Ｖリブドベルトの寿命予測方法
【課題】ポップアウト寿命に起因したＶリブドベルトの寿命を正確に予測することができるＶリブドベルトの寿命予測方法を提供することを課題とする。
【解決手段】走行実験により、Ｖリブドベルト１に作用する張り側最大張力に対するポップアウト寿命を実測する（ステップ２）。また、Ｖリブドベルト１の半円柱状空洞部分８において、Ｖリブドベルト１に作用する張り側最大張力に対する相当ひずみを算出する（ステップ３）。そして、ステップ２で得たポップアウト寿命とステップ３で得た相当ひずみに基づいて作成した相当ひずみ−ポップアウト寿命グラフを用いて、Ｖリブドベルト１が特定使用条件で使用されたときのポップアウト寿命を導出する（ステップ４）。
【解決手段】走行実験により、Ｖリブドベルト１に作用する張り側最大張力に対するポップアウト寿命を実測する（ステップ２）。また、Ｖリブドベルト１の半円柱状空洞部分８において、Ｖリブドベルト１に作用する張り側最大張力に対する相当ひずみを算出する（ステップ３）。そして、ステップ２で得たポップアウト寿命とステップ３で得た相当ひずみに基づいて作成した相当ひずみ−ポップアウト寿命グラフを用いて、Ｖリブドベルト１が特定使用条件で使用されたときのポップアウト寿命を導出する（ステップ４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、コグドＶベルトとは、プーリ部から与えられる繰り返し曲げ応力に耐えられるように、内周側の圧縮ゴム層に、または、内周側の圧縮ゴム層と外周側の伸張ゴム層の両方に、ベルト幅方向に伸延したコグ山とコグ谷とがベルト長手方向について交互に形成され、かつ、長手方向に伸延した心線が埋設されたものである。近年、コグドＶベルトにかかる負荷条件が益々過酷になってきており、それに伴ってコグドＶベルトの寿命を正確に予測することが強く望まれている。このため、コグドＶベルトのゴク谷における亀裂進展を起因とする寿命を予測する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載のコグドＶベルトの寿命予測方法は、ある特定使用条件の元で、コグドＶベルトの形状および材料物性に基づいてコグドＶベルトの有限要素モデルを所定の曲率に強制変位させて応力を解析し、この解析で得られる圧縮ゴム層のコグ谷の最小主応力（最大圧縮応力）と、別途行われた直線走行部に沿った応力解析による圧縮ゴム層のコグ谷の最大主応力（最大引張応力）との組み合わせによる繰り返し曲げ応力の変動幅を計算によって求める。その一方で、特定使用条件の元で応力変動幅をストレスをＳとし、寿命時間またはこれと等価な繰り返しサイクル数をＮとするＳ−Ｎ曲線を予め実験により求めておく。そして、ある使用条件の元で有限要素解析プログラムを用いて算出された応力変動幅から、予め求められた応力変動幅と等価寿命値との関係を示す実験データに基づいてコグドＶベルトの寿命を予測する方法である。
【０００４】
ここで、接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトを用いた伝動システムにおいて、Ｖリブドベルト端部に露出した心線が、一定時間走行後にＶリブドベルト本体から脱落する、いわゆる心線ポップアウトという現象がある。この心線ポップアウトはＶリブドベルトの寿命に直結するため、それに至るまでの時間（ポップアウト寿命）を予測することが重要な課題となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０７２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の寿命予測方法をポップアウト寿命の予測に適用しようとしても、心線周囲のゴムの応力はポップアウト寿命とは相関がなく、ポップアウト寿命を予測することができない。また、特許文献１に記載の寿命予測方法は、有限要素解析法を用いる方法であるが、この方法は、露出した心線がプーリに当接するコグドＶベルトの寿命予測に適用されるものであって、コグドＶベルトの応力変動幅をストレスとしたＳ−Ｎ寿命曲線からその寿命を予測する方法である。そのため、特許文献１に記載の寿命予測方法では、露出した心線がプーリと当接しないＶリブドベルトとは事情が異なるため、Ｖリブドベルトのポップアウト寿命を予測することができない。その結果、ポップアウト寿命に起因したＶリブドベルトの寿命を正確に予測することができない。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ポップアウト寿命に起因したＶリブドベルトの寿命を正確に予測することができるＶリブドベルトの寿命予測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法に関するものである。そして、本発明に係るＶリブドベルトの寿命予測方法は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明のＶリブドベルトの寿命予測方法は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００９】
前記課題を解決するための本発明に係るＶリブドベルトの寿命予測方法の第１の特徴は、接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法であって、前記Ｖリブドベルトが特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値とポップアウト寿命との関係を示すデータを得る走行実験ステップと、前記Ｖリブドベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記Ｖリブドベルトが前記特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する相当ひずみを算出し、前記Ｖリブドベルトに作用する前記張り側最大張力値と前記相当ひずみとの関係を示すデータを得るひずみ算出ステップと、前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみに基づいて、前記走行実験ステップで得られた前記ポップアウト寿命と前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみとの相関を示すデータを用いて前記Ｖリブドベルトの寿命値を導出する寿命値導出ステップと、を備えたことである。
【００１０】
この構成によると、Ｖリブドベルトが特定使用条件で使用される場合において、Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値に対応したポップアウト寿命を走行実験により求める。一方で、Ｖリブドベルトが上記特定使用条件で使用される場合において、Ｖリブドベルトの形状および材料物性に基づいて、Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値に対応したＶリブドベルトの接触部に発生する相当ひずみを算出する。そして、算出された相当ひずみと走行実験により求めたポップアウト寿命との間に相関を得ることが本発明者により確認された。これにより、Ｖリブドベルトの接触部に発生する相当ひずみを算出することでＶリブドベルトのポップアウト寿命を予測することができる。その結果、当該Ｖリブドベルトがポップアウト寿命に至ることに起因したＶリブドベルトの寿命を正確に予測することができる。
【００１１】
