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マルチVベルト駆動の特徴と応用

2026-03-05 11:16:30
マルチVベルト駆動の特徴と応用

マルチウェッジベルト:マルチウェッジベルトは、円環状のベルトであり、平ベルト基部に複数の縦方向三角形ウェッジが付着している(図1参照)。作動面はこのウェッジの側面であり、新しいタイプの動力伝達ベルトである。平ベルトとVベルトの双方の長所を活かしつつ、それぞれの短所も克服したため、近年ますます広く普及している。

Ⅰ.マルチVベルト駆動の特徴

1.従来のVベルト駆動と比較して、マルチVベルト駆動には以下の利点がある:

(1) マルチVベルトは、ゴムの流体非圧縮性を活用して、接触面全体に均等に圧力を分散させます(図2参照)。ベルトのテーパー面とプーリーグルーブとの接触効率はほぼ100%に近いです。その結果、同じ幅のVベルトと比較して、マルチVベルトは30~50%多い負荷を伝達できます。

 

 

(2) マルチVベルトは薄型であるため、有効プーリー最小直径(demin)が通常のVベルトプーリーの3分の1または5分の1程度で済みます。このため、構造がよりコンパクトになり、コストも低減されます(deminの値は表2に示されています)。

(3) マルチVベルト駆動は、ベルト長の変化に起因する振動、不均一な負荷、不安定な伝達比といった、従来のマルチVベルト駆動に伴う制約を効果的に回避します。

(4) マルチVベルトは伸びが少なく、過負荷時にもクリープしません。ウエッジとプーリ溝との間の相対的な動きが最小限に抑えられるため、摩擦による発熱が少なく、ベルトおよびプーリ作動面の寿命が長くなります。

(5) マルチVベルトは非常に柔軟で軽量であるため、伝達中の曲げや遠心力による動力損失が生じず、伝達効率が高くなります。

2. フラットベルト駆動と同程度の柔軟性を有しており、テンションプーリをマルチVベルトの内側または外側に配置できます。ただし、フラットベルトとは異なり、運転中にプーリから外れることはありません。高速伝達に使用すべきであり、最大10,000 r/minの回転速度に達し、伝達比は1:10となります。

3. マルチVベルトプーリーは、同歩ベルト駆動装置に必要な特殊工具や設備を必要としないため、製造および機械加工が容易です。設置要件も同歩ベルトよりも簡素であり、多くの工場で採用しやすくなっています。また、機械的伝達比においてわずかな許容誤差が許される場合、同歩ベルトをマルチVベルトに交換することは、非常にコスト効率の良い対応となります。

 

II. マルチVベルトおよびプーリーシステムの概要

1. マルチVベルトの型式および断面寸法

マルチVベルトは、材質に基づいてゴム製とポリウレタン製に分類される。ゴム製Vリブ付きベルトは、ポリウレタン製のものよりも耐熱性および負荷耐性が高く、より広く使用されている。ゴム製Vリブ付きベルトは、表1に示す通り、ISO/DP9982-1988に従ってPH分類に該当する。PHベルトは主に事務機器および計測機器の動力伝達(主に運動の伝達を目的とする)に用いられる。PKベルトは、ファン、オルタネーター、ウォーターポンプなどの自動車用駆動装置において明確な用途を持つ。PJ、PL、PMベルトは、一般産業用機械の動力伝達システムで広く使用されている。米国および英国など一部の国では、マルチVベルトの規格名称としてH、J、K、L、Mが用いられ、基本ベルトサイズは表1とほぼ同一である。その中で最も普及しているのはJ型およびL型である。各国間で断面寸法に若干の差異はあるものの、製品の汎用交換性を妨げるものではない。M型マルチVベルトの場合、ウェッジ角はすべての国で共通であり、その値は40度であるが、ウェッジ間のピッチ(距離)は国ごとに異なる。このため、各国で製造されたM型マルチVベルトは必ずしも相互に使用可能とは限らない。

 

ベルトのISO規格表示は、ウェッジ数、ベルトの断面形状の種類、および有効長さで構成されます。例として、10個のウェッジからなり、有効長さが3550 mmであるPM型ベルトは「10PM3550」と表記されますが、イギリスおよび米国では「550M10」と表記されます。

