JP2001059548A - 摩擦伝動ベルトの伝動能力評価方法及びベルト伝動装置の設計支援方法 - Google Patents

摩擦伝動ベルトの伝動能力評価方法及びベルト伝動装置の設計支援方法

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JP2001059548A
JP2001059548A JP11232785A JP23278599A JP2001059548A JP 2001059548 A JP2001059548 A JP 2001059548A JP 11232785 A JP11232785 A JP 11232785A JP 23278599 A JP23278599 A JP 23278599A JP 2001059548 A JP2001059548 A JP 2001059548A
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    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • G01M13/02Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/023Power-transmitting endless elements, e.g. belts or chains

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高負荷伝動用ベルトBの伝動能力を評価する
に当たり、プーリに対するレイアウトに依存しないベル
トの伝動能力曲線が得られるようにして、ベルト伝動能
力の評価及びベルト伝動装置での伝動条件の設計を容易
化する。 【解決手段】 高負荷伝動用ベルトBについて、ベルト
単位長さ当たりのプーリへ15,17の押付力であるW
D係数と、プーリ15,17への単位巻付き長さ当たり
のベルトBの有効張力であるST係数との関係式を求
め、この関係式からベルトBの伝動能力を評価する。こ
のWD係数とST係数との関係式は、プーリ15,17
に対するレイアウトに依存しないベルトB固有の伝動能
力曲線となるので、ベルト伝動能力の評価、及びベルト
伝動装置での伝動条件の設計を容易できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦伝動ベルトの
伝動能力を評価する方法、及びベルト伝動装置の設計を
支援する方法に関する技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種の摩擦伝動ベルトの伝
動能力を評価する場合、そのベルトのスリップ率に対す
る軸荷重(取付張力)と負荷トルクとの関係を示す特性
がベルト伝動能力の重要な評価特性となっている。具体
的には、許容限度のスリップ率(通常1%)に達すると
き、軸荷重ができるだけ小さく、負荷トルクができるだ
け大きい方がベルト伝動能力が高いと評価される。こう
した許容スリップ率で表される伝動能力曲線としては、
従来、横軸に軸荷重を、また縦軸に負荷トルクを正規化
したST係数をそれぞれ取って表されるものが知られて
おり、この伝動能力曲線からベルト伝動能力が評価され
る。
【0003】すなわち、ベルトの伝動能力の評価のため
に、図4に示すように、駆動及び従動プーリa,b間に
ベルトcを巻き掛けたレイアウトとし、その従動プーリ
bに対し、駆動プーリaとの軸間距離を変えてベルト張
力を付与するための異なる荷重Wをそれぞれ加え、その
荷重W毎に、入力トルクに対するベルトのスリップ率を
求めると、図5の曲線が得られる。しかし、これは同一
のレイアウトでのベルトの伝動能力を示しているに過ぎ
ず、例えば速比やプーリ径が変わると伝達トルクも変化
するので、一般性がない。
【0004】そこで、横軸を入力トルクからST係数に
変えると、図6に示されるST線図が得られる。上記S
T係数とは単位巻付き長さ当たりのベルトの有効張力の
ことであり、図7に示すように、ベルトcが半径r(単
