歯付ベルト
歯飛び(ジャンピング)

トルクが増加していくと、ゆるみ側でベルト歯が従動プーリの歯に干渉しながらかみ合い始める。通常、平ベルトであればこの状態ではスライディングスリップを生じるが、歯付ベルトでは、トルクの伝達が行える。

2軸伝動で歯数比が1の場合、歯飛びは従動プーリで発生する。
減速の場合や多軸伝動の場合は、必ずしも従動プーリで歯飛びを起こすとは限らない。

 

 

回転むら

回転むらは、ベルト取付張力の大きさによっても異なるが、振幅で0.3mrad程度であり決して大きくはない。

ベルト歯とプーリ歯のかみ合いならびにプーリの多角形作用に基く歯付ベルトの回転むらは、一般的な使用状態の場合には気にしなくてよいレベルにある。

プーリ歯数比を1とし、両プーリの歯の相対位置を最適にすれば、回転むらを非常に小さくすることができる。

 

 

ベルトの材質

歯付ベルトの材質としては、一般にCR(クロロプレンゴム)とポリウレタンゴムの2種類がある。

ポリウレタンゴムは、CRに比較し低速、低動力域で使用され低温に対して有利。

また、耐油、耐オゾン性に優れ、耐磨耗性にも富むためゴムの飛散が少なくクリーンな伝動が可能。

 

 

 

歯付ベルトの破損現象

故障モード

故障の主要因

切断

心線屈曲疲労、過負荷

歯欠け

歯磨耗からの歯強度低下、歯元クラック

歯磨耗

かみ合い干渉、過負荷

背面クラック

熱によるゴム硬化、オゾン劣化

歯元クラック

歯部疲労、過負荷

ポリウレタン製ベルトにおいては、稀に歯飛びの繰返しによるウレタンの溶融現象がある

ベルト切断のメカニズム

過剰な外力の原因として、ショックロードや、歯飛びなどが挙げられる

歯飛びの場合、プーリ歯をベルト歯が乗り越える際、高弾性の心線が無理に伸ばされ過大な張力が掛かることになり、これが繰り返されるとベルトの切断に至る

歯飛びが発生する原因は、主に負荷が過大に掛かった場合が多く、また、ベルトの張力が低すぎる場合にも起こる

心線の強度低下は、屈曲による疲労が主たる原因
プーリの径が小さすぎる場合、心線の曲げひずみが大きくなり心線疲労が促進される

多軸で使う場合やベルト速度が過大である場合は、時間当りの屈曲回数が増し、心線切断までの時間が短くなる

 

 

ベルト歯欠けのメカニズム

歯欠けは、ベルト歯元の帆布磨耗と過大な歯元応力が原因で生ずる場合が多い

かみ合い不良は、ベルト長さやプーリ外径の誤差で発生することもあるが、ベルトの振動(共振)により発生することもあるので注意

歯元に過大な応力が掛かる原因は、オーバーロード、ショックロード、歯飛びなどが挙げられる

 

 

背面クラック

背面クラックの原因は、他部との接触などが考えられるが、主たる原因は熱によるものと考えてよい

 

 

歯付ベルトの寿命

歯付ベルトの寿命は、その予測・推測は極めて困難であり、現状は、市場における実績からおよその検討をつけるにとどまっている

 

 

 

取付張力の考え方

一般に、歯付ベルトの取付張力は、伸びによるベルトのゆるみ、ばたつき、かみ合い異常の発生などを防止することを目的として推奨値が定められており、用途、条件によっては、ごく低い取付張力で使用することもできる

 

 

取付張力の影響
取付張力が高過ぎる場合

1.ベルトはプーリ歯先を頂点とした多角形状に曲げられ、心線の屈曲疲労が促進される

2.ベルト歯底に加わる圧力が高くなり、歯底の磨耗を促進するとともにプーリの磨耗も早め、更にベルト寿命を短くする原因となる

3.騒音が大きくなる

4.軸荷重が大きくなる為、ベアリングを傷めやすい

5.軸受の磨耗、ベルトの発熱による伝達損失が大きくなる

6.歯付ベルトは、推奨取付張力のとき適正なピッチになるよう製作されており、張力が高くなるとベルトピッチが長くなり、かみ合い干渉を生じて歯元クラック、歯磨耗を早める

 

 

取付張力が低過ぎる場合

1.歯飛びしやすい。歯飛びすると過大な張力による切断、歯欠けを生じる場合がある。たとえ、ただちにベルトの損傷を生じなくても、過大な衝撃力によりベルトに大きなダメージを与えている恐れがある

2.ベルトの回転伝達精度、位置決め精度を悪くする

3.ベルトの振動が大きくなり、騒音を発生する場合がある

4.ベルトピッチが短くなり、大歯数のプーリとの組合せの場合、かみ合い干渉を生じて歯磨耗を早めることがある

 

 

 

ベルトの張り直し
張り直し時期

一般に歯付ベルトの取り付け張力は、適正なかみ合い走行によるベルト伸びの吸収を考慮して設定されているため、使用により多少張力が低下してきても張りましの必要はない

頻繁な張り増しは、以下の理由によりベルト損傷を早めることがある

1.ベルトピッチの伸びが促進され、かみ合い干渉による歯元クラック、歯磨耗を早める

2.使用により疲労を生じている心線、帆布の急激な劣化を招く

 

 

再組付け

機械の分解などで一時的にベルトを取り外す場合、ベルトに使用中の進行方向を明示しておき、再組付け後も同一進行方向となるよう組み付ける

使用中のベルトは、心線、歯布などの初期なじみが終わっていることから、取付張力は初期推奨値の70%前後とすることが望ましい

 

 

 

参考:ベルト伝動の実用設計/養賢堂