JP4427344B2

JP4427344B2 - ベルト交換時期判別システム

Info

Publication number: JP4427344B2
Application number: JP2004021437A
Authority: JP
Inventors: 晴彦中村; 正典松倉
Original assignee: Gates Unitta Asia Co
Current assignee: Gates Unitta Asia Co
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: JP2005214289A

Description

本発明は、一般産業機械等に設けられる伝動ベルトの交換時期を判断するためのシステムに関する。

伝動ベルトは、一定時間走行させると、プーリとの噛み合い部が摩耗され心線残存強度の低下が進行し、最終的には破断や歯欠け等の損傷が生じる。ベルトが破断等されると、伝動ベルトとプーリの伝達作用が低下するため、伝動ベルトは破断や歯欠け損傷等に至る前に交換される必要がある。

したがって、従来例えば特許文献１に記載されるように、動力ベルトの表面を目視により観察し、外観上の変化を捉えてベルトの寿命を推定する方法が知られている。しかし、目視観察によりベルト寿命を判定すると、ベルト内部に埋設された心線の強度低下を見極めることができない上に、その判定が測定者の経験等によって左右されるので、ベルト寿命を正確に判定することは困難である。さらに、伝動ベルトが例えば機関内部に設けられている場合、摩耗やクラックの発生を目視により逐次確認することができない。

また、従来例えば特許文献２に記載されるように、ベルトの伸びにより寿命を予知する方法が知られている。しかし、ベルト寿命は、ベルトの伸びのみならず、ベルトの縮みの影響によるベルトの噛み合い異常によっても左右されるので、ベルトの伸びのみによって必ず判断できるわけではない。
特開平９−３２９５９５号公報特開平９−７９３２９号公報

本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、ベルト伸びのみならず、他の影響を考慮した上で、歯付きベルトの交換時期を判別することができるベルト交換時期判別システムを提供することを目的とする。

本発明に係るベルト交換時期判別システムは、プーリに掛け回された伝動ベルトの交換時期を判別するベルト交換時期判別システムであって、プーリの回転数を変動させ、その回転数が変動している間の伝動ベルトの有効張力を測定する張力測定手段と、測定された有効張力の最大値およびその最大値における回転数により伝動ベルトの交換時期を判別する判別手段とを備えることを特徴とする。これにより、簡易なシステムにより、伝動ベルトの交換時期を容易に判別することができる。

判別手段は、最大値における回転数が所定範囲外である場合に、伝動ベルトの交換時期であると判定することが好ましく、さらに好ましくは、最大値における回転数が所定値以下である場合に、伝動ベルトの交換時期であると判定する。

好ましくは、判別手段は、有効張力の最大値が所定範囲外である場合に、伝動ベルトの交換時期であると判定し、さらに好ましくは有効張力の最大値が所定値以上である場合に、伝動ベルトの交換時期であると判定する。

本発明に係るベルト交換判別方法は、プーリに掛け回された伝動ベルトの交換時期を判別するベルト交換判別方法であって、プーリの回転数を変動させ、その回転数が変動している間の伝動ベルトの有効張力を測定する張力測定ステップと、測定された有効張力の最大値およびその最大値における回転数によりベルトの交換時期を判別する判別ステップとを備えることを特徴とする。

本発明においては、ベルトの有効張力の最大値、およびその最大値における回転数によってベルトの交換時期を判別するため、より正確にベルトの交換時期を判別することができる。

以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１〜３を参照して、本発明の実施形態に係るベルト交換時期判別システムについて説明する。本実施形態においては、カム駆動等のように、変動負荷が発生する場合について説明する。図１に示すように、本システムにおいては、原動、従動プーリ１０、１１が設けられ、原動、従動プーリ１０、１１には、歯付きベルト１２が掛け回される。原動プーリ１０の中心にはシャフト１３が接続され、シャフト１３が回転すると原動プーリ１０はシャフト１３と一体に回転する。シャフト１３の回転は、原動プーリ１０、歯付きベルト１２を介して従動プーリ１１に伝達される。