位:m)のプーリa(b)に巻付き角θ(単位:ラジア
ン)で巻き付いて、その有効張力がTe(=張り側張力
T1−緩み側張力T2)であるとき、伝達トルクをTq
(単位:N・m)として、 ST=(Tq/r)/rθ=Tq/r2θ=(T1−T
2)/rθ で与えられる。
【0005】そして、図6において、一定のスリップ率
(例えば1%又は2%)のところで各軸荷重のST線図
との交点を求めることで、任意のスリップ率で維持でき
るST係数と軸荷重(単位:N)との関係が得られ、そ
れを表したものが図8である。これは伝動能力曲線(伝
動能力線図)と呼ばれ、軸荷重に対し所定のスリップ率
で伝動できるST係数の値によりベルト固有の伝動能力
特性を示すものとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法では、ベルトが同じでも、そのプーリに対するレイア
ウト(プーリ径や速比)に応じて伝動能力曲線が異なる
という問題がある。例えば同一のベルトを用いて、駆動
プーリのプーリ径が従動プーリのプーリ径よりも小さい
Low条件、駆動及び従動プーリのプーリ径が同じMi
d条件、駆動プーリのプーリ径が従動プーリのプーリ径
よりも大きいHi条件の異なる速比で伝動能力曲線を求
めると、図9〜図11に示すように、各条件での伝動能
力曲線が変化する。図9はLow条件を、また図10は
Mid条件を、さらに図11はHi条件をそれぞれ表し
ている。図9〜図11中、Drは駆動プーリを、またD
nは従動プーリをそれぞれ示す。
【0007】したがって、このようにプーリに対するレ
イアウトに応じて伝動能力曲線が異なるベルトについ
て、ベルト伝動装置での伝動条件(使用条件)を設計す
るには、何等かの補正係数を導入する等の工夫が必要と
なる。
【0008】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、補正係数等を要することなく、プーリ
に対するレイアウトに依存しないベルトの伝動能力曲線
が得られるようにして、ベルト伝動能力の評価及びベル
ト伝動装置での伝動条件の設計を容易化することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、上記の如きベルトの伝動能力曲線
を求める場合に、その横軸を軸荷重ではなく、ベルトの
張り側及び緩み側張力の和をプーリ径で割った値、つま
りベルト単位長さ当たりのプーリへの押付力(以下、W
D係数という)とすると、プーリに対するレイアウトに
関係なくベルト毎の1つの伝動能力曲線が得られること
を見出し、その伝動能力曲線に基づいてベルトの伝動能
力を評価するようにした。
【0010】具体的には、請求項1の発明では、プーリ
に巻き付けられて伝動する摩擦伝動ベルトの伝動能力を
評価する方法として、上記伝動ベルトについて、ベルト
単位長さ当たりのプーリへの押付力であるWD係数(張
力和をプーリ径で割った値)と、単位巻付き長さ当たり
のベルトの有効張力であるST係数(ベルトの有効張力
をプーリへの巻付き長さで割った値)との関係式を求め
る。そして、この関係式からベルトの伝動能力を評価す
ることを特徴としている。
【0011】上記WD係数(単位:N/m)は、ベルト
が有効プーリ径D(単位:m)のプーリに巻き付いて、
その張り側張力がT1、緩み側張力がT2であるとき、 WD=(T1+T2)/D で与えられる。
【0012】上記WD係数とST係数との関係式は、プ
ーリに対するレイアウトに依存しないベルト固有のもの
(伝動能力曲線)となるので、ベルト伝動能力の評価が
適正にかつ容易となり、従って、その伝動能力に基づい
たベルト伝動装置での伝動条件の設計も容易化される。
【0013】請求項2の発明では、上記伝動ベルトは平
ベルトとする。また、請求項3の発明では、伝動ベルト
はVリブドベルトとする。さらに、請求項4の発明で
は、伝動ベルトはVベルトとする。さらにまた、請求項
5の発明では、上記Vベルトは、エンドレスの張力帯に
多数のブロックが係合固定されてなる高負荷伝動用Vベ
