JP7353278B2 - アンギュラードライブベルトシステム内における張力分布の正規化および側壁の摩耗の最小化 - Google Patents
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Description
本出願は、「Normalizing Tension Distribution and Minimizing Sidewall Abrasion Within Angular Drive Belt Systems(アンギュラードライブベルトシステム内における張力分布の正規化および側壁の摩耗の最小化)」と題された、2017年7月10日に出願された米国仮特許出願第62/530,420号の利益を主張し、参照によりその内容全体がここに組み込まれる。
本開示は、ベルトを利用した動力伝達方法およびシステムに関する。
オープンエンド平ベルトが、エレベータ、フォークリフト、およびシザーリフトなどの振動リニアの応用において、動力を伝達するために使用されている。平ベルトの材料構造の革新によって、ベルト性能が改良されてきた。これらのベルトには、ワイヤロープと比べて、耐用年数を伸ばすためのメンテナンスフリーの操作、安価な製造費、および使用荷重の集合を考慮した小さな設計エンベロープなどの多くの利点がある。
本明細書で開示されるのは、ねじれていない幾何学形状と比較して、耐用年数がごくわずかしか減少しない、大きなねじれた幾何学形状を含む角平ベルトドライブシステムの設計のための方法、システム、および構成要素である。これらの方法を用いて、特定の実現例では、耐用年数をほとんど犠牲にすることなく、たとえば7:1という大きなねじれ率を達成可能であり、よりコンパクトな設計エンベロープになる。
いくつかの実現例では、静止したシーブは、自由回転シーブおよび/または被駆動シーブに直交する。
以下は、角ベルトドライブシステム内のベルトの張力分布を正規化する方法に関するさまざまな概念およびその例示的な実施形態のより詳細な説明である。
図14は、ねじれスパンにおける有利なフリートアングルを利用する他のマシンを示す図である。ねじれたフリースパン1401が、他の支持プーリおよび回転要素の全ての相対的な位置を維持する支持構造1404のうち、支持シーブ1402および1403によって両端部で支持されている。
シーブの直径 ‐ Dsheave
シーブの半径 ‐ Rsheave
最も外側のワイヤロープ間の中心線距離 ‐ □os
ねじれ率 ‐ (T.R.)
移行ゾーンの長さ ‐ □
ベルトの半値幅 ‐ R
ベルトの全幅 ‐ W
螺旋角 ‐ Ψ
ねじれ率 ‐ θ
下記の前提は、以下の分析の提示に関してなされる。
‐ベルトとシーブとの間の係合境界面における接触線が、縁部から縁部まで直線形状に斜めになっている。
補償フリートアングルを得るための全体的な方法については、以下のように説明可能である。第1のステップは、移行ゾーンの長さを求めることである。これは、荷重積分法および荷重静力学によって行われる。最初に、ベルトの内部ねじりモーメントが導出され、続いて、未知の移行ゾーンの長さXによって移行ゾーン内でベルトに加えられるねじりモーメントが導出される。ねじれたフリースパンは移行ゾーンから排他的に内部モーメントを得るので、ゾーンの長さXを得るために、これら2つのねじりモーメント間に等式を設定可能である。
螺旋幾何学形状モデルを用いて、r、ベルトの中心点からの距離の関数として、ベルト内の強化ワイヤロープの螺旋角度を得る。そうすると、螺旋角度はねじれ率T.R.と関連付けられる。
移行ゾーンの長さXおよびシーブの半径Rsheaveとすると、2次元幾何学形状モデルは、計算が必要な長さの一部を提示する。
フリートアングルは、ベルトの外側縁部および内側縁部の各々が同じ中心点を有する円弧をたどる標準的な梁曲げ式によってモデル化される。外側縁部は、ωosが最も外側の強化ロープの中心線間の距離の場合、内側縁部よりもθfleet*ωos倍だけ大きな距離を走行する。これを移行ゾーンによって生じる正味のたるみΔLに等しくなるように設定することによって、これらの2つの縁部間が正味の等しい長さ状態になる。これによって、必要とされるフリートアングルθfleetを求めることができる。
図21に示すように、理論上の補償フリートアングルは、ねじれ率と幅の比率ωos/Dsheaveとの関数としてプロット可能である。幅の比率は、シーブのドラム直径によって除算される2つの最も外側のロープ間の距離に過ぎず、所与のドラムサイズについてベルト幅が増加すると増加する。これは、ベルト幅が増加するとベルト幅の比率W/Dsheaveに近づくが、幅が狭い場合、最も外側のワイヤロープ間の中心線距離□osは、ベルト幅そのものの80%と、無視できない場合がある。ねじれ率は、無次元であり、ベルト幅によって除算される、90°のベルトねじれが発生する長さとして定量化される。
補償フリートアングルの依存性は、ねじれ率T.R.の逆3次関数および幅の比率□os/Dsheaveの逆関数である。両方とも上述のプロットで明らかである。すなわち、ベルト幅が所与のドラム直径に関して減少するにつれ、必要とされるフリートアングルが増加する。3次関数の影響は特に大きい。すなわち、10未満のねじれ率と低い幅関数を有する、大きくねじれたベルトの場合、必要とされるフリートアングルの大きさは、約1°に近づく。
Claims (14)
- アンギュラードライブのためのベルトを用いる方法であって、
ねじれた幾何学形状を前記ベルトの第1のフリースパン(202,501,701,1001)に施すことと、
