JP2006208176A - 摩擦係数測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｖリブドベルト等の摩擦伝動ベルトとプーリ間の動摩擦係数を、任意のすべり速度、且つ無端状態で測定することを可能にする。
【解決手段】複数のプーリとそれに巻き掛けられて走行する無端ベルト８で構成し、上記複数のプーリは、回転を固定した状態でその負荷トルク（Ｔｑ）を測定する従動プーリ４０と、ベルト速度（Ｖｉ）を測定するアイドラープーリ８０と、無端ベルトの弛み側張力（Ｔ２）を設定するテンションプーリ７０と、任意のベルト速度（Ｖｉ）で無端ベルトを走行させる駆動プーリ３０と、で構成し、テンションプーリで測定した弛み側張力（Ｔ２）と従動プーリ４０で測定した負荷トルク（Ｔｑ）を求め、オイラーの公式を用いて従動プーリ４０とベルト８間の動摩擦係数（μ）を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明はＶベルト、Ｖリブドベルト、平ベルト等の摩擦伝動ベルトの摩擦係数測定装置に係り、詳しくは、無端ベルトの状態で、且つベルトとプーリ間のすべり速度を任意の速度に条件設定できる摩擦係数測定装置に関する。

従来技術としては、例えば本出願人による摩擦係数測定装置があるが、この発明はベルトを無端状態で走行させ、このときの測定値に基づいて動摩擦係数を算出する動摩擦係数測定装置である。この摩擦係数測定装置については特許文献１及び２に詳細に開示されている。

しかしながら、特許文献１に示した摩擦係数測定装置は、図５に示すように従動プーリ４０の回転を固定（ロック）した状態で駆動プーリ３０回転させ、ベルト８と従動プーリ４０間に作用する摩擦負荷トルクを駆動プーリ３０の軸とモータ１２の間に搭載したトルク検出器１０によって測定し、最終的には駆動プーリ３０とベルト８間の動摩擦係数を測定する装置である。

前記動摩擦係数の測定条件である駆動プーリ３０とベルト８間のすべり速度条件を求めるためには、駆動プーリ３０の周速度とベルト速度を測定する必要がある。すなわち、駆動プーリ３０及びアイドラープーリ７０の回転速度を測定し、これをプーリ周速度及びベルト速度に換算し、この速度差をすべり速度とすることができる。

しかし、この方法は２本のプーリの回転速度を測定し、減算によってすべり速度を求める方法であるから、この計算値は２本のプーリの回転数測定誤差を含む。しかも、この方法は速度差を計算して始めてすべり速度が判る方法であるから、事前に駆動プーリ３０とベルト８間のすべり速度を任意に条件設定することはできない。

また、特許文献２に示した摩擦係数測定装置は、モータと駆動プーリ及びモータと従動プーリ間に設けた伝動装置の回転比に所定の差異を設定し、これによって駆動プーリと従動プーリの周速度を強制的に違える方法である。従って、この場合にあっても駆動プーリとベルト間のすべり速度を任意に設定することはできない。

その他、従来技術に係る摩擦係数測定装置としては、ベルトを所定の長さに切断し、切断されたベルトの一端を、ロードセルを介してフレーム２０に固定し、もう一方のベルト端は回転可能なプーリに略直角に巻き掛け、その端末には重錘を吊り下げる構成の摩擦係数測定装置がある。しかし、この方法はプーリを任意の回転速度で回転させることを可能にするが、ベルトを破壊しなければならない欠点がある。

特開２０００−１０５１８８号公報 特願２０００−１０５１８９号公報

これに対し、本発明に係る摩擦係数測定装置は、従動プーリの回転を固定（ロック）した状態で駆動プーリを回転させ、ベルトを走行させる機構は特許文献１の機構と同じである。しかし、本発明は、従動プーリに作用する摩擦負荷トルクを、駆動プーリ軸に設けたトルク検出器を介して測定するのではなく、従動プーリ軸に設けたトルク検出器によって測定するものである。故、従動プーリに作用する負荷トルクを、そのままストレートに従動プーリの伝達トルクとすることができる。