ルトとする。これらの発明によると、上記請求項1の発
明の効果が有効に発揮される最適な摩擦伝動ベルトが得
られる。
【0014】請求項6の発明では、プーリと、該プーリ
に巻き付けられて伝動する摩擦伝動ベルトとを備えたベ
ルト伝動装置の設計を支援する方法として、上記伝動ベ
ルトについて、ベルト単位長さ当たりのプーリへの押付
力であるWD係数と、単位巻付き長さ当たりのベルトの
有効張力であるST係数との関係式を求め、この関係式
からベルトの伝動能力を評価し、このベルトの伝動能力
に基づいてベルト伝動装置の伝動条件を予測することを
特徴としている。この場合、上記請求項1の発明と同様
に、プーリに対するレイアウトに依存しないベルト固有
の、WD係数及びST係数の関係式(伝動能力曲線)が
得られるので、ベルト伝動能力に基づいたベルト伝動装
置での伝動条件の設計が容易となる。
【0015】請求項7の発明では、上記ベルト伝動装置
の伝動条件として、プーリに対するベルトのレイアウト
を予測する。また、請求項8の発明では、上記伝動ベル
トは、変速用Vベルトとし、上記伝動条件として、上記
変速用Vベルトの変速範囲を予測する。これら発明によ
ると、上記請求項6の発明の効果としての伝動条件が有
効に発揮される。
【0016】
【発明の実施の形態】最初に、本発明方法を適用する摩
擦伝動ベルトと、それを用いたベルト伝動装置とについ
て説明する。図2は変速用Vベルトとしての高負荷伝動
用ベルトB(ブロックベルト)を示し、この高負荷伝動
用ベルトBは、ベルト幅方向に配置される左右1対のエ
ンドレスの張力帯1,1と、この張力帯1,1にベルト
長手方向に連続的に係合固定された多数のブロック7,
7,…とからなる。上記各張力帯1は、硬質ゴムからな
る保形層1aの内部にアラミド繊維等の高強度高弾性率
の複数の心線1b,1b,…がスパイラルに配置されて
埋設されたもので、この各張力帯1の上面には各ブロッ
ク7に対応してベルト幅方向に延びる一定ピッチの溝状
の上側凹部2,2,…が、また下面には上記上側凹部
2,2,…に対応してベルト幅方向に延びる一定ピッチ
の下側凹部3,3,…がそれぞれ形成されている。ま
た、張力帯1の上下表面には、その耐摩耗性を向上させ
る等の目的で帆布4,4が接着されている。
【0017】一方、上記各ブロック7は、ベルト幅方向
左右側部に上記各張力帯1を幅方向から着脱可能に嵌装
せしめる切欠き溝状の嵌合部8,8を有し、この嵌合部
8を除いた左右側面には図外のプーリ溝面に当接する接
触部11,11が形成されており、この各ブロック7の
嵌合部8,8にそれぞれ張力帯1,1を嵌合すること
で、ブロック7,7,…が張力帯1,1にベルト長手方
向に連続的に固定されている。
【0018】すなわち、上記各ブロック7における各嵌
合部8の上壁面には上記張力帯1上面の各上側凹部2に
噛合する凸条からなる上側凸部9が、また嵌合部8の下
壁面には張力帯1下面の各下側凹部3に噛合する凸条か
らなる下側凸部10がそれぞれ互いに平行に配置されて
形成されており、この各ブロック7の上下の凸部9,1
0をそれぞれ張力帯1の上下の凹部2,3に噛合せしめ
ることで、ブロック7,7,…を張力帯1,1にベルト
長手方向に係合固定し、この係合状態で各ブロック7の
左右側面である接触部11,11がプーリ溝面に接触す
る。
【0019】上記各ブロック7は硬質樹脂材料からな
り、図示しないが、その内部にはブロック7の略中央に
位置するように軽量アルミニウム合金等からなる略H字
状の補強部材が埋設されている。この補強部材は、例え
ば上下の凸部9,10(張力帯1との噛合部)や左右側
面の接触部11,11(プーリ溝面との摺接部)では硬
質樹脂中に埋め込まれてブロック7表面に顕れないが
(つまり、これらの部分は硬質樹脂からなっている)、
その他の部分ではブロック7表面に露出していてもよ
い。
【0020】一方、ベルト伝動装置は無段変速装置を構
成している。すなわち、図3に模式的に示すように、こ
の無段変速装置は、互いに平行な駆動軸14及び従動軸
16上にそれぞれ設けられた駆動及び従動プーリ15,
