ドライブチェーンの選定：エンジニアがあらゆる用途に最適なチェーンを選ぶ方法

韓国の工業用ベーカリーの生産技術者は、故障した部品の代替品を指定した。 ドライブチェーン 生地ミキサーの駆動装置について。彼女はモーターの銘板（1,450 RPMで7.5 kW）を見て、中程度の衝撃に対するANSIサービス係数1.3を適用し、選定表から適切なチェーンを見つけて注文した。交換品は1,100時間後に同じ箇所で故障し、元のチェーンの耐用年数とほぼ同じだった。チェーンの選定は、標準的な中程度の衝撃用途には技術的に正しかった。しかし、考慮されていなかったのは、生地ミキサーは1シフトあたり3回、冷たく硬い生地で全負荷で始動し、各始動イベントは最初の2～3秒間、運転トルクの約4倍のピークに達するということだった。ANSIサービス係数システムは定常状態および中程度の周期的負荷に適用され、慣性始動負荷は考慮されていない。運転トルクではなく始動トルクに合わせて駆動装置を設計するには、2サイズ大きいチェーンを使用するか、上流に流体継手を取り付けて始動ピークを制限する必要があっただろう。始動条件が選定計算に含まれていなかったため、どちらの選択肢も検討されなかった。

正しい選択をする ドライブチェーン この手順では、4つの異なる工学的問題を順番に解いていく必要があり、それぞれの問題は銘板に記載されている状態ではなく、実際の運転状態に基づいて解答する必要があります。このガイドでは、各手順の方法を解説します。

ステップ1 — 補正設計電力の決定

ANSI B29.1の選定方法は、まず補正設計電力から始めます。補正設計電力とは、モータの銘板電力に、​​駆動される機械の負荷特性を考慮したサービス係数を乗じたものです。公表されているANSIサービス係数は以下のとおりです。

標準サービス係数に加えて、特定のケースではさらに2つの乗数が適用されます。 マルチストランドファクター （二重または三重チェーンを実行する場合、ストランドが負荷を完全に均等に分担しないため、電力定格は単純に2倍または3倍にするのではなく、それぞれ1.7倍または2.5倍になります。） アイドラースプロケット係数 （緩み側のプレーンアイドラは、追加の屈曲疲労サイクルが導入されるため、定格出力容量を約10～15%低下させます。）

ステップ2 — パワー定格表からチェーンピッチを選択する

変速比、軸回転速度、トルクの関係性――これらは適切なチェーンピッチを選択する上で基本となる。

ANSI B29.1の定格出力チャートは、補正された設計出力（kW）とスプロケット回転数（RPM）の任意の組み合わせを、推奨されるチェーンピッチにマッピングします。チャートは複数の領域に分割されており、各領域は、各ピッチにおけるチェーンの定格出力容量での最小回転数と最大回転数によって区切られています。適切なピッチは、設計点（出力×回転数の交点）を含む領域を持つピッチです。

チャートだけでは分からない2つの選択ルールがあります。1つ目は、設計点が2つのピッチゾーンの境界付近にある場合は、必ず小さい方のピッチを選択し、小さい方のピッチでのダブルストランドが、大きい方のピッチでのシングルストランドよりも好ましいかどうかを確認してください。2つ目は、低速（小径スプロケットで約100 RPM以下）では、潤滑膜の形成が不十分になるため、チャートの出力定格が保守的になります。非常に低速の場合は、チャートの境界に関係なく、チャートの結果から1つ上のサイズを選択し、連続潤滑を指定するのが正しいアプローチです。

この表に記載されているすべての出力定格は、タイプ2の滴下潤滑方式を採用した17歯のシングルストランドチェーンに適用されます。実際の定格出力は歯数が増えるにつれて増加し（17T → 21Tでは約18%の容量増加）、潤滑が不十分な場合は減少します（定格速度での手動潤滑では、タイプ2の値から有効容量が30～40%減少します）。この表はチェーン選定の出発点であり、終着点ではありません。必ず、検討している特定のチェーングレードについて、メーカーが公表している選定チャートと照らし合わせて確認してください。

ステップ3 — スプロケットの歯数を選択し、変速比を確認します

チェーンピッチが確定したら、必要な速度比を実現するためにスプロケットの歯数を選択します。チェーン駆動では、確実な噛み合いがあるため、伝達比の計算式は正確です。

歯数に関する3つのルールは、歯数比以外にも駆動品質に影響を与える。

ステップ4 — 中心距離、チェーンの長さ、たるみの設定

標準的な水平チェーン駆動装置における推奨中心距離は、チェーンピッチの30～50倍です。19.05mmピッチのANSI #60チェーンの場合、推奨範囲は571～952mmとなります。30ピッチより近いと小径スプロケットの巻き付け角が小さくなり、50ピッチより遠いと緩み側に長い自由スパンが生じ、特定の回転数範囲で共​​振振動が発生します。どちらの極端な場合も、追加の対策が必要です。中心距離が短い場合はテンショナー、長い場合は中心スパンガイドまたは振動ダンパーが必要です。

