JP2003014062A - Belt design supporting device, and its method - Google Patents

Belt design supporting device, and its method

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JP2003014062A
JP2003014062A JP2001201508A JP2001201508A JP2003014062A JP 2003014062 A JP2003014062 A JP 2003014062A JP 2001201508 A JP2001201508 A JP 2001201508A JP 2001201508 A JP2001201508 A JP 2001201508A JP 2003014062 A JP2003014062 A JP 2003014062A
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belt
design support
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load
transmission belt
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Nami Yu
兪  波
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a belt design supporting device capable of accurately analyzing a behavior of a transmission belt mechanism with a transmission belt mechanism analyzing model using an analyzing result of the transmission belt by a finite element method. SOLUTION: This belt design supporting device comprises a drive pulley, an driven pulley, and the transmission belt wound about two pulleys and analyzes a dynamic characteristic of the transmission belt mechanism. The belt design supporting device comprises a finite element analyzing solver 12 for preparing a belt model where the transmission belt is divided into a plurality of elements and determines a belt load-distortion characteristic for indicating a distortion occurring in the belt model by action of a load corresponding to load change of the drive pulley, a mechanism analyzing solver 14 for calculating a belt tension by a transmission belt mechanism model using the belt load- distortion characteristic, and an optimal solver 15 for determining a belt design condition for minimizing rotation nonuniformity of the driven pulley by analyzing the movement of the driven pulley based on a balance of the calculated belt tension.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータシス
テムなどを用いて実現することができる、伝動ベルト機
構における伝動ベルトの設計を支援する設計支援装置及
びその方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a design support apparatus and method which can be realized by using a computer system or the like and support the design of a transmission belt in a transmission belt mechanism.

【0002】[0002]

【従来の技術】伝動ベルト機構は複写機やプリンタなど
多くの情報機器において紙などを搬送する手段として広
く使われている。このような伝動ベルト機構において
は、より高精度に駆動することが不可欠である。そのた
め、伝動ベルト機構を備える複写機などを開発する開発
現場では、従来より、設計された伝動ベルト機構を実機
本体に取り付け、調節しながら開発を進めている。ま
た、近年における、プリンタや複写機など情報機器のカ
ラー化や品種多様化に伴い、伝動ベルト機構に対して
は、更なる高精度駆動、および開発期間の短縮化が要求
されている。このような背景から、従来より、コンピュ
ータシステムを用いた伝動ベルト機構などのシミュレー
ションが行われている。例えば、日本機械学界論文集
(C編)53巻486号,pp494〜498および同巻494号,pp21
35〜2142に示された従来技術では、解析者が解析を行う
系の解析モデルを作成し、その解析モデルにグラフ理論
を適用して自動的に解析を行う。また、各構成要素につ
いて線形的な挙動のみを考慮した運動方程式を導き、解
析を行っている。また、特開平6−282611号公報
に示された「ベルト軸系動特性解析システム」では、前
記した日本機械学界論文集記載の従来技術の場合、解析
のための運動方程式を、設計者がベルト軸系の構成を考
慮して設計のたびに誘導する必要があった点を改善して
いる。つまり、汎用的な単位ベルト軸系の運動方程式を
合成して全体系の運動方程式を自動生成するのである。
2. Description of the Related Art A transmission belt mechanism is widely used as a means for conveying paper in many information devices such as copying machines and printers. In such a transmission belt mechanism, it is indispensable to drive with higher accuracy. Therefore, at the development site where a copier or the like having a transmission belt mechanism is developed, the designed transmission belt mechanism is conventionally attached to the main body of the actual machine, and adjustment is being made. Further, in recent years, with the colorization and variety of information devices such as printers and copying machines, further high precision driving and shortening of development period are required for the transmission belt mechanism. From such a background, simulation of a transmission belt mechanism or the like using a computer system has been conventionally performed. For example, Journal of Japan Society of Mechanical Engineers (C), Volume 53, 486, pp494-498 and Volume, 494, pp21.
In the conventional technique shown in 35 to 2142, an analyst creates an analytical model of a system to be analyzed, and applies graph theory to the analytical model to automatically perform analysis. In addition, for each component, we have derived a motion equation that considers only the linear behavior and analyzed it. Further, in the "belt shaft system dynamic characteristic analysis system" disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-282611, in the case of the conventional technique described in the above-mentioned collection of papers of the Japan Society of Mechanical Engineers, a designer can calculate the equation of motion for It has improved the point that it was necessary to guide the design every time considering the configuration of the shaft system. That is, the general equation of motion of the unit belt axis system is synthesized to automatically generate the equation of motion of the entire system.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前記したように、日本
機械学界論文集記載の従来技術では、各構成要素につい
て線形的な挙動のみを考慮した運動方程式を導き、解析
を行っている。特開平6−282611号公報に示され
た従来技術においてもこの点に関しては同様である。し
かしながら、伝動ベルトはゴム材料のものが一般的で、
このゴム材料は時間依存粘弾性特性という時間に伴う非
線形的な現象が現れるので、前記解析手法に示されてい
るベルト特性に関する各マトリックスを定数では表現し
きれなくなるという問題があった。例えば、ベルト引張
り条件の違いにより、荷重−ひずみ特性など材料特性が
変化を生じるので、この特性を考慮しない場合には、伝
動ベルト機構の挙動は誤差が大きくなる。また、単に運
動方程式による機構解析の場合には、伝動ベルトの形
状、材質などの影響を考慮できない問題もあった。本発
明の目的は、このような従来技術の問題を解決すること
にあり、具体的には、伝動ベルトの時間依存粘弾性特
性、ベルトの形状、材質などを考慮した有限要素法の解
析結果を用いて、伝動ベルト機構解析モデルにより、伝
動ベルトの設計条件を最適化し、伝動ベルト機構の挙動
を精度良く解析することができるベルト設計支援装置及
びその方法を提供することにある。
As described above, in the conventional technology described in the collection of papers of the Japan Society of Mechanical Engineers, the equation of motion considering only the linear behavior of each component is derived and analyzed. The conventional technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-282611 is the same in this respect. However, the transmission belt is generally made of rubber material,
Since this rubber material has a time-dependent viscoelastic characteristic, which is a non-linear phenomenon with time, there is a problem in that each matrix related to the belt characteristic shown in the above-mentioned analysis method cannot be expressed by a constant. For example, because the material characteristics such as load-strain characteristics change due to the difference in belt tension conditions, the behavior of the power transmission belt mechanism has a large error if these characteristics are not taken into consideration. Further, in the case of mechanical analysis simply by the equation of motion, there is a problem that the influence of the shape and material of the transmission belt cannot be taken into consideration. An object of the present invention is to solve such a problem of the related art. Specifically, the analysis result of the finite element method considering the time-dependent viscoelastic property of the transmission belt, the shape of the belt, the material, etc. It is an object of the present invention to provide a belt design support apparatus and method that can optimize the design conditions of a transmission belt by using a transmission belt mechanism analysis model and accurately analyze the behavior of the transmission belt mechanism.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項1記載の発明では、駆動プーリおよび従動
プーリと、前記2つのプーリに巻きつける伝動ベルトと
を備えた伝動ベルト機構の動特性を解析するベルト設計
支援装置において、前記伝動ベルトを複数の要素に分割
したベルトモデルを作成するモデル作成手段と、前記駆
動プーリの負荷変化に対応する負荷が作用することによ
り前記ベルトモデルに発生するひずみを示すベルト荷重
−ひずみ特性を有限要素法を用いて求める有限要素法解
析手段と、前記ベルト荷重−ひずみ特性を用いてベルト
張力を伝動ベルト機構モデルにより算出する機構解析手
段と、算出されたベルト張力の釣り合いから前記従動プ
ーリの動きを解析して前記従動プーリの回転むらを最小
にするベルト設計条件を決定する設計条件決定手段とを
備えたことを特徴とする。また、請求項2記載の発明で
は、請求項1記載の発明において、複数種類の伝動ベル
トの前記引張り特性値と応力緩和特性値をあらかじめ記
憶しておく特性値記憶手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項3記載の発明では、請求項1または請求項
2記載の発明において、前記計算結果を出力する出力装
置を備えたことを特徴とする。また、請求項4記載の発
明では、駆動プーリおよび従動プーリと、前記2つのプ
ーリに巻きつける伝動ベルトとを備えた伝動ベルト機構
の動特性を解析するベルト設計支援方法において、前記
伝動ベルトを複数の要素に分割したベルトモデルを作成
し、前記駆動プーリの負荷変化に対応する負荷が作用す
ることにより前記ベルトモデルに発生するひずみを示す
ベルト荷重−ひずみ特性を有限要素法を用いて求め、前
記ベルト荷重−ひずみ特性を用いてベルト張力を伝動ベ
ルト機構モデルにより算出し、算出したベルト張力の釣
り合いから前記従動プーリの動きを解析して前記従動プ
ーリの回転むらを最小にするベルト設計条件を決定する
構成にしたことを特徴とする。また、請求項5記載の発
明では、請求項4記載の発明において、前記ベルトモデ
ルに対して、与えられた条件における引張り特性値と応
力緩和特性値から伝動ベルトの材料定数を算出し、その
材料定数を用いて前記ベルト荷重−ひずみ特性を求める
構成にしたことを特徴とする。また、請求項6記載の発
明では、請求項5記載の発明において、複数種類の伝動
ベルトの前記引張り特性値と応力緩和特性値をあらかじ
め記憶しておく構成にしたことを特徴とする。また、請
求項7記載の発明では、請求項4または請求項5記載の
発明において、伝動ベルトの形状データを取得し、その
形状データを用いて前記ベルト荷重−ひずみ特性を算出
する構成にしたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, in the invention described in claim 1, there is provided a transmission belt mechanism including a drive pulley and a driven pulley, and a transmission belt wound around the two pulleys. In a belt design support device for analyzing dynamic characteristics, a model creating means for creating a belt model in which the transmission belt is divided into a plurality of elements, and a load corresponding to a load change of the drive pulley act on the belt model. A belt load-strain characteristic indicating a strain to be generated is calculated by a finite element method using a finite element method, and a mechanism analysis means for calculating a belt tension by a transmission belt mechanism model using the belt load-strain characteristic is calculated. A belt design that analyzes the movement of the driven pulley from the balance of the belt tensions that have been generated to minimize the rotational unevenness of the driven pulley. Characterized in that a design condition determining means for determining a matter. The invention according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, a characteristic value storage means is provided for pre-storing the tensile characteristic values and stress relaxation characteristic values of a plurality of types of transmission belts. To do.
The invention according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1 or claim 2, an output device for outputting the calculation result is provided. In the invention according to claim 4, in a belt design support method for analyzing dynamic characteristics of a transmission belt mechanism including a drive pulley, a driven pulley, and a transmission belt wound around the two pulleys, a plurality of the transmission belts are provided. A belt model divided into elements is created, and a belt load-strain characteristic indicating a strain generated in the belt model by a load corresponding to a load change of the drive pulley is obtained by using a finite element method, Belt tension is calculated by a transmission belt mechanism model using the belt load-strain characteristic, and the movement of the driven pulley is analyzed from the balance of the calculated belt tensions to determine the belt design condition that minimizes the rotational unevenness of the driven pulley. It is characterized in that it is configured to. According to the invention of claim 5, in the invention of claim 4, the material constant of the transmission belt is calculated from the tensile characteristic value and the stress relaxation characteristic value under given conditions for the belt model, and the material thereof is calculated. It is characterized in that the belt load-strain characteristic is obtained by using a constant. The invention according to claim 6 is characterized in that, in the invention according to claim 5, the tensile characteristic value and the stress relaxation characteristic value of a plurality of types of transmission belts are stored in advance. Further, in the invention according to claim 7, in the invention according to claim 4 or claim 5, the configuration is such that shape data of the transmission belt is acquired and the belt load-strain characteristic is calculated using the shape data. Is characterized by.