17を備え、この各プーリ15,17は、駆動及び従動
軸14,16に回転一体に固定された固定シーブ15
a,17aと、この固定シーブ15a,17aに対し接
離される可動シーブ15b,17bとを有する変速プー
リからなる。これら駆動及び従動プーリ15,17間に
上記高負荷伝動用ベルトBが巻き掛けられており、各プ
ーリ15,17の可動シーブ15b,17bを固定シー
ブ15a,17aに対し接離することで、両プーリ1
5,17(駆動及び従動軸14,16)間の速比を無段
階に変えながら駆動及び従動軸14,16間で動力を伝
達するようにしている。
【0021】以上の構成の高負荷伝動用ベルトBの伝動
能力を評価するとともに、そのベルト伝動能力から上記
ベルト伝動装置(無段変速装置)でのベルトBの変速範
囲を予測する場合、本発明の実施形態においては、ま
ず、上記高負荷伝動用ベルトBについて、ベルト単位長
さ当たりのプーリへの押付力であるWD係数と、プーリ
15,17への単位巻付き長さ当たりのベルトBの有効
張力であるST係数との関係式を求める。
【0022】上記ST係数は、ベルトBの有効張力をプ
ーリ15,17への巻付き長さで割った値(単位:N/
m)であって、既述の如く、有効プーリ半径r(単位:
m)にあるプーリ15,17に対しベルトBが巻付き角
θ(単位:ラジアン)で巻き付いて、その張り側張力を
T1、緩み側張力をT2、有効張力がTe(=T1−T
2)であるとき、伝達トルクをTq(単位:N・m)と
して、 ST=(Tq/r)/rθ=Tq/r2θ=(T1−T
2)/rθ で与えられる(図4〜図8参照)。
【0023】一方、WD係数は、張力和T1+T2(単
位:N)をプーリ15,17の有効プーリ径D(単位:
m)で割った値(単位:N/m)であり、 WD=(T1+T2)/D で与えられる。
【0024】上記WD係数を横軸とし、ST係数を縦軸
として上記関係式を線図として表すと、例えば図1に示
すようになり、スリップ率毎に異なる伝動曲線が得られ
る。そして、上記関係式からベルトBの伝動能力を評価
する。
【0025】次に、このようにして得られたベルトBの
伝動能力に基づき、上記ベルト伝動装置の伝動条件(使
用条件)として、上記高負荷伝動用ベルトBの変速範囲
を予測する。
【0026】したがって、この実施形態においては、上
記高負荷伝動用ベルトBのWD係数とST係数との関係
式は、プーリ15,17に対するレイアウトに依存しな
いベルトB固有のもの(伝動能力曲線)であり、この関
係式からベルトBの伝動能力を評価するので、そのベル
トBの伝動能力を、何等かの補正係数を要することなく
適正に評価することができ、そのベルト伝動能力の評価
を容易に行うことができる。しかも、ベルト伝動装置で
の変速範囲の予測を上記ベルトBの伝動能力に基づき容
易に行うことができる。
【0027】尚、上記実施形態では、摩擦伝動ベルトを
変速用Vベルトである高負荷伝動用ベルトB(ブロック
ベルト)とし、ベルト伝動装置を無段変速装置としてい
るが、本発明はその他の摩擦伝動ベルト及びそれを用い
るベルト伝動装置に対しても適用することができる。例
えば、摩擦伝動ベルトとしては、通常のVベルトの他、
平ベルトやVリブドベルト等でもよく、摩擦伝動ベルト
であればよい。また、ベルト伝動装置としては、Vベル
ト伝動装置、平ベルト伝動装置、Vリブドベルト伝動装
置等が挙げられる。
【0028】さらに、上記実施形態では、高負荷伝動用
ベルトBの伝動能力からベルト伝動装置(無段変速装
置)の変速範囲を予測するようにしているが、その他、
伝動条件として、プーリに対するベルトのレイアウトを
予測することもできる。また、そのとき、ベルトが3つ
以上のプーリに巻き掛けられる多軸伝動のベルト伝動装
置であっても本発明の方法を適用することができる。
【0029】
【実施例】次に、具体的に実施した実施例について説明
する。ベルト伝動装置における駆動及び従動プーリのプ
ーリ径や軸間距離等を変えて4つの試験条件(レイアウ
ト)を設定し、その各々のプーリ間にそれぞれ同じ高負
荷伝動用ベルトを巻き掛けて走行させた。上記4種類の
