フラットベルトドライブとVベルトドライブの違い

機械は、エネルギーを拡張することによって特定のタスクを実行できるメカニズムのクラスターとして定義できます。機械の大部分は、回転軸のトルクに他ならない機械力で駆動されます。原動機は、他の形式のエネルギーを機械的エネルギーに変換するために使用されます。たとえば、電気モーターは電気エネルギーを機械的動力に変換します。しかしながら、そのような原動機は機械ユニットから離れて配置されているので、別の伝送システムが望まれる。ここに、ドライバー要素（原動機など）から被駆動要素（機械ユニットなど）に運動、トルク、および動力を伝達する機械式動力伝達システムの役割があります。この目的を果たすために、ギアドライブ、ベルトドライブ、チェーンドライブ、ロープドライブの4つの機械式ドライブが使用されます。

ベルトドライブは、動きと力が摩擦によって伝達される1つの摩擦ドライブです。ここでは、最初に2つのプーリーがドライバーシャフトとドリブンシャフトに取り付けられています。次に、エンドレスベルトがプーリーに部分的に巻き付けられ、適切な張力が維持されます。ベルトドライブは、短距離から長距離の送電に適しており、システムを過負荷や振動から本質的に保護することができます。プーリーとベルト間の摩擦力が動力伝達に役立つため、ベルト駆動能力は主に摩擦特性、接触角、初期張力によって制限されます。伝送容量を増やす1つの方法は、ラップまたは接触角を増やすことです。これは、許可されている場合は、オープンベルトドライブをクロスベルトドライブに置き換えることで実行できます。

動力伝達能力を向上させる別の方法は、ベルトとプーリーの間の接触面積を増やすことです。これは、Vベルトドライブを採用することで実現されています。 フラットベルトドライブ 長方形の断面の結合ベルトが使用され、ベルトの1つの平らな面だけがプーリーと接触したままになります。容量は少ないですが、長距離送電に圧倒的に使用されています。オープンとクロスの2つの配置が可能です。 Vベルトドライブ 対応するV溝を備えたプーリーを備えたエンドレス台形（断面）ベルトを利用します。ここでは、ベルトの2つの側面がプーリーと接触したままになっているため、伝達能力が向上し、滑りが減少します。ただし、ドライバーシャフトとドリブンシャフトの距離が短い場合に特に適しています。フラットベルトドライブとVベルトドライブのさまざまな違いを表形式で以下に示します。

表：フラットベルトドライブとVベルトドライブの違い

ベルトの構成： フラットベルトは、エンドレスベルトを作るために一点でヒンジで固定されています。断面が長方形で、幅が厚さよりも大幅に大きくなっています。ベルトの内面のみがプーリーと接触することができます。プーリーは、外面がベルトにのみ接触する円筒形です。したがって、プーリーの外面とベルトの内面との間の摩擦力を利用して、運動と動力をドライバーシャフトからドリブンシャフトに伝達します。一方、Vベルトの断面は台形で、大きい方のベルトの幅は厚さとほぼ同じです。プーリーには、ベルトを収容するためのV溝もあります。プーリーのV角度は、ベルトの2つの平行でない面の間の角度と一致する必要があります。

騒音と振動： 前述のように、フラットベルトはナットとボルトを使用してヒンジで固定され、エンドレスになっています。この接合部には常に溝があります。ベルトの内面が非対称であるため、フラットベルトドライブはかなりの騒音と振動を発生させます。これにより、非常に高速でのアプリケーションが制限される場合があります。一方、Vベルトは無限に製造されているため、接合部はありません。したがって、振動が少なく、動作もかなり良好です。

ベルトとプーリーの接触： 前述のように、平ベルトの内面のみが円筒プーリーの外面と接触したままになります。 Vベルトの場合、2つの傾斜面が同時にV字型プーリーの2つの側面と接触したままになります。

送電容量： すべての機械式ドライブと同様に、ベルトドライブの基本的な目的は、あるシャフトから別のシャフトに運動と動力を伝達することです。ベルトドライブは1つのフリクションドライブであるため、動力伝達能力は主に合わせ面の摩擦特性に依存します。荷重が摩擦力を超えると、自動的にスリップが発生します。ベルトとプーリーの間の摩擦係数が高いほど、伝達能力は高くなります。ただし、発熱と摩耗も多くなります。摩擦係数を直接増加させる代わりに、フラットベルトの代わりにVベルトを使用することで間接的に摩擦係数を高めることができます。 Vベルトの有効摩擦係数は、同じ材料の平ベルトと比較して2〜3倍高い（ベルトのV角度に基づくと通常40°）ことが証明できます。したがって、Vベルトドライブはスリップすることなく大幅に高い電力を伝達できます。

シャフト間の距離： ドライバーシャフトとドリブンシャフト間の中心距離に基づいて、適切なメカニカルドライブが選択されます。たとえば、ギアドライブは中心距離が小さい場合（通常は最大1m）に適しています。チェーンドライブは、アイドルスプロケットの助けを借りて、通常は最大3mの小距離から中距離に使用できます。ベルトドライブは、1m未満から15mまでの幅広い中心距離に利用できます。フラットベルトドライブは、長距離送電に特に適しています。一方、Vベルトは、距離が短い場合（通常は1m未満）にのみ推奨されます。

速度低下： 機械ユニットは原動機によって駆動されます。通常、原動機の駆動軸は、機械の従動軸に必要な速度よりも高速で回転します。したがって、回転速度の低下が必要であり、これは、ドライバーおよびドリブンプーリーの直径を変更することによって達成できます。ただし、すべての機械式ドライブは、範囲内で速度比を変更できます。フラットベルトドライブは、最大1：4の速度低下を提供できます。これより高いと、スリップが望ましくないほど増加する可能性があります。有効摩擦係数が高いため、Vベルトは1：7までの速度低下を実現します。

ベルトの移動： 単一の機械ユニットでは、操作のさまざまな段階で速度を変える必要がある場合があります。また、単一の原動機を使用して複数の機械を駆動することができ、それぞれがさまざまな動作速度を必要とします。このようなシナリオでは、直径の異なる多数のプーリーが単一のシャフトに取り付けられる段付きプーリーが採用されます。フラットベルトを使用すると、走行状態でベルトをあるプーリーから別のプーリーに簡単に移動できます。したがって、ドライブシャフトの回転速度は、ドライバーユニットを停止することなく変更できます（ベルトの張力を維持するには、ベルトの長さを機械的に調整する必要があります）。 Vベルトドライブでは、V溝付きの専用プーリーが必要なため、このようなシフト機能は利用できません。

経済的側面： フラットベルトと対応するプーリーのくびれは簡単です。フラットの長さは、ナットとボルトで接合されているため、複数回調整することもできます。寿命が長く、構造が簡単なため、このドライブユニットは安価です。 Vベルトと対応するプーリーは高価です。長さを調整できないため、耐用年数が短くなります。

この記事では、フラットベルトドライブとVベルトドライブの科学的な比較について説明します。著者はまた、トピックをよりよく理解するために、以下の参考資料を読むことをお勧めします。

1. V。B.Bhandariによる機械要素の設計（第4版、McGraw Hill Education）
2. R.S.KhurmiとJ.K.Guptaによる機械設計の教科書（S. Chand; 2014）