【0005】また、請求項8記載の発明では、請求項4
または請求項5記載の発明において、前記ベルトモデル
に対して有限要素法を用いて解析する際に、前記駆動プ
ーリの負荷変化に対応する伝動ベルトの負荷を設定する
構成にしたことを特徴とする。また、請求項9記載の発
明では、請求項4記載の発明において、前記ベルト荷重
−ひずみ特性を示す特性データを伝動ベルト機構モデル
にあらかじめ定義し、前記伝動ベルト機構の挙動を解析
する際に、前記特性データを参照して前記ベルト張力の
値を算出する構成にしたことを特徴とする。また、請求
項10記載の発明では、請求項9記載の発明において、
各プーリ回転運動による伝動ベルトの巻き取り変化量を
プーリの間にかかる伝動ベルトの長さで除算することに
よりベルトの瞬間ひずみを求め、さらに、ベルトの初期
張力によるベルト初期ひずみを加算することによりベル
トのひずみ量を求める構成にしたことを特徴とする。ま
た、請求項11記載の発明では、請求項9記載の発明に
おいて、伝動ベルトに加わるひずみが圧縮ひずみになっ
たとき、ベルト張力を零値に変更する構成にしたことを
特徴とする。また、請求項12記載の発明では、請求項
4記載の発明において、機構解析による従動プーリの解
析結果に基づいて、前記伝動ベルトの種類、ベルト幅、
厚さ、長さ、および初期張力のうちの少なくとも一つを
決定する構成にしたことを特徴とする。また、請求項1
3記載の発明では、請求項12記載の発明において、前
記ベルトの種類、ベルト幅、厚さ、長さ、および初期張
力のうちの少なくとも一つを、前記従動プーリの回転む
らが最小になるように決定する構成にしたことを特徴と
する。また、請求項14記載の発明では、請求項4乃至
請求項13のいずれかに記載の発明において、伝動ベル
トが時間依存粘弾性特性を有する材料である構成にした
ことを特徴とする。また、請求項15記載の発明では、
プログラムを記憶した記憶媒体において、請求項4乃至
請求項14のいずれかに記載のベルト設計支援方法にし
たがってプログラミングしたプログラムを記憶したこと
を特徴とする。
In the invention according to claim 8, the invention according to claim 4 is
Alternatively, in the invention according to claim 5, when the belt model is analyzed using a finite element method, the load of the transmission belt corresponding to the load change of the drive pulley is set. . Further, in the invention according to claim 9, in the invention according to claim 4, when the characteristic data indicating the belt load-strain characteristic is defined in advance in a transmission belt mechanism model and the behavior of the transmission belt mechanism is analyzed, It is characterized in that the belt tension value is calculated with reference to the characteristic data. According to the invention of claim 10, in the invention of claim 9,
The instantaneous strain of the belt is obtained by dividing the winding change amount of the transmission belt due to each pulley rotation motion by the length of the transmission belt applied between the pulleys, and by adding the initial strain of the belt due to the initial tension of the belt. The feature is that the amount of strain of the belt is obtained. The invention according to claim 11 is characterized in that, in the invention according to claim 9, when the strain applied to the transmission belt becomes a compressive strain, the belt tension is changed to a zero value. According to a twelfth aspect of the invention, in the invention of the fourth aspect, the type of the transmission belt, the belt width,
It is characterized in that at least one of thickness, length, and initial tension is determined. In addition, claim 1
In the invention according to claim 3, in the invention according to claim 12, at least one of the belt type, the belt width, the thickness, the length, and the initial tension is set so that the rotational unevenness of the driven pulley is minimized. It is characterized in that it is configured to determine. Further, the invention according to claim 14 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 4 to 13, the transmission belt is made of a material having a time-dependent viscoelastic property. According to the invention of claim 15,
A storage medium storing a program stores a program programmed according to the belt design support method according to any one of claims 4 to 14.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明のベルト設計支援装置で
は、駆動プーリや従動プーリとともに伝動ベルト機構を
構成する伝動ベルトの有限要素モデルを作成し、駆動プ
ーリの負荷変化に対応する負荷が伝動ベルトに作用する
ことによりその伝動ベルトに発生するひずみを示すベル
ト荷重−ひずみ特性を求め、このベルト荷重−ひずみ特
性に基づいて伝動ベルト機構モデルによりベルト張力を
算出し、算出されたベルト張力の釣り合いから従動プー
リの動きを解析し、その従動プーリの回転むらを最小に
するベルト設計条件を決定する。以下、図面により、本
発明の実施の形態を詳細に説明する。図1に示したよう
に、このベルト設計支援装置は、有限要素モデルを用い
て解析を行う有限要素法解析手段、伝動ベルト機構モデ
ルを用いて解析を行う機構解析手段、および設計条件決
定手段などから構成されている。図2は前記伝動ベルト
機構の一例であり、モータなどにより直接駆動される駆
動プーリ21、従動プーリ22、およびプーリ間に巻き
かけられた伝動ベルト23より構成される。このような
構成で、このベルト設計支援装置では、まず、伝動ベル
ト機構を構成している伝動ベルト23の有限要素モデル
を作成し、駆動プーリ21の負荷変化に対応する伝動ベ
ルト23の負荷変化をその有限要素モデルに設定し、有
限要素法解析手段によりベルト荷重−ひずみ特性を算出
する。次に、前記有限要素法解析手段によって求められ
たベルト荷重−ひずみ特性を機構モデルに入力し、機構
解析手段によりベルト張力を計算し、算出された張力の
釣り合いから従動プーリ22の動きを解析する。最後
に、従動プーリ22の動きの解析結果に基づいて、従動
プーリ22の回転むらを最小にするように、設計条件決
定手段により設計条件を決定する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the belt design support apparatus of the present invention, a finite element model of a transmission belt that constitutes a transmission belt mechanism together with a driving pulley and a driven pulley is created, and a load corresponding to a load change of the driving pulley is transmitted to the transmission belt. The belt load-strain characteristic indicating the strain generated in the transmission belt by acting on the belt load-strain characteristic is calculated, the belt tension is calculated by the transmission belt mechanism model based on this belt load-strain characteristic, and the balance of the calculated belt tension is calculated. The movement of the driven pulley is analyzed and the belt design condition that minimizes the uneven rotation of the driven pulley is determined. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the belt design support apparatus includes a finite element method analysis means for performing analysis using a finite element model, a mechanism analysis means for performing analysis using a transmission belt mechanism model, and a design condition determining means. It consists of FIG. 2 shows an example of the transmission belt mechanism, which is composed of a drive pulley 21 driven directly by a motor or the like, a driven pulley 22, and a transmission belt 23 wound between the pulleys. With this configuration, in this belt design support device, first, a finite element model of the transmission belt 23 that constitutes the transmission belt mechanism is created, and the load change of the transmission belt 23 corresponding to the load change of the drive pulley 21 is calculated. The finite element model is set, and the belt load-strain characteristic is calculated by the finite element method analysis means. Next, the belt load-strain characteristic obtained by the finite element method analysis means is input to the mechanism model, the belt tension is calculated by the mechanism analysis means, and the movement of the driven pulley 22 is analyzed from the balance of the calculated tension. . Finally, based on the analysis result of the movement of the driven pulley 22, the design condition determining means determines the design condition so as to minimize the rotation unevenness of the driven pulley 22.

