タイミングベルトの選択リニアモジュールプロファイルに適合する最も幅の広いベルトを選択する必要はありません。ベルトはプーリーの歯の形状に適合し、歯飛びなく必要な力を伝達し、位置決めに十分な引張剛性を備え、プーリー周囲での繰り返しの曲げに耐え、実際の温度、速度、デューティサイクル下で安定性を維持する必要があります。

正しいリニアモジュールのタイミングベルトの選択したがって、動作要件から始まり、歯形、ピッチ、ベルト幅、張力部材、プーリーのサイズ、プリテンションを通じて逆方向に作業が行われます。

このガイドでは、これらの決定を下す方法と、同じ幅の 2 つのベルトが同じ直線軸上で大きく異なる動作をする理由について説明します。

リニアモジュールに適切なタイミングベルトを選択する方法

モーション要件から始める

ベルトのプロファイルまたは幅を選択する前に、リニア モジュールが何を実行する必要があるかを定義します。

有用な入力には次のものがあります。

  • 移動する質量
  • 必要ストローク
  • 最大線速度
  • 加速と減速
  • 水平または垂直取り付け
  • 外部プロセス力
  • サイクルレートと稼働時間
  • 要求される再現性
  • 温度と汚染
  • 使用可能なプーリー径とモジュール幅

選択ルール:可搬質量だけでベルトを選択しないでください。加速度、プーリーのサイズ、歯のかみ合い、デューティ サイクルは、静荷重と同じくらい重要です。

ステップ 1: 正しい歯の輪郭を選択する

歯形は、ベルトがプーリーとどのように係合するかを定義します。一般的な工業用同期ベルト ファミリには、台形プロファイルと曲線プロファイルが含まれており、いくつかのメートル法およびメーカー固有のバリエーションが利用可能です。

最も重要なルールはシンプルです。

ベルトの歯形とプーリーの歯形は正確に一致する必要があります。

公称ピッチが同じであっても、2 つの異なる歯ファミリーが交換可能であることを意味するわけではありません。

台形プロファイル

台形タイミング ベルトのプロファイルは、直線側の歯の形状を持ち、位置決めおよび一般的な自動化システムで広く使用されています。

次のような場合に実用的な選択肢となります。

  • システムはすでに一致するプーリーを使用しています
  • 適度な力とスピードが必要
  • 交換品の入手可能性は重要です
  • 既存のモジュール設計はその歯の形状に基づいています

曲線プロファイル

曲線状または修正曲線状の歯の形状は、より高い歯の負荷容量、より滑らかな噛み合い、または負荷分散の改善が求められる場合に一般的に使用されます。

ベルト ファミリによっては、高加速または高負荷軸で利点が得られる場合がありますが、実際の許容力はベルト メーカーの定格データから取得する必要があります。

見た目の類似性を理由にプロファイルを混合しないでください

歯の形状が正しくない場合でも、ベルトがプーリーに適合しているように見える場合があります。噛み合いが正しくないと、応力が集中し、騒音が増加し、歯の摩耗が加速する可能性があります。

ステップ 2: ベルトピッチの選択

ベルトピッチ隣接するベルト歯上の対応する点間の距離です。

ピッチは以下に影響します。

  • 歯のサイズ
  • 許容伝達力
  • 実用的な最小プーリーサイズ
  • プーリー 1 回転あたりの直線移動距離
  • ドライブのコンパクトさ
  • 機械式トランスミッションによる潜在的な位置決め分解能

ピッチが小さい

ピッチが小さいほど、よりコンパクトなプーリーと、プーリー歯あたりの機械的増分をより細かくサポートできます。これは一般に、コンパクトで中負荷の位置決めシステムにとって魅力的です。

ピッチを大きくする

一般に、ピッチが大きいほど歯が大きくなり、適切なベルト幅とプーリーの形状で使用すると、より大きな力をサポートできます。より重い、またはより攻撃的な動きに適している可能性があります。