シャフト１３には、公知の歪みゲージ１４が貼り付けられており、さらに回転数検出器２４が接続されている。歪みゲージ１４は、シャフト１３に生じる歪みを検出し、この歪みに基づいてＣＰＵ１５において、原動プーリ１０に作用するトルクＴｒが求められる。回転数検出器２４は、シャフト１３すなわち原動プーリ１０の回転数ｎを検出し、検出された回転数ｎは、ＣＰＵ１５に送られる。

図２に、歪みゲージ１４によるトルクＴｒの検出結果の模式的なグラフを示す。図２に示すように、トルクＴｒは、正（＋）方向と逆（−）方向とを周期的に変化し、原動プーリ１０が１回転するごとに１周期変化する。ここで、ＣＰＵ１５では、トルクが正方向に作用されたときの最大値Ｔｒ_maxのみが選択され、選択されたトルク最大値Ｔｒ_maxが（１）式により有効張力Ｔｅとされる。

(数１)
Ｔｅ＝Ｔｒ_max／ｒ・・・・・（１）
（ここで、ｒは原動プーリ１０のピッチ円半径）

再び図１を参照する。原動プーリ１０の回転が始まると、原動プーリ１０の回転数は例えば０ｒｐｍから６０００ｒｐｍまで上昇させられる。回転数が上昇させられている間、ＣＰＵ１５では、例えば２００ｒｐｍ上昇する毎の有効張力Ｔｅが検出され、その有効張力Ｔｅと、そのＴｅにおける回転数ｎがメモリ１７に格納される。

ＣＰＵ１５は、検出された回転数毎の有効張力Ｔｅを比較し、その中で有効張力の最大値Ｔｅ_maxを検出する。検出されたＴｅ_maxはＲＯＭ１８に格納された有効張力の閾値Ｔ_refと比較される。また、Ｔｅ_maxにおける回転数ｎ_maxも、ＲＯＭ１８に格納された回転数の閾値ｎ_refと比較される。そして、Ｔｅ_maxが閾値Ｔｅ_ref以上である場合、または、回転数ｎ_maxが閾値ｎ_ref以下である場合には、ランプ１６が発光し、警告が発せられる。この警告により、使用者は、歯付きベルト１２を交換しなければならないと判断する。

次にＲＯＭ１８に格納された閾値の設定方法を詳述する。本実施形態においては、ベルトを使用する前に、取付張力を変更させてベルトを取り付け、そのときの有効張力の挙動を基に予め閾値Ｔ_ref，ｎ_refが設定される。一般的に、ベルトは、取付直後においては、標準的な取付張力Ｔ₀で取り付けられる。しかし、取付張力はベルト使用とともに変動し、例えば水・油等の付着の影響によりベルトが硬化され縮む場合、取付張力は増大する。取付張力が増大し、例えば取付張力が標準的な取付張力Ｔ₀の２倍を越えれば、歯付きベルト１２は、張られすぎでありかつ劣化しているので、早期に破断することが考えられる。したがって、取付張力が使用により２Ｔ₀になれば、歯付きベルト１２は交換されることが望ましい。

また、例えば心線の屈曲疲労や歯面部の摩耗によりベルトが伸びた場合、取付張力は減少する。取付張力が減少し、例えば取付張力が標準的な取付張力Ｔ₀の１／４倍程度になった場合、歯付きベルト１２はスパン振動の増加やプーリとの噛み合い異常により歯飛び等も起こすので、早期に歯欠けや切断等を起こす。したがって、取付張力が使用により１／４Ｔ₀程度になれば、ベルト１２は交換されることが望ましい。

すなわち、ベルトは取付張力が１／４Ｔ₀〜２Ｔ₀程度で回転させることが望ましく、経時変化で取付張力がこの範囲を越えると、交換することが望ましい。

しかし、ベルトを装置に組み込んだ後、取付張力を測定するのは難しい。また、ベルト回転中においては、取付張力は測定できない。一方、ベルトの有効張力は上述したように測定するのが容易である上、回転中において測定することができる。さらに、原動プーリの回転数を変動させた場合、そのときの有効張力の最大値、およびその最大値における回転数は、取付張力とともに連動して変化する。したがって、有効張力の最大値、およびその最大値における回転数を測定することにより、取付張力すなわちベルトの交換時期を判断することができる。