また、本発明に係るＶリブドベルトの寿命予測方法の第２の特徴は、接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法であって、前記Ｖリブドベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記Ｖリブドベルトが特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する相当ひずみを算出し、前記Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値と前記相当ひずみとの関係を示すデータを得るひずみ算出ステップと、前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみに基づいて、前記Ｖリブドベルトが前記特定使用条件で使用されたときのポップアウト寿命と前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみとの相関を示すデータを用いて前記Ｖリブドベルトの寿命値を導出する寿命値導出ステップと、を備えたことである。
【００１２】
この構成によると、Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値と相当ひずみの関係を求める走行実験を随時行ってから計算処理を行うというものに限られない。つまり、本発明によると、Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値と相当ひずみとの関係を求める走行実験を多くの使用条件について予め行って、Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値と相当ひずみとの関係をデータ化しておけば、Ｖリブドベルトの幾何データおよび物性データを入力するだけで、一連の処理をすべてコンピュータを用いて自動的に行うことも可能となる。これにより、設計段階において、Ｖリブドベルトの形状および材質選定を適切且つ迅速に行うことが可能になる。
【００１３】
また、本発明に係るＶリブドベルトの寿命予測方法の第３の特徴は、前記ひずみ算出ステップにおいて、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する前記相当ひずみを算出するために有限要素解析法が使用されることである。
【００１４】
この構成によると、有限要素解析法を使用することで、Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する前記相当ひずみを正確に算出できる。そのため、より精度の高い寿命予測が可能となる。
【００１５】
また、本発明に係るＶリブドベルトの寿命予測方法の第４の特徴は、前記物性データが前記Ｖリブドベルトの弾性係数およびポアソン比を含んでおり、前記特定使用条件は前記Ｖリブドベルトが巻き付けられるプーリの径および回転数、ベルト張力、屈曲径を含んでいることである。
【００１６】
この構成によると、物性データおよび特定使用条件として上記の物理量を用いることで、実際の使用状況に合致した精度の高い寿命予測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１は、本実形態に係るＶリブドベルト１の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るＶリブドベルト１は、最も内側に配され且つプーリ等の動力伝達部材に圧接される圧縮ゴム層２と、圧縮ゴム層２に接してなる接着ゴム層４と、接着ゴム層４に接してなるゴム引き帆布５とが積層されて構成されている。当該圧縮ゴム層２には、Ｖリブドベルト１の幅方向に複数条のリブ３が形成されている。尚、本実施形態では、３本のリブ３が設けられている。そして、当該接着ゴム層４には、Ｖリブドベルト１の幅方向に一定の間隔で配置され、Ｖリブドベルト１の長手方向に伸延した複数本の心線６が埋設されている。
【００１９】
圧縮ゴム層２及び接着ゴム層４に用いられる材料としては、水素化ニトリルゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム、ＣＳＭ、ＡＣＳＭ、ＳＢＲ、エチレン‐アルファ‐オレフィンエラストマー等が用いられる。エチレン‐アルファ‐オレフィンエラストマーとしてはＥＰＤＭ（エチレン‐プロピレン‐ジエンモノマー）が代表的であり、ジエンモノマーとしては、例えばジシクロペンタジエン、メチレンノルポルネン、エチリデンノルポルネン、１，４‐ヘキサジエン、シクロオクタジエン等が挙げられる。また、心線６としては、アラミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維等を使用することができる。
【００２０】
次に、ベルト背面に積層される帆布５の材料としては、綿、麻等の天然繊維や、金属繊維、ガラス繊維等の無機繊維、また、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリフロルエチレン、ポリアクリル、ポリビニルアルコール、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリアミド等の有機繊維等から構成される糸を用い、平織、綾織、朱子織等に製織した布や編布等を用いることができる。
【００２１】
ここで、上記のような構成のＶリブドベルト１の製造方法について説明する。先ず、円筒状の成形ドラムの周面に、ベルト背面になる帆布５と接着ゴム層４とを順に巻き付け、その後接着ゴム層４の上から心体を螺旋状にスピニングし、更にその上に、接着ゴム層４、圧縮ゴム層２を順次巻き付けて積層体とし、この積層体を架橋して架橋スリーブを得る。そしてその架橋スリーブを駆動ロールと従動ロールとに掛架して所定の張力下で走行させ、回転させた研削ホイールを走行中の架橋スリーブに当接するように移動させ、架橋スリーブの圧縮ゴム層２表面に、研磨によって３〜１００個の複数の略三角形溝部を一度に形成させる。このようにして得られた架橋スリーブを駆動ロール及び従動ロールから取り外し、別の駆動ロールと従動ロールとに掛架して走行させ、カッターによって所定の幅に切断して、個々のＶリブドベルト１に仕上げられる。
【００２２】
図１に示すように、上記の方法で仕上げられたＶリブドベルト１は、カッターによって所定の幅に切断する段階で、長手方向にカットされた心線６の切断面がベルト端部と面一になっている状態（以下露出した心線６と呼ぶ）で露出している。尚、本実施形態では、ベルト端部に心線６の半部が露出した状態（半円柱状心線７）を対象としているが、これに限らず、本発明に係るＶリブドベルト１の寿命予測方法は様々な心線６の露出状態に対して適用することができる方法である。尚、後述する有限要素解析法（ＦＥＭ解析）により、図１に示す露出した心線６と接着ゴム層４が接触する部分である半円柱状空洞部分８（接触部）において、要素単位の相当ひずみの最大値を、張り側最大張力に対する相当ひずみとして算出する。
【００２３】
次に、本実施形態に係るＶリブドベルト１の寿命予測方法を備えた寿命予測装置１６について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るＶリブドベルト１の寿命予測装置１６のブロック図である。
【００２４】
図２に示すように、本実施形態に係るＶリブドベルト１の寿命予測装置１６は、記憶部９、相当ひずみ算出部１０、ポップアウト寿命導出部１１を備えている。図２に示されている寿命予測装置１６の各部９〜１１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、ＦＤやＣＤの駆動装置等のハードウェアを収納した汎用のパーソナルコンピュータによって構成されている。かかるパーソナルコンピュータに収納されているハードディスクには、寿命予測プログラムを含む各種のソフトウェアが記憶されており、これらのハードウェア及びソフトウェアが組み合わされることによって、寿命予測装置１６の各部９〜１１が構築されている。なお、寿命予測プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＦＤ、ＭＯなどのリムーバブルな記録媒体に記録しておくことにより、様々なコンピュータにインストールできる。本実施形態において、相当ひずみ算出部１０は、市販の有限要素解析法プログラムが記憶されたものから構成されている。尚、有限要素解析法プログラムとして、米国ＭＳＣ社製汎用非線形ＦＥＭプログラム“Ｍａｒｃ”を使用した。また、寿命予測装置１６の各部９〜１１におけるデータは、図示しないディスプレイに表示されたり、プリンタで印刷されたりすることで、寿命予測装置１６の操作者に通知される