【0007】図3は本発明の一実施例を示すベルト設計
支援装置の構成ブロック図である。図示したように、こ
の実施例のベルト設計支援装置は、設計者が有限要素解
析を行うための解析条件として負荷状態やベルト形状な
どを入力する有限要素モデル入力部1、入力された前記
解析条件に従ってベルト荷重−ひずみ特性を算出する第
1の設計条件決定部2、その解析結果を出力する解析結
果出力部3、前記解析結果など機構解析を行うための解
析条件などを入力する機構解析モデル入力部4、その解
析条件に従って伝動ベルト機構の動作を解析して機構設
計条件を決定する第2の設計条件決定部5、決定された
その設計条件を画面や紙に出力する出力部6を備えてい
る。なお、前記有限要素解析手段は第1の設計条件決定
部2により実現され、機構解析手段および設計条件決定
手段は第2の設計条件決定部5により実現される。ま
た、前記第1の設計条件決定部2は、有限要素解析に必
要な入力されたデータなどを記憶する第1の記憶部(R
AMやハードディスク装置などの一部)11、第1の記
憶部11に記憶されたデータに基づいて演算処理を行う
有限要素解析ソルバ12を備えている。なお、第1の記
憶部11には、引張り特性値や応力緩和特性値などのデ
ータを格納したベルト材料ファイル、および負荷状態や
ベルト形状など入力された前記解析条件を含む有限要素
解析を行うためのその他の必要なデータが格納されてい
る。そして、有限要素解析ソルバ12は、記憶されてい
る各種解析条件に基づいてベルト荷重−ひずみ特性を算
出する。また、前記第2の設計条件決定部5は、機構解
析に必要なデータを記憶する第2の記憶部(RAMやハ
ードディスク装置などの一部)13、その第2の記憶部
13に記憶されたデータに基づいて演算処理する機構解
析ソルバ14、前記機構解析結果に基づいてベルト設計
条件を最適化する最適化ソルバ15を備えている。そし
て、機構解析ソルバ13は、前記機構解析モデル入力部
4により入力された荷重−ひずみ特性やベルト初期張力
などの条件に基づいてベルト張力を算出し、算出された
張力から伝動ベルト機構の釣り合いを判定し、プーリの
動きを解析する。また、最適化ソルバ15は、機構解析
結果に基づいて伝動ベルトの最適な設計条件を決定す
る。なお、前記有限要素解析ソルバ12、機構解析ソル
バ14、および最適化ソルバ15はプログラムを記憶し
たメモリおよびそのプログラムに従って動作するCPU
などにより実現される。
FIG. 3 is a block diagram showing the construction of a belt design support device showing an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the belt design support apparatus according to this embodiment has a finite element model input unit 1 for inputting a load state, a belt shape, etc. as an analysis condition for a designer to perform a finite element analysis, and the input analysis conditions. The first design condition determining unit 2 for calculating the belt load-strain characteristics according to the above, the analysis result output unit 3 for outputting the analysis result, and the mechanism analysis model input for inputting the analysis conditions for performing the mechanism analysis such as the analysis result. And a second design condition determining unit 5 that analyzes the operation of the power transmission belt mechanism according to the analysis condition to determine the mechanical design condition, and an output unit 6 that outputs the determined design condition to a screen or paper. There is. The finite element analysis unit is realized by the first design condition determination unit 2, and the mechanism analysis unit and the design condition determination unit are realized by the second design condition determination unit 5. In addition, the first design condition determination unit 2 stores a first storage unit (R) that stores input data and the like necessary for finite element analysis.
11 and a finite element analysis solver 12 that performs arithmetic processing based on the data stored in the first storage unit 11. In order to perform a finite element analysis including a belt material file in which data such as tensile characteristic values and stress relaxation characteristic values are stored in the first storage unit 11 and the analysis conditions input such as load states and belt shapes. Other necessary data of is stored. Then, the finite element analysis solver 12 calculates the belt load-strain characteristic based on the stored various analysis conditions. The second design condition determination unit 5 is stored in a second storage unit (a part of RAM, hard disk device, etc.) 13 that stores data necessary for mechanism analysis, and the second storage unit 13. A mechanism analysis solver 14 that performs arithmetic processing based on data, and an optimization solver 15 that optimizes belt design conditions based on the mechanism analysis result are provided. Then, the mechanism analysis solver 13 calculates the belt tension based on the conditions such as the load-strain characteristics and the belt initial tension input by the mechanism analysis model input unit 4, and balances the transmission belt mechanism from the calculated tension. Judge and analyze the movement of the pulley. Further, the optimization solver 15 determines the optimum design condition of the transmission belt based on the mechanical analysis result. The finite element analysis solver 12, the mechanism analysis solver 14, and the optimization solver 15 are memories that store programs and a CPU that operates according to the programs.
It is realized by.

