JPH07332443A - Load share prediction method, life prediction method and life prediction device for belt - Google Patents

Load share prediction method, life prediction method and life prediction device for belt

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JPH07332443A
JPH07332443A JP13024294A JP13024294A JPH07332443A JP H07332443 A JPH07332443 A JP H07332443A JP 13024294 A JP13024294 A JP 13024294A JP 13024294 A JP13024294 A JP 13024294A JP H07332443 A JPH07332443 A JP H07332443A
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Ryuichi Kido
隆一 城戸
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Abstract

PURPOSE:To improve prediction of the load share characteristics of a transmission belt, such as a toothed belt, and to perform prediction of a belt life based on load sharing characteristics. CONSTITUTION:In a multishaft transmission analyzing model to perform transmission in such a state that a toothed belt 3 is run around and between a plurality of toothed pulleys 1 and 1, geometric data containing at least the diameter and the central position of each pulley 1, the numbers of teeth, the pitches of tooth, and the tooth shape sizes of the pulleys 1 and the belt 3, material data containing elastic modulus of the tension member 4 of the belt 3, the elastic modulus of a tooth part 8, and a friction factor, and external data containing load torque, an angular velocity, and a shaft load are inputted and load share characteristics exerted on the belt 3 are predicted through analysis of a finite element. Further, the tooth part reaction distribution characteristics thereof are collated and compared with an S-N curve wherein durability life characteristics are preset according to tooth part reaction analysis distribution to predict a life for the actually working belt 3.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ベルトの伝動時の荷重
分担特性を予測する方法、その特性を基にベルトの寿命
を予測する方法及び寿命予測装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of predicting a load sharing characteristic of a belt during transmission, a method of predicting a belt life based on the characteristic, and a life predicting apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、歯付ベルトは、軽量化が図れる
とともに、軸間距離が大きく取れ、しかも潤滑が不要
で、比較的効率が良い等の優れた特長を有しており、こ
れらの理由により大型の産業機械から小型の事務機械に
至るまで広く使用されている。そして、近年では、自動
車用エンジンのカム軸駆動にも歯付ベルトが用いられて
おり、その性能や信頼性の向上が要求されている。
2. Description of the Related Art Generally, a toothed belt has excellent features such as weight reduction, a large axial distance, no need for lubrication, and relatively good efficiency. Is widely used from large industrial machines to small office machines. In recent years, toothed belts have been used for driving camshafts of automobile engines, and their performance and reliability are required to be improved.

【0003】このような歯付ベルトの伝動機構を解明し
た理論として、従来、例えば「日本機械学会論文集4
2巻359号」(1976年)の第2233頁〜第22
41頁、「日本機械学会論文集44巻387号」(1
978年)の第3913頁〜第3922頁、「Journa
l of Mechanical Design paper no,77-DET-100」(19
78年)の第208頁〜第215頁等に示されるものが
ある。
As a theory for elucidating the transmission mechanism of such a toothed belt, conventionally, for example, “Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, 4”
Vol. 2, No. 359 "(1976), pages 2233 to 22.
Page 41, "Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 44, No. 387" (1
(1978) pp. 3913 to 3922, "Journa
l of Mechanical Design paper no, 77-DET-100 ”(19
1978), pages 208 to 215.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術でも十分な成果を上げているとは言えない。す
なわち、一般によく知られているクーロン摩擦則による
と、摩擦力をF、摩擦係数をμ、垂直力をNとすると、
摩擦状態には、F<μNとなる固着状態と、F=μNと
なる滑り状態との2つの状態があるが、摩擦の状態と方
向とはベルトとプーリとが実際に回転駆動される過程の
力学的な挙動から定まる。
However, it cannot be said that the above-mentioned conventional techniques have achieved sufficient results. That is, according to the well-known Coulomb friction law, if the friction force is F, the friction coefficient is μ, and the vertical force is N,
The frictional state has two states, a fixed state where F <μN and a sliding state where F = μN. The frictional state and the direction are the states in which the belt and the pulley are actually driven to rotate. Determined from mechanical behavior.

【0005】しかし、従来の伝動技術理論では、このこ
とを既知とし、伝動力の1つである摩擦力を常に滑り状
態として取り扱っている。このため、噛合伝動とはい
え、伝達力に占める比率が高い摩擦力の履歴依存性を無
視しており、ベルトの荷重分担特性を良好に予測するこ
とは困難である。
However, in the conventional transmission technology theory, this is known, and the frictional force, which is one of the power transmissions, is always treated as a sliding state. For this reason, although it is a meshing transmission, the history dependency of the frictional force, which has a high ratio in the transmission force, is ignored, and it is difficult to favorably predict the load sharing characteristic of the belt.

【0006】これらの点は、歯付ベルトに限らず、その
他、平ベルトやVベルト等の伝動ベルト一般についても
同様のことが言える。
These points are not limited to toothed belts, and the same applies to other general transmission belts such as flat belts and V belts.

【0007】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、ベルト伝動機構を解析す
る方法を改良することにより、歯付ベルトや平ベルト
等、伝動ベルトの荷重分担特性の予測を良好に行うとと
もに、その荷重分担特性を基にしてベルトの寿命を予測
できるようにすることにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the method of analyzing a belt transmission mechanism so as to share the load of a transmission belt such as a toothed belt or a flat belt. This is to make it possible to predict the characteristics well and to predict the life of the belt based on the load sharing characteristics.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的の達成のた
め、この発明では、ベルト伝動機構のモデルに対し、ベ
ルトの心体下部にあってプーリと接触する部分を組み込
み、かつプーリが回転してベルトが連れ回りする実際に
近い動きを与えた状態で、非線形有限要素法を用いてベ
ルト伝動機構を解析することとした。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a part of the belt transmission mechanism located below the core of the belt and in contact with the pulley is incorporated into the model of the belt transmission mechanism, and the pulley rotates. It was decided to analyze the belt transmission mechanism using the nonlinear finite element method under the condition that the belt is given a motion similar to the actual rotation of the belt.

【0009】すなわち、請求項1〜6の発明はベルトの
荷重分担予測方法であり、請求項1の発明では、プーリ
にベルトを巻き掛けて伝動する伝動解析モデルを用意
し、この伝動解析モデルに対し、その幾何データ、材料
データ及び外力データを入力して、有限要素解析により
ベルトに加わる荷重分担特性を予測する。
That is, the invention of claims 1 to 6 is a method for predicting the load sharing of a belt. According to the invention of claim 1, a transmission analysis model for transmitting the belt by winding the belt around a pulley is prepared. On the other hand, the geometrical data, the material data and the external force data are input, and the load sharing characteristic applied to the belt is predicted by the finite element analysis.

【0010】請求項2の発明では、上記伝動解析モデル
は複数のプーリ間にベルトを掛け渡して伝動する多軸伝
動モデルとする。
In the second aspect of the present invention, the transmission analysis model is a multi-axis transmission model in which a belt is stretched between a plurality of pulleys for transmission.

【0011】請求項3の発明では、プーリは歯付プーリ
とし、ベルトは歯付ベルトとする。
In the invention of claim 3, the pulley is a toothed pulley and the belt is a toothed belt.

【0012】請求項4の発明では、請求項3のベルトの
荷重分担予測方法において、幾何データは、少なくとも
プーリの径及び中心位置、並びにプーリ及びベルトの歯
数、歯のピッチ及び歯形寸法を含むデータとし、材料デ
ータは、少なくともベルトの心体弾性率、歯部弾性率、
摩擦係数を含むデータとし、さらに、外力データは、少
なくとも負荷トルク、角速度及び軸荷重を含むデータと
する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the belt load sharing prediction method according to the third aspect, the geometric data includes at least the diameter and center position of the pulley, the number of teeth of the pulley and the belt, the pitch of the teeth, and the tooth profile. The material data is at least the core elastic modulus of the belt, the tooth elastic modulus,
The data including the friction coefficient is used, and the external force data is data including at least the load torque, the angular velocity, and the shaft load.

【0013】請求項5の発明では、プーリは平プーリと
し、ベルトは平ベルトとする。また、請求項6の発明で
は、プーリはVプーリとし、ベルトはVベルトとする。
According to the invention of claim 5, the pulley is a flat pulley and the belt is a flat belt. Further, in the invention of claim 6, the pulley is a V-pulley and the belt is a V-belt.

【0014】請求項7の発明はベルトの寿命を予測する
方法であり、この発明方法は、上記請求項1又は2のベ
ルトの荷重分担予測方法で予測されたベルトの荷重分担
の特性を、予め荷重分担に応じて求められている寿命特
性と比較して、実際に使用するベルトの寿命を予測する
ことを特徴としている。
The invention of claim 7 is a method of predicting the life of a belt, and the method of the invention is characterized in that the characteristic of the load sharing of the belt predicted by the method of predicting the load sharing of the belt according to claim 1 or 2 is It is characterized by predicting the life of the belt actually used by comparing it with the life characteristics required according to the load sharing.

【0015】請求項8の発明では、請求項7のベルトの
寿命予測方法において、プーリは歯付プーリとし、ベル
トは歯付ベルトとする。また、請求項9の発明では、プ
ーリは平プーリとし、ベルトは平ベルトとする。請求項
10の発明では、プーリはVプーリとし、ベルトはVベ
ルトとする。
According to an eighth aspect of the invention, in the belt life predicting method of the seventh aspect, the pulley is a toothed pulley and the belt is a toothed belt. Further, in the invention of claim 9, the pulley is a flat pulley and the belt is a flat belt. In the invention of claim 10, the pulley is a V-pulley and the belt is a V-belt.

【0016】請求項11〜14の発明はベルトの寿命を
予測する装置であり、請求項11の発明では、プーリに
ベルトを巻き掛けて伝動する伝動解析モデルに対し、そ
の幾何データ、材料データ及び外力データを入力するデ
ータ入力手段と、このデータ入力手段により入力された
データに基づき、有限要素解析によりベルトに加わる荷
重分担特性を予測する荷重分担予測手段と、この荷重分
担予測手段で予測されたベルトの荷重分担の特性を、予
め荷重分担に応じて求められている寿命特性と比較し
て、実際に使用するベルトの寿命を予測する寿命予測手
段とを備えたことを特徴とするものである。
The invention of claims 11 to 14 is an apparatus for predicting the life of a belt. In the invention of claim 11, geometrical data, material data, and geometric data of a transmission analysis model in which a belt is wound around a pulley and transmitted. Data input means for inputting external force data, load sharing prediction means for predicting load sharing characteristics applied to the belt by finite element analysis based on the data input by this data input means, and load sharing prediction means The load sharing characteristic of the belt is compared with the life characteristic previously obtained according to the load sharing, and a life predicting means for predicting the life of the belt actually used is provided. .

【0017】請求項12の発明では、請求項11のベル
トの寿命予測装置において、伝動解析モデルは、複数の
プーリ間にベルトを掛け渡して伝動する多軸伝動モデル
とする。
According to a twelfth aspect of the invention, in the belt life predicting apparatus according to the eleventh aspect, the transmission analysis model is a multi-axis transmission model in which the belt is laid over a plurality of pulleys for transmission.

【0018】請求項13の発明では、請求項11又は1
2のベルトの寿命予測装置において、プーリは歯付プー
リとし、ベルトは歯付ベルトとする。
In the invention of claim 13, claim 11 or 1
In the belt life prediction device of No. 2, the pulley is a toothed pulley and the belt is a toothed belt.

【0019】請求項14の発明では、請求項13のベル
トの寿命予測装置において、幾何データは、少なくとも
プーリの径及び中心位置、並びにプーリ及びベルトの歯
数、歯のピッチ及び歯形寸法を含むデータとし、材料デ
ータは、少なくともベルトの心体弾性率、歯部弾性率、
摩擦係数を含むデータとし、外力データは、少なくとも
負荷トルク、角速度及び軸荷重を含むデータとする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the belt life predicting apparatus of the thirteenth aspect, the geometric data includes at least the diameter and center position of the pulley, the number of teeth of the pulley and the belt, the pitch of the teeth, and the tooth profile. The material data is at least the core body elastic modulus of the belt, the tooth elastic modulus,
The external force data is data including at least a load torque, an angular velocity, and an axial load.

【0020】[0020]

【作用】上記の構成により、請求項1の発明では、プー
リにベルトを巻き掛けて伝動する伝動解析モデルに対
し、その幾何データ、材料データ及び外力データが入力
され、これらのデータに基づき有限要素解析によりベル
トに加わる荷重分担特性が予測される。この有限要素解
析によるベルトの荷重分担特性は実際の特性に概ね一致
しており、よってその荷重分担特性を適正に予測するこ
とができる。
With the above structure, in the invention of claim 1, geometric data, material data and external force data are input to a transmission analysis model in which a belt is wound around a pulley and transmitted, and the finite element is based on these data. The load sharing characteristics applied to the belt are predicted by analysis. The load sharing characteristic of the belt obtained by the finite element analysis is substantially in agreement with the actual characteristic, so that the load sharing characteristic can be properly predicted.

【0021】請求項2の発明では、伝動解析モデルが複
数のプーリ間にベルトを掛け渡してなる多軸伝動モデル
であるので、多軸伝動系に使用されるベルトの荷重分担
特性を予測することができる。
According to the second aspect of the present invention, since the transmission analysis model is a multi-axis transmission model in which a belt is stretched between a plurality of pulleys, it is possible to predict the load sharing characteristic of the belt used in the multi-axis transmission system. You can

【0022】請求項3の発明では、歯付ベルトの荷重分
担特性を予測することができる。
According to the third aspect of the present invention, the load sharing characteristic of the toothed belt can be predicted.

【0023】請求項4の発明では、上記歯付ベルトの荷
重分担特性を予測する場合に、幾何データとして、少な
くともプーリの径及び中心位置、並びにプーリ及びベル
トの歯数、歯のピッチ及び歯形寸法を含むデータを入力
し、材料データは、少なくともベルトの心体弾性率、歯
部弾性率、摩擦係数を含むデータとし、外力データは、
少なくとも負荷トルク、角速度及び軸荷重を含むデータ
としているので、歯付ベルトの荷重分担特性の予測に必
要なデータが適正に得られ、その予測精度を向上させる
ことができる。
According to the fourth aspect of the present invention, when predicting the load sharing characteristic of the toothed belt, at least the diameter and center position of the pulley, the number of teeth of the pulley and the belt, the pitch of the tooth, and the tooth profile are used as geometric data. Input the data including, the material data is the data including at least the core body elastic modulus of the belt, the tooth elastic modulus, and the friction coefficient, and the external force data is
Since the data includes at least the load torque, the angular velocity, and the axial load, the data necessary for predicting the load sharing characteristic of the toothed belt can be properly obtained, and the prediction accuracy can be improved.