【００２５】
次に、本実施形態のＶリブドベルト１の寿命予測方法について、図３を参照して説明する。図３は、Ｖリブドベルト１の寿命予測方法の段階を順に示したフローチャートである。
【００２６】
まず、ステップ１では、Ｖリブドベルト１の寿命を予測するために必要なデータ（ベルトの幾何データ、物性データ、およびベルトの使用条件）を、キーボードなどを用いて入力する。ここで、ベルトの幾何（形状）データとしては、Ｖリブドベルト１のリブ３形状（リブ３の幅、高さ、両側面がなす角度、湾曲部曲率半径）、接着ゴム層４厚み、帆布５厚み等のＶリブドベルト１形状を特定するための様々なデータが入力される。また、物性データとしては、Ｖリブドベルト１の圧縮ゴム層２、接着ゴム層４、帆布５および心線６の弾性係数およびポアソン比が入力される。
【００２７】
また、本実施形態のベルトの使用条件としては、図４に示すような動力伝達レイアウトでＶリブドベルト１が使用される場合におけるベルトの使用条件が入力される。即ち、Ｖリブドベルト１が巻き付けられるプーリの径及び回転数、ベルト張力、屈曲径が入力される。尚、ベルト張力等の計算値は、別途用意されたベルト張力の計算プログラムをサブルーチン化して使用することもできる。そして、入力されたデータは、記憶部９に記憶される。
【００２８】
次に、ステップ２（走行実験ステップ）では、Ｖリブドベルト１に作用する張り側最大張力値に対応したポップアウト寿命を走行実験により実測する。尚、本実施形態における走行実験は、図４に示すようなＶリブドベルト１がプーリに巻き付けられた動力伝達レイアウトで行った。当該動力伝達レイアウトは、例えば車両用エンジンに設けられ、駆動プーリ１２と従動プーリ１３とアイドラープーリ１４とテンションプーリ１５と、Ｖリブドベルト１とを有して構成されている。
【００２９】
そして、駆動プーリ１２と従動プーリ１３との外周側には図１に示すＶリブドベルト１が巻き付けられる。そして、外部からの動力により駆動プーリ１２が回転させられることによって、駆動プーリ１２と従動プーリ１３とに巻き付けられた無端のＶリブドベルト１が周回走行する。Ｖリブドベルト１が周回走行することにより従動プーリ１３が回転し、駆動プーリ１２に与えられた外部からの動力が従動プーリ１３に伝達されることになる。従動プーリ１３と駆動プーリ１２の間には、Ｖリブドベルト１の張力を付与するためのテンションプーリ１５が設けられる。そして、Ｖリブドベルト１の張力は、テンションプーリ１５により図４に示す矢印Ａ方向に所定の荷重を加えることで調整することができる。また、駆動プーリ１２とＶリブドベルト１及び従動プーリ１３とＶリブドベルト１とが接触している円弧に対する中心角を示すいわゆる巻付け角を増やすためにアイドラープーリ１４が設けられている。当該アイドラープーリ１４を設けることでＶリブドベルト１の滑りを抑制することができる。このような走行実験条件で、上述した張り側最大張力値がＶリブドベルト１に作用する状態で走行実験を行った。具体的には、Ｖリブドベルト１に作用する張り側最大張力値を３５０Ｎ／rib、３２０Ｎ／rib、２６０Ｎ／ribの３つの値とした。そして、これらの張り側最大張力値に対応したポップアウト寿命を実測する。尚、本実施形態では、心線６がＶリブドベルト１本体から５０ｍｍ以上脱落した時点でポップアウト寿命とした。
【００３０】
次に、ステップ３（ひずみ算出ステップ）では、相当ひずみ算出部１０が、半円柱状空洞部分８において、要素単位の相当ひずみの最大値を各張り側最大張力に対する相当ひずみとして算出する。
【００３１】
ここで、相当ひずみの算出には、有限要素解析法を使用する。本実施形態で行われる有限要素解析法とは、解析を実施するＶリブドベルト１に対して幾何データに基づいて３次元の有限要素モデルを作成し、指定された特定使用条件において有限要素モデルに作用する境界条件及び外力条件を設定した後、物性データに基づいて有限要素モデルを強制変位させることにより応力解析を行う方法である。以上のように有限要素解析プログラムを実行することにより、指定された特定使用条件において、半円柱状空洞部分８に発生する相当ひずみが求められる。
【００３２】
次に、ステップ４（寿命値導出ステップ）では、相当ひずみ算出部１０が半円柱状空洞部分８において算出した相当ひずみに基づいて、ポップアウト寿命導出部１１がＶリブドベルト１から心線６が脱落するまでの時間（ポップアウト寿命）を、図５に示す相当ひずみとポップアウト寿命との関係を示すグラフを用いて導出する。尚、相当ひずみとポップアウト寿命との関係を示すデータは記憶部９に予め記憶しておく。
【００３３】
ここで、図５に示すようなひずみとポップアウト寿命の関係を示すグラフを得るための手順について説明する。まず、ステップ２において、表１に示すように張り側最大張力値とポップアウト寿命との関係を示すデータを得る。次に、ステップ３において、表２に示すように張り側最大張力値と相当ひずみとの関係を示すデータを得る。そして、これらのデータを用いて各張り側最大張力値に対応した相当ひずみとポップアウト寿命とを相当ひずみ−ポップアウト寿命グラフ上にそれぞれプロットしたのが図５に示すグラフである。そして、図５に示すように、相当ひずみとポップアウト寿命との間に相関があるグラフを得ることができた。
【００３４】
そして、図４に示すような動力伝達レイアウトでＶリブドベルト１が使用される場合において、相当ひずみ算出部１０が半円柱状空洞部分８において算出した相当ひずみを図５に示す相当ひずみ−ポップアウト寿命グラフに当てはめることにより、Ｖリブドベルト１のポップアウト寿命を予測することができる。
【００３５】
次に、ステップ５では、ステップ４においてポップアウト寿命導出部１１によって導出されたポップアウト寿命および／またはポップアウト寿命に基づいて算出されたＶリブドベルト１の寿命に関連した数値が寿命予測装置１６から出力される。
【００３６】
尚、本実施形態に係るＶリブドベルト１の寿命予測方法は、張り側最大張力とポップアウト寿命との関係データを得るステップ２を随時行ってから計算処理を行うというものに限られない。即ち、張り側最大張力とポップアウト寿命との関係を求めるステップ２を多くの使用条件について予め行っておいてもよい。これにより、張り側最大張力とポップアウト寿命との関係をデータ化し、記憶部９に記憶しておけば、Ｖリブドベルト１の幾何データおよび物性データを入力するだけで、一連の処理をすべてコンピュータを用いて自動的に行うことが可能となる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態に係るＶリブドベルト１の寿命予測方法によると、Ｖリブドベルト１端部に露出した心線６がＶリブドベルト１本体から脱落するまでの時間、いわゆるポップアウト寿命を正確に予測することができる。その結果、ポップアウト寿命を起因としたＶリブドベルト１の寿命を正確に予測することができる。
【００３８】
[実施例]
次に、下記の通りに、ある特定使用条件で使用されるＶリブドベルト１の寿命予測方法の実施例を示す。
【００３９】
（相当ひずみの算出）
ａ．Ｖリブドベルト１の有限要素モデルの幾何データを設定する。
幾何データとして、Ｖリブドベルト１のリブ３の形状（幅を３.５６ｍｍ、高さを２.５ｍｍ、リブ３の両側面がなす角度を４０°、湾曲部曲率半径を０.５ｍｍ）と入力した。また、接着ゴム層４の厚みを１.３５ｍｍ、帆布５の厚みを０.３５ｍｍと入力した。