【0008】次に、図4に従って、この実施例の第1の
設計条件決定部2について、動作フローを説明する。図
4に示したように、まず、入力されたベルト幅,厚さ,
長さなど伝動ベルト23の形状データに基づいてその形
状モデルを作成する(S1)。伝動ベルト23の幅、厚
さ、長さなど形状の違いによるベルト荷重−ひずみ特性
の変化が解析できるように、実際と同じ形状の形状モデ
ルを作成するのである。そして、その形状モデルを複数
の要素(伝動ベルトを小さく分割した個々の部分)に分
割し、伝動ベルト23の有限要素モデルを作成する(S
2)。続いて、そのモデルに対して、与えられた条件に
おける引張り特性値と応力緩和特性値を第1の記憶部1
1から読み出し(S3)、読み出した引張り特性値と応
力緩和特性値から材料定数を算出し(S4,S5)、算
出した2組の材料定数を伝動ベルト23の材料特性とし
て数式に設定する(S6)。そして、駆動プーリ21の
負荷変化に対応する伝動ベルト23の負荷変化から各ス
テップ時間毎の伝動ベルト23の負荷を求め、その時間
と負荷を数式に設定し(S7)、負荷有限要素法を用い
て、それぞれの負荷が伝動ベルト23に作用することに
より発生するひずみを求め、それによりベルト荷重−ひ
ずみ特性を求める(S8,S9)。
Next, the operation flow of the first design condition determining section 2 of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, first, the input belt width, thickness,
A shape model is created based on the shape data of the transmission belt 23 such as the length (S1). A shape model having the same shape as the actual shape is created so that changes in belt load-strain characteristics due to differences in shape such as width, thickness, and length of the transmission belt 23 can be analyzed. Then, the shape model is divided into a plurality of elements (individual parts obtained by dividing the transmission belt into small parts) to create a finite element model of the transmission belt 23 (S).
2). Then, for the model, the tensile characteristic value and the stress relaxation characteristic value under the given conditions are stored in the first storage unit 1.
From 1 (S3), the material constants are calculated from the read tensile characteristic value and stress relaxation characteristic value (S4, S5), and the calculated two sets of material constants are set in the mathematical formula as the material characteristic of the transmission belt 23 (S6). ). Then, the load of the transmission belt 23 for each step time is obtained from the load change of the transmission belt 23 corresponding to the load change of the drive pulley 21, and the time and the load are set in a mathematical expression (S7), and the load finite element method is used. Then, the strains generated by the respective loads acting on the transmission belt 23 are obtained, and the belt load-strain characteristics are thereby obtained (S8, S9).

【0009】次に、前記ステップS3〜S7の処理につ
いて詳細に説明する。図5に示したように、この実施例
では、弾性体であり粘性体である粘弾性材料としての伝
動ベルト23の挙動を示すため、ばね31とダッシュポ
ット32によるモデルで個々の要素を表現する。つま
り、弾性体材料定数と粘性体材料定数により定義された
モデルで表現するのである。これによって、一定応力の
もとでひずみ(変形)が進行したり、一定ひずみのもと
で応力が低下する現象を表現することができる。図5に
示したモデルの数学的表現は次のとおりである。 {σ}=[α]{ε}+[β]{(dε/dt)} (式1) 但し、{σ}は応力ベクトル {ε}はひずみベクトル [α]は弾性体材料定数マトリックス [β]は粘性材料定数マトリックス 式1の弾性体材料定数マトリックス[α]と粘性体材料
定数マトリックス[β]は伝動ベルト23の材料によっ
て変わるので、それぞれ条件に対応づけて記憶されてい
る引張り特性値と応力緩和特性値を材料ファイルから読
み込む(S3)。そして、引張り特性値から、式2に示
したひずみエネルギー関数W(MOONEY材料の場
合)に関する線型方程式を立て、解析することによっ
て、弾性体材料定数C10,C01,C11,C20
30を求め(S4)、これらの定数から式1の弾性体
材料定数マトリックス[α]を構成し、また、応力緩和
特性値から、式3に示した偏差ひずみエネルギー関数Ψ
に関する線型方程式を立て、解析することによって、δ
iとηiの粘性体材料定数を求め(S5)、これらの定
数から式1の粘性体材料定数マトリックス[β]を構成
する。 W=C10(I−3)+C01(I−3)+C11(I−3)(I−3 )+C20(I−3)+C30(I−3) (式2) 但し、C10,C01,C11,C20,C30は弾性
体材料定数 Iは歪不変量で、I=λ +λ +λ =λ λ +λ λ +λ λ λは伸長比 λi=(Li+ζi)/Li Liは初期引張方向の長さ ζiは現在の伸び量 Ψ=Ψ+Σδi Ψ exp(−t / ηi) (式3) i=1〜n 但し、Ψは長時間変形に対する弾性歪エネルギー Ψは瞬間変形に対する弾性歪エネルギー δiは時間依存粘性体材料乗数 ηiは粘性体材料緩和時間 tは時間
Next, the processes of steps S3 to S7 will be described in detail. As shown in FIG. 5, in this embodiment, in order to show the behavior of the transmission belt 23 as a viscoelastic material which is an elastic body and a viscous body, individual elements are represented by a model including a spring 31 and a dashpot 32. . That is, it is expressed by a model defined by the elastic material constant and the viscous material constant. This makes it possible to represent a phenomenon in which strain (deformation) progresses under a constant stress or a stress decreases under a constant strain. The mathematical representation of the model shown in FIG. 5 is as follows. {Σ} = [α] {ε} + [β] {(dε / dt)} (Equation 1) where {σ} is the stress vector {ε} is the strain vector [α] is the elastic material constant matrix [β ] The elastic material constant matrix [α] and the viscous material constant matrix [β] of the viscous material constant matrix equation 1 vary depending on the material of the power transmission belt 23. The stress relaxation characteristic value is read from the material file (S3). Then, a linear equation relating to the strain energy function W (in the case of MOONEY material) shown in Equation 2 is established from the tensile characteristic value and analyzed to obtain elastic material constants C 10 , C 01 , C 11 , C 20 ,
C30 is obtained (S4), the elastic material constant matrix [α] of Equation 1 is constructed from these constants, and the deviation strain energy function Ψ shown in Equation 3 is obtained from the stress relaxation characteristic value.
By establishing and analyzing a linear equation for
The viscous material constants of i and ηi are obtained (S5), and the viscous material constant matrix [β] of Expression 1 is constructed from these constants. W = C 10 (I 1 -3 ) + C 01 (I 2 -3) + C 11 (I 1 -3) (I 2 -3) + C 20 (I 1 -3) 2 + C 30 (I 1 -3) 3 (Equation 2) where C 10 , C 01 , C 11 , C 20 and C 30 are elastic material constants I, which are strain invariants, and I 1 = λ 1 2 + λ 2 2 + λ 3 2 I 2 = λ 1 2 λ 2 2 + λ 2 2 λ 3 2 + λ 3 2 λ 1 2 2 λ is the elongation ratio λi = (Li + ζi) / Li Li is the length in the initial tensile direction ζi is the current amount of elongation Ψ = Ψ + Σδi Ψ 0 exp (- t / ηi) (Equation 3) i = 1 to n where Ψ is elastic strain energy for long-term deformation Ψ 0 is elastic strain energy for instantaneous deformation δi is time-dependent viscous material material multiplier ηi is viscous material relaxation time t Is time

