ベルトドライブとチェーンドライブの違い

原動機は、他の形態のエネルギーから変換することによって機械的エネルギーを生成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エネルギーに変換し、シャフトの回転という形でそれを提供します。同様に、油圧タービン、蒸気タービン、風車なども原動機として機能することができます。機械式ドライブは、そのような原動機（ドライバーシャフト）から機械部品（ドリブンシャフト）に運動、トルク、および動力を伝達するために使用されます。トランスミッションとは別に、機械ユニットの要件に応じて、回転方向を変更したり、速度を変更したりすることもできます。機械式ドライブには、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つがあります。このようなドライブは、他の動力伝達要素（シャフト、キー、カップリング、ブレーキ、クラッチ、プーリー、スプロケットなど）も利用して、効率的で中断のない動力伝達を実現します。

4つのメカニカルドライブにはそれぞれ利点と制限があります。したがって、特定の目的に適しています。これらの4つのドライブは、さまざまな方法でいくつかの方法で分類できます。そのような分類の基礎の1つは、動力伝達の手段です。 2つの嵌合部品間の摩擦力によって動力が伝達されるこのようなすべてのドライブでは、摩擦ドライブ（ベルトドライブなど）と呼ばれます。エンゲージメントによって動力が伝達される場合、そのタイプのドライブはエンゲージメントドライブと呼ばれます（たとえば、ギアドライブやチェーンドライブ）。メカニカルドライブを分類するもう1つの要素は、柔軟な要素の存在です。ドライバーシャフトとドリブンシャフトの間に中間のフレキシブルリンケージが存在するこのようなドライブはすべて、フレキシブルドライブと呼ばれます。一方、そのような中間リンケージが存在しない場合は、リジッドドライブとしてグループ化されます。ベルトドライブとチェーンドライブはどちらもフレキシブルドライブに分類されます。一方、ギアドライブは1つのリジッドドライブです。

ベルトドライブ は、プーリーとベルトの間の摩擦力によってドライバーからドリブンシャフトに力と動きを伝達する1つの柔軟な摩擦ドライブです。中距離から長距離の送電に適しています。ただし、その容量はベルトとプーリー間の摩擦力に制限されます。したがって、それは重い動力伝達要件には適していません。一方、チェーンドライブ は、スプロケットを使用したチェーンの連続的な係合と解放によって動力が伝達される1つの柔軟な係合ドライブです。ベルトドライブは滑りやすいですが、チェーンドライブは滑りにくいです。ただし、必ずしも一定の速度比を提供するとは限りません。ベルトドライブとチェーン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：ベルトドライブとチェーンドライブの違い

摩擦とエンゲージメントの促進： フリクションドライブでは、動力と運動の伝達は2つの部品間の摩擦によって発生します。ベルトドライブは、プーリーとベルトの間の摩擦力が動力伝達の手段として機能するため、1つの摩擦ドライブです。同様に、ロープドライブも1つのフリクションドライブです。一方、歯付き部品の連続的な係合と解放によって動力と運動の伝達が発生する場合、それは係合ドライブと呼ばれます。ここでは、摩擦力は動力伝達に直接的な役割を果たしません。たとえば、チェーンドライブでは、歯付きスプロケットと対応するチェーンを噛み合わせることで動力が伝達されます。同様に、ギアドライブも1つのエンゲージメントドライブです。

スリップとポジティブドライブ： ポジティブドライブは、動作中に一定の速度比を提供するドライブです。すべり、クリープ、多角形効果などのさまざまな現象は、回転速度を変化させ、それによって速度比を妨げる傾向があります。旋盤でのねじ切りなどのさまざまな操作では、一定の速度比が強く求められます。ギアドライブは、真のポジティブドライブを提供できる唯一の機械式ドライブです。ベルトドライブはスリップしやすく、一定の速度比を提供できません。 Vベルトとリブ付きベルトはスリップ率を最小限に抑える傾向がありますが、クリープも速度比を妨げる可能性があります。一方、チェーンドライブには滑りがありません。ただし、ポリゴン効果によって速度比が望ましくない場合があります。