しかも、このときのベルトと従動プーリ間のすべり速度は、従動プーリがロックされているから、アイドラープーリの回転速度（＝換算ベルト速度）のみを測定すればその速度がすべり速度となる。故、前記モータの速度を制御することによって、任意のすべり速度を容易且つ正確に設定することが可能になる。

すなわち、請求項１の発明は、複数のプーリとそれに巻き掛けられて走行する無端ベルトで構成される摩擦係数測定装置において、上記プーリは、回転を固定した状態でその負荷トルク（Ｔｑ）を測定する従動プーリと、ベルト速度（Ｖｉ）を測定するアイドラープーリと、無端ベルトの弛み側張力（Ｔ２）を設定するテンションプーリと、任意のベルト速度（Ｖｉ）で無端ベルトを走行させる駆動プーリと、で構成されるものであって、テンションプーリで測定した弛み側張力（Ｔ２）と従動プーリで測定した負荷トルク（Ｔｑ）を求め、オイラーの公式を用いて従動プーリとベルト間の動摩擦係数（μ）を算出する摩擦係数測定装置である。

請求項２の発明は、駆動プーリによってベルト速度（Ｖｉ）を変量すると共に、この変量されたベルト速度（Ｖｉ）と、このベルト速度（Ｖｉ）での動摩擦係数（μ）から生成される（Ｖｉ，μ）相関データを自動収録する請求項１に記載の摩擦係数測定装置である。

請求項１に係る発明によれば、固定された従動プーリに作用するベルト摩擦に起因する負荷トルクのみを従動プーリに具備したトルク検出器によって測定できるから、テンションプーリで弛み側張力（Ｔ２）を測定すれば、張り側張力（Ｔ１）が求まり、これとオイラーの公式から、ベルトと従動プーリ間の動摩擦係数を容易且つ極めて正確に求めることができる。

請求項２に係る発明によれば、測定対象の従動プーリが固定されていることから、すべり速度はアイドラープーリで測定したベルト速度となる。故、駆動プーリを回転させるモータ速度を所定の速度範囲に変量すれば、すべり速度とこのときのすべり速度条件で測定した動摩擦係数の相関データを極めて容易且つ正確に得ることができる。

以下、図面に基づいて説明する。ここで図１は摩擦係数測定装置を示す概略図であり、図２はプーリレイアウト図である。図３は本発明に係る測定例を示す動摩擦係数とすべり速度の相関図であり、図４は本発明に係るベルト概略図である。又、図５は従来例に係る摩擦係数測定装置を示す概略図である。ここで摩擦係数測定装置は、図１に示すようにベルトを走行させる機械本体部２と、計測部３と、動摩擦係数を算出する係数演算部４と、で構成される。

図２に示すように機械本体部２はベルト８を走行させる駆動プーリ３０と、摩擦負荷によってベルト８に負荷トルク（Ｔｑ）を付与する従動プーリ４０と、ベルト８に張力を付与するテンションプーリ７０と、プーリ３０、４０、７０のベルト巻付角θ１、θ２、θ３を調整するアイドラープーリ５０、６０、８０と、弛み側張力Ｔ２を設定する重錘１１と、従動プーリ４０に掛かる負荷トルク（Ｔｑ）を測定するトルク検出器１０と、ベルト速度を測定するアイドラープーリ８０と、駆動プーリ３０を任意の速度で回転させるモータ１２とで構成される。

尚、測定時には従動プーリ４０はその回転をロックされているから、ベルト８を走行させると共にこのときの従動プーリ４０に作用する負荷トルク（ロックトルク）をトルク検出器１０で測定すると、このときの負荷トルクは、オイラーの式、（１）Ｔ１／Ｔ２＝ｅ^μθ、及び（２）Ｆｐ＝Ｔ１−Ｔ２、を満足させる条件に収束する。