【0024】請求項5の発明では平ベルトの荷重分担特
性を、また請求項6の発明ではVベルトの荷重分担特性
をそれぞれ予測することができる。
According to the invention of claim 5, the load sharing characteristic of the flat belt can be predicted, and in the invention of claim 6, the load sharing characteristic of the V belt can be predicted.

【0025】請求項7の発明では、請求項1又は2のベ
ルトの荷重分担予測方法で予測されたベルトの荷重分担
の特性が、予め荷重分担に応じて求められている寿命特
性と比較され、このことで実際に使用するベルトの寿命
が予測される。よってベルトの寿命を予測することがで
きる。
According to the invention of claim 7, the characteristic of the load sharing of the belt predicted by the method of predicting the load sharing of the belt according to claim 1 or 2 is compared with the life characteristic previously obtained according to the load sharing. This predicts the life of the belt actually used. Therefore, the life of the belt can be predicted.

【0026】請求項8又は13の発明では歯付ベルトの
寿命を、また請求項9の発明では平ベルトの寿命を、さ
らに請求項10の発明ではVベルトの寿命をそれぞれ予
測することができる。
According to the invention of claim 8 or 13, the life of the toothed belt, the life of the flat belt of the invention of claim 9 and the life of the V belt of the invention of claim 10 can be predicted.

【0027】請求項11の発明では、データ入力手段に
おいて、プーリにベルトを巻き掛けて伝動する伝動解析
モデルに対し、その幾何データ、材料データ及び外力デ
ータが入力され、荷重分担予測手段では、上記データ入
力手段により入力されたデータに基づき、有限要素解析
によりベルトに加わる荷重分担特性が予測される。そし
て、寿命予測手段により、上記荷重分担予測手段で予測
されたベルトの荷重分担の特性が、予め荷重分担に応じ
て求められている寿命特性と比較されて、実際に使用す
るベルトの寿命が予測される。従って、この場合でも、
上記請求項7の発明と同様に、ベルトの寿命を予測する
ことができる。
In the eleventh aspect of the invention, the data input means inputs the geometric data, the material data and the external force data to the transmission analysis model in which the belt is wound around the pulley and is transmitted. Based on the data input by the data input means, the load sharing characteristic applied to the belt is predicted by the finite element analysis. Then, by the life predicting means, the characteristics of the load sharing of the belt predicted by the load sharing predicting means are compared with the life characteristics obtained in advance according to the load sharing, and the life of the belt actually used is predicted. To be done. Therefore, even in this case,
Similar to the invention of claim 7, the life of the belt can be predicted.

【0028】請求項12の発明では、多軸伝動系に使用
されるベルトの寿命を予測できる。
According to the twelfth aspect of the present invention, the life of the belt used in the multi-shaft transmission system can be predicted.

【0029】請求項14の発明では、歯付ベルトの寿命
を予測する場合に、請求項4の発明と同様に、幾何デー
タとして、少なくともプーリの径及び中心位置、並びに
プーリ及びベルトの歯数、歯のピッチ及び歯形寸法を含
むデータを入力し、材料データは、少なくともベルトの
心体弾性率、歯部弾性率、摩擦係数を含むデータとし、
外力データは、少なくとも負荷トルク、角速度及び軸荷
重を含むデータとしているので、歯付ベルト寿命の予測
に必要なデータが適正に得られ、その予測精度が向上す
る。
According to the fourteenth aspect of the invention, when predicting the life of the toothed belt, at least the diameter and center position of the pulley and the number of teeth of the pulley and the belt are used as the geometric data, similarly to the fourth aspect of the invention. Enter the data including the tooth pitch and tooth profile dimensions, the material data is data including at least the core body elastic modulus of the belt, the tooth elastic modulus, the friction coefficient,
Since the external force data is data including at least the load torque, the angular velocity, and the axial load, the data necessary for predicting the life of the toothed belt is properly obtained, and the prediction accuracy is improved.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 (実施例1)図3は本発明の実施例1に係るベルト伝動
機構を概略的に示し、1,1は外周に複数の歯部2,
2,…を有する歯付プーリ、3は両歯付プーリ1,1に
噛合されて巻き付けられる歯付ベルトであって、この歯
付ベルト3は、図4に拡大詳示するように、心体4を埋
設した接着ゴム層5と、該接着ゴム層5のベルト背面側
に一体に接着された背ゴム層6(カバーゴム層)と、接
着ゴム層5のベルト底面側に一体に接着され、底面に上
記プーリ1の歯部2,2,…に噛み合う多数の歯部8,
8,…が形成された歯ゴム層7と、この歯ゴム層7の歯
部8表面を覆う歯布9(ゴム帆布層)とを備えてなる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 3 schematically shows a belt transmission mechanism according to Embodiment 1 of the present invention.
A toothed pulley 3 having two, ... Is a toothed belt that is meshed with and wound around the toothed pulleys 1, 1, and this toothed belt 3 has a core body as shown in enlarged detail in FIG. An adhesive rubber layer 5 in which 4 is embedded, a back rubber layer 6 (cover rubber layer) integrally attached to the belt back surface side of the adhesive rubber layer 5, and an adhesive rubber layer 5 integrally attached to the belt bottom surface side, A large number of tooth portions 8, which mesh with the tooth portions 2, 2, ...
.. is formed, and a tooth cloth 9 (rubber canvas layer) that covers the surface of the tooth portion 8 of the tooth rubber layer 7.

【0031】上記ベルト3の各歯部8は、図5(a)に
示すような台形歯形又は図5(b)に示す如くS8M形
等の円弧歯形とされている。前者の台形歯形の場合、プ
ーリ1の各歯部2からベルト3の各歯部8に作用する歯
部反力Qと、ベルト3の歯底面及びプーリ1の歯先面間
の摩擦力Fbとの2つにより伝動が行われている。これ
に対し、後者の円弧歯形の場合、上記歯部反力Q及び摩
擦力Fbに、ベルト3の歯先面とプーリ1の歯底面との
間の摩擦力Ftを加えた合計3つにより伝動が行われ、
伝動機構がやや複雑となる。
Each tooth 8 of the belt 3 has a trapezoidal tooth profile as shown in FIG. 5A or an arc tooth profile such as S8M as shown in FIG. 5B. In the case of the trapezoidal tooth profile of the former, the tooth part reaction force Q acting from each tooth part 2 of the pulley 1 to each tooth part 8 of the belt 3 and the frictional force Fb between the tooth bottom surface of the belt 3 and the tooth top surface of the pulley 1 Transmission is carried out by two of. On the other hand, in the case of the latter arcuate tooth profile, transmission is performed by a total of three, which is the tooth reaction force Q and the friction force Fb, plus the friction force Ft between the tooth crest surface of the belt 3 and the tooth bottom surface of the pulley 1. Is done
The transmission mechanism becomes a little complicated.

【0032】図2は、上記歯付ベルトの伝動解析モデル
による寿命の予測を行う予測装置の構成を概略的に示
し、11は、複数のプーリ1,1間にベルト3を掛け渡
して伝動する多軸伝動解析モデルに対し、その幾何デー
タ、材料データ及び外力データを入力するデータ入力部
である。上記幾何データには、少なくとも各プーリ1の
径及び中心位置、並びにプーリ1及びベルト3の歯数、
歯のピッチ及び歯形寸法が含まれている。また、材料デ
ータには、少なくともベルト3における心体4の弾性
率、歯部8の弾性率、摩擦係数が含まれている。さら
に、外力データには、少なくとも負荷トルク、角速度及
び軸荷重が含まれている。
FIG. 2 schematically shows the construction of a predicting device for predicting the life of the toothed belt by means of a transmission analysis model, and 11 is a belt 3 which is extended between a plurality of pulleys 1 and 1 for transmission. A data input unit for inputting geometric data, material data, and external force data for a multi-axis transmission analysis model. The geometric data includes at least the diameter and center position of each pulley 1, the number of teeth of the pulley 1 and the belt 3,
Includes tooth pitch and tooth profile dimensions. Further, the material data includes at least the elastic modulus of the core body 4 of the belt 3, the elastic modulus of the tooth portion 8, and the friction coefficient. Further, the external force data includes at least load torque, angular velocity and shaft load.

【0033】また、12は上記データ入力部11により
入力されたデータに基づき、有限要素解析によりベルト
3に加わる荷重分担特性を予測する荷重分担予測部で、
荷重分担特性として、具体的に歯部反力分布、摩擦力分
布及び張力分布の各特性を予測する。
Reference numeral 12 is a load sharing prediction unit for predicting a load sharing characteristic applied to the belt 3 by finite element analysis based on the data input by the data input unit 11.
As the load sharing characteristics, the characteristics of the tooth reaction force distribution, the frictional force distribution, and the tension distribution are specifically predicted.

【0034】さらに、13はベルト3の寿命を予測する
寿命予測部であって、この寿命予測部13は、上記荷重
分担予測部12で予測されたベルト3の荷重分担の特性
のうち歯部反力分布特性を、予め歯部反力分布に応じて
耐久寿命特性が設定されているS−N曲線(歯部反力−
耐久寿命特性曲線)に照合比較し、かつ複合則又はマイ
ナー則を参照して、実際に使用する歯付ベルト3の寿命
を予測する。
Further, reference numeral 13 is a life predicting section for predicting the life of the belt 3, and the life predicting section 13 is one of the characteristics of the load sharing of the belt 3 predicted by the load sharing predicting section 12 mentioned above. For the force distribution characteristics, an SN curve (teeth reaction force-
The life of the toothed belt 3 to be actually used is predicted by collating and comparing with the durable life characteristic curve) and referring to the compound rule or the minor rule.

【0035】この実施例において、上記歯付ベルト3の
伝動解析モデルによる寿命の推定を行う場合の具体的な
処理手順について図1により説明すると、最初のステッ
プS1でプーリ1の径、歯数、その中心位置、ピッチ、
歯形寸法等の幾何データを噛合伝動解析モデルに入力す
る。次のステップS2では、ベルト3における心体4の
弾性率、歯部8の弾性率、摩擦係数等の材料データを入
力し、さらにステップS3で、負荷トルクの変動、角速
度の変化、軸荷重等の外力データを入力する。
In this embodiment, a concrete processing procedure for estimating the life of the toothed belt 3 by the transmission analysis model will be described with reference to FIG. 1. In the first step S1, the diameter of the pulley 1, the number of teeth, Its center position, pitch,
Geometrical data such as tooth profile is input to the meshing transmission analysis model. In the next step S2, material data such as the elastic modulus of the core body 4 of the belt 3, the elastic modulus of the tooth portion 8 and the friction coefficient are input, and in step S3, fluctuations in load torque, changes in angular velocity, axial load, etc. Input the external force data of.

【0036】図6は歯付ベルト3による噛合伝動解析モ
デルの要部を例示している。このモデルでは、ピッチ8
mmの円弧歯形(S8M形)の歯部8を有しかつ幅が1
9.1mmの歯付ベルト3と、この歯付ベルト3が巻き
掛けられる、溝数24の2つの歯付プーリ1,1との駆
動系であり、ベルト3において伝動に殆ど寄与しない背
ゴム層6(カバーゴム層)についてはモデル化を省略す
る。また、モデル化を行ったベルト部分において、心体
4の部分を2節点梁要素で、また心体4下側の歯布9
(ゴム帆布層)及び歯部8については四角形4節点平面
要素でそれぞれ表す。
FIG. 6 exemplifies the main part of the meshing transmission analysis model by the toothed belt 3. In this model, pitch 8
It has a circular arc tooth profile (S8M type) of 8 mm and a width of 1
A back rubber layer which is a drive system of a toothed belt 3 of 9.1 mm and two toothed pulleys 1, 1 with 24 grooves around which the toothed belt 3 is wound, and which hardly contributes to transmission in the belt 3. Modeling of 6 (cover rubber layer) is omitted. Further, in the modeled belt portion, the portion of the core body 4 is a 2-node beam element, and the tooth cloth 9 on the lower side of the core body 4 is
The (rubber canvas layer) and the tooth portion 8 are each represented by a quadrilateral 4-node planar element.

【0037】プーリ1はベルト3に比べて極めて固いの
で、これを剛体と見做し、その外周形状のみを剛体面で
表す。また、プーリ1の中心に節点を1つ設けて、これ
でプーリ1の動きを代表させる。
Since the pulley 1 is much harder than the belt 3, it is regarded as a rigid body, and only the outer peripheral shape is represented by a rigid body surface. In addition, one node is provided at the center of the pulley 1 to represent the movement of the pulley 1.

【0038】さらに、ベルト3においてプーリ1と接触
する可能性のある歯布9及び歯部8の外表面に相当する
四角形要素面に接合要素を設け、このことでベルト3と
プーリ1との接触、摩擦及び剥離を考慮する。摩擦はク
ーロン則で行われるものとし、摩擦係数は全ての解析に
ついて一定と仮定する。
Further, a joining element is provided on a square element surface corresponding to the outer surfaces of the tooth cloth 9 and the tooth portion 8 which may come into contact with the pulley 1 in the belt 3, whereby the belt 3 and the pulley 1 come into contact with each other. , Consider friction and flaking. Friction is assumed to be according to Coulomb's law and the coefficient of friction is assumed to be constant for all analyses.

【0039】上記ステップS3の後のステップS4にお
いて、噛合伝動解析モデルの初期配置を決定する。図7
(a)は上記例示した歯付ベルトによる2軸の噛合伝動
解析モデルの初期配置であり、剛体面で表現した2つの
プーリ1,1を水平方向に可及的に接近して並設し、こ
れらプーリ1,1を取り囲むように円形状に連なったベ
ルト3のモデルを配置している。この円形状に連なった
ベルト3は、自由状態にある本来の自然な姿である。計
算コストを低減するために、プーリ1に接触しない範囲
で可能な限り小さい径の円形を選定するのが好ましい。
そして、図で左側の駆動プーリ1については全ての自由
度を、また同右側の従動プーリ1については水平方向以
外の自由度をそれぞれ拘束する。
In step S4 after step S3, the initial arrangement of the meshing transmission analysis model is determined. Figure 7
(A) is an initial arrangement of a biaxial meshing transmission analysis model by the above-mentioned toothed belt, in which two pulleys 1 and 1 represented by a rigid surface are arranged side by side in the horizontal direction as close as possible, A model of a belt 3 is arranged in a circular shape so as to surround these pulleys 1 and 1. The belt 3 connected in a circular shape has an original natural appearance in a free state. In order to reduce the calculation cost, it is preferable to select a circle having a diameter as small as possible within the range in which it does not contact the pulley 1.
All the degrees of freedom are constrained for the drive pulley 1 on the left side in the figure, and the degrees of freedom for the driven pulley 1 on the right side are constrained in directions other than the horizontal direction.