そこで、本実施形態では、ベルト使用前に、ベルトの取付張力を１／４Ｔ₀、Ｔ₀、２Ｔ₀に変更させ、それぞれの取付張力において、原動プーリ１０の回転数を０ｒｐｍから６０００ｒｐｍまで上昇させる。そして、この回転数が上昇している間において、有効張力の最大値Ｔｅ_max、およびその最大値における回転数ｎ_maxを検出し、その検出結果を基に、閾値を設定する。

図３は、取付張力が１／４Ｔ₀、Ｔ₀、２Ｔ₀のときの回転数ｎと、有効張力Ｔｅとの変化を示す。なお図３において、有効張力は、取付張力がＴ₀のときの最大値Ｔｅ_maxを１００として換算して表示する。

グラフ（１）は、Ｔ₀で歯付きベルト１２を回転させたときの結果を示す。グラフ（１）に示すように、有効張力Ｔｅは、回転数とともに上昇し、ある回転数ｎ_max（４４００ｒｐｍ）において最大値Ｔｅ_max（１００）となり、回転数４４００ｒｐｍ以降においては下降する。

グラフ（２）は、２Ｔ₀で歯付きベルト１２を回転させたときの結果を示す。グラフ（２）に示すように、有効張力Ｔｅは、回転数とともに上昇し、ある回転数ｎ_max（５６００ｒｐｍ）において最大値Ｔｅ_max（約１３０）となり、回転数５６００ｒｐｍ以降は下降する。

グラフ（３）は、１／４Ｔ₀で歯付きベルト１２を回転させたときの結果を示す。グラフ（３）に示すように、有効張力Ｔｅは、回転数とともに上昇し、ある回転数ｎ_max（２４００ｒｐｍ）において最大値Ｔｅ_max（約７０）となり、回転数２４００ｒｐｍ以降は下降する。

グラフ（１）〜（３）に示すように、歯付きベルト１２の取付張力が上昇するのにしたがって、有効張力の最大値も上昇する。そして、上述したように、使用によりベルトの取付張力が２Ｔ₀まで上昇すると、ベルトは交換されることが望ましい。したがって、取付張力が２Ｔ₀のときの有効張力Ｔｅ_max（約１３０）が、有効張力の閾値Ｔｅ_refとして設定される。すなわち、上述したベルト交換時期判別システムにおいて、歯付きベルト１２の有効張力Ｔｅ_maxが、取付張力２Ｔ₀のときの有効張力Ｔｅ_max（約１３０）以上となると、警告が発せられる。

また、グラフ（１）〜（３）により、歯付きベルト１２の取付張力が下降するのにしたがって、有効張力の最大値における回転数ｎ_maxは５６００ｒｐｍ、４４００ｒｐｍ、２４００ｒｐｍと下降する。ここで、上述したように、ベルトの取付張力が使用により、１／４Ｔ₀まで下降すると、ベルトは交換することが望ましい。したがって、取付張力が１／４Ｔ₀のときのｎ_max（２４００ｒｐｍ）が、回転数の閾値ｎ_refとして設定される。すなわち、上述したベルト交換時期判別システムにおいて、ベルト１２のｎ_maxが、取付張力１／４Ｔ₀のときのｎ_max（２４００ｒｐｍ）以下となると、警告が発せられる。

以上のように、本実施形態においては、ベルトの回転数を変動させたときの有効張力の最大値Ｔｅ_maxのみならず、その最大値における回転数ｎ_maxも測定することにより、ベルトの交換時期を判別している。すなわち、本実施形態においては、２つのファクターによりベルトの交換時期を判断しているため、正確にベルトの交換時期を判別することができる。

なお、本実施形態においては、閾値ｎ_refを決定する過程において、取付張力の下降とともに回転数ｎ_maxも下降したので、交換時期判別システムにおいては、回転数ｎ_maxが閾値ｎ_refを下回ったときに、警告が発せられる。しかし、取付張力と回転数ｎ_maxの関係は、ベルトの種類および使用される機械等によって異なる。したがって、例えば、閾値ｎ_refを決定する過程において、取付張力の下降とともに回転数ｎ_maxが上昇する場合には、交換時期判別システムは、回転数ｎ_maxが閾値ｎ_refを上回ったときに、警告を発する。