【００４０】
ｂ．Ｖリブドベルト１の有限要素モデルの物性データを設定する。
物性データとして、弾性係数およびポアソン比を入力した。尚、圧縮ゴム層２の弾性係数を２５ＭＰａ、ポアソン比を０.４９とし、接着ゴム層４の弾性係数を５ＭＰａ、ポアソン比を０.４９とし、帆布５の弾性係数を３０ＭＰａ、ポアソン比を０.４９とし、心線６（ソリッド要素）の弾性係数を１５００ＭＰａ、ポアソン比を０.４９とし、心線６（トラス要素）の弾性係数を５０００ＭＰａ、ポアソン比を０.３とした。
【００４１】
ｃ．Ｖリブドベルト１の使用条件を設定する。
Ｖリブドベルト１の屈曲径は、図４に示す動力伝達レイアウトにおける最小プーリであるφ４５のテンションプーリ１５に巻き付けられた状態での曲率半径とした。ベルト張力は、張り側最大張力値として３５０Ｎ／rib、３２０Ｎ／rib、２６０Ｎ／ribの３値とした。
【００４２】
ｄ．Ｖリブドベルト１の有限要素モデルを設定する。
圧縮ゴム層２、接着ゴム層４、帆布５、心線６それぞれについて、８節点１次ソリッド要素とした。心線６については、さらに中心部に２節点のトラス要素を設定した。
【００４３】
ｅ.弾性解析プログラムを実行する。
弾性解析プログラムとして、米国ＭＳＣ社製汎用非線形ＦＥＭプログラム“Ｍａｒｃ”を使用して、接着ゴム層４の半円柱状空洞部分８に発生する相当ひずみを算出した。相当ひずみ（εeq）は、直交座標系におけるＸ、Ｙ、Ｚ各方向のひずみ成分（計算値）を用いて下記に示す計算式により計算される。尚、露出した心線６が接着ゴム層４と接触する半円柱状空洞部分８において、要素単位の相当ひずみの最大値を上述した各張り側最大張力値に対する相当ひずみとして採用した。以下その結果を表１に示す。
【００４４】
[数１]
【００４５】
[表１]
【００４６】
（ポップアウト寿命の実測）
ａ．走行実験により、張り側最大張力値とポップアウト寿命との相関を示す参照データを得る。
走行実験は、図４に示すようなＶリブドベルト１がプーリに巻き付けられた動力伝達レイアウトで行った。Ｖリブドベルト１の接着ゴム層４および圧縮ゴム層２を形成するゴムとしては、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を用いた。心線６としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いた。また、Ｖリブドベルト１のサイズは３ＰＫ１１００を用いた。走行実験条件としては、駆動プーリ１２の直径を１２０ｍｍ、従動プーリ１３直径を１２０ｍｍ、アイドラープーリ１４の直径を８５ｍｍ、テンションプーリ１５の直径を４５ｍｍとした。また、駆動プーリ１２の回転数を４９００ｒｐｍ、従動プーリ１３負荷８.８ｋＷ、雰囲気温度１２０℃とした。また、図３に示す矢印Ａ方向に加える荷重を変更することにより、張り側最大張力値を３５０Ｎ／rib、３２０Ｎ／rib、２６０Ｎ／ribに設定した。そして、各張り側最大張力値におけるポップアウト寿命を実測した。以下その結果を表２に示す。
【００４７】
[表２]
【００４８】
（ポップアウト寿命の導出）
ａ．表１に示す有限要素解析法による計算値と表２に示す走行実験による実験値とを比較することにより、ポップアウト寿命を予測する。
以下表３に、張り側最大張力値に対応した有限要素解析法による相当ひずみと走行実験によるポップアウト寿命を示す。
【００４９】
[表３]
【００５０】
表３によるデータに基づいて、相当ひずみとポップアウト寿命とを相当ひずみ−ポップアウト寿命グラフ上にそれぞれプロットしたものを図５に示す。図５に示すように、相当ひずみとポップアウト寿命との間に相関が得られた。そして、図４に示すような動力伝達レイアウトでＶリブドベルト１が使用される場合において、相当ひずみ算出部１０が有限要素解析法により算出した相当ひずみを図５に示すグラフに当てはめることにより、Ｖリブドベルト１のポップアウト寿命が予測可能になる。これにより、Ｖリブドベルトのポップアウト寿命に起因したＶリブドベルトの寿命を正確に予測することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】Ｖリブドベルトの一部破断斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＶリブドベルトの寿命予測装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＶリブドベルトの寿命予測方法の段階を順に示したフローチャートである。
【図４】Ｖリブドベルトのポップアウト寿命を実測するための動力伝達レイアウトである。
【図５】有限要素解析法により算出された相当ひずみと走行実験により実測されたポップアウト寿命との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１ Ｖリブドベルト
２ 圧縮ゴム層
３ リブ
４ 接着ゴム層
５ 帆布
６ 心線
７ 半円柱状心線
８ 半円柱状空洞部分
９ 記憶部
１０ 相当ひずみ算出部
１１ ポップアウト寿命導出部
１２ 駆動プーリ
１３ 従動プーリ
１４ アイドラープーリ
１５ テンションプーリ
１６ 寿命予測装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、コグドＶベルトとは、プーリ部から与えられる繰り返し曲げ応力に耐えられるように、内周側の圧縮ゴム層に、または、内周側の圧縮ゴム層と外周側の伸張ゴム層の両方に、ベルト幅方向に伸延したコグ山とコグ谷とがベルト長手方向について交互に形成され、かつ、長手方向に伸延した心線が埋設されたものである。近年、コグドＶベルトにかかる負荷条件が益々過酷になってきており、それに伴ってコグドＶベルトの寿命を正確に予測することが強く望まれている。このため、コグドＶベルトのゴク谷における亀裂進展を起因とする寿命を予測する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載のコグドＶベルトの寿命予測方法は、ある特定使用条件の元で、コグドＶベルトの形状および材料物性に基づいてコグドＶベルトの有限要素モデルを所定の曲率に強制変位させて応力を解析し、この解析で得られる圧縮ゴム層のコグ谷の最小主応力（最大圧縮応力）と、別途行われた直線走行部に沿った応力解析による圧縮ゴム層のコグ谷の最大主応力（最大引張応力）との組み合わせによる繰り返し曲げ応力の変動幅を計算によって求める。その一方で、特定使用条件の元で応力変動幅をストレスをＳとし、寿命時間またはこれと等価な繰り返しサイクル数をＮとするＳ−Ｎ曲線を予め実験により求めておく。そして、ある使用条件の元で有限要素解析プログラムを用いて算出された応力変動幅から、予め求められた応力変動幅と等価寿命値との関係を示す実験データに基づいてコグドＶベルトの寿命を予測する方法である。
【０００４】