【0040】次いで、ステップS5に進み、伝動解析モ
デルについて有限要素に分割するメッシュの生成を行っ
た後、ステップS6において、有限要素法による解析を
実行する。まず、図7(b)に示すように、上記初期配
置にあるモデルに対し、従動プーリ1の回転軸に荷重を
与えて、駆動及び従動プーリ1,1間に掛け渡されたベ
ルト3が軸荷重Wにより張られた状態とする。次に、図
7(c)に示す如く、従動プーリ1の回転の拘束を解除
した後、その従動プーリ1に対し負荷トルクTrに相当
する図で時計回り方向の集中モーメントを与えて起動状
態とする。この状態から、図7(d)に示すように、駆
動プーリ1に反時計回り方向の回転角変位を強制的に与
え、最終目的の定常状態を得る。尚、この定常状態を得
るのに必要な回転角変位は、少なくともベルト3のプー
リ1への接触角以上であることが必要である。
Next, in step S5, a mesh for dividing the transmission analysis model into finite elements is generated, and then in step S6, analysis by the finite element method is executed. First, as shown in FIG. 7B, a load is applied to the rotation shaft of the driven pulley 1 and the belt 3 stretched between the drive and driven pulleys 1 and 1 is rotated with respect to the model in the initial arrangement. It is in a state of being stretched by the load W. Next, as shown in FIG. 7 (c), after the restraint of the rotation of the driven pulley 1 is released, a concentrated moment in a clockwise direction is applied to the driven pulley 1 in a diagram corresponding to the load torque Tr to start the driven state. To do. From this state, as shown in FIG. 7D, the drive pulley 1 is forcibly given a rotational angle displacement in the counterclockwise direction to obtain a final target steady state. The rotational angle displacement required to obtain this steady state must be at least the contact angle of the belt 3 with the pulley 1.

【0041】そして、ステップS7において、このよう
に初期配置から定常状態に至る過程でそれぞれベルト3
の荷重分担、つまり歯部の反力分布、摩擦力分布、心体
の歪み分布、張力分布等を出力させる。
Then, in step S7, the belts 3 are respectively processed in the process from the initial arrangement to the steady state.
Load distribution, that is, the reaction force distribution of the tooth portion, the frictional force distribution, the strain distribution of the core body, the tension distribution, etc. are output.

【0042】次に、ステップS8に進み、上記出力され
た荷重分担のうち歯部反力分布を、予め歯部反力分布に
応じて耐久寿命特性が設定されているS−N曲線に照合
し、その後、ステップS9においてベルト1周中の歯部
反力サイクルが複数になったかどうかを判定する。この
判定がNOのときには、そのままステップS11に進む
が、YESのときには、ステップS10で複合則(又は
マイナー則)によりベルト1周当たりの疲労度を計算し
た後、それぞれステップS11に進む。このステップS
11ではベルト3の推定寿命を出力する。
Next, in step S8, the tooth reaction force distribution of the output load distribution is collated with the SN curve in which the endurance life characteristic is set in advance according to the tooth reaction force distribution. After that, in step S9, it is determined whether or not there are a plurality of tooth portion reaction force cycles during one round of the belt. When the determination is NO, the process directly proceeds to step S11. When the determination is YES, the fatigue degree per one round of the belt is calculated by the compound rule (or the minor rule) at step S10, and then the process proceeds to step S11. This step S
At 11, the estimated life of the belt 3 is output.

【0043】したがって、この実施例においては、歯付
ベルト3の寿命を予測する場合、まず、複数のプーリ
1,1間に歯付ベルト3を掛け渡してなる多軸伝動解析
モデルに対し、その各プーリ1の径及び中心位置、並び
にプーリ1及びベルト3の歯数、歯のピッチ及び歯形寸
法を含む幾何データと、ベルト3の心体4の弾性率、歯
部8の弾性率、摩擦係数を含む材料データと、負荷トル
ク、角速度及び軸荷重を含む外力データとが入力され
る。そして、これらのデータに基づき有限要素解析によ
り歯付ベルト3に加わる荷重分担特性が歯部反力分布、
摩擦力分布及び張力分布の各特性として予測される。そ
の後、このようにして予測された歯付ベルト3の荷重分
担の特性のうち歯部反力分布特性が、予め歯部反力分布
に応じて耐久寿命特性が設定されているS−N曲線と照
合比較されるとともに、複合則又はマイナー則が参照さ
れ、このことにより、実際に使用する歯付ベルト3の寿
命が予測される。
Therefore, in this embodiment, when predicting the life of the toothed belt 3, first, a multi-axis transmission analysis model in which the toothed belt 3 is bridged between a plurality of pulleys 1 and 1 is used. Geometrical data including the diameter and center position of each pulley 1, the number of teeth of the pulley 1 and the belt 3, the pitch of the teeth and the tooth profile, the elastic modulus of the core body 4 of the belt 3, the elastic modulus of the tooth portion 8, and the friction coefficient. The material data including the above and the external force data including the load torque, the angular velocity and the axial load are input. Then, based on these data, the load sharing characteristic applied to the toothed belt 3 by the finite element analysis is the tooth reaction force distribution,
It is predicted as each characteristic of the frictional force distribution and the tension distribution. Thereafter, among the characteristics of the load sharing of the toothed belt 3 thus predicted, the tooth reaction force distribution characteristic is an SN curve in which the endurance life characteristic is set in advance according to the tooth portion reaction force distribution. The collation and comparison are performed, and the compound rule or the minor rule is referred to, whereby the life of the toothed belt 3 actually used is predicted.

【0044】このとき、上記有限要素解析による歯付ベ
ルト3の荷重分担特性は実際の特性に略一致しており、
その荷重分担特性を適正に予測することができる。それ
故、多軸伝動系に使用される歯付ベルト3の寿命を予測
することができる。
At this time, the load sharing characteristic of the toothed belt 3 obtained by the above finite element analysis substantially matches the actual characteristic,
The load sharing characteristic can be properly predicted. Therefore, the life of the toothed belt 3 used for the multi-axis transmission system can be predicted.

【0045】また、多軸伝動解析モデルに入力される幾
何データが、各プーリ1の径及び中心位置、並びにプー
リ1及びベルト3の歯数、歯のピッチ及び歯形寸法を含
むデータとされ、材料データは、ベルト3の心体4の弾
性率、歯部8の弾性率、摩擦係数を含むデータとされ、
外力データは、負荷トルク、角速度及び軸荷重を含むデ
ータとされているので、歯付ベルト3の寿命の予測に必
要なデータが適正に得られ、その予測精度を向上させる
ことができる。
Further, the geometric data input to the multi-axis transmission analysis model is data including the diameter and center position of each pulley 1, the number of teeth of the pulley 1 and the belt 3, the pitch of the teeth, and the tooth profile dimension, and the material The data is data including the elastic modulus of the core body 4 of the belt 3, the elastic modulus of the tooth portion 8, and the friction coefficient,
Since the external force data is data including load torque, angular velocity, and axial load, data necessary for predicting the life of the toothed belt 3 can be properly obtained, and the prediction accuracy can be improved.

【0046】本発明者は、上記のようにして有限要素解
析により得られる歯付ベルトの荷重分担の歯部反力分布
を検証するための実験を行った。図8及び図9は、上記
歯付ベルトの荷重分担の歯部反力分布を検証するための
伝達力分布測定装置を示し、21は床面上に設置された
基台、22は基台21上面の右端に回転可能に支持され
た前後方向に延びる固定軸で、この固定軸22の前端に
は半径R1 を有する歯付プーリ18が、また後端には半
径R2 を有する負荷ドラム23がそれぞれ回転一体に取
り付けられている。基台21の右側床面上にはポール2
4が立設され、このポール24の上端には水平前後方向
の軸心を有する滑車25が回転可能に支持されている。
そして、上記ポール24上端の滑車25にはワイヤ26
の中間部が巻き掛けられ、このワイヤ26の一端は上記
負荷ドラム23に繋がれ、他端には負荷用重錘W2 が吊
り下げられており、この重錘W2 により歯付プーリ18
に対し所定の負荷トルクTr を与えるようにしている。
The present inventor conducted an experiment for verifying the tooth portion reaction force distribution of the load sharing of the toothed belt obtained by the finite element analysis as described above. 8 and 9 show a transmission force distribution measuring device for verifying the tooth part reaction force distribution of the load sharing of the above toothed belt, 21 is a base installed on the floor, 22 is a base 21 A fixed shaft rotatably supported at the right end of the upper surface and extending in the front-rear direction. A toothed pulley 18 having a radius R1 is provided at the front end of the fixed shaft 22, and a load drum 23 having a radius R2 is provided at the rear end. It is attached integrally with the rotation. The pole 2 is on the right floor of the base 21.
4 is erected, and a pulley 25 having a horizontal longitudinal axis is rotatably supported at the upper end of the pole 24.
The wire 25 is attached to the pulley 25 at the upper end of the pole 24.
Of the wire 26, one end of the wire 26 is connected to the load drum 23, and the load weight W2 is hung at the other end. The weight W2 hangs the toothed pulley 18
Is applied with a predetermined load torque Tr.

【0047】一方、基台21上面の左半部には左右方向
に延びるガイドレール28,28が取り付けられ、この
ガイドレール28,28上には可動台29が左右方向に
移動可能つまり固定軸22に対し接離可能に載置されて
いる。可動台29上の右端部には前後方向に延びる可動
軸30が回転可能に支持され、この可動軸30の中間部
前側にはトルクメータ31が、また同後側にはギヤボッ
クス32がそれぞれ配置されている。また、可動軸30
の前端には半径R1 を有する歯付プーリ19が回転一体
に取り付けられ、この歯付プーリ19と上記固定軸22
前端の歯付プーリ18との間に試験用の歯付ベルト20
が巻き掛けられている。可動軸30の後端はプーリ機構
33を介してモータ34に駆動連結されており、このモ
ータ34の駆動により歯付プーリ19を回転させるよう
にしている。
On the other hand, guide rails 28, 28 extending in the left-right direction are attached to the left half of the upper surface of the base 21, and a movable base 29 is movable on the guide rails 28, 28 in the left-right direction, that is, the fixed shaft 22. It is placed so that it can be moved toward and away from. A movable shaft 30 extending in the front-rear direction is rotatably supported on the right end of the movable base 29. A torque meter 31 is arranged on the front side of the intermediate portion of the movable shaft 30 and a gear box 32 is arranged on the rear side thereof. Has been done. In addition, the movable shaft 30
A toothed pulley 19 having a radius R1 is rotatably attached to the front end of the toothed pulley 19 with the toothed pulley 19 and the fixed shaft 22.
Toothed belt 20 for testing between the toothed pulley 18 at the front end
Is wrapped around. The rear end of the movable shaft 30 is drivingly connected to a motor 34 via a pulley mechanism 33, and the driving of the motor 34 causes the toothed pulley 19 to rotate.

【0048】また、基台21の左側面前端には水平前後
方向の軸心を有する滑車35が支持され、この滑車35
にはワイヤ36の中間部が巻き掛けられ、このワイヤ3
5の一端は上記可動台30の前端左側部にロードセル3
7を介して連結されている。一方、ワイヤ35の他端に
は初張力用重錘W1 が吊り下げられており、この重錘W
1 により試験用ベルト18に対し所定の初張力T0 を与
えるようにしている。
A pulley 35 having a horizontal longitudinal axis is supported on the front end of the left side surface of the base 21.
The intermediate portion of the wire 36 is wound around the
One end of 5 is the load cell 3 on the left side of the front end of the movable table 30.
It is connected via 7. On the other hand, a weight W1 for initial tension is suspended at the other end of the wire 35.
A predetermined initial tension T0 is applied to the test belt 18 by setting 1.

【0049】このとき、ベルト18の張り側スパンの張
り側張力T1 及び緩み側スパンの緩み側張力T2 とする
と、 T1 +T2 =2・T0 =W1 (T1 −T2 )・R1 =Tr =W2 ・R2 であるから、 T1 =(W1 +W2 ・R2 /R1 )/2 T2 =(W1 −W2 ・R2 /R1 )/2 となる。
At this time, if the tension T1 of the tension side span of the belt 18 and the tension T2 of the tension side of the slack side are T1 + T2 = 2.multidot.T0 = W1 (T1-T2) .R1 = Tr = W2.R2 Therefore, T1 = (W1 + W2.R2 / R1) / 2 T2 = (W1-W2.R2 / R1) / 2.

【0050】上記固定軸22側の歯付プーリ18は伝動
力測定プーリとされている。すなわち、図10に示す如
く、固定軸22側のプーリ18には該プーリ18を外周
縁から中心方向に切り込んでなる1対のスリット部L
1,L1,L2,L2,L3,L3を組としてなる3組
のスリット加工が施され、各スリット部L1〜L3の根
元部分にはプーリ18の回転方向に対応してそれぞれ1
対の歪みゲージ38,38,…が貼り付けられている。
スリット部L1,L1の歪みゲージ38,38では歯部
反力と歯先摩擦力とを、またスリット部L2,L2の歪
みゲージ38,38では歯先摩擦力を、さらにスリット
部L3,L3の歪みゲージ38,38では歯底摩擦力を
それぞれ検出するようになっており、スリット部L1,
L1の検出データからスリット部L2,L2の検出デー
タを引いて歯部反力を算出することができる。
The toothed pulley 18 on the fixed shaft 22 side is used as a power transmission measuring pulley. That is, as shown in FIG. 10, a pair of slit portions L formed by cutting the pulley 18 from the outer peripheral edge toward the center of the pulley 18 on the fixed shaft 22 side.
Three sets of slits, which are a set of 1, L1, L2, L2, L3, and L3, are provided, and the root portions of the slit portions L1 to L3 are each 1 in correspondence with the rotation direction of the pulley 18.
Paired strain gauges 38, 38, ... Are attached.
The strain gauges 38 and 38 of the slit portions L1 and L1 show the tooth reaction force and the tooth tip friction force, the strain gauges 38 and 38 of the slit portions L2 and L2 give the tooth tip friction force, and further, the slit portion L3 and L3. The strain gauges 38, 38 are adapted to detect the root-bottom frictional force, respectively.
The tooth reaction force can be calculated by subtracting the detection data of the slit portions L2 and L2 from the detection data of L1.

