JP4808078B2 - 摩擦係数測定装置 - Google Patents

Description

本発明はＶベルト、Ｖリブドベルト、平ベルト等の摩擦伝動ベルトの摩擦係数測定装置に係り、詳しくは伝動ベルトの状態で、且つ伝動ベルトとプーリ間のすべり速度を任意の速度に条件設定できる摩擦係数測定装置に関する。

従来技術の摩擦係数測定装置はベルトを無端状態で走行させ、このときの測定値に基づいて動摩擦係数を算出する動摩擦係数測定装置であって、特許文献１及び２に詳細に開示されている。

即ち、特許文献１に示した摩擦係数測定装置は、伝動ベルトを駆動プーリ、従動プーリ、アイドラープーリに懸架し、従動プーリの回転を固定（ロック）した状態で駆動プーリを回転させ、伝動ベルトと従動プーリ間に作用する摩擦負荷トルクを駆動プーリの軸と駆動源であるモータの間に配置したトルク検出器によって測定し、最終的には駆動プーリと伝動ベルト間の動摩擦係数を測定する装置である。

前記動摩擦係数の測定条件である駆動プーリと伝動ベルト間のすべり速度条件を求めるためには、駆動プーリの周速度とベルト速度を測定する必要がある。即ち、駆動プーリ及びアイドラープーリの回転速度を測定し、これをプーリ周速度及びベルト速度に換算し、この速度差をすべり速度とすることができる。

また、特許文献２に示した摩擦係数測定装置は、モータと駆動プーリ及びモータと従動プーリ間に設けた伝動装置の回転比に所定の差異を設定し、これによって駆動プーリと従動プーリの周速度を強制的に違える方法である。

その他、従来技術に係る摩擦係数測定装置としては、ベルトを所定の長さに切断し、切断されたベルトの一端を、ロードセルを介してフレームに固定し、もう一方のベルト端は回転可能なプーリに略直角に巻き掛け、その端末には重錘を吊り下げる構成の摩擦係数測定装置がある。しかし、この方法はプーリを任意の回転速度で回転させることを可能にするが、ベルトを切断しなければならない欠点がある。
特開２０００−１０５１８８号公報 特願２０００−１０５１８９号公報

しかし、特許文献１に示した摩擦係数測定装置は、２本のプーリの回転速度を測定し、減算によってすべり速度を求める方法であるから、この計算値は２本のプーリの回転数測定誤差を含む。しかも、この方法は速度差を計算して始めてすべり速度が判る方法であるから、事前に駆動プーリと伝動ベルト間のすべり速度を任意に条件設定することはできない問題があった。また、特許文献２に示した摩擦係数測定装置においても、従動プーリと伝動ベルト間のすべり速度を任意に設定することはできなかった。

更に、従動プーリの回転を固定（ロック）するために、伝動ベルトと従動プーリ間で発生した摩耗と摩擦熱がこの従動プーリの一ヶ所に集中し、従動プーリの表面層が剥離するという問題があった。

本発明は、このような問題点を改善するものであり、従動プーリと伝動ベルト間のすべり速度を任意に設定して、正確に動摩擦係数を測定することができる摩擦係数測定装置を提供することを目的とする。

即ち、本願請求項１記載の発明は、駆動プーリ、従動プーリ、テンションプーリ、そしてアイドラープーリと、これらの各プーリに巻き掛けられた状態で係合して走行する伝動ベルトで構成される摩擦係数測定装置において、上記プーリは、駆動機構を備えるとともに負荷トルク（Ｔｑ）を測定できる従動プーリと、ベルト速度（Ｖｉ）を測定するアイドラープーリと、伝動ベルトの弛み側張力（Ｔ２）を設定するテンションプーリと、任意のベルト速度（Ｖｉ）で伝動ベルトを走行させる駆動プーリからなり、上記駆動プーリと従動プーリとを起動時そして／もしくは停止時に同期回転制御を可能として従動プーリと伝動ベルト間に滑りが生じないように、しかも駆動側を増速させた際に従動側を一定速に維持できるようにした構成からなり、テンションプーリで測定した弛み側張力（Ｔ２）と従動プーリで測定した負荷トルク（Ｔｑ）を求め、オイラーの公式を用いて従動プーリと伝動ベルト間の動摩擦係数（μ）を算出する摩擦係数測定装置にある。