ピッチ（リンク）で表されるチェーンの長さは、以下から計算されます。

結果を最も近い偶数に丸めて、標準的な完全な接続リンクが使えるようにします（ハーフリンクやオフセットリンクは強度が低いため、軽負荷用途以外では使用を避けるべきです）。次に、完全なリンクチェーンに対応するために中心距離をわずかに調整します。切り捨てる場合は中心距離を小さくし、切り上げる場合は大きくします。

水平駆動の場合、緩み側のたるみは中心距離の約 2% に設定する必要があります。中心距離が 600 mm の駆動の場合、適切なたるみ (駆動が静止している状態で下部チェーン走行の中心で測定) は約 12 mm です。チェーンが張りすぎるとベアリング負荷が増加し、高温になります。張力が不足すると緩み側がばたつき、駆動スプロケットへのローラーの噛み合いの衝撃速度が増加します。垂直または傾斜したチェーン走行を持つ駆動では、重力が下部スパンのチェーン張力を補助するため、たるみの要件は中心距離の 0～1% に減少します。

ステップ5 — 出力定格に合わせた潤滑システムの選択

ANSIの定格出力チャートは、特定の潤滑タイプに基づいて発行されています。定格潤滑タイプよりも低グレードの潤滑方法を使用すると、表の値よりも実効出力が低下します。これは、チェーン駆動装置の選定において最も見落とされがちな点です。なぜなら、潤滑方法の決定は、機械設計が完了した後、保守エンジニアリング部門によって、チェーンのサイズ決定とは独立して行われることが多いからです。

管理された産業環境に設置される駆動チェーンシステムにおいては、潤滑システムの選定はチェーンサイズの選定と同様に重要である。

この表が示す意味は、駆動装置の設計において非常に重要です。タイプ2の滴下潤滑方式で定格容量の限界に近い容量のチェーンを選定し、手動潤滑のみで設置した場合、実質的には定格容量の140～167%で稼働していることになります。この状態では、チェーンの品質に関わらず、設計寿命を迎える前に疲労破壊が発生します。逆に、既存の駆動装置で滴下潤滑からオイルバス潤滑にアップグレードすることで、実質的に動力容量を30～50%増加させることができ、場合によってはチェーンの大型化プロジェクトを完全に延期できることもあります。

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適切なドライブチェーンの選択が最も重要な意味を持つ用途

サーボ駆動式インデックスシステム。 精密位置決め用途で使用されるサーボモーターは、チェーン駆動における速度変動をほとんど許容しません。歯数が少ないことによる多角形効果は、駆動軸における正弦波状の位置誤差として現れます。17歯のドライバーでは±1.7%の速度変動が生じ、これは100mmピッチ円半径で約±0.3mmの位置誤差に相当します。高精度インデックスには、固定中心距離（たるみ調整式テンショナーなし）とオイルバス潤滑を備えた、ドライバーに最低21歯が必要で、位置精度と耐用年数の最適な組み合わせが実現します。当社の製品ラインナップをご覧ください。 精密駆動用仕上げ穴付きスプロケット 互換性のある構成の場合。

農業機械の駆動装置。 コンバインのフィーダーハウス、脱穀機、エレベーターの駆動装置はすべて、摩耗環境下で非常に変動の大きい負荷の下で動作します。ここでの選定原則は、平均負荷ではなく最悪の負荷シナリオに合わせて駆動チェーンのサイズを決定し、潤滑油の供給が制限される重要な駆動装置にはOリングシールチェーンを指定することです。コンバインのフィーダーハウスで使用されるANSI #80または#100シールチェーンは、韓国の現場条件下で同等定格のオープンチェーンよりも4～6倍長持ちします。 農業用途向けローラーチェーンのバリエーション #60から#120までのピッチサイズを取り揃えています。

連続プロセス産業を推進する。 製紙工場、セメント工場、鉄鋼サービスセンターでは、定期メンテナンスの合間にチェーン駆動装置を数週間連続運転することがよくあります。このような用途では、最低10,000時間の耐用年数を基準に選定する必要があります。そのためには、連続オイル循環潤滑下で、最小破断荷重の8～10%以下の使用荷重でチェーンを選定する必要があります。これは非常に保守的な基準ですが、意図的なものです。なぜなら、連続プロセス産業における予期せぬダウンタイムは、通常、1件あたりチェーン本体価格の10～30倍のコストがかかるからです。

よくある質問