【0051】上記歯付ベルト20はS8M形の自動車用
歯付ベルトであり、その心体はガラス繊維で、また背ゴ
ム層及び歯ゴム層は水添SBR(スチレンブタジエンゴ
ム)で、さらに歯布はナイロン(登録商標)製の帆布で
それぞれ構成されている。一方、歯付プーリ18,19
は溝数24の鋼鉄製S8M形プーリである。そして、ベ
ルト20について2種類の張力条件について試験を行う
とともに、ベルト20に初張力を与えたときにその歯ピ
ッチがプーリ18,19の歯ピッチに対し大小となる2
種類のベルトについて試験を行った。これらの歯付プー
リ18,19及び歯付ベルト20の主要諸元は下記の表
1のとおりである。
The toothed belt 20 is an S8M type toothed belt for automobiles, the core body of which is glass fiber, the back rubber layer and the tooth rubber layer are hydrogenated SBR (styrene butadiene rubber), and the tooth cloth is further provided. Are made of nylon (registered trademark) canvas. On the other hand, the toothed pulleys 18, 19
Is a steel S8M type pulley having 24 grooves. Then, the belt 20 is tested under two kinds of tension conditions, and when the belt 20 is initially tensioned, its tooth pitch becomes larger or smaller than the tooth pitch of the pulleys 18, 19.
Testing was performed on different types of belts. The main specifications of the toothed pulleys 18 and 19 and the toothed belt 20 are shown in Table 1 below.

【0052】[0052]

【表1】 [Table 1]

【0053】図11〜図13には、これらの実験により
ベルト及びプーリの定常状態での伝達力分布の実験値
(実線にて示す)を計算値(破線にて示す)と比較して
示しており、各図の(a)は駆動側を、また(b)は従
動側をそれぞれ示す。図11は無張力時におけるベルト
及びプーリ間のピッチ差(ベルトの歯ピッチとプーリの
歯ピッチとの差)が+0.002mmで、かつベルトの
張り側張力が588Nであり、緩み側張力が196Nで
ある張力条件下でのデータである。図12は上記ピッチ
差を同じとした上で、ベルトの張り側張力を490Nと
し、緩み側張力を294Nとした張力条件下でのデータ
を示す。また、図13は、上記ピッチ差が−0.038
mmで、かつベルトの張り側張力が588Nであり、緩
み側張力が196Nである張力条件下でのデータであ
る。
11 to 13 show experimental values (indicated by solid lines) of the transmission force distributions of the belt and pulley in a steady state by these experiments in comparison with calculated values (indicated by broken lines). In each figure, (a) shows the driving side and (b) shows the driven side. FIG. 11 shows that the pitch difference between the belt and the pulley (difference between the tooth pitch of the belt and the tooth pitch of the pulley) at the time of no tension is +0.002 mm, the tension on the tension side of the belt is 588N, and the tension on the slack side is 196N. It is the data under the tension condition. FIG. 12 shows data under tension conditions in which the tension on the belt is 490 N and the tension on the slack side is 294 N, with the same pitch difference. Further, in FIG. 13, the pitch difference is -0.038.
mm, the tension on the tension side of the belt is 588 N, and the tension on the slack side is 196 N.

【0054】これらの図において歯部反力Q、歯先摩擦
力Ft及び歯底摩擦力Fbの符号は伝動に寄与する方向
を正としている。また、横軸はベルトとプーリとの噛合
領域の位置を示す歯番号、縦軸は荷重の大きさを示して
おり、上記歯番号については、プーリに対してベルトが
進入する噛合入口を「0」とし、ベルトが抜け出す噛合
出口方向に数えた歯数で定義している。このため、駆動
側では張り側が、また従動側では緩み側がそれぞれ
「0」の歯番号となる。
In these drawings, the signs of the tooth reaction force Q, the tooth tip friction force Ft, and the tooth bottom friction force Fb are positive in the directions contributing to the transmission. Further, the horizontal axis represents the tooth number indicating the position of the meshing area between the belt and the pulley, and the vertical axis represents the magnitude of the load. Regarding the above tooth number, the meshing entrance where the belt enters the pulley is "0. Is defined as the number of teeth counted in the meshing exit direction from which the belt comes out. Therefore, the tension number on the drive side and the slack side on the driven side are “0”.

【0055】伝達分布の実験結果についてみると、図1
1〜図13の何れにおいても、駆動側と従動側とで大き
な相違点がある。すなわち、静的な力の釣合いから、起
動時には駆動側と従動側とは略同じ伝達力分布となる。
図14は起動時の伝動負荷を示す(図の(a)は駆動側
を、また(b)は従動側をそれぞれ示す)。ところが、
1つの歯に注目すると、起動時からプーリが回転して定
常状態に至る過程で、駆動側は張り側から緩み側への張
力変化に伴う摩擦の履歴を受け、また従動側ではその逆
方向の張力変化に伴い駆動側とは相異なる摩擦の履歴を
受ける。このため、起動時の伝達力分布が、駆動側と従
動側との大きな差異を定常状態で生じるほど変化したと
考えられる。
The experimental result of the transmission distribution is shown in FIG.
1 to 13, there is a big difference between the driving side and the driven side. That is, due to the static force balance, the driving side and the driven side have substantially the same transmission force distribution at the time of startup.
FIG. 14 shows the transmission load at the time of start-up ((a) in the figure shows the driving side, and (b) shows the driven side). However,
Focusing on one tooth, the drive side receives a friction history due to the tension change from the tension side to the slack side in the process in which the pulley rotates from the start-up to a steady state, and the driven side moves in the opposite direction. Along with the change in tension, the friction history is different from that on the drive side. Therefore, it is considered that the transmission force distribution at the time of startup changed so much that a large difference between the driving side and the driven side occurs in the steady state.

【0056】また、図11及び図13の各特性を比較す
ると、ピッチ差の正負も伝達力分布に大きな差を生じさ
せていることが判る。特に、歯部反力の最大値を生じる
場所が両図で逆になっている。つまり、図15(a)は
ピッチ差が0でベルト3の伸縮がないと仮定した場合に
定常回転状態での駆動側の噛合状態を、また図15
(b)は従動側の噛合状態をそれぞれ模式的に示してい
る。また、図15(c)はピッチ差が正の場合に、また
図15(d)はピッチ差が負の場合にそれぞれ単にベル
ト3をプーリ1に巻き付けたときの噛合状態を模式的に
示す。従って、ピッチ差がある場合の定常回転時の噛合
状態は、図15(a)又は(b)の噛合状態に図15
(c)又は(d)の噛合状態を重ね合わせたイメージと
なる。このとき、ベルト3とプーリ1との噛合面が一致
する箇所では歯部反力が促進されると考えられ、ピッチ
差が正の場合には駆動側は噛合入口で、また従動側は噛
合出口でそれぞれ噛合面が一致し、一方、ピッチ差が負
の場合にはその逆が噛合面の一致する場所となり、この
ことは図11及び図13の歯部反力最大値の生じる箇所
と一致している。
Comparing the characteristics shown in FIGS. 11 and 13, it can be seen that the positive and negative pitch differences also cause a large difference in the transmission force distribution. In particular, the places where the maximum value of the tooth reaction force is generated are opposite in both figures. That is, FIG. 15A shows the meshing state on the drive side in the steady rotation state, assuming that the pitch difference is 0 and the belt 3 does not expand or contract.
(B) schematically shows the meshing state on the driven side. Further, FIG. 15C schematically shows the meshing state when the belt 3 is simply wound around the pulley 1 when the pitch difference is positive, and FIG. 15D shows the meshing state when the pitch difference is negative. Therefore, when there is a pitch difference, the meshing state at the time of steady rotation is as shown in FIG. 15 (a) or (b).
It is an image in which the meshing state of (c) or (d) is overlapped. At this time, it is considered that the tooth reaction force is promoted at a position where the meshing surfaces of the belt 3 and the pulley 1 coincide with each other. When the pitch difference is positive, the driving side is the meshing inlet and the driven side is the meshing outlet. The meshing surfaces are coincident with each other, and on the other hand, when the pitch difference is negative, the opposite is where the meshing surfaces coincide. This coincides with the place where the maximum value of the tooth reaction force in FIGS. 11 and 13 occurs. ing.

【0057】図13の駆動側における歯底摩擦力に注目
すると、回転方向に従って歯底摩擦力が負から正へ連続
的に変化している。つまり、摩擦力の向きが途中で変わ
り、しかも、その変わり目で摩擦力の大きさが0になっ
ている。この現象は、台形歯の場合に言及したように、
摩擦の状態を常に滑り状態と仮定している従来の伝動理
論では説明できないが、固着及び滑りいう2つの摩擦状
態とその方向の履歴異存性とを考慮した本発明に係るモ
デルの計算結果によると旨く再現することができる。
Focusing on the root friction force on the drive side in FIG. 13, the root friction force continuously changes from negative to positive in accordance with the rotation direction. That is, the direction of the frictional force changes on the way, and the magnitude of the frictional force becomes 0 at that transition. This phenomenon is, as mentioned in the case of trapezoidal teeth,
Although it cannot be explained by the conventional transmission theory that the frictional state is always assumed to be the sliding state, according to the calculation result of the model according to the present invention considering two frictional states of sticking and sliding and the history dissimilarity of the direction. It can be successfully reproduced.

【0058】図11〜図13において、S8M形の特徴
である歯先摩擦力についてみると、全般に値が小さく、
その変化の度合も低い。実験に係るベルト及びプーリに
おける歯先圧縮量(ベルト歯高さ−プーリ溝深さ=0.
10mm)では面圧も小さく、心体4から歯部8を介し
て離れた位置に接触面があるので、心体4の動きに対す
る追従性が鈍くなったと考えられる。
11 to 13, the tooth tip frictional force, which is a characteristic of the S8M type, has a small value in general,
The degree of that change is also low. The amount of tooth tip compression in the belt and pulley according to the experiment (belt tooth height-pulley groove depth = 0.
At 10 mm), the surface pressure is small, and the contact surface is located away from the core body 4 via the tooth portion 8. Therefore, it is considered that the followability to the movement of the core body 4 is reduced.

【0059】本発明に係る伝動解析モデルの計算結果を
実験結果と比較すると、両者は駆動側及び従動側で定性
的に合致し、特に歯部反力については定量的にも合致し
ており、本発明に係る伝動解析が有効であることが判
る。
Comparing the calculation results of the transmission analysis model according to the present invention with the experimental results, both are qualitatively matched on the driving side and the driven side, and particularly, the tooth reaction force is also quantitatively matched. It can be seen that the transmission analysis according to the present invention is effective.

【0060】但し、伝動解析においては、噛合出口でみ
られる顕著なピークは再現されていない。このピーク
は、ベルト3の歯部8がプーリ1から抜け出るときの摩
擦抵抗が加わったものと考えられるが、解析モデルで
は、要素の分割が粗いので、上記摩擦抵抗を表現できな
かったものと考えられる。
However, in the transmission analysis, the remarkable peak seen at the meshing outlet is not reproduced. It is considered that this peak is due to the addition of frictional resistance when the tooth portion 8 of the belt 3 comes out of the pulley 1, but it is considered that the above-mentioned frictional resistance could not be expressed due to the coarse division of elements in the analytical model. To be

【0061】また、歯部反力に比べ摩擦力の合致度がや
や悪いのは、上記要素分割が粗いことや、測定プーリの
歯頂部のスリット幅が小さいことによる計測誤差、さら
には上述の如く歯底摩擦力に直結するゴム/帆布層の剪
断変形の差異等が考えられる。実際の歯付ベルトは心
体、ゴム及び帆布の3層構造を持っているので(図4参
照)、途中で屈折するような剪断変形があるが、解析モ
デルでは図6に示す如く1層構造であるので、単純な剪
断変形となり、このことに起因して摩擦力の合致度が低
下する。
Further, the degree of matching of the frictional force is slightly worse than the reaction force of the tooth portion, because the above element division is rough and the measurement error due to the small slit width at the tooth top portion of the measurement pulley, and as described above. The difference in the shear deformation of the rubber / cloth layer, which is directly connected to the root friction force, is considered. Since the actual toothed belt has a three-layer structure of a core, rubber and canvas (see Fig. 4), there is shear deformation that causes refraction in the middle, but in the analysis model it has a one-layer structure as shown in Fig. 6. Therefore, the shear deformation is simple, and due to this, the matching degree of the frictional force is reduced.

【0062】このように、本発明に係る伝動解析による
と、要素粗さの点があるものの、歯部剪断疲労に関与す
る歯部反力の予測精度が高いので、軸数を増して実際の
レイアウトに近付け、トルク変動を考慮すれば、歯部の
剪断疲労寿命を正確に予測することができることが判
る。
As described above, according to the transmission analysis of the present invention, although there is a point of the element roughness, the prediction accuracy of the tooth reaction force involved in the tooth shear fatigue is high, and therefore the number of axes is increased and the actual value is increased. It can be seen that the shear fatigue life of the tooth can be accurately predicted by approaching the layout and considering the torque fluctuation.

【0063】次に、本発明者は、本発明に係る有限要素
解析モデルを用いて伝動系の各諸元が伝達力分布特性に
及ぼす影響を調べた。その因子は、台形歯形のときに大
きな影響力が観察されたピッチ差Δp、及びS8M形ベ
ルトの特徴である歯先圧縮量Δcである。さらにプーリ
歯数は28とし、ベルトの張り側張力を588Nとし、
緩み側張力を196Nとし、その他の諸元は表1に準じ
た。
Next, the inventor of the present invention examined the influence of each specification of the transmission system on the transmission force distribution characteristic by using the finite element analysis model according to the present invention. The factors are the pitch difference Δp, where a large influence is observed in the case of the trapezoidal tooth profile, and the tooth tip compression amount Δc which is a characteristic of the S8M type belt. Further, the number of pulley teeth is 28, the tension on the belt tension side is 588 N,
The slack side tension was set to 196 N, and other specifications were in accordance with Table 1.

【0064】図16はピッチ差Δpを、また図18は歯
先圧縮量Δcをそれぞれ変化させたときの計算結果を示
し、各図の(a)は駆動側を、また(b)は従動側をそ
れぞれ示す。実線は歯部反力Qを、また破線は歯底摩擦
力Fbをそれぞれ表している。
FIG. 16 shows the calculation results when the pitch difference Δp is changed, and FIG. 18 shows the calculation results when the tooth tip compression amount Δc is changed. In each figure, (a) shows the drive side and (b) shows the driven side. Are shown respectively. The solid line represents the tooth reaction force Q, and the broken line represents the tooth bottom friction force Fb.