推奨シャフト距離： メカニカルドライブの基本的な目的は、ドライバーシャフト（原動機など）からドリブンシャフト（機械など）に運動と動力を伝達することです。ドライバーとドリブンシャフトの間の距離は、フロアレイアウトを含む多くの要因に基づいて変化する可能性があります。ギアドライブは、短距離の動力伝達に適しています。フラットベルトドライブは、中距離から長距離（3〜15m）に適しています。ただし、Vベルトは短距離（通常は最大1m）でも使用できます。シャフトの距離が長い場合、ベルトはむち打ちする傾向があります（2つのプーリーの間で振動します）。ベルトのたるんだ側も曲がることがあります。したがって、追加のサポートが必要になる場合があります。一方、中距離から中距離の動力伝達にはチェーンドライブが好ましい。チェーンは通常ベルトに比べて重いため、長距離で使用するとシステムの重量が大幅に増加する可能性があります。チェーンの長さが長い場合は、スプロケットのサポートも必要です。

実現可能な顔： フラットベルトの場合、ベルトの内側部分のみがプーリーに接触します。クロスベルト配置でも、ベルトは2つの異なる平面で曲げられ、内側部分のみがプーリーと接触するようになっています。 Vベルトでは、2つの傾斜した側面のみが対応するプーリーと接触します。これらの接触面は変更できません。例えば、平ベルトの外側部分は動力伝達に利用できません。ただし、チェーンドライブは両側（内側と外側）を問題なく使用できる可能性があります。 1本のドライバーシャフトで複数（少なくとも3本）のシャフトを駆動する必要がある場合は、両側でも同時に使用できます。

効率： フリクションドライブであるため、ベルトドライブでは摩擦により動力損失が発生します。これにより、ドライブの効率が低下します。シングルステージでは、ベルトドライブは、主に合わせ面の摩擦特性、初期張力、ベルトのタイプ、ラップ角度、スリップ、クリープに応じて、92〜96％の範囲の効率を提供できます。摩擦損失はごくわずかであるため、チェーンドライブは効率を向上させることができます。新しいチェーンを適切に潤滑すると、通常95〜98％の効率が得られます。

作業室の温度： ほとんどのエンジニアリング材料は、温度によって寸法が変化します。ただし、変化の程度は、当該材料の熱膨張係数に依存します。ベルトは通常、ゴム、布ゴム、プライレザー、または合成材料で作られています。非金属材料であるため、ベルトは気温のわずかな変化で寸法が大幅に変化します。湿度さえもパフォーマンスに影響を与える可能性があります。温度が上昇すると、ベルトの長さも増加し、その結果、スリップが増加し、動力が失われ、速度が不安定になり、効率が低下します。気温が下がるとベルトの長さが短くなり、ベアリングへの負荷が大きくなります（シャフトを取り付けます）。作業室の温度のわずかな変動は、チェーンドライブで検出可能な問題を引き起こしません。チェーンは適切に潤滑されているため、湿度の影響も無視できます。

シャフトの向きとずれ： ドライバーとドリブンシャフトの向きに基づいて選択するには、適切なメカニカルドライブが必要です。ベルトドライブとチェーンドライブは、平行シャフト間でのみ動力を伝達できます。垂直な非交差シャフトには1/4回転ベルトを使用できますが、多くの制限とベベルギアやウォームギアに比べて性能が低いため、一般的ではありません。プーリーを対応するシャフトに固定する際の小さな角度または位置のずれは、動力伝達に問題を引き起こしません。一方、チェーンドライブは非平行シャフトには使用できません。常にスプロケットを適切に位置合わせする必要があります。そうしないと、チェーンのスロットがスプロケットの歯と一致せず、顎がスプロケットから飛び出す傾向があります。

初期の緊張： ベルトドライブには、運搬に必要な負荷と動作速度に基づいた初期張力が必要です。ベルトの長さの段階的な増加の影響を軽減するために、ベルトの張力を頻繁に調整することも望まれます。この初期張力により、ベアリングへの負荷が増加します。ただし、チェーンドライブでは、動力伝達のためにチェーン内でそのような張力を維持する必要はありません。

注油： ベルトドライブは時折の注油のみを必要とします。望ましい潤滑よりも高い潤滑は、滑りを望ましくなく増加させるため、有害です。チェーンドライブには頻繁な注油が必要です。ただし、ギアドライブで必要とされる完全な潤滑ではありません。潤滑油のコストは、ベルトドライブと比較してチェーンドライブで考慮すべきもう1つの要素です。

この記事では、ベルトドライブとチェーン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。L.ノートンによる機械設計（第5版、ピアソンエデュケーション）。
3. R.S.KhurmiとJ.K.Guptaによる機械設計の教科書（S. Chand; 2014）