なお、本実施形態では、取付張力を変動させて、閾値ｎ_refおよびＴｅ_refを算出したが、これ以外の要素を変動させることにより閾値を算出しても良い。

さらに、本実施形態においては、閾値ｎ_ref以下のときに警告が発せられるが、閾値ｎ_refの代わりに上限値、下限値が決定され、その上限値以上、または下限値以下の場合に警告が発せられるようにしても良い。そして、有効張力についても、閾値Ｔｅ_refの代わりに、上限値、下限値が決定され、その上限値以上、または下限値以下の場合に警告が発せられるようにしても良い。また、閾値Ｔｅ_refは本実施形態では上限値であったが、下限値として設定されても良い。

また、本実施形態において、有効張力Ｔｅは、トルク最大値Ｔｒ_maxから求められるが、トルク最小値Ｔｒ_minの絶対値から求められても良い。さらに、Ｔｒ_maxとＴｒ_minの絶対値との平均値から求められても良い。

なお、本実施形態においては、原動プーリ１０の回転数が検出されたが、歯付きベルト１２または従動プーリ１１の回転数が検出されても良い。また、トルクは原動プーリ１０のトルクが測定されたが、従動プーリのトルクが測定されても良い。

本発明の実施形態におけるベルト交換時期判別システムの概略図を示す。歪みゲージによって測定されるトルクの変位を示す。原動プーリの回転数ｎを０〜６０００ｒｐｍまで変動させたときの有効張力Ｔｅの変化を示す。

符号の説明

１０原動プーリ
１１従動プーリ
１２歯付きベルト
１３シャフト
１４歪みゲージ

Claims

プーリに掛け回された伝動ベルトの交換時期を判別するベルト交換時期判別システムであって、
前記プーリの回転数を変動させ、その回転数が変動している間の前記伝動ベルトの有効張力を測定する張力測定手段と、
前記測定された有効張力の最大値およびその最大値における前記回転数により前記伝動ベルトの交換時期を判別する判別手段とを備え、
前記有効張力は、前記回転数の増加によって上昇し前記最大値を示した後に下降するものであって、
前記判別手段は、前記最大値における前記回転数が所定範囲外である場合に、伝動ベルトの交換時期であると判定することを特徴とする交換時期判別システム。
前記判別手段は、前記最大値における前記回転数が所定回転数以下である場合に、前記伝動ベルトの交換時期であると判定することを特徴とする請求項１に記載のベルト交換時期判別システム。
前記判別手段は、前記有効張力の最大値が所定値範囲外である場合に、前記伝動ベルトの交換時期であると判定することを特徴とする請求項１または２に記載のベルト交換時期判別システム。
前記判別手段は、前記有効張力の最大値が所定値以上である場合に、前記伝動ベルトの交換時期であると判定することを特徴とする請求項３に記載のベルト交換時期判別システム。
前記伝動ベルトは、前記プーリに標準取付張力で取り付けられるとともに、
使用前に前記伝動ベルトを、前記標準取付張力より高い使用限界取付張力で前記プーリに取り付け、前記回転数が変動している間の範囲にわたって回転数を変動させて前記伝動ベルトを回転させ、そのときの有効張力の最大値を、前記所定値に設定することを特徴とする請求項４に記載のベルト交換時期判別システム。
前記伝動ベルトは、前記プーリに標準取付張力で取り付けられるとともに、
使用前に前記伝動ベルトを、前記標準取付張力より低い使用限界取付張力で前記プーリに取り付け、前記回転数が変動している間の範囲にわたって回転数を変動させて前記伝動ベルトを回転させ、そのときの有効張力の最大値における前記回転数を、前記所定回転数に設定することを特徴とする請求項２に記載のベルト交換時期判別システム。
プーリに掛け回された伝動ベルトの交換時期を判別するベルト交換判別方法であって、
前記プーリの回転数を変動させ、その回転数が変動している間の前記伝動ベルトの有効張力を測定する張力測定ステップと、
前記測定された有効張力の最大値およびその最大値における前記回転数によりベルトの交換時期を判別する判別ステップとを備え、
前記有効張力は、前記回転数の増加によって上昇し前記最大値を示した後に下降するものであって、
前記判別ステップでは、前記最大値における前記回転数が所定範囲外である場合に、伝動ベルトの交換時期であると判定されることを特徴とするベルト交換判別方法。