【0065】図16における数値はピッチ差の値であ
る。この図16によると、台形歯形の場合と同様に、ピ
ッチ差によって伝達力分布が大きく変化しているのが判
る。すなわち、ピッチ差の変化に応じて歯部反力につい
てはピーク位置が移動し、摩擦力は方向が変わってい
る。
The numerical values in FIG. 16 are pitch difference values. According to FIG. 16, it can be seen that the transmission force distribution greatly changes due to the pitch difference, as in the case of the trapezoidal tooth profile. That is, the peak position of the tooth reaction force moves according to the change in the pitch difference, and the direction of the friction force changes.

【0066】一般に、自動車用エンジンに装備される歯
付ベルトでは、クランクプーリとしての駆動プーリ上の
荷重伝達が最も厳しいと考えられるので、図16(a)
に示す駆動側の最大歯部反力に着目し、ピッチ差の各々
に対する最大歯部反力の特性を示したものが図17であ
る。この図17ではピッチ差が−0.014mmである
ときに最大歯部反力が最小となっている。
Generally, in a toothed belt installed in an automobile engine, it is considered that the load transmission on the drive pulley as the crank pulley is the most severe, so that FIG.
FIG. 17 shows the characteristics of the maximum tooth reaction force with respect to each pitch difference, focusing on the maximum tooth reaction force on the driving side shown in FIG. In FIG. 17, the maximum tooth part reaction force is minimum when the pitch difference is -0.014 mm.

【0067】ベルトの張り側張力が588Nで緩み側張
力が196Nであるという張力条件では、392(=5
88−196)Nが平均張力が作用していると考える
と、ベルトは0.11(=392÷343000×10
0)%だけ伸長されるから、公称ピッチ8mmに対し、
無張力状態で定義されたピッチ差−0.009mmのと
きが実質的なピッチ差0となる。最大歯部反力が最小と
なるピッチ差は、上記−0.009mmよりも負側の−
0.014mmであるので、ピッチ差が負である場合の
方が正の場合よりも歯部剪断疲労には有利である。
Under the tension condition that the tension on the belt tension side is 588 N and the tension on the slack side is 196 N, 392 (= 5
88-196) N is considered to have an average tension, the belt has 0.11 (= 392 ÷ 343000 × 10).
Since it is stretched by 0)%, for a nominal pitch of 8 mm,
When the pitch difference defined in the state of no tension is -0.009 mm, the pitch difference is substantially zero. The pitch difference that minimizes the maximum tooth reaction force is on the negative side of -0.009 mm above.
Since it is 0.014 mm, the case where the pitch difference is negative is more advantageous for the tooth shear fatigue than the case where the pitch difference is positive.

【0068】一方、図18に示す歯先圧縮量について
は、ピッチ差は−0.022mmであり、図中の一点鎖
線は歯先摩擦力Ftをそれぞれ表している。数値は歯先
圧縮量Δcの値である。この図18によると、歯先圧縮
量Δcの増大に応じて歯先の面圧が増大し、かつ歯底の
面圧が減少するので、摩擦力に大きな影響が出るもの
の、歯部反力にも影響が出ることが判る。特に駆動側で
は、噛込み時のベルトの歯部とプーリ溝との位置関係を
保つ方向に摩擦力が作用するので、歯先摩擦力は負の方
向となり、その大きさが増えると、力の釣り合い上、歯
部反力も増大することとなる。図19は歯先圧縮量Δc
に対する最大歯部反力の特性を示したものであり、この
図19では歯先圧縮量の増大が歯先摩擦力の増大、そし
て最大歯部反力の増大を招いている。すなわち、歯部の
剪断疲労だけみると、S8M形の特徴である歯先圧縮は
不利に働き、台形歯形のように歯先圧縮のない方が有利
ということになる。しかし、歯先圧縮は、接触面積の小
さな歯底部の面圧を緩和したり、心体の多角形的巻付け
を緩和したりする作用があるので、一概にない方がよい
とは言えない。
On the other hand, regarding the tooth tip compression amount shown in FIG. 18, the pitch difference is −0.022 mm, and the alternate long and short dash line in the figure represents the tooth tip friction force Ft. The numerical value is the value of the tooth tip compression amount Δc. According to FIG. 18, the surface pressure of the tooth tip increases and the surface pressure of the tooth bottom decreases in accordance with the increase of the tooth tip compression amount Δc, so that the frictional force is greatly affected, but the tooth part reaction force is increased. It can be seen that is also affected. Especially on the drive side, the frictional force acts in the direction that maintains the positional relationship between the tooth portion of the belt and the pulley groove at the time of biting, so the tooth tip frictional force is in the negative direction. In terms of balance, the tooth reaction force also increases. FIG. 19 shows the tooth tip compression amount Δc.
FIG. 19 shows the characteristics of the maximum tooth part reaction force with respect to the above. In FIG. 19, an increase in the tooth tip compression amount causes an increase in the tooth tip friction force and an increase in the maximum tooth part reaction force. That is, considering only the shear fatigue of the tooth portion, the tip compression, which is a characteristic of the S8M type, works disadvantageously, and it is advantageous that there is no tip compression like the trapezoidal tooth profile. However, since the tip compression has the effect of relaxing the surface pressure at the bottom of the tooth with a small contact area and relaxing the polygonal winding of the core, it cannot be said that it should be absolutely eliminated.

【0069】(実施例2)図20〜図31は実施例2を
示し(尚、図5及び図7と同じ部分については同じ符号
を付してその詳細な説明は省略する)、平ベルトに適用
したものである。
(Embodiment 2) FIGS. 20 to 31 show Embodiment 2 (note that the same parts as those in FIGS. 5 and 7 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted), and a flat belt is used. It is applied.

【0070】図20は平ベルト伝動機構を示し、この機
構は平プーリ41,41とそれらに巻き掛けられた平ベ
ルト42とからなる。平ベルト42は、例えば図21に
示すように、心体43を埋設した接着ゴム層44と、該
接着ゴム層44のベルト背面側に一体に接着された上ゴ
ム層45と、接着ゴム層44のベルト底面側に一体に接
着された下カバー層46(下ゴム層)とを備えてなる。
FIG. 20 shows a flat belt transmission mechanism, which is composed of flat pulleys 41, 41 and a flat belt 42 wound around them. As shown in FIG. 21, for example, the flat belt 42 includes an adhesive rubber layer 44 in which a core body 43 is embedded, an upper rubber layer 45 integrally bonded to the belt back side of the adhesive rubber layer 44, and an adhesive rubber layer 44. And a lower cover layer 46 (lower rubber layer) integrally bonded to the bottom surface side of the belt.

【0071】図22は平ベルトを用いた伝動解析モデル
を概略的に示しており、同図(a)は初期配置状態を、
また同図(b)は最終の定常状態をそれぞれ示す。この
モデルでは、平ベルトにおいて伝動に関与する心体43
と下カバー層46とについてのみモデル化し、心体43
には2節点梁要素を、また下カバー層46には4節点平
面応力要素をそれぞれ用いる。また、プーリ41は所定
の外径を有する円形状の剛表面で定義し、ベルト42の
下カバー層46においてプーリ41と接触する側に接合
要素を配置し、この接合要素でベルト42及びプーリ4
1間の接触、摩擦及び剥離を考慮する。摩擦について
は、摩擦力をF、摩擦係数をμ(=一定)、垂直力をN
とするとき、F<μNであれば固着状態とし、F=μN
であれば有限滑り状態とする一般的なクーロン則を適用
する。
FIG. 22 schematically shows a transmission analysis model using a flat belt, and FIG. 22 (a) shows the initial arrangement state.
Further, FIG. 3B shows the final steady state. In this model, the core body 43 involved in the transmission in the flat belt is
And the lower cover layer 46 are modeled, and the core body 43
For the lower cover layer 46, and a 4-node plane stress element for the lower cover layer 46. Further, the pulley 41 is defined by a circular rigid surface having a predetermined outer diameter, and a joining element is arranged on the side of the lower cover layer 46 of the belt 42 that comes into contact with the pulley 41. With this joining element, the belt 42 and the pulley 4 are provided.
Consider contact, friction and delamination between 1's. Regarding friction, the friction force is F, the friction coefficient is μ (= constant), and the normal force is N.
Then, if F <μN, the state is fixed and F = μN
If so, apply the general Coulomb's law, which assumes a finite slip state.

【0072】図23は平ベルトを用いた2軸の伝動解析
モデルを示し、このモデルによりベルト及びプーリ間の
摩擦伝動時の挙動についてシミュレートする。まず、図
23(a)に示すように、伝動解析モデルの初期配置を
決定する。すなわち、剛体面で表現した2つの平プーリ
41,41を水平方向に可及的に接近して並設し、これ
らプーリ41,41を取り囲むように円形状に連なった
平ベルト42のモデルを配置している。そして、図で左
側の駆動プーリ41については全ての自由度を拘束して
完全固定状態とし、また同右側の従動プーリ41につい
ては水平方向以外の自由度を拘束して垂直方向固定状態
とする。
FIG. 23 shows a biaxial transmission analysis model using a flat belt, and this model simulates the behavior during friction transmission between the belt and the pulley. First, as shown in FIG. 23A, the initial arrangement of the transmission analysis model is determined. That is, two flat pulleys 41, 41 represented by a rigid surface are arranged side by side in the horizontal direction as closely as possible, and a model of a flat belt 42 arranged in a circular shape is arranged so as to surround these pulleys 41, 41. is doing. The left drive pulley 41 is constrained in all the degrees of freedom to be completely fixed, and the right driven pulley 41 is constrained in degrees other than horizontal to be fixed in the vertical direction.

【0073】次いで、有限要素法による解析を実行す
る。図23(b)に示すように、上記初期配置にあるモ
デルに対し、従動プーリ41の回転軸に荷重を与えて、
駆動及び従動プーリ41,41間に掛け渡されたベルト
42が軸荷重Wにより張られた状態とし、ベルト42に
張り側張力T1 及び緩み側張力T2 を付与する。次に、
図23(c)に示す如く、張力の大きさ及び向きを同じ
状態に保ったまま、従動プーリ41の回転の拘束を解除
して、その従動プーリ41に対し負荷トルクTrに相当
する図で時計回り方向の集中モーメントを与えて起動状
態とする。この状態から、図23(d)に示すように、
駆動プーリ41に反時計回り方向の回転角変位を強制的
に与え、最終目的の定常状態を得る。
Next, analysis by the finite element method is executed. As shown in FIG. 23B, a load is applied to the rotation shaft of the driven pulley 41 with respect to the model in the initial arrangement,
The belt 42 stretched between the drive and driven pulleys 41, 41 is tensioned by the axial load W, and tension T1 and tension T2 on the tension side are applied to the belt 42. next,
As shown in FIG. 23C, while keeping the magnitude and direction of the tension in the same state, the constraint of the rotation of the driven pulley 41 is released, and a clock corresponding to the load torque Tr is applied to the driven pulley 41. A concentrated moment in the turning direction is applied to activate the system. From this state, as shown in FIG.
The drive pulley 41 is forcibly given a rotational angle displacement in the counterclockwise direction to obtain a final target steady state.

【0074】そして、このように初期配置から定常状態
に至る過程でそれぞれベルト42の荷重分担、つまり摩
擦力分布、心体43の張力分布等を求める。以後、上記
実施例1と同様に、上記出力された荷重分担の特性を、
予め設定されている耐久寿命特性に照合して平ベルト4
2の推定寿命を出力する。
In this way, in the process from the initial arrangement to the steady state, the load sharing of the belt 42, that is, the frictional force distribution, the tension distribution of the core body 43, etc. are obtained. Thereafter, similarly to the first embodiment, the output load sharing characteristics are
Flat belt 4 in accordance with preset durability life characteristics
The estimated life of 2 is output.

【0075】したがって、この実施例においても、上記
実施例1と同様の作用効果が得られる。
Therefore, also in this embodiment, the same operational effect as that of the above-described first embodiment can be obtained.

【0076】図24は、上記のようにして有限要素解析
により得られる平ベルトの荷重分担の摩擦力分布を検証
するための実験装置を示し、51は固定体(図示せず)
に回転可能に支持された第1水平軸で、この水平軸51
の前端には第1平プーリ52が、また後端には第1ワイ
ヤシーブ53がそれぞれ回転一体に取り付けられてい
る。54は第1水平軸51の下側に昇降可能に配置され
た第2水平軸で、この第2水平軸54の前端には第1平
プーリ52と同径の第2平プーリ55が、また後端には
第1ワイヤシーブ53と同径の第2ワイヤシーブ56が
それぞれ回転一体に取り付けられ、上記第1及び第2平
プーリ52,55間に試験用の平ベルト57が巻き掛け
られている。
FIG. 24 shows an experimental apparatus for verifying the load distribution friction force distribution of the flat belt obtained by the finite element analysis as described above, and 51 is a fixed body (not shown).
The first horizontal shaft rotatably supported by
A first flat pulley 52 is attached to the front end of the above, and a first wire sheave 53 is attached to the rear end thereof so as to rotate together. A second horizontal shaft 54 is arranged below the first horizontal shaft 51 so as to be able to move up and down, and a second flat pulley 55 having the same diameter as the first flat pulley 52 is provided at the front end of the second horizontal shaft 54. A second wire sheave 56 having the same diameter as that of the first wire sheave 53 is attached to the rear end thereof so as to rotate together, and a test flat belt 57 is wound between the first and second flat pulleys 52 and 55.

【0077】また、第2水平軸54の前後中間部には初
張力用重錘W1 が吊り下げられており、この重錘W1 に
より試験用平ベルト57に対し所定の初張力T0 を与え
るようにしている。
A weight W1 for initial tension is suspended at the front-rear intermediate portion of the second horizontal shaft 54, and a predetermined initial tension T0 is applied to the flat belt 57 for test by this weight W1. ing.

【0078】一方、第1ワイヤシーブ53には、中間部
が上記初張力用重錘W1 よりも下側に垂れ下がったワイ
ヤ58の一端部が巻き掛けられて繋がれ、このワイヤ5
8の他端部は第2ワイヤシーブ56に対し第1ワイヤシ
ーブ53へのワイヤ連繋側と反対側に巻き掛けられて繋
がれている。ワイヤ58の中間部には第3ワイヤシーブ
59が巻き掛けられて吊持され、この第3ワイヤシーブ
59の軸部には負荷用重錘W2 が吊り下げられており、
この重錘W2 により両平プーリ52,55に対し所定の
負荷トルクを与えるようにしている。
On the other hand, the first wire sheave 53 is wound around and connected to one end of a wire 58 whose intermediate portion hangs below the initial tension weight W1.
The other end of 8 is wound and connected to the second wire sheave 56 on the side opposite to the wire connection side to the first wire sheave 53. A third wire sheave 59 is wound around and suspended in the middle of the wire 58, and a load weight W2 is suspended on the shaft portion of the third wire sheave 59.
A predetermined load torque is applied to both flat pulleys 52 and 55 by this weight W2.