【0010】次に、有限要素解析ソルバ12が駆動プー
リ21の負荷変化に対応する伝動ベルト23の負荷、つ
まり、各ステップ時間毎の負荷(式1の応力)を式1に
設定する(S7)。例えば、駆動プーリ21を立上げる
際の負荷変化のように負荷設定を行うのである。図6
に、モータ駆動による駆動プーリ21の挙動例として速
度変化の例を示す。この場合、駆動プーリ21の負荷変
化も図6のように1秒までが立上げ段階であり、これと
同じように、伝動ベルト23についても、一定負荷まで
の時間を1秒として図7のような負荷変化を設定する。
こうして、有限要素解析ソルバ12が各ステップ時間で
式1を解くことにより変化するそれぞれの負荷に対する
ひずみを求め、それによりベルト荷重−ひずみ特性を求
める(S8,S9)。なお、前記において、有限要素法
で解析する際の代表的な複数種類の伝動ベルトの各条件
における引張り特性値と応力緩和特性値を格納したベル
ト材料ファイルを第1の記憶部11にあらかじめ記憶し
ておき、前記の演算処理を実行する際、当該伝動ベルト
23に対応する種類の引張り特性値と応力緩和特性値を
選択し、選択された引張り特性値と応力緩和特性値によ
り、有限要素法解析のための解析用材料定数を算出す
る。次に、図8に従って、第2の設計条件決定部5の動
作フローを説明する。ここでは、前記ベルト荷重−ひず
み特性に基づき、伝動ベルト機構モデルを用いてベルト
張力を算出し、算出された張力の釣り合いから従動プー
リ22の動きを解析して従動プーリ22の回転むらを最
小にするベルト設計条件を決定する。
Next, the finite element analysis solver 12 sets the load of the transmission belt 23 corresponding to the load change of the drive pulley 21, that is, the load (stress of Formula 1) at each step time in Formula 1 (S7). . For example, the load setting is performed like the load change when the drive pulley 21 is started up. Figure 6
An example of change in speed is shown as an example of behavior of the drive pulley 21 driven by a motor. In this case, the load change of the drive pulley 21 is in the start-up stage up to 1 second as shown in FIG. 6, and similarly, as for the transmission belt 23, as shown in FIG. Load changes.
In this way, the finite element analysis solver 12 obtains the strain for each load that changes by solving the equation 1 at each step time, and thereby obtains the belt load-strain characteristic (S8, S9). In the above description, a belt material file storing tensile characteristic values and stress relaxation characteristic values under each condition of a plurality of types of typical transmission belts for analysis by the finite element method is stored in advance in the first storage unit 11. Incidentally, when executing the above-mentioned arithmetic processing, a tensile characteristic value and a stress relaxation characteristic value of a type corresponding to the transmission belt 23 are selected, and the finite element method analysis is performed by the selected tensile characteristic value and the stress relaxation characteristic value. To calculate the material constants for analysis. Next, the operation flow of the second design condition determining unit 5 will be described with reference to FIG. Here, based on the belt load-strain characteristic, the belt tension is calculated using a transmission belt mechanism model, and the movement of the driven pulley 22 is analyzed from the balance of the calculated tensions to minimize the rotational unevenness of the driven pulley 22. Determine the belt design conditions to be used.

【0011】図9は図2に示した伝動ベルト機構の機構
モデルである。式4と式5はこの機構モデルの運動方程
式である。まず、伝動ベルト23の初期張力、第1の設
計条件決定部2により求めた前記ベルト荷重−ひずみ特
性、巻き取り量を機構モデル中に定義する(S11)。
特に、式4の[k]{W}と[c](d{W}/dt)
の項は、前記有限要素モデルから求めたベルト荷重−ひ
ずみ特性を用いて定義し、巻き取り量(伸び量=ひずみ
量)を式5の[W]により定義し、ベルト初期張力を式
4の{F0}として定義する。そして、各プーリの巻き
取り量[W]を計算し(S13)、それを用いて伝動ベ
ルト23の巻き取り変化量を計算し(S14)、その巻
き取り変化量を用いてベルトひずみ量を算出する(S1
5)。続いて、算出された伝動ベルト23のひずみ量に
よって伝動ベルト23に加わるひずみが引張りひずみか
圧縮ひずみかを判別し(S16)、ベルトひずみ量が正
になったときには、ベルトに加わるひずみが引張りひず
みであるので(S16でNo)、ベルト荷重−ひずみ特
性を対応づけてベルト張力を決定する(S17)。一
方、ベルトひずみ量が負になったときには、ベルトに加
わるひずみが圧縮ひずみであるので(S16でYe
s)、ベルト張力を零値に変更する(S18)。そし
て、この張力を各プーリに与え、式4の運動方程式を解
いて、各プーリの釣り合い位置を判定する(S19)。
そして、釣り合っていない場合には(S19でNo)、
ステップS13から繰り返すことにより両プーリの回転
位置を求め(S19でYes)、さらに、解析ステップ
をΔt時間進め(S20)、解析時間が終了したかを判
断し(S21)、解析時間に達していない場合には(S
21でNo)、解析ステップがΔt時間進んだ時間でス
テップS12へ戻り、運動方程式中の数値を変更し、再
び前記各ステップの処理を行う。
FIG. 9 is a mechanism model of the transmission belt mechanism shown in FIG. Equations 4 and 5 are equations of motion of this mechanism model. First, the initial tension of the transmission belt 23, the belt load-strain characteristic obtained by the first design condition determining unit 2, and the winding amount are defined in the mechanical model (S11).
In particular, [k] {W} and [c] (d {W} / dt) of Equation 4
Is defined using the belt load-strain characteristics obtained from the finite element model, the winding amount (elongation amount = strain amount) is defined by [W] in equation 5, and the belt initial tension in equation 4 is defined. It is defined as {F0}. Then, the winding amount [W] of each pulley is calculated (S13), the winding change amount of the transmission belt 23 is calculated using it (S14), and the belt strain amount is calculated using the winding change amount. Yes (S1
5). Then, it is determined whether the strain applied to the transmission belt 23 is a tensile strain or a compression strain based on the calculated strain amount of the transmission belt 23 (S16), and when the belt strain amount becomes positive, the strain applied to the belt is a tensile strain. (No in S16), the belt tension is determined by associating the belt load-strain characteristic with each other (S17). On the other hand, when the belt strain becomes negative, the strain applied to the belt is the compressive strain (Yes in S16).
s), the belt tension is changed to zero (S18). Then, this tension is applied to each pulley, the equation of motion of Equation 4 is solved, and the balanced position of each pulley is determined (S19).
If they are not in balance (No in S19),
The rotational positions of both pulleys are obtained by repeating from step S13 (Yes in S19), the analysis step is advanced by Δt time (S20), and it is determined whether the analysis time has ended (S21), and the analysis time has not been reached. In case (S
(No in 21), the analysis step returns to step S12 at a time advanced by Δt time, the numerical value in the equation of motion is changed, and the processing of each step is performed again.

【0012】このような繰り返しをあらかじめ定めた解
析終了時間に達するまで行い、解析終了時間に達したな
らば(S21でYes)、各解析ステップ時間ごとに保
存しておいた計算結果を時系列にして出力する(S2
2)。なお、出力される計算結果は、伝動ベルト機構に
ある各プーリ21,22や伝動ベルト23の挙動(例え
ば各ステップ時間における回転角位置や速度など)を表
すことになる。 {F}=[k]{W}+[c](d{W}/dt)+[J](d{W}/dt )+{F} (式4) {W}= [r]{θ} (式5) 但し、{F}:伝動ベルトの張力ベクトル {F}:伝動ベルトの初期張力ベクトル {W}:各プーリの巻き取り量ベクトル [k]:伝動ベルトバネ剛性マトリックス [c]:伝動ベルトバネ粘性マトリックス [J]:各プーリの慣性モーメントマトリックス [r]:プーリ半径マトリックス {θ}:ドラム回転角ベクトル
A solution that defines such repetition in advance
Perform until the analysis end time is reached, and do not reach the analysis end time.
Raba (Yes in S21), save at each analysis step time
The existing calculation results are output in time series (S2
2). In addition, the output calculation result is transmitted to the transmission belt mechanism.
Behavior of certain pulleys 21 and 22 and the transmission belt 23 (for example,
For example, the rotation angle position and speed at each step time) are displayed.
Will be {F} = [k] {W} + [c] (d {W} / dt) + [J] (dTwo{W} / dt Two ) + {F0} (Formula 4) {W} = [r] {θ} (Equation 5) Where {F} is the tension vector of the transmission belt {F0}: Initial tension vector of transmission belt {W}: Winding amount vector of each pulley [K]: Transmission belt spring stiffness matrix [C]: Transmission belt spring viscosity matrix [J]: Moment of inertia matrix of each pulley [R]: pulley radius matrix {Θ}: Drum rotation angle vector