ここで、接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトを用いた伝動システムにおいて、Ｖリブドベルト端部に露出した心線が、一定時間走行後にＶリブドベルト本体から脱落する、いわゆる心線ポップアウトという現象がある。この心線ポップアウトはＶリブドベルトの寿命に直結するため、それに至るまでの時間（ポップアウト寿命）を予測することが重要な課題となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０７２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の寿命予測方法をポップアウト寿命の予測に適用しようとしても、心線周囲のゴムの応力はポップアウト寿命とは相関がなく、ポップアウト寿命を予測することができない。また、特許文献１に記載の寿命予測方法は、有限要素解析法を用いる方法であるが、この方法は、露出した心線がプーリに当接するコグドＶベルトの寿命予測に適用されるものであって、コグドＶベルトの応力変動幅をストレスとしたＳ−Ｎ寿命曲線からその寿命を予測する方法である。そのため、特許文献１に記載の寿命予測方法では、露出した心線がプーリと当接しないＶリブドベルトとは事情が異なるため、Ｖリブドベルトのポップアウト寿命を予測することができない。その結果、ポップアウト寿命に起因したＶリブドベルトの寿命を正確に予測することができない。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ポップアウト寿命に起因したＶリブドベルトの寿命を正確に予測することができるＶリブドベルトの寿命予測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法に関するものである。そして、本発明に係るＶリブドベルトの寿命予測方法は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明のＶリブドベルトの寿命予測方法は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００９】
前記課題を解決するための本発明に係るＶリブドベルトの寿命予測方法の第１の特徴は、接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法であって、前記Ｖリブドベルトが特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値とポップアウト寿命との関係を示すデータを得る走行実験ステップと、前記Ｖリブドベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記Ｖリブドベルトが前記特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する相当ひずみを算出し、前記Ｖリブドベルトに作用する前記張り側最大張力値と前記相当ひずみとの関係を示すデータを得るひずみ算出ステップと、前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみに基づいて、前記走行実験ステップで得られた前記ポップアウト寿命と前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみとの相関を示すデータを用いて前記Ｖリブドベルトの寿命値を導出する寿命値導出ステップと、を備えたことである。
【００１０】
この構成によると、Ｖリブドベルトが特定使用条件で使用される場合において、Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値に対応したポップアウト寿命を走行実験により求める。一方で、Ｖリブドベルトが上記特定使用条件で使用される場合において、Ｖリブドベルトの形状および材料物性に基づいて、Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値に対応したＶリブドベルトの接触部に発生する相当ひずみを算出する。そして、算出された相当ひずみと走行実験により求めたポップアウト寿命との間に相関を得ることが本発明者により確認された。これにより、Ｖリブドベルトの接触部に発生する相当ひずみを算出することでＶリブドベルトのポップアウト寿命を予測することができる。その結果、当該Ｖリブドベルトがポップアウト寿命に至ることに起因したＶリブドベルトの寿命を正確に予測することができる。
【００１１】
また、本発明に係るＶリブドベルトの寿命予測方法の第２の特徴は、接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法であって、前記Ｖリブドベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記Ｖリブドベルトが特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する相当ひずみを算出し、前記Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値と前記相当ひずみとの関係を示すデータを得るひずみ算出ステップと、前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみに基づいて、前記Ｖリブドベルトが前記特定使用条件で使用されたときのポップアウト寿命と前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみとの相関を示すデータを用いて前記Ｖリブドベルトの寿命値を導出する寿命値導出ステップと、を備えたことである。
【００１２】
この構成によると、Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値と相当ひずみの関係を求める走行実験を随時行ってから計算処理を行うというものに限られない。つまり、本発明によると、Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値と相当ひずみとの関係を求める走行実験を多くの使用条件について予め行って、Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値と相当ひずみとの関係をデータ化しておけば、Ｖリブドベルトの幾何データおよび物性データを入力するだけで、一連の処理をすべてコンピュータを用いて自動的に行うことも可能となる。これにより、設計段階において、Ｖリブドベルトの形状および材質選定を適切且つ迅速に行うことが可能になる。
【００１３】
また、本発明に係るＶリブドベルトの寿命予測方法の第３の特徴は、前記ひずみ算出ステップにおいて、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する前記相当ひずみを算出するために有限要素解析法が使用されることである。
【００１４】
この構成によると、有限要素解析法を使用することで、Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する前記相当ひずみを正確に算出できる。そのため、より精度の高い寿命予測が可能となる。
【００１５】
また、本発明に係るＶリブドベルトの寿命予測方法の第４の特徴は、前記物性データが前記Ｖリブドベルトの弾性係数およびポアソン比を含んでおり、前記特定使用条件は前記Ｖリブドベルトが巻き付けられるプーリの径および回転数、ベルト張力、屈曲径を含んでいることである。
【００１６】
この構成によると、物性データおよび特定使用条件として上記の物理量を用いることで、実際の使用状況に合致した精度の高い寿命予測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１は、本実形態に係るＶリブドベルト１の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るＶリブドベルト１は、最も内側に配され且つプーリ等の動力伝達部材に圧接される圧縮ゴム層２と、圧縮ゴム層２に接してなる接着ゴム層４と、接着ゴム層４に接してなるゴム引き帆布５とが積層されて構成されている。当該圧縮ゴム層２には、Ｖリブドベルト１の幅方向に複数条のリブ３が形成されている。尚、本実施形態では、３本のリブ３が設けられている。そして、当該接着ゴム層４には、Ｖリブドベルト１の幅方向に一定の間隔で配置され、Ｖリブドベルト１の長手方向に伸延した複数本の心線６が埋設されている。
【００１９】