【0079】さらに、上記第1平プーリ52は伝動力測
定プーリとされている。すなわち、図25に示す如く、
第1平プーリ52には1対のスリット部L,Lが加工が
施され、このスリット部L,Lの根元部分にはプーリ5
2の回転方向に対応してそれぞれ1対の歪みゲージ3
8,38が貼り付けられており、この歪みゲージ38,
38により摩擦力を検出するようにしている。
Further, the first flat pulley 52 is a power transmission measuring pulley. That is, as shown in FIG.
The first flat pulley 52 is processed with a pair of slit portions L, L, and the pulley 5 is provided at the root of the slit portions L, L.
One pair of strain gauges 3 corresponding to the two rotation directions
8 and 38 are attached, and this strain gauge 38,
The frictional force is detected by 38.

【0080】また、上記第1水平軸51には第1平プー
リ52の角変位を検出するポテンショメータ60が取り
付けられている。
Further, a potentiometer 60 for detecting the angular displacement of the first flat pulley 52 is attached to the first horizontal shaft 51.

【0081】上記試験用の平ベルト57の心体はアラミ
ド繊維であり、その下カバー層はCR(クロロプレンゴ
ム)で構成されている。また、平プーリ52,55は鋼
鉄製である。これらの平プーリ52,55及び平ベルト
57の主要諸元は下記の表2のとおりである。
The core of the test flat belt 57 is made of aramid fiber, and the lower cover layer thereof is made of CR (chloroprene rubber). The flat pulleys 52 and 55 are made of steel. The main specifications of the flat pulleys 52, 55 and the flat belt 57 are shown in Table 2 below.

【0082】[0082]

【表2】 [Table 2]

【0083】図26及び図27に、これらの実験により
ベルト及びプーリの定常状態での摩擦力分布の実験値
(実線にて示す)を計算値(破線及び一点鎖線にて示
す)と比較して示しており、各図の(a)は駆動側を、
また(b)は従動側をそれぞれ示す。図26は平ベルト
の張り側張力が196Nでかつ緩み側張力が98Nであ
る張力条件下でのデータであり、図27は上記ベルトの
張り側張力を294Nとし、緩み側張力を98Nとした
張力条件下でのデータである。尚、図26中、摩擦係数
μをμ=0.5としたときの計算値を破線にて、またμ
=0.7としたときの計算値を一点鎖線にてそれぞれ示
している。また、図27では駆動側の摩擦係数μをμ=
0.7としたときの計算値を、また従動側をμ=0.5
としたときの計算値をそれぞれ示す。
26 and 27, the experimental values (indicated by the solid line) of the frictional force distribution in the steady state of the belt and the pulley in these experiments are compared with the calculated values (indicated by the broken line and the alternate long and short dash line). (A) of each figure shows the drive side,
Further, (b) shows the driven side, respectively. FIG. 26 shows data under tension conditions in which the tension on the flat belt side is 196 N and the tension on the loose side is 98 N, and FIG. It is data under the conditions. In FIG. 26, the broken line indicates the calculated value when the friction coefficient μ is μ = 0.5.
The calculated values when = 0.7 are shown by the alternate long and short dash lines. Further, in FIG. 27, the friction coefficient μ on the driving side is μ =
Calculated value when 0.7, μ = 0.5 for driven side
The calculated values are shown respectively.

【0084】これらの図26及び図27において、横軸
は接触部での位置を示すために、ベルトの張り側がプー
リと接触する位置を0°としてプーリの中心軸線回りに
緩み側方向へ測定した角度を示す。また、縦軸は荷重の
大きさを示し、摩擦力の向きについては張り側から緩み
側へ向かう方向を正としている。
In FIGS. 26 and 27, in order to show the position at the contact portion on the abscissa, the position where the tension side of the belt comes into contact with the pulley is set to 0 °, and measurement is performed in the loosening direction around the central axis of the pulley. Indicates the angle. The vertical axis represents the magnitude of the load, and the direction of the frictional force is positive in the direction from the tension side to the slack side.

【0085】図26及び図27から明らかなように、計
算結果は実験結果と定性的に一致している。また、定量
的には駆動側での摩擦係数μをμ=0.7とし、また従
動側をμ=0.5としたときにそれぞれ一致している。
従って、本実施例によれば、その平ベルトの有限要素モ
デルについて、摩擦係数を適切に設定することで、摩擦
力分布を正確に予測することができ、延いては平ベルト
の寿命を予測することができる。特に、摩擦係数を駆動
側及び従動側でそれぞれ互いに異ならせれば、より一層
有利となる。
As is clear from FIGS. 26 and 27, the calculation results qualitatively agree with the experimental results. Quantitatively, when the friction coefficient μ on the driving side is μ = 0.7, and when the driven side is μ = 0.5, they are in agreement.
Therefore, according to the present embodiment, by appropriately setting the friction coefficient for the finite element model of the flat belt, the frictional force distribution can be accurately predicted, and the life of the flat belt is predicted. be able to. In particular, it is even more advantageous if the friction coefficient is different on the driving side and the driven side.

【0086】また、図26及び図27についてみると、
計算値及び実験値の何れにおいても、駆動側と従動側と
で摩擦力の分布が大きく異なり、駆動側では摩擦力の向
きが負から正へと変化していることが判る。すなわち、
図28に示すように、プーリ41に接触している平ベル
ト42において、下カバー層46の仮想断面はその初期
にa−a′の位置にあるとすると、プーリ41の時計回
り方向の回転に伴い、接触部が滑らない限り、下カバー
層46の厚さtによる曲率差から接触部の動きよりも心
体43の動きが遅れて、下カバー層46の仮想断面がb
−b′のように変化し、剪断変形δが生じる。駆動側で
は、この剪断変形δが摩擦力を強制的に正の方向に向か
わせるので、力の釣合いをとるために、接触の初期領域
では逆向きつまり負の摩擦力が作用することとなる。
Further, referring to FIGS. 26 and 27,
It can be seen that in both the calculated value and the experimental value, the distribution of the frictional force is greatly different between the driving side and the driven side, and the direction of the frictional force on the driving side changes from negative to positive. That is,
As shown in FIG. 28, in the flat belt 42 in contact with the pulley 41, assuming that the virtual cross section of the lower cover layer 46 is at the position aa ′ at the initial stage, the pulley 41 rotates clockwise. Accordingly, as long as the contact portion does not slip, the movement of the core body 43 is delayed from the movement of the contact portion due to the curvature difference due to the thickness t of the lower cover layer 46, and the virtual cross section of the lower cover layer 46 is b.
-B ′ changes, and shear deformation δ occurs. On the drive side, this shear deformation δ forces the frictional force to move in the positive direction, and therefore, in the initial region of contact, the opposite direction, that is, the negative frictional force acts, in order to balance the forces.

【0087】この駆動側の摩擦力分布は心体43の張力
分布に重大な影響を及ぼす。すなわち、図28に示す下
カバー層46の釣合いから、張り側から緩み側にかけて
負の領域では張力が増大する一方、正の領域では減少
し、従ってプーリ41との接触部には張り側張力よりも
高い張力域が存在する。例えば図29は、平ベルトの張
り側張力が196Nでかつ緩み側張力が98Nである張
力条件下での駆動側の張力分布計算結果を示しており、
張り側張力よりも40%高い最大張力が認められる。
尚、この最大張力の大きさが張り側張力に負の摩擦力の
総和を加えたものになる。
This frictional force distribution on the driving side has a significant effect on the tension distribution of the core body 43. That is, from the balance of the lower cover layer 46 shown in FIG. 28, the tension increases from the tension side to the slack side in the negative region, while it decreases in the positive region, and therefore the tension at the contact portion with the pulley 41 is lower than the tension side. There is also a high tension range. For example, FIG. 29 shows a tension distribution calculation result on the drive side under a tension condition in which the tension on the tension side of the flat belt is 196 N and the tension on the slack side is 98 N.
A maximum tension of 40% higher than the tension on the tension side is observed.
The maximum tension is the tension on the tension side plus the sum of the negative frictional forces.

【0088】次に、接触部の摩擦状態に注目すると、図
26及び図27には計算結果から判別した摩擦状態を固
着状態「ST」又は滑り状態「SL」として示してい
る。駆動側では、接触始め(張り側)から正の最大摩擦
力が生じているところまでが固着領域であり、それ以降
が滑り領域となっている。すなわち、固着領域では図2
8に示すような下カバー層46の剪断変形が生じ、それ
が同図の右側で限界に達したときから接触部が滑ってい
ると考えられる。この滑り領域ではEulerの理論が
成立している。
Next, paying attention to the frictional state of the contact portion, FIGS. 26 and 27 show the frictional state determined from the calculation result as the fixed state "ST" or the sliding state "SL". On the driving side, the area from the start of contact (tension side) to the point where the maximum positive frictional force is generated is the fixed area, and the area thereafter is the sliding area. That is, in the fixed area, as shown in FIG.
It is considered that the shear deformation of the lower cover layer 46 as shown in FIG. 8 occurs and the contact portion is slipping when it reaches the limit on the right side of the figure. Euler's theory holds in this sliding region.

【0089】一方、従動側では、接触の両端部を除いた
殆どの領域が固着状態となっており、回転方向にかけて
の心体43の張力変化による下カバー層46の剪断変形
と、曲率差から生じる剪断変形との方向が逆となり、そ
れらを合成した剪断変形が滑り限界に達していないと考
えられる。
On the other hand, on the driven side, most of the area except for both ends of contact is in a fixed state, and due to shear deformation of the lower cover layer 46 due to change in tension of the core body 43 in the rotational direction and difference in curvature. It is considered that the direction of the shear deformation that occurs is opposite, and the shear deformation that combines them is not reaching the slip limit.

【0090】ベルト寿命を考えた場合、下カバー層4
6の摩耗は滑り領域内で進行するので、可能な限り滑り
領域が小さくすること、心体疲労については、接触部
に生じる最大張力が小さい、換言すれば負の摩擦力の総
和は小さいことが望ましい。これらは何れも駆動側に関
与しており、この駆動側の摩擦力分布を比較すること
で、定性的なベルト寿命の評価を行うことができる。
Considering the belt life, the lower cover layer 4
Since the wear of No. 6 progresses in the sliding region, the sliding region should be as small as possible, and regarding the body fatigue, the maximum tension generated at the contact portion should be small, in other words, the total of the negative frictional force should be small. desirable. All of these are related to the driving side, and by comparing the frictional force distributions on the driving side, it is possible to qualitatively evaluate the belt life.

【0091】こうしたベルト寿命の向上への指針を得る
ために、本発明の解析モデルを用いて、ベルトにおける
各因子が駆動側の摩擦力分布に与える影響を調べたとこ
ろ、図30及び図31に示す特性が得られた。上記各因
子としては下カバー層46の厚さt及び弾性率Eであ
り、その他の条件は表2と同じである。
In order to obtain the guideline for improving the belt life, the influence of each factor in the belt on the frictional force distribution on the driving side was examined by using the analytical model of the present invention. The properties shown were obtained. The above-mentioned factors are the thickness t of the lower cover layer 46 and the elastic modulus E, and other conditions are the same as those in Table 2.

【0092】これらの図により、下カバー層46の厚さ
t及び弾性率Eの何れについても小さくする方が滑り領
域が小さく、かつ負の摩擦力の総和も小さくなり、従っ
て下カバー層46の摩耗及び心体43の疲労に関してベ
ルト寿命が延びることが判る。尚、この他に、下カバー
層46自体の疲労を考慮することもできる。
From these figures, the smaller the thickness t and the elastic modulus E of the lower cover layer 46, the smaller the sliding area, and the smaller the total negative friction force. It can be seen that the belt life is extended with respect to wear and fatigue of the core body 43. In addition to this, fatigue of the lower cover layer 46 itself can be taken into consideration.

【0093】(実施例3)図32〜図38は実施例3を
示し(尚、図5及び図7と同じ部分については同じ符号
を付してその詳細な説明は省略する)、Vベルトの一種
である高負荷伝動用ブロックベルトに適用したものであ
る。
(Embodiment 3) FIGS. 32 to 38 show Embodiment 3 (note that the same parts as those in FIGS. 5 and 7 are designated by the same reference numerals and their detailed description will be omitted). It is applied to a kind of block belt for high load transmission.

【0094】図32はブロックベルトの伝動機構を示
し、この伝動機構は1対のVプーリ61,61と、これ
らVプーリ61,61間に巻き掛けられたブロックベル
ト62とを備えてなる。図33はブロックベルト62の
構造を示す。このベルト62は、保形層63の内部に複
数の心体64,64,…(心線)が平行に配置されて埋
設されたゴム等からなる左右1対のエンドレスの張力帯
65,65と、左右外側部に上記各張力帯65を幅方向
から着脱可能に嵌装せしめる切欠き状の嵌合溝68,6
8を有し、左右側面がVプーリ61の断面V字状のベル
ト溝側面に当接可能とされた多数のブロック69,6
9,…とからなり、各ブロック69の嵌合溝68,68
にそれぞれ張力帯65,65を嵌合せしめて多数のブロ
ック69,69,…をベルト長手方向に連続的に固定し
たものである。
FIG. 32 shows a block belt transmission mechanism. This transmission mechanism comprises a pair of V pulleys 61, 61 and a block belt 62 wound between these V pulleys 61, 61. FIG. 33 shows the structure of the block belt 62. The belt 62 includes a pair of left and right endless tension bands 65, 65 made of rubber or the like in which a plurality of core bodies 64, 64, ... , Notch-shaped fitting grooves 68, 6 into which the respective tension bands 65 are detachably fitted in the left and right outer portions in the width direction
8. A large number of blocks 69, 6 having the right and left side surfaces capable of abutting on the side surface of the V-shaped belt groove of the V pulley 61.
9 and so on, and the fitting grooves 68, 68 of each block 69
The tension bands 65, 65 are fitted to the respective blocks, and a large number of blocks 69, 69, ... Are continuously fixed in the belt longitudinal direction.