                    

ベルトの有効長さ(L)を測定するには専用の計測機器が使用されます。各ベルトモデルは、測定時に有効プーリー径(d)に対して特定の値を持ちます。注目に値するのは、ISOで用いられる「有効長さ(L)」という用語と、イギリスや米国で用いられる「ピッチ長(Pitch Length)」という用語が、実際には同一の長さを指しているという事実です。どちらも、有効プーリー径dにおけるベルトの周長を意味します。ピッチ長に関する同一の標準系列が、イギリス、米国、日本その他の国々で制定されていますが、ISO/DP9982にはこの系列は定められていません。

2. プーリーの種類および断面寸法

多Vベルト用プーリーは、ISO/DP9982に基づき5種類に分類され、その断面寸法は図4および表2に示されている。

 

プーリーの外径(da)は、ISOで規定されるように、有効径(d.)と等しくても異なっていてもよい。ただし、英国、米国、日本などの国では、プーリーの外径(outside diameter)がピッチ径と完全に一致する。なお、ISOで規定される有効径と、英国や米国などで用いられるピッチ径は、実質的に同一の直径である。ベルトの有効長さまたは有効径という観点から見ても、ISOにおけるそれらの定義および仕様は厳密かつ正確に規定されている。その理由は、多Vベルト用プーリーの実際のピッチ径(dp)が、図5に示すように、ベルトをプーリーに装着し適切に張緊した後のベルトの中立層位置に存在しなければならないためである。

 

図5に基づき、プーリーのピッチ直径における力は、以下の式を用いて算出されます。

表2は、有効ライン差を示しています。 式中の「e」です。

ベルトの周速度(V)および伝動比(i)は、主にピッチ円直径に基づいて算出され、その式は以下のとおりです。

ただし、dp1は小車輪のピッチ円直径(単位:mm)、n1は小車輪の回転速度(単位:rpm)です。

この式において、添字「1」と「2」はそれぞれ小車輪および大車輪を表します。

             

                   

 

伝動中にベルトに過度な曲げ応力が生じることを防ぎ、またベルトの寿命を短縮することを最小限に抑えるため、ISOでは表2に示すように、各タイプのベルトについて最小有効直径(dmin)を規定しています。

 

機械加工において、マルチVベルトプーリーの溝の深さを調整する場合、溝に挿入される測定ロッド(またはボール)の外径(d₂)は、図6に示すように決定する。計算式は次のとおりである:d₂ = d + 2K。

 

ただし、測定ロッド(ボール)のkおよびdg、ならびにKおよびdgは、表2に示されている。

 

プーリーがda = dで製造される場合、d₂ = da + 2Kとなる。d₂の許容差は±0.13 mmである。

           

III. マルチVベルト駆動の応用

マルチVベルト駆動は、自動車、繊維、化学、防衛、家庭用電化製品、事務機器など、海外の多くの産業分野で広く採用されています。マルチウェッジベルト駆動は、多数のVベルトを用いる機器や、大きな衝撃荷重を受ける機器において、従来のVベルト駆動を置き換えるのに最も適しています。該当する機器には、布屑・廃糸・靴上部材の裁断機、高負荷型繊維機械、ピストンポンプなどがあります。さらに、車輪軸の軸線が地面に対して垂直または半交差する伝動装置において、Vベルト駆動または平ベルト駆動をマルチVベルト駆動に変更すると、特に優れた効果が得られます。

 

マルチVベルト駆動の運転パラメータは概ね以下の通りです:回転速度 n₁ = 200~10,000 r/min;動力 P₁ = 約0.2 kW~300 kW;伝動比 i ≤ 10;伝動効率は平ベルトに近い値であり、η ≈ 0.97です。

 

マルチVベルト駆動装置は、中国におけるその開発的将来性に関して多くの課題を引き起こしてきました。輸入設備に使用されている老朽化したマルチVベルトの交換は、特に緊急性の高い問題です。適合するマルチVベルトを国内で製造すれば、多額の外貨を節約できるだけでなく、新規ベルト駆動技術をさまざまな産業分野で広範に普及させることにも貢献します。これにより、中国におけるベルト製造産業の成長と発展が積極的に促進されます。