævhed kan forårsage kædeslid.
Nogle design kræver kontinuerlig smøring.
Kræver typisk en beskyttelsesindkapsling.
Periodisk spænding (f.eks. via løbegrænse) er nødvendig for at opretholde ydelsen.

​