本願請求項２記載の発明は、従動側を一定速に維持できるように、駆動機構としてギアードモータを使用する摩擦係数測定装置にある。

本発明の摩擦係数測定装置では、従動プーリに作用する摩擦負荷トルクを、従動プーリ軸に設けたトルク検出器によって測定するものであり、従動プーリに作用する負荷トルクを、そのまま従動プーリの伝達トルクにすることができる。そして、従動プーリに作用するベルト摩擦に起因する負荷トルクのみを従動プーリに具備したトルク検出器によって測定できるから、テンションプーリで弛み側張力（Ｔ２）を測定すれば、張り側張力（Ｔ１）が求まり、これとオイラーの公式から、伝動ベルトと従動プーリ間の動摩擦係数を容易且つ極めて正確に求めることができる。また、本装置の起動時および停止時においては駆動軸と従動軸を同期回転させることにより伝動ベルトと従動プーリ間に強制的な滑りを回避できるために、従動プーリ表面層の損傷を軽減できる。

そして、従動側を一定速に維持した状態で、駆動側を増速させることにより駆動側と従動側の相対速度が変化し、伝動ベルトと従動プーリ間のすべり速度を調節できる。このときのすべり速度は、アイドラープーリの回転速度（＝換算ベルト速度）のみを測定すればその速度がすべり速度となる。よって、前記駆動側と従動側のモータの速度を制御することによって、任意のすべり速度を容易且つ正確に設定することが可能になる。

以下、図面に基づいて説明する。ここで図１は本発明に係る摩擦係数測定装置を示す概略図であり、図２は本発明に係る摩擦係数測定装置の駆動側と従動側における時間とプーリ速度の関係を示す。

ここで摩擦係数測定装置１は、ベルトを走行させる機械本体部２と、計測部（図示せず）と、動摩擦係数を算出する係数演算部（図示せず）とで構成される。

図１に示すように機械本体部２はベルト８を走行させる駆動プーリ３０と、摩擦負荷によってベルト８に負荷トルク（Ｔｑ）を付与する従動プーリ４０と、ベルト８に張力を付与するテンションプーリ７０からなり、そしてアイドラープーリ５０、６０、８０はプーリ３０、４０、７０の各ベルト巻付角を調整している。また、重錘１１はプーリ７０に連結して弛み側張力Ｔ２を設定している。
従動プーリ４０に掛かる負荷トルク（Ｔｑ）は従動プーリ４０側に設けたトルク検出器１３によって測定され、またベルト速度はアイドラープーリ８０に設けた速度計によって測定される。

駆動プーリ３０は任意の速度で回転させるモータ１２を装着し、また従動プーリ４０も一定速度で回転させるギヤードモータあるいはウオームギヤ等の駆動機構１０を備えている。

ここにおいて、上記駆動プーリ３０と従動プーリ４０とは、本装置１の起動時および／もしくは停止時において同期回転制御が可能になり、これにより従動プーリ４０は駆動プーリ３０と同時に回転し、従動プーリ４０とベルト８間に滑りが生じないようにしている。これはベルト８と従動プーリ４０間の強制的な滑りを回避でき、従動プーリ４０の表面層（メッキ層、塗布層）の損傷を軽減できるようになっている。

即ち、図２に示すように、予め駆動プーリ３０と従動プーリ４０とを同じ回転数で回して相対速度をゼロにしながら回転数を増加させた後、従動プーリ４０の回転数を一定に維持しながら駆動プーリ３０の回転数を増速させ、従動プーリ４０とベルト８間に作用する負荷トルクをトルク検出器１３で測定する。このときの負荷トルクは、以下の式（１）、（２）を満足させる条件に収束する。
即ち、（１）オイラーの式Ｔ１／Ｔ２＝ｅ^μθ、及び（２）有効張力Ｆｐ＝Ｔ１−Ｔ２