圧縮ゴム層２及び接着ゴム層４に用いられる材料としては、水素化ニトリルゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム、ＣＳＭ、ＡＣＳＭ、ＳＢＲ、エチレン‐アルファ‐オレフィンエラストマー等が用いられる。エチレン‐アルファ‐オレフィンエラストマーとしてはＥＰＤＭ（エチレン‐プロピレン‐ジエンモノマー）が代表的であり、ジエンモノマーとしては、例えばジシクロペンタジエン、メチレンノルポルネン、エチリデンノルポルネン、１，４‐ヘキサジエン、シクロオクタジエン等が挙げられる。また、心線６としては、アラミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維等を使用することができる。
【００２０】
次に、ベルト背面に積層される帆布５の材料としては、綿、麻等の天然繊維や、金属繊維、ガラス繊維等の無機繊維、また、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリフロルエチレン、ポリアクリル、ポリビニルアルコール、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリアミド等の有機繊維等から構成される糸を用い、平織、綾織、朱子織等に製織した布や編布等を用いることができる。
【００２１】
ここで、上記のような構成のＶリブドベルト１の製造方法について説明する。先ず、円筒状の成形ドラムの周面に、ベルト背面になる帆布５と接着ゴム層４とを順に巻き付け、その後接着ゴム層４の上から心体を螺旋状にスピニングし、更にその上に、接着ゴム層４、圧縮ゴム層２を順次巻き付けて積層体とし、この積層体を架橋して架橋スリーブを得る。そしてその架橋スリーブを駆動ロールと従動ロールとに掛架して所定の張力下で走行させ、回転させた研削ホイールを走行中の架橋スリーブに当接するように移動させ、架橋スリーブの圧縮ゴム層２表面に、研磨によって３〜１００個の複数の略三角形溝部を一度に形成させる。このようにして得られた架橋スリーブを駆動ロール及び従動ロールから取り外し、別の駆動ロールと従動ロールとに掛架して走行させ、カッターによって所定の幅に切断して、個々のＶリブドベルト１に仕上げられる。
【００２２】
図１に示すように、上記の方法で仕上げられたＶリブドベルト１は、カッターによって所定の幅に切断する段階で、長手方向にカットされた心線６の切断面がベルト端部と面一になっている状態（以下露出した心線６と呼ぶ）で露出している。尚、本実施形態では、ベルト端部に心線６の半部が露出した状態（半円柱状心線７）を対象としているが、これに限らず、本発明に係るＶリブドベルト１の寿命予測方法は様々な心線６の露出状態に対して適用することができる方法である。尚、後述する有限要素解析法（ＦＥＭ解析）により、図１に示す露出した心線６と接着ゴム層４が接触する部分である半円柱状空洞部分８（接触部）において、要素単位の相当ひずみの最大値を、張り側最大張力に対する相当ひずみとして算出する。
【００２３】
次に、本実施形態に係るＶリブドベルト１の寿命予測方法を備えた寿命予測装置１６について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るＶリブドベルト１の寿命予測装置１６のブロック図である。
【００２４】
図２に示すように、本実施形態に係るＶリブドベルト１の寿命予測装置１６は、記憶部９、相当ひずみ算出部１０、ポップアウト寿命導出部１１を備えている。図２に示されている寿命予測装置１６の各部９〜１１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、ＦＤやＣＤの駆動装置等のハードウェアを収納した汎用のパーソナルコンピュータによって構成されている。かかるパーソナルコンピュータに収納されているハードディスクには、寿命予測プログラムを含む各種のソフトウェアが記憶されており、これらのハードウェア及びソフトウェアが組み合わされることによって、寿命予測装置１６の各部９〜１１が構築されている。なお、寿命予測プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＦＤ、ＭＯなどのリムーバブルな記録媒体に記録しておくことにより、様々なコンピュータにインストールできる。本実施形態において、相当ひずみ算出部１０は、市販の有限要素解析法プログラムが記憶されたものから構成されている。尚、有限要素解析法プログラムとして、米国ＭＳＣ社製汎用非線形ＦＥＭプログラム“Ｍａｒｃ”を使用した。また、寿命予測装置１６の各部９〜１１におけるデータは、図示しないディスプレイに表示されたり、プリンタで印刷されたりすることで、寿命予測装置１６の操作者に通知される
【００２５】
次に、本実施形態のＶリブドベルト１の寿命予測方法について、図３を参照して説明する。図３は、Ｖリブドベルト１の寿命予測方法の段階を順に示したフローチャートである。
【００２６】
まず、ステップ１では、Ｖリブドベルト１の寿命を予測するために必要なデータ（ベルトの幾何データ、物性データ、およびベルトの使用条件）を、キーボードなどを用いて入力する。ここで、ベルトの幾何（形状）データとしては、Ｖリブドベルト１のリブ３形状（リブ３の幅、高さ、両側面がなす角度、湾曲部曲率半径）、接着ゴム層４厚み、帆布５厚み等のＶリブドベルト１形状を特定するための様々なデータが入力される。また、物性データとしては、Ｖリブドベルト１の圧縮ゴム層２、接着ゴム層４、帆布５および心線６の弾性係数およびポアソン比が入力される。
【００２７】
また、本実施形態のベルトの使用条件としては、図４に示すような動力伝達レイアウトでＶリブドベルト１が使用される場合におけるベルトの使用条件が入力される。即ち、Ｖリブドベルト１が巻き付けられるプーリの径及び回転数、ベルト張力、屈曲径が入力される。尚、ベルト張力等の計算値は、別途用意されたベルト張力の計算プログラムをサブルーチン化して使用することもできる。そして、入力されたデータは、記憶部９に記憶される。
【００２８】
次に、ステップ２（走行実験ステップ）では、Ｖリブドベルト１に作用する張り側最大張力値に対応したポップアウト寿命を走行実験により実測する。尚、本実施形態における走行実験は、図４に示すようなＶリブドベルト１がプーリに巻き付けられた動力伝達レイアウトで行った。当該動力伝達レイアウトは、例えば車両用エンジンに設けられ、駆動プーリ１２と従動プーリ１３とアイドラープーリ１４とテンションプーリ１５と、Ｖリブドベルト１とを有して構成されている。
【００２９】
そして、駆動プーリ１２と従動プーリ１３との外周側には図１に示すＶリブドベルト１が巻き付けられる。そして、外部からの動力により駆動プーリ１２が回転させられることによって、駆動プーリ１２と従動プーリ１３とに巻き付けられた無端のＶリブドベルト１が周回走行する。Ｖリブドベルト１が周回走行することにより従動プーリ１３が回転し、駆動プーリ１２に与えられた外部からの動力が従動プーリ１３に伝達されることになる。従動プーリ１３と駆動プーリ１２の間には、Ｖリブドベルト１の張力を付与するためのテンションプーリ１５が設けられる。そして、Ｖリブドベルト１の張力は、テンションプーリ１５により図４に示す矢印Ａ方向に所定の荷重を加えることで調整することができる。また、駆動プーリ１２とＶリブドベルト１及び従動プーリ１３とＶリブドベルト１とが接触している円弧に対する中心角を示すいわゆる巻付け角を増やすためにアイドラープーリ１４が設けられている。当該アイドラープーリ１４を設けることでＶリブドベルト１の滑りを抑制することができる。このような走行実験条件で、上述した張り側最大張力値がＶリブドベルト１に作用する状態で走行実験を行った。具体的には、Ｖリブドベルト１に作用する張り側最大張力値を３５０Ｎ／rib、３２０Ｎ／rib、２６０Ｎ／ribの３つの値とした。そして、これらの張り側最大張力値に対応したポップアウト寿命を実測する。尚、本実施形態では、心線６がＶリブドベルト１本体から５０ｍｍ以上脱落した時点でポップアウト寿命とした。
【００３０】