【0013】また、この実施例では、機構解析ソルバ1
4において、各プーリ回転運動によるベルトの巻き取り
変化量にプーリの間にかかる伝動ベルト23の長さを除
算することによって、伝動ベルト23の瞬間ひずみを求
め、さらに、伝動ベルト23の初期張力によるベルト初
期ひずみとを加算することによって、伝動ベルト23の
ひずみ量を求めている。つまり、まず、各プーリの巻き
取り量を前記した式5により算出し、この結果に基づい
て、式6に示したように相隣両プーリの巻き取り量の差
分を取る。そして、その差分を両プーリの間にかかる伝
動ベルト23の長さで除算し、さらに、伝動ベルト23
の初期張力によるベルト初期ひずみとを加算することに
よって、ベルトのひずみ量を求めるのである。ベルトひ
ずみ量=相隣プーリの巻き取り量の差/相隣プーリ間に
かかるベルトの 長さ+ベルトの初期張力によるベルト初期ひずみ (式6) ステップS22において各ステップ時間における速度な
ど解析結果を出力した後は、最適化ソルバ15が、その
解析結果に基づいて、従動プーリ22の回転むらが許容
される回転むら内に収まるように、伝動ベルト23の種
類、ベルト幅、厚さ、長さ、初期張力などの設計条件を
決定する。つまり、伝動ベルト23の種類、ベルト幅、
厚さ、長さなど幾何形状を変えて機構解析ソルバ14に
よる前記した解析を実行し、これにより従動プーリ22
の回転むらが小さくなるように決定するのである。
Further, in this embodiment, the mechanism analysis solver 1
In 4, the instantaneous strain of the transmission belt 23 is obtained by dividing the length of the transmission belt 23 applied between the pulleys by the amount of change in the winding of the belt due to the rotational movement of each pulley. The strain amount of the transmission belt 23 is obtained by adding the belt initial strain. That is, first, the winding amount of each pulley is calculated by the above formula 5, and based on this result, the difference between the winding amounts of the adjacent pulleys is calculated as shown in formula 6. Then, the difference is divided by the length of the transmission belt 23 applied between both pulleys, and the transmission belt 23
The amount of strain of the belt is calculated by adding the initial strain of the belt due to the initial tension of. Belt strain amount = difference in winding amount between adjacent pulleys / belt length applied between adjacent pulleys + belt initial strain due to initial tension of belt (Equation 6) In step S22, output analysis results such as speed at each step time After that, the optimization solver 15 determines the type, the belt width, the thickness and the length of the transmission belt 23 based on the analysis result so that the non-uniform rotation of the driven pulley 22 is within the permissible non-uniform rotation. Determine design conditions such as initial tension. That is, the type of the transmission belt 23, the belt width,
The above-mentioned analysis is executed by the mechanism analysis solver 14 by changing the geometrical shape such as the thickness and the length.
The rotation unevenness of is determined so that it becomes small.

【0014】なお、以上の説明において、伝動ベルト2
3は、例えばゴム材料など時間依存粘弾性特性を有する
材料である。このような材料では図10に示した特性を
持ち、荷重を与えると瞬間的な変形(弾性効果,図10
に示した0Aの部分)に続いて時間経過に伴った変形
(粘性効果,図10に示したABの部分)が発生し、最
終的には純粋な粘性流れ(BCの部分)となる。以上、
図3に示したベルト設計支援装置の場合で本発明の一実
施例を説明したが、説明したようなベルト設計支援方法
に従ってプログラミングしたプログラムを例えば着脱可
能な記憶媒体に記憶し、その記憶媒体をこれまで本発明
によったベルト設計支援を行えなかったパーソナルコン
ピュータなど情報処理装置に装着することにより、その
情報処理装置においても本発明によったベルト設計支援
を行うことができる。
In the above description, the transmission belt 2
3 is a material having a time-dependent viscoelastic property such as a rubber material. Such a material has the characteristics shown in FIG. 10, and when a load is applied, it undergoes instantaneous deformation (elastic effect, FIG.
Then, deformation (viscous effect, portion AB shown in FIG. 10) occurs over time, and finally a pure viscous flow (portion BC) occurs. that's all,
Although one embodiment of the present invention has been described in the case of the belt design support device shown in FIG. 3, a program programmed according to the belt design support method as described above is stored in, for example, a removable storage medium, and the storage medium is stored in the storage medium. By mounting the apparatus on an information processing apparatus such as a personal computer which has not been able to support the belt design according to the present invention, the belt design support according to the present invention can be performed on the information processing apparatus.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
請求項1および請求項4記載の発明では、伝動ベルトを
複数の要素に分割したベルトモデルが作成され、駆動プ
ーリの負荷変化に対応する負荷が作用することによりそ
のベルトモデルに発生するひずみを示すベルト荷重−ひ
ずみ特性が有限要素法により求められ、そのベルト荷重
−ひずみ特性を用いてベルト張力が伝動ベルト機構モデ
ルにより算出され、算出されたベルト張力の釣り合いか
ら従動プーリの動きが解析され、それによりその従動プ
ーリの回転むらを最小にするベルト設計条件が決定され
るので、伝動ベルト機構の挙動を精度良く解析すること
ができ、したがって、より適切なベルト設計を行うこと
ができる。また、請求項2記載の発明では、請求項1記
載の発明において、複数種類の伝動ベルトの前記引張り
特性値と応力緩和特性値をあらかじめ記憶しておくこと
ができるので、様々な種類の伝動ベルトの中から最適な
伝動ベルトを選択して効率の良いベルト設計を行うこと
ができる。また、請求項3記載の発明では、請求項1ま
たは請求項2記載の発明において、前記計算結果を出力
装置に出力することができるので、設計者は計算結果を
容易に知ることができる。また、請求項5記載の発明で
は、請求項4記載の発明において、ベルトモデルに対し
て、与えられた条件における引張り特性値と応力緩和特
性値から伝動ベルトの材料定数が算出され、その材料定
数を用いてベルト荷重−ひずみ特性が求められるので、
算出される伝動ベルトの材料定数の精度が上がり、した
がって、より精度の高いベルト荷重−ひずみ特性を求め
ることができる。
As described above, according to the present invention,
In the inventions of claims 1 and 4, a belt model in which the transmission belt is divided into a plurality of elements is created, and the strain corresponding to the change in the load of the drive pulley acts on the belt model. Belt load-strain characteristics are obtained by the finite element method, belt tension is calculated by the transmission belt mechanism model using the belt load-strain characteristics, and the movement of the driven pulley is analyzed from the balance of the calculated belt tensions. As a result, the belt design condition that minimizes the rotational unevenness of the driven pulley is determined, so that the behavior of the transmission belt mechanism can be analyzed with high accuracy, and a more appropriate belt design can be performed. According to the invention of claim 2, in the invention of claim 1, since the tensile characteristic values and the stress relaxation characteristic values of a plurality of types of transmission belts can be stored in advance, various types of transmission belts can be stored. The optimum transmission belt can be selected from among the above to design an efficient belt. Further, in the invention according to claim 3, in the invention according to claim 1 or claim 2, the calculation result can be output to the output device, so that the designer can easily know the calculation result. According to the invention of claim 5, in the invention of claim 4, the material constant of the transmission belt is calculated from the tensile characteristic value and the stress relaxation characteristic value under given conditions in the belt model, and the material constant is calculated. Since the belt load-strain characteristic is obtained using
The accuracy of the calculated material constant of the power transmission belt is improved, and therefore a more accurate belt load-strain characteristic can be obtained.