【0095】すなわち、このベルト62において、各張
力帯65の上面には各ブロック69に対応してその幅方
向に延びる一定ピッチの係合部としての上側凹溝66,
66,…が、下面には上記各凹溝66に対応して張力体
65の幅方向に延びる一定ピッチの係合部としての下側
凹溝67,67,…がそれぞれ形成されている。一方、
各ブロック69の嵌合溝68上壁面には上記張力帯65
上面の各上側凹溝66に嵌合する係止部としての凸条7
0が、嵌合溝68の下壁面には張力帯65下面の各下側
凹溝67に嵌合する係止部としての凸条71がそれぞれ
形成されており、この各ブロック69の凸条70,71
をそれぞれ張力帯65の凹溝66,67に係合せしめて
該ブロック69をベルト長手方向に係止固定するように
なされている。
That is, in this belt 62, on the upper surface of each tension band 65, upper concave grooves 66, which correspond to each block 69 and extend in the width direction thereof, as engaging portions of a constant pitch,
, And lower recessed grooves 67, 67, ... Corresponding to each of the recessed grooves 66, which are engaging portions of a constant pitch extending in the width direction of the tension body 65 are formed. on the other hand,
The tension band 65 is provided on the upper wall surface of the fitting groove 68 of each block 69.
The ridges 7 as locking portions that fit into the upper concave grooves 66 on the upper surface
No. 0 is provided on the lower wall surface of the fitting groove 68, and the ridges 71 are formed as locking portions to be fitted into the respective lower concave grooves 67 on the lower surface of the tension band 65. , 71
Are engaged with the concave grooves 66 and 67 of the tension band 65 to lock and fix the block 69 in the belt longitudinal direction.

【0096】図34はブロックベルト62を用いた1軸
の伝動解析モデルを概略的に示しており、同図(a)は
初期配置状態を、また同図(b)は最終の定常状態をそ
れぞれ示す。このモデルによりベルト62及びプーリ6
1間の摩擦伝動時の挙動についてシミュレートする。す
なわち、プーリ61との接触長さの2倍以上のベルトモ
デルを用意し、まず、図34(a)に示すように(図は
接触角が180°である場合を示す)、ベルト62の走
行方向に対して前半部をプーリ61の巻き付いた円弧状
とし、後半部を巻終りの接線方向に直線状に配置して、
伝動解析モデルの初期配置を決定する。次いで、有限要
素法による解析を実行する。具体的には、上記初期配置
にあるモデルに対し、駆動プーリ61の回転を拘束した
まま、ベルト62両端部に張り側張力及び緩み側張力を
それぞれ接線方向に与え、起動時の平衡状態を収束計算
する。尚、図は駆動側のプーリを想定しているが、従動
側プーリに対しては張り側張力及び緩み側張力の位置を
逆にすればよい。
FIG. 34 schematically shows a uniaxial transmission analysis model using the block belt 62. FIG. 34 (a) shows the initial arrangement state, and FIG. 34 (b) shows the final steady state. Show. Belt 62 and pulley 6 by this model
The behavior at the time of friction transmission between 1 is simulated. That is, a belt model having twice or more the contact length with the pulley 61 is prepared, and first, as shown in FIG. 34A (the figure shows the case where the contact angle is 180 °), the belt 62 travels. With respect to the direction, the front half is formed into an arc shape around which the pulley 61 is wound, and the second half is linearly arranged in the tangential direction at the end of winding,
Determine the initial placement of the transmission analysis model. Then, an analysis by the finite element method is executed. Specifically, with respect to the model in the initial arrangement, tension on the tension side and tension on the slack side are applied to both ends of the belt 62 in the tangential direction while the rotation of the drive pulley 61 is restrained to converge the equilibrium state at the time of starting. calculate. Although the drawing assumes a drive-side pulley, the tension-side tension and the loose-side tension may be reversed with respect to the driven-side pulley.

【0097】次に、張力の大きさと向きとを保持したま
ま、プーリ61の中心に関して回転角を強制変位で与
え、大変形を考慮して、プーリ61を少しずつ回転させ
て収束計算を繰り返し、解の変動が小さくなった時点を
定常走行状態として解析を終了する。その時点では、図
34(b)に示す変形状態が得られ、与えた回転角の総
和は少なくとも接触角以上(例えば216°)となる。
Next, while maintaining the magnitude and direction of the tension, the rotation angle is given by forced displacement with respect to the center of the pulley 61, the pulley 61 is rotated little by little in consideration of large deformation, and the convergence calculation is repeated. The analysis is ended when the steady running state is reached when the variation of the solution becomes small. At that time, the deformed state shown in FIG. 34B is obtained, and the total sum of the applied rotation angles is at least the contact angle or more (for example, 216 °).

【0098】そして、このように初期配置から定常状態
に至る過程でそれぞれベルト62の荷重分担、つまり摩
擦力分布、心体64,64,…の張力分布等を求める。
以後、上記実施例1と同様に、上記出力された荷重分担
の特性を、予め設定されている耐久寿命特性と照合して
ベルト62の推定寿命を出力する。
In this way, in the process from the initial arrangement to the steady state, the load sharing of the belt 62, that is, the frictional force distribution, the tension distribution of the core bodies 64, 64, ...
Thereafter, as in the case of the first embodiment, the output characteristic of the load sharing is collated with the preset durability life characteristic, and the estimated life of the belt 62 is output.

【0099】したがって、この実施例においても、実施
例1と同様の作用効果が得られる。
Therefore, also in this embodiment, the same operational effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0100】図35〜図38は、ブロックベルト62及
びプーリの定常状態での伝達力及び垂直力の各分布の計
算値を実験値と比較して示しており、各図の実線は実験
値を、また二点鎖線は計算値をそれぞれ示す。尚、実験
値の負荷トルクTrはTr=9.8Nmである。ブロッ
クベルト62のV角度は26°であり、VプーリのV溝
角度は25.6°である。
35 to 38 show calculated values of respective distributions of the transmission force and the vertical force in the steady state of the block belt 62 and the pulley in comparison with the experimental values, and the solid line in each figure shows the experimental values. , And the two-dot chain line shows the calculated value. The experimental load torque Tr is Tr = 9.8 Nm. The V angle of the block belt 62 is 26 °, and the V groove angle of the V pulley is 25.6 °.

【0101】図35は駆動側の伝達力を、また図36は
駆動側の垂直力をそれぞれ表し、また、図37は従動側
の伝達力を、また図38は従動側の垂直力をそれぞれ示
している。
FIG. 35 shows the transmission force on the drive side, FIG. 36 shows the vertical force on the drive side, FIG. 37 shows the transmission force on the driven side, and FIG. 38 shows the vertical force on the driven side. ing.

【0102】これら図35〜図38から明らかなよう
に、計算結果は実験結果と定性的に一致しており、従っ
て、本発明によれば、ブロックベルト62の有限要素モ
デルについて、伝動力分布及び垂直力分布を正確に予測
することができ、ブロックベルト62の寿命を予測する
ことができる。
As is apparent from FIGS. 35 to 38, the calculation results qualitatively agree with the experimental results. Therefore, according to the present invention, the transmission power distribution and the finite element model of the block belt 62 are The vertical force distribution can be accurately predicted, and the life of the block belt 62 can be predicted.

【0103】尚、本発明は、3軸以上の多軸伝動モデル
に対しても適用することができる。また、上記各実施例
は歯付ベルト、平ベルト及びブロックベルト(Vベル
ト)に本発明を適用したものであるが、本発明は、その
他、Vリブドベルト等の伝動ベルトに対しても適用する
ことができる。
The present invention can also be applied to a multi-axis transmission model having three or more axes. Further, although the present invention is applied to the toothed belt, the flat belt and the block belt (V belt) in each of the above-described embodiments, the present invention is also applicable to transmission belts such as V-ribbed belts. You can

【0104】[0104]

【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、プーリにベルトを巻き掛けて伝動する伝動解析
モデルに対し、その幾何データ、材料データ及び外力デ
ータを入力して、有限要素解析によりベルトに加わる荷
重分担特性を予測することにより、ベルトの荷重分担特
性を適正に予測することができる。
As described above, according to the invention of claim 1, the geometric data, the material data, and the external force data are input to the transmission analysis model in which the belt is wound around the pulley to transmit the power, and the finite element is input. By predicting the load sharing characteristic applied to the belt by analysis, the load sharing characteristic of the belt can be properly predicted.

【0105】請求項2の発明によると、伝動解析モデル
を、複数のプーリ間にベルトを掛け渡して伝動する多軸
伝動モデルとしたことにより、多軸伝動系におけるベル
トの荷重分担特性を予測することができる。
According to the second aspect of the invention, the transmission analysis model is a multi-axis transmission model in which a belt is stretched between a plurality of pulleys for transmission, whereby the load sharing characteristic of the belt in the multi-axis transmission system is predicted. be able to.

【0106】請求項3の発明によると、プーリを歯付プ
ーリとし、ベルトを歯付ベルトとしたことにより、その
歯付ベルトの荷重分担特性を予測することができる。
According to the invention of claim 3, since the pulley is a toothed pulley and the belt is a toothed belt, the load sharing characteristic of the toothed belt can be predicted.

【0107】請求項4の発明によると、上記歯付ベルト
の荷重分担特性を予測する場合に、幾何データを、少な
くともプーリの径及び中心位置、並びにプーリ及びベル
トの歯数、歯のピッチ及び歯形寸法を含むデータとし、
材料データは、少なくともベルトの心体弾性率、歯部弾
性率、摩擦係数を含むデータとし、外力データは、少な
くとも負荷トルク、角速度及び軸荷重を含むデータとし
たことにより、歯付ベルトの荷重分担特性の予測に必要
なデータが適正に得られ、その予測精度の向上を図るこ
とができる。
According to the fourth aspect of the invention, when predicting the load sharing characteristic of the toothed belt, the geometrical data are at least the diameter and center position of the pulley, the number of teeth of the pulley and the belt, the tooth pitch and the tooth profile. Data including dimensions,
The material data is at least the elastic modulus of the belt core, the elastic modulus of the teeth, and the friction coefficient, and the external force data is at least the load torque, angular velocity, and axial load. Data necessary for predicting the characteristics can be properly obtained, and the prediction accuracy can be improved.

【0108】請求項5の発明によると、プーリを平プー
リとし、ベルトは平ベルトとしたことにより、平ベルト
の荷重分担特性を予測することができる。
According to the fifth aspect of the invention, since the pulley is a flat pulley and the belt is a flat belt, the load sharing characteristic of the flat belt can be predicted.

【0109】また、請求項6の発明によると、プーリは
Vプーリとし、ベルトはVベルトとしたことにより、V
ベルトの荷重分担特性を予測することができる。
According to the invention of claim 6, the pulley is a V-pulley and the belt is a V-belt.
It is possible to predict the load sharing characteristic of the belt.

【0110】請求項7の発明によると、上記請求項1又
は2のベルトの荷重分担予測方法で予測されたベルトの
荷重分担の特性を、予め荷重分担に応じて求められてい
る寿命特性と比較して、実際に使用するベルトの寿命を
予測することにより、実際に使用するベルトの寿命を予
測することができる。
According to the invention of claim 7, the characteristic of the load sharing of the belt predicted by the method of predicting the load sharing of the belt according to claim 1 or 2 is compared with the life characteristic previously obtained according to the load sharing. Then, the life of the belt actually used can be predicted by predicting the life of the belt actually used.

【0111】請求項8の発明によると、上記請求項7の
ベルトの寿命予測方法において、ベルトは歯付ベルトと
したことにより、歯付ベルトの寿命を予測することがで
きる。
According to the invention of claim 8, in the method of predicting the life of a belt according to claim 7, since the belt is a toothed belt, the life of the toothed belt can be predicted.

【0112】請求項9の発明によると、ベルトは平ベル
トとしたことにより、その平ベルトの寿命を予測するこ
とができる。
According to the ninth aspect of the invention, since the belt is a flat belt, the life of the flat belt can be predicted.

【0113】請求項10の発明によると、ベルトはVベ
ルトとしたことにより、Vベルトの寿命を予測すること
ができる。
According to the tenth aspect of the invention, since the belt is the V belt, the life of the V belt can be predicted.

【0114】請求項11の発明によると、プーリにベル
トを巻き掛けて伝動する伝動解析モデルに対し、その幾
何データ、材料データ及び外力データを入力するデータ
入力手段と、このデータ入力手段により入力されたデー
タに基づき、有限要素解析によりベルトに加わる荷重分
担特性を予測する荷重分担予測手段と、この荷重分担予
測手段で予測されたベルトの荷重分担の特性を、予め荷
重分担に応じて求められている寿命特性と比較して、実
際に使用するベルトの寿命を予測する寿命予測手段とを
設けたことにより、上記請求項7の発明と同様に、ベル
トの寿命を予測することができる。
According to the invention of claim 11, data input means for inputting geometric data, material data and external force data to a transmission analysis model in which a belt is wound around a pulley for transmission are inputted by this data input means. Based on the data obtained, the load sharing predicting means for predicting the load sharing characteristics applied to the belt by the finite element analysis, and the load sharing characteristics of the belt predicted by the load sharing predicting means are obtained in advance according to the load sharing. The life of the belt can be predicted by providing the life prediction means for predicting the life of the belt actually used as compared with the life characteristics of the belt.

【0115】請求項12の発明によると、伝動解析モデ
ルを多軸伝動モデルとしたことにより、多軸伝動系に使
用されるベルトの寿命を予測することができる。
According to the twelfth aspect of the present invention, the life of the belt used in the multi-axis transmission system can be predicted by using the multi-axis transmission model as the transmission analysis model.

【0116】請求項13の発明によると、ベルトを歯付
ベルトとしたことにより、歯付ベルトの寿命を予測する
ことができる。
According to the invention of claim 13, since the belt is a toothed belt, the life of the toothed belt can be predicted.

【0117】請求項14の発明によると、上記歯付ベル
トの寿命を予測する場合に、請求項4の発明と同様に、
幾何データとして、少なくともプーリの径及び中心位
置、並びにプーリ及びベルトの歯数、歯のピッチ及び歯
形寸法を含むデータを入力し、材料データは、少なくと
もベルトの心体弾性率、歯部弾性率、摩擦係数を含むデ
ータとし、外力データは、少なくとも負荷トルク、角速
度及び軸荷重を含むデータとしたことにより、歯付ベル
ト寿命の予測精度を向上させることができる。
According to the fourteenth aspect of the invention, when predicting the life of the toothed belt, as in the fourth aspect of the invention,
As the geometric data, at least the diameter and center position of the pulley, and the data including the number of teeth of the pulley and the belt, the pitch of the teeth, and the tooth profile are input, and the material data is at least the elastic modulus of the belt body, the elastic modulus of the tooth portion, By using the data including the friction coefficient and the external force data including at least the load torque, the angular velocity, and the axial load, the accuracy of predicting the life of the toothed belt can be improved.