次に、ステップ３（ひずみ算出ステップ）では、相当ひずみ算出部１０が、半円柱状空洞部分８において、要素単位の相当ひずみの最大値を各張り側最大張力に対する相当ひずみとして算出する。
【００３１】
ここで、相当ひずみの算出には、有限要素解析法を使用する。本実施形態で行われる有限要素解析法とは、解析を実施するＶリブドベルト１に対して幾何データに基づいて３次元の有限要素モデルを作成し、指定された特定使用条件において有限要素モデルに作用する境界条件及び外力条件を設定した後、物性データに基づいて有限要素モデルを強制変位させることにより応力解析を行う方法である。以上のように有限要素解析プログラムを実行することにより、指定された特定使用条件において、半円柱状空洞部分８に発生する相当ひずみが求められる。
【００３２】
次に、ステップ４（寿命値導出ステップ）では、相当ひずみ算出部１０が半円柱状空洞部分８において算出した相当ひずみに基づいて、ポップアウト寿命導出部１１がＶリブドベルト１から心線６が脱落するまでの時間（ポップアウト寿命）を、図５に示す相当ひずみとポップアウト寿命との関係を示すグラフを用いて導出する。尚、相当ひずみとポップアウト寿命との関係を示すデータは記憶部９に予め記憶しておく。
【００３３】
ここで、図５に示すようなひずみとポップアウト寿命の関係を示すグラフを得るための手順について説明する。まず、ステップ２において、表１に示すように張り側最大張力値とポップアウト寿命との関係を示すデータを得る。次に、ステップ３において、表２に示すように張り側最大張力値と相当ひずみとの関係を示すデータを得る。そして、これらのデータを用いて各張り側最大張力値に対応した相当ひずみとポップアウト寿命とを相当ひずみ−ポップアウト寿命グラフ上にそれぞれプロットしたのが図５に示すグラフである。そして、図５に示すように、相当ひずみとポップアウト寿命との間に相関があるグラフを得ることができた。
【００３４】
そして、図４に示すような動力伝達レイアウトでＶリブドベルト１が使用される場合において、相当ひずみ算出部１０が半円柱状空洞部分８において算出した相当ひずみを図５に示す相当ひずみ−ポップアウト寿命グラフに当てはめることにより、Ｖリブドベルト１のポップアウト寿命を予測することができる。
【００３５】
次に、ステップ５では、ステップ４においてポップアウト寿命導出部１１によって導出されたポップアウト寿命および／またはポップアウト寿命に基づいて算出されたＶリブドベルト１の寿命に関連した数値が寿命予測装置１６から出力される。
【００３６】
尚、本実施形態に係るＶリブドベルト１の寿命予測方法は、張り側最大張力とポップアウト寿命との関係データを得るステップ２を随時行ってから計算処理を行うというものに限られない。即ち、張り側最大張力とポップアウト寿命との関係を求めるステップ２を多くの使用条件について予め行っておいてもよい。これにより、張り側最大張力とポップアウト寿命との関係をデータ化し、記憶部９に記憶しておけば、Ｖリブドベルト１の幾何データおよび物性データを入力するだけで、一連の処理をすべてコンピュータを用いて自動的に行うことが可能となる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態に係るＶリブドベルト１の寿命予測方法によると、Ｖリブドベルト１端部に露出した心線６がＶリブドベルト１本体から脱落するまでの時間、いわゆるポップアウト寿命を正確に予測することができる。その結果、ポップアウト寿命を起因としたＶリブドベルト１の寿命を正確に予測することができる。
【００３８】
[実施例]
次に、下記の通りに、ある特定使用条件で使用されるＶリブドベルト１の寿命予測方法の実施例を示す。
【００３９】
（相当ひずみの算出）
ａ．Ｖリブドベルト１の有限要素モデルの幾何データを設定する。
幾何データとして、Ｖリブドベルト１のリブ３の形状（幅を３.５６ｍｍ、高さを２.５ｍｍ、リブ３の両側面がなす角度を４０°、湾曲部曲率半径を０.５ｍｍ）と入力した。また、接着ゴム層４の厚みを１.３５ｍｍ、帆布５の厚みを０.３５ｍｍと入力した。
【００４０】
ｂ．Ｖリブドベルト１の有限要素モデルの物性データを設定する。
物性データとして、弾性係数およびポアソン比を入力した。尚、圧縮ゴム層２の弾性係数を２５ＭＰａ、ポアソン比を０.４９とし、接着ゴム層４の弾性係数を５ＭＰａ、ポアソン比を０.４９とし、帆布５の弾性係数を３０ＭＰａ、ポアソン比を０.４９とし、心線６（ソリッド要素）の弾性係数を１５００ＭＰａ、ポアソン比を０.４９とし、心線６（トラス要素）の弾性係数を５０００ＭＰａ、ポアソン比を０.３とした。
【００４１】
ｃ．Ｖリブドベルト１の使用条件を設定する。
Ｖリブドベルト１の屈曲径は、図４に示す動力伝達レイアウトにおける最小プーリであるφ４５のテンションプーリ１５に巻き付けられた状態での曲率半径とした。ベルト張力は、張り側最大張力値として３５０Ｎ／rib、３２０Ｎ／rib、２６０Ｎ／ribの３値とした。
【００４２】
ｄ．Ｖリブドベルト１の有限要素モデルを設定する。
圧縮ゴム層２、接着ゴム層４、帆布５、心線６それぞれについて、８節点１次ソリッド要素とした。心線６については、さらに中心部に２節点のトラス要素を設定した。
【００４３】
ｅ.弾性解析プログラムを実行する。
弾性解析プログラムとして、米国ＭＳＣ社製汎用非線形ＦＥＭプログラム“Ｍａｒｃ”を使用して、接着ゴム層４の半円柱状空洞部分８に発生する相当ひずみを算出した。相当ひずみ（εeq）は、直交座標系におけるＸ、Ｙ、Ｚ各方向のひずみ成分（計算値）を用いて下記に示す計算式により計算される。尚、露出した心線６が接着ゴム層４と接触する半円柱状空洞部分８において、要素単位の相当ひずみの最大値を上述した各張り側最大張力値に対する相当ひずみとして採用した。以下その結果を表１に示す。
【００４４】
[数１]
【００４５】
[表１]
【００４６】
（ポップアウト寿命の実測）
ａ．走行実験により、張り側最大張力値とポップアウト寿命との相関を示す参照データを得る。
走行実験は、図４に示すようなＶリブドベルト１がプーリに巻き付けられた動力伝達レイアウトで行った。Ｖリブドベルト１の接着ゴム層４および圧縮ゴム層２を形成するゴムとしては、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を用いた。心線６としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いた。また、Ｖリブドベルト１のサイズは３ＰＫ１１００を用いた。走行実験条件としては、駆動プーリ１２の直径を１２０ｍｍ、従動プーリ１３直径を１２０ｍｍ、アイドラープーリ１４の直径を８５ｍｍ、テンションプーリ１５の直径を４５ｍｍとした。また、駆動プーリ１２の回転数を４９００ｒｐｍ、従動プーリ１３負荷８.８ｋＷ、雰囲気温度１２０℃とした。また、図３に示す矢印Ａ方向に加える荷重を変更することにより、張り側最大張力値を３５０Ｎ／rib、３２０Ｎ／rib、２６０Ｎ／ribに設定した。そして、各張り側最大張力値におけるポップアウト寿命を実測した。以下その結果を表２に示す。
【００４７】
[表２]
【００４８】
（ポップアウト寿命の導出）
ａ．表１に示す有限要素解析法による計算値と表２に示す走行実験による実験値とを比較することにより、ポップアウト寿命を予測する。
以下表３に、張り側最大張力値に対応した有限要素解析法による相当ひずみと走行実験によるポップアウト寿命を示す。
【００４９】
[表３]
【００５０】