【0016】また、請求項6記載の発明では、請求項5
記載の発明において、複数種類の伝動ベルトの引張り特
性値と応力緩和特性値があらかじめ記憶しておかれるの
で、様々な種類の伝動ベルトの中から最適な伝動ベルト
選択して効率の良いベルト設計を行うことができる。ま
た、請求項7記載の発明では、請求項4または請求項5
記載の発明において、伝動ベルトの形状データが取得さ
れ、その形状データを用いてベルト荷重−ひずみ特性が
算出されるので、伝動ベルトの形状が変わっても精度の
高い解析結果が得られ、したがって、より質の高いベル
ト最適設計を行うことができる。また、請求項8記載の
発明では、請求項4または請求項5記載の発明におい
て、ベルトモデルに対して有限要素法を用いて解析する
際に、駆動プーリの負荷変化に対応する伝動ベルトの負
荷が設定されるので、伝動ベルトの負荷が実状に合った
負荷となり、より精度の高いベルト設計を行うことがで
きる。また、請求項9記載の発明では、請求項4記載の
発明において、ベルト荷重−ひずみ特性を示す特性デー
タが伝動ベルト機構モデルにあらかじめ定義され、伝動
ベルト機構の挙動を解析する際に、その特性データを参
照してベルト張力の値が算出されるので、請求項4記載
の発明を容易に実現することができる。また、請求項1
0記載の発明では、請求項9記載の発明において、各プ
ーリ回転運動による伝動ベルトの巻き取り変化量がプー
リの間にかかる伝動ベルトの長さで除算することにより
ベルトの瞬間ひずみが求められ、さらに、ベルトの初期
張力によるベルト初期ひずみを加算することにより伝動
ベルトのひずみ量が求められるので、伝動ベルトの高精
度なひずみ量を容易に求めることができる。また、請求
項11記載の発明では、請求項9記載の発明において、
伝動ベルトに加わるひずみが圧縮ひずみになったとき、
ベルト張力が零値に変更されるので、従動プーリの挙動
の解析精度が上がり、より質の高い伝動ベルト設計を行
うことができる。また、請求項12記載の発明では、請
求項4記載の発明において、機構解析による従動プーリ
の解析結果に基づいて、伝動ベルトの種類、ベルト幅、
厚さ、長さ、および初期張力のうちの少なくとも一つが
決定されるので、請求項4記載の発明を容易に実現する
ことができる。
According to the invention of claim 6, claim 5
In the invention described above, the tensile characteristic values and the stress relaxation characteristic values of a plurality of types of transmission belts are stored in advance, so an optimal transmission belt can be selected from various types of transmission belts for efficient belt design. It can be carried out. In the invention according to claim 7, claim 4 or claim 5
In the described invention, the shape data of the transmission belt is acquired, and the belt load-strain characteristics are calculated using the shape data, so that a highly accurate analysis result can be obtained even if the shape of the transmission belt is changed. Higher quality belt optimum design can be performed. In the invention according to claim 8, in the invention according to claim 4 or claim 5, when the belt model is analyzed using the finite element method, the load of the transmission belt corresponding to the load change of the drive pulley Is set, the load of the transmission belt becomes a load that matches the actual condition, and a more accurate belt design can be performed. Further, in the invention according to claim 9, in the invention according to claim 4, characteristic data indicating a belt load-strain characteristic is previously defined in a transmission belt mechanism model, and the characteristic thereof is analyzed when the behavior of the transmission belt mechanism is analyzed. Since the belt tension value is calculated with reference to the data, the invention according to claim 4 can be easily realized. In addition, claim 1
In the invention described in 0, in the invention described in claim 9, the instantaneous strain of the belt is obtained by dividing the winding change amount of the transmission belt due to each pulley rotation motion by the length of the transmission belt applied between the pulleys. Furthermore, since the strain amount of the transmission belt is obtained by adding the belt initial strain due to the initial tension of the belt, it is possible to easily obtain the highly accurate strain amount of the transmission belt. According to the invention of claim 11, in the invention of claim 9,
When the strain applied to the transmission belt becomes compression strain,
Since the belt tension is changed to a zero value, the analysis accuracy of the behavior of the driven pulley is improved, and a higher quality transmission belt design can be performed. Further, in the invention of claim 12, in the invention of claim 4, based on the analysis result of the driven pulley by the mechanical analysis, the type of the transmission belt, the belt width,
Since at least one of the thickness, length and initial tension is determined, the invention according to claim 4 can be easily realized.

【0017】また、請求項13記載の発明では、請求項
12記載の発明において、前記ベルトの種類、ベルト
幅、厚さ、長さ、および初期張力のうちの少なくとも一
つが、従動プーリの回転むらが最小になるように決定さ
れるので、解析結果として出力された回転むらから容易
に請求項4記載の発明を実現することができる。また、
請求項14記載の発明では、請求項4乃至請求項13の
いずれかに記載の発明において、伝動ベルトが時間依存
粘弾性特性を有する材料であるので、解析結果が実際の
結果に良く合致する。また、請求項15記載の発明で
は、請求項4乃至請求項14のいずれかに記載のベルト
設計支援方法にしたがってプログラミングしたプログラ
ムが例えば着脱可能な記憶媒体に記憶されるので、その
記憶媒体をこれまで請求項4乃至請求項14のいずれか
に記載の発明によったベルト設計支援を行えなかったパ
ーソナルコンピュータなど情報処理装置に装着すること
により、その情報処理装置においても請求項4乃至請求
項14のいずれかに記載の発明の効果を得ることができ
る。
According to the thirteenth aspect of the invention, in the twelfth aspect of the invention, at least one of the belt type, the belt width, the thickness, the length, and the initial tension is uneven rotation of the driven pulley. Is determined so as to be the minimum, the invention of claim 4 can be easily realized from the rotation unevenness output as the analysis result. Also,
In the invention described in claim 14, in the invention described in any one of claims 4 to 13, since the transmission belt is a material having a time-dependent viscoelastic property, the analysis result is in good agreement with the actual result. According to the invention of claim 15, the program programmed according to the belt design support method of any one of claims 4 to 14 is stored in, for example, a removable storage medium. The information processing apparatus according to any one of claims 4 to 14 can be mounted on an information processing apparatus such as a personal computer that cannot support the belt design according to any one of claims 4 to 14, and the information processing apparatus can also be used. It is possible to obtain the effect of the invention described in any of the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のベルト設計支援装置が備える手段を示
す手段構成図である。
FIG. 1 is a means configuration diagram showing means provided in a belt design support device of the present invention.

【図2】本発明に係わる伝動ベルト機構の構成図であ
る。
FIG. 2 is a configuration diagram of a transmission belt mechanism according to the present invention.

【図3】本発明の一実施例を示すベルト設計支援装置の
構成ブロック図である。
FIG. 3 is a configuration block diagram of a belt design support device showing an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例を示すベルト設計支援方法の
動作フロー図である。
FIG. 4 is an operation flow chart of a belt design support method showing an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例を示すベルト設計支援方法の
説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a belt design support method showing an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例を示すベルト設計支援方法の
他の説明図である。
FIG. 6 is another explanatory diagram of the belt design support method showing the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例を示すベルト設計支援方法の
他の説明図である。
FIG. 7 is another explanatory diagram of the belt design support method according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例を示すベルト設計支援方法の
他の動作フロー図である。
FIG. 8 is another operational flowchart of the belt design support method according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例を示すベルト設計支援方法の
他の説明図である。
FIG. 9 is another explanatory diagram of the belt design support method showing the embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施例を示すベルト設計支援方法
の他の説明図である。
FIG. 10 is another explanatory diagram of the belt design support method according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 有限要素モデル入力部 2 第1の設計条件決定部 3 解析結果出力部 4 機構解析モデル入力部 5 第2の設計条件決定部 6 出力部 11 第1の記憶部 12 有限要素解析ソルバ 13 第2の記憶部 14 機構解析ソルバ 15 最適化ソルバ 1 Finite element model input section 2 First design condition determination unit 3 Analysis result output section 4 Mechanism analysis model input section 5 Second design condition determination unit 6 Output section 11 First storage unit 12 Finite element analysis solver 13 Second storage 14 Mechanism analysis solver 15 Optimization solver