試験条件は下記の表1のとおりである。
【0030】
【表1】
【0031】そして、上記条件1(Mid条件)、条件
3(Low条件)及び条件4(Hi条件)について従来
の方法により伝動能力曲線を描いたところ、図9〜図1
1に示すものが得られた。図9は条件3(Low条件)
を、また図10は条件1(Mid条件)を、さらに図1
1は条件4(Hi条件)をそれぞれ表している。図9〜
図11中、Drは駆動プーリを、またDnは従動プーリ
をそれぞれ示している。
【0032】この図9〜図11から、プーリに対するベ
ルトのレイアウトに応じて伝動能力曲線が異なり、Mi
d条件、Hi条件、Low条件の順に伝動能力が高くな
っていることが判る。この要因としては以下のことが考
えられる。すなわち、これらの伝動能力曲線は、ベルト
とプーリとの間のスリップ(摩擦)に関するものである
ので、両者間に作用する押付力と牽引力とが支配因子と
なり、横軸の軸荷重は押付力の、また縦軸のST係数は
牽引力のそれぞれ代用特性となる。そして、縦軸のST
係数はベルトの有効張力を接触長さで割った値であるの
で、レイアウトが異なっても普遍的に評価できる指標で
あるが、軸荷重については、レイアウトが異なれば押付
力が変わるので普遍的な指標とはいえず、このことから
レイアウトに応じて曲線が異なると考えられる。
【0033】これに対し、本発明の方法により、上記4
つの試験条件の各々について、軸荷重を3水準に変え
て、それぞれスリップ率が1%及び2%のときのデータ
を求め、これらデータをWD係数を横軸とし、ST係数
を縦軸とする座標に表したところ、図1に示す結果が得
られ、これらのデータの回帰曲線を伝動能力曲線として
求めた。尚、駆動及び従動プーリのプーリ径が異なる場
合、従来の方法では小径となるプーリ側で算出したST
係数のみを用いているが、本発明方法では、WD係数及
びST係数をいずれも両プーリ側で算出し、その平均値
を代表値として用いている。この図1から、データは、
プーリに対するレイアウトの違いに拘わらず1つの回帰
曲線(伝動能力曲線)上に乗ることが判る。
【0034】よって、本発明方法のように、ベルトにつ
いてWD係数とST係数との関係式を求めることで、プ
ーリに対するレイアウトに依存しないベルトの伝動能力
曲線が得られ、その伝動能力曲線からベルトの伝動能力
を評価すれば、ベルト伝動能力の評価、及びそれに基づ
くベルト伝動装置での伝動条件の設計を容易化できるこ
とが裏付けられた。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よると、摩擦伝動ベルトの伝動能力を評価するに当た
り、そのベルトについて、ベルト単位長さ当たりのプー
リへの押付力であるWD係数と、単位巻付き長さ当たり
のベルトの有効張力であるST係数との関係式からベル
トの伝動能力を評価することにより、プーリに対するレ
イアウトに依存しないベルト固有の関係式が得られ、ベ
ルト伝動能力の評価、及びベルト伝動装置での伝動条件
の設計の容易化を図ることができる。
【0036】請求項2の発明では、伝動ベルトは平ベル
トとした。また、請求項3の発明では、伝動ベルトはV
リブドベルトとした。さらに、請求項4の発明では、伝
動ベルトはVベルトとした。さらにまた、請求項5の発
明では、上記Vベルトは高負荷伝動用Vベルトとした。
これらの発明によると、上記請求項1の発明の効果が有
効に発揮される最適な摩擦伝動ベルトが得られる。
【0037】請求項6の発明によると、プーリと摩擦伝
動ベルトとを備えたベルト伝動装置を設計するに当た
り、伝動ベルトについてWD係数及びST係数の関係式
からベルトの伝動能力を評価し、このベルトの伝動能力
に基づいてベルト伝動装置の伝動条件を予測することに
より、ベルト伝動能力に基づいたベルト伝動装置での伝
動条件の設計が容易となる。
【0038】請求項7の発明では、上記ベルト伝動装置
の伝動条件として、プーリに対するベルトのレイアウト
を予測することとした。また、請求項8の発明では、上
記伝動ベルトを変速用Vベルトとし、その変速用Vベル