表３によるデータに基づいて、相当ひずみとポップアウト寿命とを相当ひずみ−ポップアウト寿命グラフ上にそれぞれプロットしたものを図５に示す。図５に示すように、相当ひずみとポップアウト寿命との間に相関が得られた。そして、図４に示すような動力伝達レイアウトでＶリブドベルト１が使用される場合において、相当ひずみ算出部１０が有限要素解析法により算出した相当ひずみを図５に示すグラフに当てはめることにより、Ｖリブドベルト１のポップアウト寿命が予測可能になる。これにより、Ｖリブドベルトのポップアウト寿命に起因したＶリブドベルトの寿命を正確に予測することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】Ｖリブドベルトの一部破断斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＶリブドベルトの寿命予測装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＶリブドベルトの寿命予測方法の段階を順に示したフローチャートである。
【図４】Ｖリブドベルトのポップアウト寿命を実測するための動力伝達レイアウトである。
【図５】有限要素解析法により算出された相当ひずみと走行実験により実測されたポップアウト寿命との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１ Ｖリブドベルト
２ 圧縮ゴム層
３ リブ
４ 接着ゴム層
５ 帆布
６ 心線
７ 半円柱状心線
８ 半円柱状空洞部分
９ 記憶部
１０ 相当ひずみ算出部
１１ ポップアウト寿命導出部
１２ 駆動プーリ
１３ 従動プーリ
１４ アイドラープーリ
１５ テンションプーリ
１６ 寿命予測装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法であって、
前記Ｖリブドベルトが特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値とポップアウト寿命との関係を示すデータを得る走行実験ステップと、
前記Ｖリブドベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記Ｖリブドベルトが前記特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する相当ひずみを算出し、前記Ｖリブドベルトに作用する前記張り側最大張力値と前記相当ひずみとの関係を示すデータを得るひずみ算出ステップと、
前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみに基づいて、前記走行実験ステップで得られた前記ポップアウト寿命と前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみとの相関を示すデータを用いて前記Ｖリブドベルトの寿命値を導出する寿命値導出ステップと、
を備えたことを特徴とするＶリブドベルトの寿命予測方法。
【請求項２】
接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法であって、
前記Ｖリブドベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記Ｖリブドベルトが特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する相当ひずみを算出し、前記Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値と前記相当ひずみとの関係を示すデータを得るひずみ算出ステップと、
前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみに基づいて、前記Ｖリブドベルトが前記特定使用条件で使用されたときのポップアウト寿命と前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみとの相関を示すデータを用いて前記Ｖリブドベルトの寿命値を導出する寿命値導出ステップと、
を備えたことを特徴とするＶリブドベルトの寿命予測方法。
【請求項３】
前記ひずみ算出ステップにおいて、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する前記相当ひずみを算出するために有限要素解析法が使用されることを特徴とする請求項１または２に記載のＶリブドベルトの寿命予測方法。
【請求項４】
前記物性データが前記Ｖリブドベルトの弾性係数およびポアソン比を含んでおり、前記特定使用条件は前記Ｖリブドベルトが巻き付けられるプーリの径および回転数、ベルト張力、屈曲径を含んでいることを特徴とする請求項１〜３に記載のＶリブドベルトの寿命予測方法。
【請求項１】
接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法であって、
前記Ｖリブドベルトが特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値とポップアウト寿命との関係を示すデータを得る走行実験ステップと、
前記Ｖリブドベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記Ｖリブドベルトが前記特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する相当ひずみを算出し、前記Ｖリブドベルトに作用する前記張り側最大張力値と前記相当ひずみとの関係を示すデータを得るひずみ算出ステップと、
前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみに基づいて、前記走行実験ステップで得られた前記ポップアウト寿命と前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみとの相関を示すデータを用いて前記Ｖリブドベルトの寿命値を導出する寿命値導出ステップと、
を備えたことを特徴とするＶリブドベルトの寿命予測方法。
【請求項２】
接着ゴム層にＶリブドベルトの長手方向に伸延した複数の心線が埋設されたＶリブドベルトの寿命予測方法であって、
前記Ｖリブドベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記Ｖリブドベルトが特定使用条件で使用されるときに、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する相当ひずみを算出し、前記Ｖリブドベルトに作用する張り側最大張力値と前記相当ひずみとの関係を示すデータを得るひずみ算出ステップと、
前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみに基づいて、前記Ｖリブドベルトが前記特定使用条件で使用されたときのポップアウト寿命と前記ひずみ算出ステップで算出された前記相当ひずみとの相関を示すデータを用いて前記Ｖリブドベルトの寿命値を導出する寿命値導出ステップと、
を備えたことを特徴とするＶリブドベルトの寿命予測方法。
【請求項３】
前記ひずみ算出ステップにおいて、前記Ｖリブドベルトの端部に露出した前記心線が接触する前記接着ゴム層の接触部に発生する前記相当ひずみを算出するために有限要素解析法が使用されることを特徴とする請求項１または２に記載のＶリブドベルトの寿命予測方法。
【請求項４】
前記物性データが前記Ｖリブドベルトの弾性係数およびポアソン比を含んでおり、前記特定使用条件は前記Ｖリブドベルトが巻き付けられるプーリの径および回転数、ベルト張力、屈曲径を含んでいることを特徴とする請求項１〜３に記載のＶリブドベルトの寿命予測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−５４４０３（Ｐ２０１０−５４４０３Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２０９１４（Ｐ２００８−２２０９１４）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
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