ただし、ピッチが大きくなると、プーリーも大きくなり、設置スペースも広くなる傾向があります。

ピッチは独立した定格荷重ではありません

ベルト幅、張力部材、歯の材質、プーリーの歯数、動作速度も定格に影響するため、同じピッチの 2 つのベルトの能力は大きく異なる場合があります。

したがって、「このピッチは何キロまで扱える」などのルールは使用しないでください。

正しいプロセスは次のとおりです。

  1. 必要なベルト力を計算します。
  2. 適切な歯形とピッチを選択してください。
  3. 実際の幅とプーリのベルトメーカーの許容力を確認してください。
  4. 歯のかみ合いとプーリーの限界を確認します。
  5. 必要に応じて、メーカーのサービスまたは補正係数を適用します。

ステップ 3: ベルト幅を決定する

ベルト幅ベルトが耐えられる張力と歯の荷重に直接影響し、軸方向の剛性にも影響します。

幅の広いベルトでは、一般に次のような効果が得られます。

  • より高い許容伝達力
  • より高い引張剛性
  • 同じ力の下での弾性伸びの低下
  • 歯の接触面積が増える

ただし、幅広のベルトには次のものも必要です。

  • 幅広のプーリー
  • より多くのモジュールスペース
  • コストが高くなる可能性がある
  • 広い歯面全体にわたる慎重な位置合わせ

システムの残りの部分を確認せずに幅を大きくしすぎないでください。

実際の制限がプーリーのベアリング負荷、モジュール プロファイルの剛性、またはモーターのトルクである場合、ベルト幅を増やすだけでは設計上の問題を完全に解決することはできません。

ステップ 4: 必要なベルト力を計算する

単純化された水平軸の場合、ベルトが伝達する必要がある力は次の式から推定できます。

F動く= m × a + F抵抗+Fプロセス

どこ：

  • メートル= 総移動質量
  • ある= 直線加速度
  • F抵抗= ガイド、シール、ケーブルの抵抗
  • Fプロセス= 外部プロセス力

上下運動用

重力を含める必要があります。

F上= m(g + a) + F抵抗+Fプロセス

次に、動作サイクルの最も要求の厳しいセグメントに対してベルトとドライブをチェックする必要があります。

多くの場合、動的力は静的ペイロードよりも重要です

同じ 15 kg の移動質量を運ぶ 2 つの軸を考えてみましょう。ある者は緩やかに加速する。もう一方はほんの数秒で最高速度に達します。

2 番目の軸は、ペイロードが同じであっても、はるかに高いベルト力を生成します。

このため、高速ピックアンドプレース システムでは、同じ積載量の低速搬送システムよりも幅広または硬いベルトが必要になることがよくあります。

ステップ 5: 歯の噛み合いを確認する

ベルトはプーリーと噛み合う歯を介して力を伝達します。接触する歯の数は、荷重の分担方法に影響します。

重要な要素には次のようなものがあります。

  • プーリー歯数
  • ラップ角度
  • ベルトの張力
  • ドライブレイアウト
  • ピーク伝達力

噛み合った歯が少なすぎると、局所的な過負荷が発生する可能性があります

荷重を受ける歯の数が少ない場合、歯の応力が増加し、歯飛びや摩耗の加速のリスクが高まる可能性があります。

選択したプロファイルに対してベルト メーカーが推奨する最小かみ合いとプーリを使用してください。

ステップ 6: 最小プーリー サイズを確認する

プーリーが小さいほどモジュールはコンパクトになりますが、タイミングベルトの曲がりがより鋭くなります。

プーリーが小さすぎると、次のことが増加する可能性があります。

  • ベルト曲げ応力
  • 引張部材疲労
  • 歯の変形
  • 軸受速度

すべてのベルト ファミリには、推奨される最小プーリー サイズまたは歯数があります。これらの制限は、後付けとしてではなく、ベルト選択の一部として扱う必要があります。

プーリー直径もモータートルクを変える

ベルト駆動軸の場合、プーリーのピッチ半径は線形力とモーターのトルクを結び付けます。

T = F × r ÷ h

プーリーが大きくなると、1 回転あたりにより多くのベルトが移動するため、特定の線速度に対して必要なモーター速度を下げることができますが、同じ線形力に対してより多くのトルクが必要になります。