トの変速範囲を伝動条件として予測することとした。こ
れら発明によると、上記請求項6の発明の効果としての
伝動条件が有効に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】高負荷伝動用ベルトについてスリップ率が1%
及び2%のときのWD係数及びST係数の関係を示す特
性図である。
【図2】本発明の実施形態に係る高負荷伝動用ベルトの
拡大斜視図である。
【図3】本発明の実施形態に係る無段変速装置の模式断
面図である。
【図4】ベルト伝動能力の評価のためにプーリ間にベル
トを巻き掛けたレイアウトを示す説明図である。
【図5】入力トルクに対するベルトのスリップ率の特性
を示す図である。
【図6】ST係数に対するベルトのスリップ率の特性を
示す図である。
【図7】ST係数を求めるための要素を示す図である。
【図8】従来例において、軸荷重に対するST係数の特
性を示す図である。
【図9】レイアウトがLow条件のときの軸荷重に対す
るST係数の特性を示す図である。
【図10】レイアウトがMid条件のときの特性を示す
図9相当図である。
【図11】レイアウトがHi条件のときの特性を示す図
9相当図である。
【符号の説明】
B 高負荷伝動用ベルト(変速用Vベルト、摩擦伝動ベ
ルト) 1 張力帯 7 ブロック 15,17 プーリ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プーリに巻き付けられて伝動する摩擦伝
    動ベルトの伝動能力を評価する方法であって、 上記伝動ベルトについて、ベルト単位長さ当たりのプー
    リへの押付力であるWD係数と、単位巻付き長さ当たり
    のベルトの有効張力であるST係数との関係式を求め、 上記関係式からベルトの伝動能力を評価することを特徴
    とする摩擦伝動ベルトの伝動能力評価方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の摩擦伝動ベルトの伝動能力評
    価方法において、 伝動ベルトは、平ベルトであることを特徴とする摩擦伝
    動ベルトの伝動能力評価方法。
  3. 【請求項3】 請求項1の摩擦伝動ベルトの伝動能力評
    価方法において、 伝動ベルトは、Vリブドベルトであることを特徴とする
    摩擦伝動ベルトの伝動能力評価方法。
  4. 【請求項4】 請求項1の摩擦伝動ベルトの伝動能力評
    価方法において、 伝動ベルトは、Vベルトであることを特徴とする摩擦伝
    動ベルトの伝動能力評価方法。
  5. 【請求項5】 請求項4の摩擦伝動ベルトの伝動能力評
    価方法において、 Vベルトは、エンドレスの張力帯に多数のブロックが係
    合固定されてなる高負荷伝動用Vベルトであることを特
    徴とする摩擦伝動ベルトの伝動能力評価方法。
  6. 【請求項6】 プーリと、該プーリに巻き付けられて伝
    動する摩擦伝動ベルトとを備えたベルト伝動装置の設計
    を支援する方法であって、 上記伝動ベルトについて、ベルト単位長さ当たりのプー
    リへの押付力であるWD係数と、単位巻付き長さ当たり
    のベルトの有効張力であるST係数との関係式を求め、 上記関係式からベルトの伝動能力を評価し、 上記ベルトの伝動能力に基づいてベルト伝動装置の伝動
    条件を予測することを特徴とするベルト伝動装置の設計
    支援方法。
  7. 【請求項7】 請求項6のベルト伝動装置の設計支援方
    法において、 伝動条件として、プーリに対するベルトのレイアウトを
    予測することを特徴とするベルト伝動装置の設計支援方
    法。
  8. 【請求項8】 請求項6のベルト伝動装置の設計支援方
    法において、 伝動ベルトは、変速用Vベルトであり、 伝動条件として、上記変速用Vベルトの変速範囲を予測
    することを特徴とするベルト伝動装置の設計支援方法。
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