このときの動摩擦係数（μ）は、プーリ７０に具備された重錘の重量から、最初に弛み側張力Ｔ２（＝Ｗ／２）が求まり、次いで有効張力（Ｆｐ）が、トルク検出器１０で測定した負荷トルクと（Ｔｑ）と従動プーリ４０のピッチ径（Ｄ２）から、次式、Ｆｐ＝２×Ｔｑ／Ｄ２、より求まり、更に張り側張力（Ｔ１）が、次式、Ｔ１＝Ｗ／２+２×Ｔｑ／Ｄ２、より求まるから、最後にオイラーの式、（１）Ｔ１／Ｔ２＝ｅ^μθ、に、ベルト張力Ｔ１、Ｔ２、及び従動プーリ４０の巻付け角（θ２）を代入すれば、μ＝（１／θ２）×ＬＯＧｅ（Ｔ１／Ｔ２）となって、動摩擦係数（μ）が演算で求まる。

このとき、従動プーリ４０の回転軸はトルク検出器１０を介して然るべく固定されているから、従動プーリ４０の回転速度は、ゼロ回転となる。一方、アイドラープーリ８０には負荷が掛からないため、ノースリップで自由回転する。故、このアイドラープーリ８０の回転数（Ｎｉ）とプーリのピッチ径（Ｄｉ）が分かれば、ベルト８の走行速度Ｖｉ（＝π×Ｄｉ×Ｎｉ）が求まる。すなわち、従動プーリ４０のプーリ外周面上においては、ベルト８とプーリ面のすべり速度は、Ｖｉ（＝π×Ｄｉ×Ｎｉ）となる。

すなわち、すべり速度（Ｓ）はベルト速度（Ｖｉ）と従動プーリ４０のプーリ周速度の差で定義されるから、従動プーリ４０の回転速度がゼロとなる本例の場合には、すべり速度（Ｓ）は、Ｓ＝Ｖｉ（＝π×Ｄｉ×Ｎｉ）となる。

以上のことから、駆動プーリ３０の回転数をモータ１２の回転制御によって、所定の回転速度範囲に加減速運転すれば、従動プーリ４０上でのベルト８のすべり速度（Ｓ（＝Ｖｉ））と、このときの動摩擦係数（μ）の相関データを自動的に収集することができる。

以下、実施例について詳細に説明する。尚、本発明に係る摩擦伝動ベルトを代表するベルトには図４に示すような屈曲性に優れたＶリブドベルトが用いられる。このベルト８は延伸処理されたコードからなる心線８ｂと、この心線を埋設する接着ゴム８ｃと、その上側にゴム付帆布８ｄを積層した伸張ゴム８ｃ、その下側には所定のリブ数をベルト長手方向に形成したリブゴム８ａとで構成される。

実施例に使用したベルト８は三ツ星ベルト製６ＰＫ２０００であり、駆動プーリ３０及び従動プーリ４０のピッチ径は１２０ｍｍであり、アイドラープーリ５０、６０、８０及びテンションプーリ７０のピッチ径は７７ｍｍであった。

モータ１２にはＡＣインバーターモータ３０ｋｗを使用し、インバーターによって回転を制御した。又、従動プーリ３０の回転軸に小野測器製トルク検出器ＳＳ−２０１の一方の軸端を結合し、もう一方の軸端をフレーム２０に然るべく固定した。

これによって、従動プーリ３０の回転はゼロ回転にロックされるから、アイドラープーリ８０の回転速度を測定し、この測定値にアイドラープーリ８０のピッチ径を乗算することによってベルト速度（Ｖｉ）が求まる。ベルト８はこのベルト速度（Ｖｉ）で従動プーリ４０の固定プーリ外周面を走行するから、このときのすべり速度（Ｓ）は、ベルト速度（Ｖｉ）に一致する。

また、すべり速度（Ｓ）が、０〜４ｍ／ｓｅｃ、の範囲となるように駆動プーリ３０の回転数を、０〜６５０ｒｐｍ、の範囲に設定し、従動プーリ４０の負荷トルク（Ｔｑ）と、アイドラープーリ８０の回転速度（Ｎｉ）を、２５ｍｓｅｃの時間間隔で自動収録した。