ベルトの許容曲げおよび歯のかみ合いの制限内で、より小さいプーリーはその逆の動作をします。

ステップ 7: ベルトの素材を選択する

ベルト本体の材質は、摩耗、温度挙動、耐薬品性、騒音、環境適合性に影響を与えます。

2 つの一般的な材料ファミリーは、ポリウレタン ベースのベルトとゴム/エラストマー ベースの同期ベルトです。

ポリウレタンタイミングベルト

ポリウレタン ベルトは、優れた耐摩耗性と寸法安定性を実現できるため、精密オートメーションやリニア ポジショニング システムで一般的に使用されています。

構造に応じて、次の用途に選択できます。

  • クリーンオートメーション
  • 高サイクル位置決め
  • 良好な耐摩耗性が必要な用途
  • 特殊なコーティングまたはバッキングプロファイル

ゴムまたはエラストマーのタイミングベルト

ゴムベースのベルトは産業用動力伝達に広く使用されており、優れた柔軟性と減衰を提供します。

正しい選択は、温度、環境、プーリーの直径、必要な剛性、およびメーカーの評価によって異なります。

材料の選択は実際の環境に従う必要があります。オイル、冷却剤、洗浄剤、湿度、温度はベルトの寿命を大きく変える可能性があります。

ステップ 8: 引張部材を選択する

内部の張力部材はベルト張力の大部分を支え、軸方向の剛性に大きな影響を与えます。

一般的な引張部材の材料には次のものがあります。

  • スチールコード
  • アラミド繊維
  • グラスファイバーまたはその他の強化システム

スチールコードベルト

スチール補強材は高い引張剛性と低い弾性伸びを提供することができ、これは長いストロークの位置決めにとって魅力的です。

トレードオフには、ベルトが意図したよりも強く曲がった場合のプーリーの最小直径、質量、および疲労感受性が含まれる可能性があります。

繊維強化ベルト

アラミドまたはグラスファイバーの強化材は、柔軟性、重量、剛性、環境挙動のさまざまな組み合わせを提供できます。

正しい引張部材は、材料名だけではなく、ベルトメーカーのデータから選択する必要があります。

ベルトの剛性は位置決め性能に影響します

同じ伝達された力でも、剛性の低いベルトではより大きな弾性変位が生じます。

概念的には:

弾性変位 ≈ ベルト力 ÷ 有効引張剛性

これは、次の場合にますます重要になります。

  • ストロークが長い
  • 移動質量が大きい
  • 加速が高い
  • 絶対位置決め精度が重要
  • サイクル中に負荷が大きく変化する

したがって、位置決め軸の要求が厳しい場合は、ベルト幅と張力部材の剛性を合わせて考慮する必要があります。

ステップ 9: 正しいプリテンションを設定する

タイミングベルトは、歯の噛み合いと位置の安定性を維持するために、適切な取り付け張力が必要です。

見栄が少なすぎる

考えられる問題は次のとおりです。

  • ベルトの振動
  • トゥースジャンプ
  • 反転誤差が大きくなる
  • 位置決めの一貫性が低い

見栄が多すぎる

考えられる問題は次のとおりです。

  • プーリーベアリング負荷の増加
  • より高いモータートルク要求
  • ベルト疲労の加速
  • 追加の構造負荷

正しい予張力は、実際のベルトとドライブの形状に指定された値であり、「可能な限りきつく張った」値ではありません。

ベルトの張力はどのように設定されていますか?