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

【図1】本発明の実施例1において多軸伝動モデルを用
いて歯付ベルトの寿命を予測する処理手順を示すフロー
チャート図である。
FIG. 1 is a flow chart diagram showing a processing procedure for predicting the life of a toothed belt using a multi-axis transmission model in Embodiment 1 of the present invention.

【図2】実施例1に係るベルト寿命予測装置の構成を示
すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a belt life prediction device according to the first embodiment.

【図3】実施例1に係る歯付ベルトの伝動機構を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a transmission mechanism of the toothed belt according to the first embodiment.

【図4】歯付ベルトの概略断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a toothed belt.

【図5】ベルト歯部の形状を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a shape of a belt tooth portion.

【図6】歯付ベルトによる噛合伝動解析モデルの要部を
例示する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a main part of a meshing transmission analysis model using a toothed belt.

【図7】モデルの解析手順に沿った配置を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing an arrangement according to a model analysis procedure.

【図8】歯付ベルトの荷重分担の歯部反力分布を検証す
るための伝達力分布測定装置の平面図である。
FIG. 8 is a plan view of a transmission force distribution measuring device for verifying a tooth portion reaction force distribution of load sharing of a toothed belt.

【図9】伝達力分布測定装置の正面図である。FIG. 9 is a front view of a transmission force distribution measuring device.

【図10】伝動力測定プーリの正面図である。FIG. 10 is a front view of a power transmission measuring pulley.

【図11】無張力時におけるベルト及びプーリ間のピッ
チ差が+0.002mmでかつベルトの張り側張力が5
88Nであり、緩み側張力が196Nである張力条件下
での伝達力分布の実験値を計算値と比較して示す特性図
である。
FIG. 11 shows a pitch difference between the belt and the pulley when there is no tension of +0.002 mm and a tension on the tension side of the belt of 5
FIG. 9 is a characteristic diagram showing an experimental value of a transmission force distribution under a tension condition of 88 N and a slack side tension of 196 N in comparison with a calculated value.

【図12】ベルトの張り側張力を490Nとし、緩み側
張力を294Nとした張力条件下でのデータを示す図1
1相当図である。
FIG. 12 is a drawing showing data under tension conditions in which the tension on the tension side of the belt is 490 N and the tension on the slack side is 294 N.
FIG.

【図13】ピッチ差が−0.038mmでかつベルトの
張り側張力が588Nであり、緩み側張力が196Nで
ある張力条件下でのデータを示す図11相当図である。
FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG. 11 showing data under tension conditions in which the pitch difference is −0.038 mm, the tension on the belt tension side is 588 N, and the tension on the slack side is 196 N.

【図14】起動時の伝動負荷を示す特性図である。FIG. 14 is a characteristic diagram showing a transmission load at startup.

【図15】ピッチ差を変えたときのベルトとプーリとの
噛合状態を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a meshing state of the belt and the pulley when the pitch difference is changed.

【図16】ピッチ差を変化させたときの計算値の特性を
示す特性図である。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing characteristics of calculated values when the pitch difference is changed.

【図17】ピッチ差の各々に対する最大歯部反力の特性
を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing characteristics of maximum tooth reaction force with respect to each pitch difference.

【図18】歯先圧縮量を変化させたときの図16相当図
である。
FIG. 18 is a view corresponding to FIG. 16 when the tooth tip compression amount is changed.

【図19】歯先圧縮量に対する最大歯部反力の特性を示
す図である。
FIG. 19 is a diagram showing characteristics of maximum tooth part reaction force with respect to tooth tip compression amount.

【図20】実施例2における平ベルト伝動機構を概略的
に示す図である。
FIG. 20 is a schematic diagram of a flat belt transmission mechanism according to a second embodiment.

【図21】平ベルトの拡大断面図である。FIG. 21 is an enlarged sectional view of a flat belt.

【図22】実施例2において平ベルトを用いた伝動解析
モデルの要部を概略的に示す図である。
22 is a diagram schematically showing a main part of a transmission analysis model using a flat belt in Example 2. FIG.

【図23】平ベルトを用いた2軸の伝動解析モデルを示
す図7相当図である。
FIG. 23 is a view corresponding to FIG. 7 showing a biaxial transmission analysis model using a flat belt.

【図24】平ベルトの荷重分担の摩擦力分布を検証する
実験装置を示す正面図である。
FIG. 24 is a front view showing an experimental apparatus for verifying a load distribution friction force distribution of a flat belt.

【図25】平プーリからなる伝動力測定プーリの正面図
である。
FIG. 25 is a front view of a power transmission measuring pulley including a flat pulley.

【図26】平ベルトの張り側張力が196Nでかつ緩み
側張力が98Nである張力条件下での摩擦力分布の実験
値を計算値と比較して示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing experimental values of frictional force distribution under a tension condition in which the tension on the tension side of the flat belt is 196 N and the tension on the slack side is 98 N, in comparison with calculated values.

【図27】ベルトの張り側張力を294Nとし、緩み側
張力を98Nとした張力条件下での図26相当図であ
る。
FIG. 27 is a view corresponding to FIG. 26 under a tension condition in which the tension on the tension side of the belt is 294 N and the tension on the slack side is 98 N.

【図28】プーリの回転により平ベルトの下カバー層に
生じる剪断変形を示す図である。
FIG. 28 is a diagram showing shear deformation that occurs in the lower cover layer of the flat belt due to rotation of the pulley.

【図29】所定の張力条件下での駆動側の張力分布計算
結果を示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing calculation results of tension distribution on the driving side under a predetermined tension condition.

【図30】平ベルトにおける下カバー層の厚さを変量し
たときの摩擦力分布の計算結果を示す特性図である。
FIG. 30 is a characteristic diagram showing calculation results of frictional force distribution when the thickness of the lower cover layer in the flat belt is varied.

【図31】下カバー層の弾性率を変量したときの摩擦力
分布の計算結果を示す特性図である。
FIG. 31 is a characteristic diagram showing calculation results of frictional force distribution when the elastic modulus of the lower cover layer is changed.

【図32】本発明の実施例3に係るブロックベルト伝動
機構を概略的に示す図である。
FIG. 32 is a diagram schematically showing a block belt transmission mechanism according to a third embodiment of the present invention.

【図33】ブロックベルトの構造を部分的に示す斜視図
である。
FIG. 33 is a perspective view partially showing the structure of the block belt.

【図34】ブロックベルトを用いた1軸の伝動解析モデ
ルを概略的に示す図である。
FIG. 34 is a diagram schematically showing a uniaxial transmission analysis model using a block belt.

【図35】駆動側の伝達力分布特性について計算値を実
験値と比較して示す特性図である。
FIG. 35 is a characteristic diagram showing calculated values of drive-side transmission force distribution characteristics in comparison with experimental values.

【図36】駆動側の垂直力分布特性を示す図35相当図
である。
FIG. 36 is a diagram corresponding to FIG. 35 showing the vertical force distribution characteristic on the driving side.

【図37】従動側の伝達力分布特性を示す図35相当図
である。
FIG. 37 is a view corresponding to FIG. 35, showing the transmission force distribution characteristic on the driven side.

【図38】従動側の垂直力分布特性を示す図35相当図
である。
FIG. 38 is a view corresponding to FIG. 35, which shows the vertical force distribution characteristics on the driven side.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 歯付プーリ 3 歯付ベルト 4 心体 8 歯部 11 データ入力部(データ入力手段) 12 荷重分担予測部(荷重分担予測手段) 13 寿命予測部(寿命予測手段) 41 平プーリ 42 平ベルト 43 心体 46 下カバー層 61 Vプーリ 62 ブロックベルト DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Toothed pulley 3 Toothed belt 4 Core body 8 Tooth part 11 Data input part (data input means) 12 Load sharing prediction part (load sharing prediction means) 13 Life prediction part (life prediction means) 41 Flat pulley 42 Flat belt 43 Core body 46 Lower cover layer 61 V pulley 62 Block belt

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プーリにベルトを巻き掛けて伝動する伝
動解析モデルを用意し、 上記伝動解析モデルに対し、その幾何データ、材料デー
タ及び外力データを入力して、有限要素解析によりベル
トに加わる荷重分担特性を予測することを特徴とするベ
ルトの荷重分担予測方法。
1. A transmission analysis model in which a belt is wound around a pulley to transmit power is prepared, and geometric data, material data and external force data are input to the transmission analysis model, and a load applied to the belt by finite element analysis. A load sharing prediction method for a belt, characterized by predicting a sharing property.
【請求項2】 請求項1記載のベルトの荷重分担予測方
法において、 伝動解析モデルは、複数のプーリ間にベルトを掛け渡し
て伝動する多軸伝動モデルであることを特徴とするベル
トの荷重分担予測方法。
2. The belt load sharing prediction method according to claim 1, wherein the transmission analysis model is a multi-axis transmission model in which the belt is laid across a plurality of pulleys for transmission. Prediction method.
【請求項3】 請求項1又は2記載のベルトの荷重分担
予測方法において、 プーリは歯付プーリで、ベルトは歯付ベルトであること
を特徴とするベルトの荷重分担予測方法。
3. The belt load sharing prediction method according to claim 1, wherein the pulley is a toothed pulley and the belt is a toothed belt.
【請求項4】 請求項3記載のベルトの荷重分担予測方
法において、 幾何データは、少なくともプーリの径及び中心位置、並
びにプーリ及びベルトの歯数、歯のピッチ及び歯形寸法
を含むデータであり、 材料データは、少なくともベルトの心体弾性率、歯部弾
性率、摩擦係数を含むデータであり、 外力データは、少なくとも負荷トルク、角速度及び軸荷
重を含むデータであることを特徴とするベルトの荷重分
担予測方法。
4. The belt load sharing prediction method according to claim 3, wherein the geometric data is data including at least the diameter and center position of the pulley, and the number of teeth of the pulley and the belt, the pitch of the teeth, and the tooth profile dimension, The material data is data that includes at least the core body elastic modulus, tooth elastic modulus, and friction coefficient of the belt, and the external force data is data that includes at least load torque, angular velocity, and axial load. Sharing prediction method.
【請求項5】 請求項1又は2記載のベルトの荷重分担
予測方法において、 プーリは平プーリで、ベルトは平ベルトであることを特
徴とするベルトの荷重分担予測方法。
5. The belt load sharing prediction method according to claim 1 or 2, wherein the pulley is a flat pulley and the belt is a flat belt.
【請求項6】 請求項1又は2記載のベルトの荷重分担
予測方法において、 プーリはVプーリで、ベルトはVベルトであることを特
徴とするベルトの荷重分担予測方法。
6. The belt load sharing prediction method according to claim 1, wherein the pulley is a V pulley and the belt is a V belt.
【請求項7】 請求項1又は2記載のベルトの荷重分担
予測方法で予測されたベルトの荷重分担の特性を、予め
荷重分担に応じて求められている寿命特性と比較して、
実際に使用するベルトの寿命を予測することを特徴とす
るベルトの寿命予測方法。
7. A belt load sharing characteristic predicted by the belt load sharing prediction method according to claim 1 or 2 is compared with a life characteristic previously obtained according to the load sharing,
A belt life predicting method characterized by predicting the life of a belt actually used.
【請求項8】 請求項7記載のベルトの寿命予測方法に
おいて、 プーリは歯付プーリで、ベルトは歯付ベルトであること
を特徴とするベルトの寿命予測方法。
8. The belt life predicting method according to claim 7, wherein the pulley is a toothed pulley and the belt is a toothed belt.
【請求項9】 請求項7記載のベルトの寿命予測方法に
おいて、 プーリは平プーリで、ベルトは平ベルトであることを特
徴とするベルトの寿命予測方法。
9. The belt life predicting method according to claim 7, wherein the pulley is a flat pulley and the belt is a flat belt.
【請求項10】 請求項7記載のベルトの寿命予測方法
において、 プーリはVプーリで、ベルトはVベルトであることを特
徴とするベルトの寿命予測方法。
10. The belt life predicting method according to claim 7, wherein the pulley is a V pulley and the belt is a V belt.
【請求項11】 プーリにベルトを巻き掛けて伝動する
伝動解析モデルに対し、その幾何データ、材料データ及
び外力データを入力するデータ入力部と、 上記データ入力部により入力されたデータに基づき、有
限要素解析によりベルトに加わる荷重分担特性を予測す
る荷重分担予測手段と、 上記荷重分担予測手段で予測されたベルトの荷重分担の
特性を、予め荷重分担に応じて求められている寿命特性
と比較して、実際に使用するベルトの寿命を予測する寿
命予測手段とを備えたことを特徴とするベルトの寿命予
測装置。
11. A transmission analysis model in which a belt is wound around a pulley to transmit power, and a finite data based on the data input section for inputting the geometric data, material data and external force data, and the data input by the data input section. The load sharing prediction means for predicting the load sharing characteristics applied to the belt by element analysis and the characteristics of the belt load sharing predicted by the load sharing prediction means are compared with the life characteristics previously obtained according to the load sharing. And a belt life predicting device for predicting a belt life actually used.
【請求項12】 請求項11記載のベルトの寿命予測装
置において、 伝動解析モデルは、複数のプーリ間にベルトを掛け渡し
て伝動する多軸伝動モデルであることを特徴とするベル
トの寿命予測装置。
12. The belt life predicting apparatus according to claim 11, wherein the transmission analysis model is a multi-axis transmission model in which the belt is laid across a plurality of pulleys for transmission. .
【請求項13】 請求項11又は12記載のベルトの寿
命予測装置において、 プーリは歯付プーリで、ベルトは歯付ベルトであること
を特徴とするベルトの寿命予測装置。
13. The belt life predicting apparatus according to claim 11 or 12, wherein the pulley is a toothed pulley and the belt is a toothed belt.
【請求項14】 請求項13記載のベルトの寿命予測装
置において、 幾何データは、少なくともプーリの径及び中心位置、並
びにプーリ及びベルトの歯数、歯のピッチ及び歯形寸法
を含むデータであり、 材料データは、少なくともベルトの心体弾性率、歯部弾
性率、摩擦係数を含むデータであり、 外力データは、少なくとも負荷トルク、角速度及び軸荷
重を含むデータであることを特徴とするベルトの寿命予
測装置。
14. The belt life predicting apparatus according to claim 13, wherein the geometric data is data including at least a diameter and a central position of the pulley, and the number of teeth of the pulley and the belt, a pitch of the tooth, and a tooth profile dimension. The data is data including at least the core elastic modulus of the belt, the tooth elastic modulus, and the friction coefficient, and the external force data is data including at least load torque, angular velocity, and axial load. apparatus.
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