このときの弛み側張力（Ｔ２）は、１３０Ｎ／リブであり、重錘の重量は、２６０Ｎ／リブであった。故、このときの張り側張力Ｔ１は、Ｔ１＝Ｔ２+２×Ｔｑ／（１２０／１０００））Ｎ／リブとなる。ここで、負荷トルク（Ｔｑ）は１リブ当りのトルクである。

最後に上記実施例の結果を、図３（ａ）、図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）は、すべり速度を０〜４ｍ／ｓｅｃの範囲に亘って変化させたときの動摩擦係数（Ｙ（＝μ））とそのときのすべり速度（Ｘ（＝Ｓ））をプロットした散布図である。この散布図で象徴的なことは、○枠で囲んだ部分の動摩擦係数の勾配が右下がりであり、且つこの右下がりの部分で発音が観測されたことである。

これに対し、図３（ｂ）は、図３（ａ）と同一条件で上記と異なるベルトのデータをプロットした散布図であるが、この散布図では動摩擦係数の勾配に右下がりは認められず、且つ全すべり速度の範囲に亘って、発音は観測されなかった。

本発明に係る摩擦係数測定装置は、Ｖリブドベルトで代表される摩擦伝動ベルトの動摩擦係数の測定に利用されるものであって、とりわけ、無端ベルト状で動摩擦係数の測定を可能にし、且つ無端ベルト状での走行時に任意のすべり速度（Ｓ）を設定することが可能であるから、ベルトを切断することなく、ベルト特性の経時的評価を可能にすると共に、正確且つ極めて容易にすべり速度（Ｘ（＝Ｓ））と動摩擦係数（Ｙ（＝μ））の相関データ（Ｘ，Ｙ）の作成を可能にする。

すなわち、このすべり速度（Ｘ）と動摩擦係数（Ｙ）の相関データ（Ｘ，Ｙ）を散布図に図表化する、或いはすべり速度（Ｘ）と動摩擦係数（Ｙ）の関係を定式化する等によって、伝動ベルトの新たな課題の解決に資することができる。

摩擦係数測定装置 プーリレイアウト図 摩擦係数とすべり速度の相関図 ベルト概略図 従来の摩擦係数測定装置

符号の説明

１ 摩擦係数測定装置
２ 機械本体部
３ 計測部
４ 係数演算部
８ ベルト
８ａ圧縮ゴム層
８ｂ心線ロープ
８ｃ伸張ゴム層
８ｄ背面布層
１０ トルク検出器
１１ 重錘
１２ モータ
２０ フレーム
３０ 駆動プーリ
４０ 従動プーリ
５０ アイドラープーリ
６０ アイドラープーリ
７０ テンションプーリ
８０ アイドラープーリ
θ１ 駆動プーリ巻付角
θ２ 従動プーリ巻付角
Ｔ１ 張り側張力
Ｔ２ 弛み側張力

Claims (2)

1. 複数のプーリとそれに巻き掛けられて走行する無端ベルトで構成される摩擦係数測定装置において、上記プーリは、回転を固定した状態でその負荷トルク（Ｔｑ）を測定する従動プーリと、ベルト速度（Ｖｉ）を測定するアイドラープーリと、無端ベルトの弛み側張力（Ｔ２）を設定するテンションプーリと、任意のベルト速度（Ｖｉ）で無端ベルトを走行させる駆動プーリと、で構成されるものであって、テンションプーリで測定した弛み側張力（Ｔ２）と従動プーリで測定した負荷トルク（Ｔｑ）を求め、オイラーの公式を用いて従動プーリとベルト間の動摩擦係数（μ）を算出することを特徴とする摩擦係数測定装置。
2. 駆動プーリによってベルト速度（Ｖｉ）を変量すると共に、この変量されたベルト速度（Ｖｉ）と、このベルト速度（Ｖｉ）での動摩擦係数（μ）から生成される（Ｖｉ，μ）相関データを自動収録する請求項１に記載の摩擦係数測定装置。
   

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