ベルトのメーカーとモジュールの設計に応じて、次の方法で張力をチェックできます。

  • 既知の力による指定されたベルトのたわみ
  • 周波数測定
  • 機械式テンションゲージ
  • 工場で定義された調整寸法

ベルトを交換したり張り直したりするときは、同じ承認された方法を使用する必要があります。

ステップ 10: 速度と曲げ頻度を確認する

線速度が高いと、プーリーの周囲でベルトが循環する頻度が増加します。たとえ伝達される力が中程度であっても、繰り返しの曲げは生命の要因となる可能性があります。

チェック：

  • ベルトの最高速度
  • プーリー回転速度
  • 最小プーリー径
  • サイクル周波数
  • 1日あたりの稼働時間

時々の搬送に適したベルトは、数秒ごとに軸を反転させるハイサイクルの場合には最適な選択ではない可能性があります。

ロングストローク軸ではベルトの長さに特に注意が必要

タイミング ベルトの利点の 1 つは、長い移動量にも対応できることです。しかし、ベルトの自由長が長くなると、力の経路内の弾性材料の量が増加します。

これは以下に影響を与える可能性があります。

  • ポジショニングコンプライアンス
  • 振動
  • 熱による長さの変化
  • プリテンション安定性

長いストロークの精密な動作では、高いベルト剛性、正しい張力、および適切なフィードバックがより重要になります。

開放型モジュールと密閉型モジュールでは異なるベルト要件が使用される場合があります

オープンモジュール

ベルトは検査が容易ですが、ほこり、オイルミスト、プロセスの破片にさらされやすくなります。材料の適合性と汚染管理が重要になります。

同梱モジュール

ベルトは環境保護が強化されていますが、内部温度と保守アクセスがより重要になる可能性があります。カバーのデザインは、ベルトのトラッキングやメンテナンスを妨げないようにする必要があります。

特殊なベルト裏地またはコーティングが役立つ場合

一部の自動化ベルトには、特殊な裏面、カバー、またはカスタム プロファイルを使用できます。

これらは、ベルト自体が製品を搬送、位置決め、または接触する場合に役立ちます。たとえば、次のとおりです。

  • 製品の輸送
  • 真空処理
  • ソフトコンタクト搬送
  • 高摩擦トランスファー

ベルトが内部で力を伝達するだけである従来のリニアモジュールの場合、これらの特別な裏当ては必要ない場合があります。

よくあるタイミングベルト選択の間違い

幅だけで選ぶ

幅は容量の一部にすぎません。歯形、ピッチ、プーリーのサイズ、張力部材も重要です。

同じピッチのベルトが交換可能であると仮定した場合

異なる歯形は同じ公称ピッチを共有できますが、異なるプーリーが必要になります。

加速度を無視する

加速度が高いと、静的ペイロードが示唆するよりもはるかに大きなベルト力が発生する可能性があります。

物理的に適合する最小のプーリーを使用する

コンパクトであることは、ベルトの寿命を縮めたり、最小プーリーの推奨事項に違反したりする価値がありません。

精度を向上させるために過度のプリテンションを使用する

張力が大きすぎると、ベアリングとベルトの負荷が増加し、より良い位置決めが保証されません。

環境を無視する

ベルトが機械的に十分大きい場合でも、油、ほこり、化学物質、温度により寿命が短くなる可能性があります。

プーリーを点検せずにベルトを交換する

プーリーが摩耗、汚れ、位置がずれていると、新しいベルトがすぐに損傷する可能性があります。

実践的なタイミングベルト選定ワークフロー

  1. モーションプロファイルを定義します。ストローク、速度、加速度、サイクルタイム、取付方向。
  2. 必要な直線力を計算します。
  3. モジュール設計と互換性のある歯形ファミリーを選択します。
  4. 実用的なピッチを選択してください。
  5. 予備プーリーの歯数と直径を選択します。
  6. プーリーと歯の噛み合いの最小要件を確認してください。
  7. ベルト幅は許容伝達力から選定してください。
  8. 位置決め要件については引張剛性を確認してください。
  9. 環境に合わせてベルト本体と抗張力体の材質を選択してください。
  10. 指定された方法でプリテンションを設定します。
  11. 最終的なプーリーのサイズでモーターのトルクと速度を確認してください。
  12. デューティサイクル、ベルト速度、予想される耐用年数を確認してください。

QRXQ がリニアモジュール用のベルトを選択するために必要なもの

  • モジュールのモデルまたはプロファイルのサイズ
  • 必要ストローク
  • 移動する質量
  • 最高速度
  • 加速度
  • 水平または垂直設置
  • 外部プロセス力
  • 要求される再現性
  • 利用可能なモジュール幅とプーリースペース
  • 動作温度
  • 粉塵、油、化学物質への曝露
  • 毎日のサイクル数

正しいタイミングベルトはシステムの選択です。歯形、ピッチ、幅、張力部材、プーリーのサイズ、プリテンションは連動する必要があります。パラメータを 1 つ変更すると、モーターのトルク、剛性、位置、ベルトの寿命が変化する可能性があります。

QRXQ は、ペイロードのみからベルト サイズを選択するのではなく、完全な直線運動要件からタイミング ベルトの選択を評価します。