上記動摩擦係数（μ）は、プーリ７０に具備された重錘の重量から、最初に弛み側張力Ｔ２（＝Ｗ／２）が求まり、次いで有効張力（Ｆｐ）が、トルク検出器で測定した負荷トルクと（Ｔｑ）と従動プーリ４０のピッチ径（Ｄ２）から、次式、Ｆｐ＝２×Ｔｑ／Ｄ２、より求まる。更に、張り側張力（Ｔ１）は次式、Ｔ１＝Ｗ／２+２×Ｔｑ／Ｄ２、より求まるから、最後にオイラーの式、（１）Ｔ１／Ｔ２＝ｅ^μθに、ベルト張力Ｔ１、Ｔ２、及び従動プーリ４０の巻付け角（θ２）を代入すれば、μ＝（１／θ２）×ＬＯＧｅ（Ｔ１／Ｔ２）となって、動摩擦係数（μ）が演算で求まる。

このとき、従動プーリ４０の回転速度（Ｖ２）は、一定速度に維持され、一方アイドラープーリ８０は負荷が掛からないため、ノースリップで自由回転する。このアイドラープーリ８０の回転数（Ｎｉ）とプーリのピッチ径（Ｄｉ）が判れば、ベルト８の走行速度Ｖｉ（＝π×Ｄｉ×Ｎｉ）が求まる。従動プーリ４０のプーリ外周面上においては、ベルト８とプーリ面のすべり速度（Ｓ）は、Ｖｉ−Ｖ２となる。

すべり速度（Ｓ）はベルト速度（Ｖｉ）と従動プーリ４０のプーリ周速度の差で定義されるから、従動プーリ４０の回転速度（Ｖ２）が一定となる本例の場合には、すべり速度（Ｓ）は、Ｓ＝Ｖｉ−Ｖ２となる。

以上のことから、駆動プーリ３０の回転数をモータ１２の回転制御によって、所定の回転速度範囲に加減速運転すれば、従動プーリ４０上での伝動ベルト８のすべり速度（Ｓ）と、このときの動摩擦係数（μ）の相関データを自動的に収集することができる。

本発明に係る摩擦係数測定装置は、Ｖリブドベルトで代表される摩擦伝動ベルトの動摩擦係数の測定に利用されるものであって、とりわけ、無端伝動ベルト状で動摩擦係数の測定を可能にし、且つ伝動ベルト状での走行時に任意のすべり速度（Ｓ）を設定することが可能であるから、ベルトを切断することなく、ベルト特性の経時的評価を可能にすると共に、正確且つ極めて容易にすべり速度と動摩擦係数の相関データの作成を可能にする。

本発明に係る摩擦係数測定装置を示す概略図である。 本発明に係る摩擦係数測定装置の駆動側と従動側におけるプーリ速度と時間の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 摩擦係数測定装置
２ 機械本体部
８ 伝動ベルト
１０ 駆動機構
１１ 重錘
１２ モータ
１３ トルク検出器
３０ 駆動プーリ
４０ 従動プーリ
５０ アイドラープーリ
６０ アイドラープーリ
７０ テンションプーリ
８０ アイドラープーリ
Ｔ１ 張り側張力
Ｔ２ 弛み側張力

Claims (2)

1. 駆動プーリ、従動プーリ、テンションプーリ、そしてアイドラープーリと、これらの各プーリに巻き掛けられた状態で係合して走行する伝動ベルトで構成される摩擦係数測定装置において、上記プーリは、駆動機構を備えるとともに負荷トルク（Ｔｑ）を測定できる従動プーリと、ベルト速度（Ｖｉ）を測定するアイドラープーリと、伝動ベルトの弛み側張力（Ｔ２）を設定するテンションプーリと、任意のベルト速度（Ｖｉ）で伝動ベルトを走行させる駆動プーリからなり、上記駆動プーリと測定対象となる従動プーリとを起動時および／もしくは停止時に同期回転制御を可能として従動プーリと伝動ベルト間に滑りが生じないようにし、しかも駆動側を増速させた際に従動側を一定速に維持できるようにした構成からなり、テンションプーリで測定した弛み側張力（Ｔ２）と従動プーリで測定した負荷トルク（Ｔｑ）を求め、オイラーの公式を用いて従動プーリと伝動ベルト間の動摩擦係数（μ）を算出することを特徴とする摩擦係数測定装置。
2. 従動側を一定速に維持できるように、駆動機構としてギアードモータを使用する請求項１記載の摩擦係数測定装置。

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