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動プーリおよび従動プーリと、前記2
つのプーリに巻きつける伝動ベルトとを備えた伝動ベル
ト機構の動特性を解析するベルト設計支援装置におい
て、前記伝動ベルトを複数の要素に分割したベルトモデ
ルを作成するモデル作成手段と、前記駆動プーリの負荷
変化に対応する負荷が作用することにより前記ベルトモ
デルに発生するひずみを示すベルト荷重−ひずみ特性を
有限要素法を用いて求める有限要素法解析手段と、前記
ベルト荷重−ひずみ特性を用いてベルト張力を伝動ベル
ト機構モデルにより算出する機構解析手段と、算出され
たベルト張力の釣り合いから前記従動プーリの動きを解
析して前記従動プーリの回転むらを最小にするベルト設
計条件を決定する設計条件決定手段と、を備えたことを
特徴とするベルト設計支援装置。
1. A drive pulley and a driven pulley;
In a belt design support device for analyzing the dynamic characteristics of a transmission belt mechanism including a transmission belt wound around two pulleys, model generation means for generating a belt model in which the transmission belt is divided into a plurality of elements, and the drive pulley A belt load-a strain using the finite element method analysis means for obtaining the belt load-strain characteristic indicating the strain generated in the belt model by the load corresponding to the load change, and the belt load-the strain characteristic. Mechanism analysis means for calculating the tension by a transmission belt mechanism model, and design condition determination for determining the belt design condition for minimizing the rotational unevenness of the driven pulley by analyzing the movement of the driven pulley from the balance of the calculated belt tension And a belt design support device.
【請求項2】 請求項1記載のベルト設計支援装置にお
いて、複数種類の伝動ベルトの前記引張り特性値と応力
緩和特性値をあらかじめ記憶しておく特性値記憶手段を
備えたことを特徴とするベルト設計支援装置。
2. The belt design support apparatus according to claim 1, further comprising a characteristic value storage unit that stores in advance the tensile characteristic values and the stress relaxation characteristic values of a plurality of types of transmission belts. Design support device.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載のベルト設
計支援装置において、前記計算結果を出力する出力装置
を備えたことを特徴とするベルト設計支援装置。
3. The belt design support apparatus according to claim 1 or 2, further comprising an output device that outputs the calculation result.
【請求項4】 駆動プーリおよび従動プーリと、前記2
つのプーリに巻きつける伝動ベルトとを備えた伝動ベル
ト機構の動特性を解析するベルト設計支援方法におい
て、前記伝動ベルトを複数の要素に分割したベルトモデ
ルを作成し、前記駆動プーリの負荷変化に対応する負荷
が作用することにより前記ベルトモデルに発生するひず
みを示すベルト荷重−ひずみ特性を有限要素法を用いて
求め、前記ベルト荷重−ひずみ特性を用いてベルト張力
を伝動ベルト機構モデルにより算出し、算出したベルト
張力の釣り合いから前記従動プーリの動きを解析して前
記従動プーリの回転むらを最小にするベルト設計条件を
決定することを特徴とするベルト設計支援方法。
4. A drive pulley and a driven pulley, and
In a belt design support method that analyzes the dynamic characteristics of a transmission belt mechanism that includes a transmission belt that is wound around two pulleys, create a belt model that divides the transmission belt into multiple elements, and respond to changes in the load of the drive pulley. Belt load-strain characteristics indicating the strain generated in the belt model due to the action of the load is obtained using a finite element method, and the belt tension is calculated by the transmission belt mechanism model using the belt load-strain characteristics. A belt design support method, characterized in that the movement of the driven pulley is analyzed from the calculated balance of the belt tension to determine a belt design condition that minimizes uneven rotation of the driven pulley.
【請求項5】 請求項4記載のベルト設計支援方法にお
いて、前記ベルトモデルに対して、与えられた条件にお
ける引張り特性値と応力緩和特性値から伝動ベルトの材
料定数を算出し、その材料定数を用いて前記ベルト荷重
−ひずみ特性を求めることを特徴とするベルト設計支援
方法。
5. The belt design support method according to claim 4, wherein a material constant of the transmission belt is calculated from the tensile characteristic value and the stress relaxation characteristic value under given conditions for the belt model, and the material constant is calculated. A belt design support method, wherein the belt load-strain characteristic is obtained by using the belt load-strain characteristic.
【請求項6】 請求項5記載のベルト設計支援方法にお
いて、複数種類の伝動ベルトの前記引張り特性値と応力
緩和特性値をあらかじめ記憶しておくことを特徴とする
ベルト設計支援方法。
6. The belt design support method according to claim 5, wherein the tensile characteristic value and the stress relaxation characteristic value of a plurality of types of transmission belts are stored in advance.
【請求項7】 請求項4または請求項5記載のベルト設
計支援方法において、伝動ベルトの形状データを取得
し、その形状データを用いて前記ベルト荷重−ひずみ特
性を算出することを特徴とするベルト設計支援方法。
7. The belt design support method according to claim 4 or 5, wherein shape data of the transmission belt is acquired, and the belt load-strain characteristic is calculated using the shape data. Design support method.
【請求項8】 請求項4または請求項5記載のベルト設
計支援方法において、前記ベルトモデルに対して有限要
素法を用いて解析する際に、前記駆動プーリの負荷変化
に対応する伝動ベルトの負荷を設定することを特徴とす
るベルト設計支援方法。
8. The belt design support method according to claim 4 or 5, wherein when the belt model is analyzed using a finite element method, a load of the transmission belt corresponding to a load change of the drive pulley. A belt design support method characterized by setting
【請求項9】 請求項4記載のベルト設計支援方法にお
いて、前記ベルト荷重−ひずみ特性を示す特性データを
伝動ベルト機構モデルにあらかじめ定義し、前記伝動ベ
ルト機構の挙動を解析する際に、前記特性データを参照
して前記ベルト張力の値を算出することを特徴とするベ
ルト設計支援方法。
9. The belt design support method according to claim 4, wherein characteristic data indicating the belt load-strain characteristic is defined in advance in a transmission belt mechanism model, and the characteristic is obtained when the behavior of the transmission belt mechanism is analyzed. A belt design support method, wherein the belt tension value is calculated with reference to data.
【請求項10】 請求項9記載のベルト設計支援方法に
おいて、各プーリ回転運動による伝動ベルトの巻き取り
変化量をプーリの間にかかる伝動ベルトの長さで除算す
ることによりベルトの瞬間ひずみを求め、さらに、ベル
トの初期張力によるベルト初期ひずみを加算することに
よりベルトのひずみ量を求めることを特徴とするベルト
設計支援方法。
10. The belt design support method according to claim 9, wherein the instantaneous strain of the belt is obtained by dividing the winding change amount of the transmission belt due to the rotational movement of each pulley by the length of the transmission belt applied between the pulleys. Further, a belt design support method characterized in that the belt strain amount is obtained by adding the belt initial strain due to the belt initial tension.
【請求項11】 請求項9記載のベルト設計支援方法に
おいて、伝動ベルトに加わるひずみが圧縮ひずみになっ
た場合、ベルト張力を零値に変更することを特徴とする
ベルト設計支援方法。
11. The belt design support method according to claim 9, wherein when the strain applied to the transmission belt becomes a compressive strain, the belt tension is changed to a zero value.
【請求項12】 請求項4記載のベルト設計支援方法に
おいて、機構解析による従動プーリの解析結果に基づい
て、前記伝動ベルトの種類、ベルト幅、厚さ、長さ、お
よび初期張力のうちの少なくとも一つを決定することを
特徴とするベルト設計支援方法。
12. The belt design support method according to claim 4, wherein at least one of the type of the transmission belt, the belt width, the thickness, the length, and the initial tension is based on the analysis result of the driven pulley by the mechanism analysis. A belt design support method characterized by deciding one.
【請求項13】 請求項12記載のベルト設計支援方法
において、前記ベルトの種類、ベルト幅、厚さ、長さ、
および初期張力のうちの少なくとも一つを、前記従動プ
ーリの回転むらが最小になるように決定することを特徴
とするベルト設計支援方法。
13. The belt design support method according to claim 12, wherein the belt type, belt width, thickness, length,
At least one of the initial tension and the initial tension is determined so that the rotational unevenness of the driven pulley is minimized.
【請求項14】 請求項4乃至請求項13のいずれかに
記載のベルト設計支援方法において、伝動ベルトが時間
依存粘弾性特性を有する材料であることを特徴とするベ
ルト設計支援方法。
14. The belt design support method according to claim 4, wherein the transmission belt is a material having a time-dependent viscoelastic property.
【請求項15】 プログラムを記憶した記憶媒体におい
て、請求項4乃至請求項14のいずれかに記載のベルト
設計支援方法にしたがってプログラミングしたプログラ
ムを記憶したことを特徴とする記憶媒体。
15. A storage medium storing a program, which stores a program programmed according to the belt design support method according to any one of claims 4 to 14.
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