前記ベルトの前記第1のフリースパンを、前記第1のフリースパンの第1の先端において自由回転シーブ(203A,203B)または被駆動シーブ(203A,203B)を介して支持することと、
前記ベルトの前記第1のフリースパンの幾何学形状中心線(303B,704B)を、前記第1のフリースパンの第2の先端に対して所与のフリートアングルでずらすように、前記自由回転シーブまたは前記被駆動シーブの位置決めと方向付けとのうち少なくとも1つを行うこととを備え、
前記自由回転シーブまたは前記被駆動シーブは1つ以上のシーブを含み、前記1つ以上のシーブは、前記シーブのある係合境界面上のねじれた入口と前記シーブの他の係合境界面における直線状の出口とを有する前記ベルトの前記第1のフリースパンについて、導入されたフリートアングルのずれの2つの寸法を有する、方法。 - 前記ベルトの前記第1のフリースパン(202,501,701,1001)の前記所与のフリートアングルのずれの方向および大きさが、支持シーブを有する前記ベルトのねじれておらず位置ずれした第2のフリースパンの方向および大きさと同等であり、前記支持シーブの、前記ベルトのねじれておらず位置ずれした前記第2のフリースパンの係合境界面における一方の縁部から反対側の縁部までの前記ベルトのねじれておらず位置ずれした前記第2のフリースパンにわたる全張力差が、前記ねじれた幾何学形状を有する前記第1のフリースパンの係合境界面における前記第1のフリースパンの一方の縁部から反対側の縁部までの全張力差と実質的に逆である、請求項1に記載の方法。
- 前記ベルトの前記第1のフリースパン(202,501,701,1001)は、20:1以下のねじれ率を有し0.25~1.5°の範囲の前記所与のフリートアングルを有するねじれた幾何学形状を含み、前記ねじれ率は、ベルト幅によって除算される、90°のベルトねじれが発生するベルトの前記第1のフリースパン長さである、請求項1に記載の方法。
- 前記自由回転シーブ(203A,203B)または前記被駆動シーブ(203A,203B)は1つ以上のシーブを含み、前記1つ以上のシーブは、前記シーブのある係合境界面上のねじれた入口と前記シーブの他の係合境界面における直線状の出口とを有する前記ベルトの前記第1のフリースパン(202,501,701,1001)について、導入されたフリートアングルのずれの1つの寸法を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記自由回転シーブ(203A,203B)または前記被駆動シーブ(203A,203B)は、1つ以上のフランジ付きシーブを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ベルトの前記第1のフリースパンの第1の先端に位置する前記自由回転シーブ(203A,203B)または前記被駆動シーブ(203A,203B)は、前記ベルトの前記第1のフリースパン(202,501,701,1001)の第2の先端に位置する他のシーブに対して直交して位置する、請求項1に記載の方法。
- アンギュラードライブのためのベルトを用いる装置であって、
ねじれた幾何学形状に構成されたフリースパン(202,501,701,1001)を有するベルトと、
前記ベルトの前記フリースパンの第1の先端部を支持する自由回転シーブ(203A,203B)と被駆動シーブ(203A,203B)とのうち少なくとも1つと、
前記自由回転シーブ(203A,203B)および/または前記被駆動シーブ(203A,203B)を収容し、前記ねじれた幾何学形状に構成された前記ベルトの前記フリースパンの幾何学形状中心線(303B,704B)をずらすために、前記自由回転シーブおよび/または前記被駆動シーブの位置決めおよび/または方向付けを行うように構成された支持構造(1004,1404)とを備え、前記ベルトの前記フリースパンは、前記ベルトの前記フリースパンの第2の端部に位置決めされた静止したシーブに対して所与のフリートアングルでずれており、前記支持構造は、前記ずれを維持するために前記所与のフリートアングルで前記自由回転シーブおよび/または前記被駆動シーブを保持するように構成されており、前記自由回転シーブまたは前記被駆動シーブは1つ以上のシーブを含み、前記1つ以上のシーブは、前記シーブのある係合境界面上のねじれた入口と前記シーブの他の係合境界面における直線状の出口とを有する前記ベルトの前記フリースパンについて、導入されたフリートアングルのずれの2つの寸法を有する、装置。 - 前記支持構造は摺動するように構成されている、請求項7に記載の装置。
- 前記支持構造は旋回するように構成されている、請求項7に記載の装置。
- 前記静止したシーブは、前記自由回転シーブおよび/または前記被駆動シーブに直交する、請求項7に記載の装置。
- 前記自由回転シーブまたは前記被駆動シーブは、1つ以上のフランジ付きシーブを含む、請求項7に記載の装置。
- 前記ベルトは平ベルトである、請求項11に記載の装置。
- 前記平ベルトは少なくとも部分的に、鋼鉄、アラミド、ポリエステル、ポリウレタン、および強化合成繊維のうち少なくとも1つで構成されており、選択的に、前記フランジ付きシーブは、前記平ベルトよりも少なくとも1mm幅が広い前記シーブのフランジ間の幅を含む、請求項12に記載の装置。
- 前記ベルトの前記フリースパン(202,501,701,1001)は、20:1または15:1または15:1以下のねじれ率を有するねじれた幾何学形状を含み、前記ねじれ率は、ベルト幅によって除算される、90°のベルトねじれが発生するベルトの前記フリースパン長さである、請求項12に記載の装置。
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