タイミングベルトの破断事故の原因解明に関する研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05302032
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 渡辺 一実 山形大学, 工学部, 教授 (90091769)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飯塚 博 山形大学, 工学部, 助手 (90142215) ; 篭谷 正則 大阪産業大学, 工学部, 教授 (80113124) ; 小山 富夫 大阪工業大学, 工学部, 教授 (50079547)
• Keywords: 歯付ベルト / 破損 / 疲労寿命 / 心線 / 屈曲 / ストランド / はく離

Research Abstract

本研究は,破損形態の観察,変形挙動の測定および力学解析の3段階から構成される.
第1段階はベルト破損形態の観察である.まず,実車走行した歯付ベルトの損傷形態を観察し,ベルト破損機構解明のための基礎資料とした.つぎに,モデル化したベルト走行疲労試験とその破損状況の観察を行い,ベルト損傷の発生・進展機構の詳細について検討した.その結果,歯付ベルトの破損は,き裂の発生・進展という,力学的な破損形態をとり,さらに,通常の試験条件下では,心線内部のファイバーを撚って作製したストランドのはく離として生じることを明らかにした.
第2段階では,ベルトとプーリの噛み合い状況をモデル化した装置を用いて,ベルト各部に生じる変形量の把握を行った.また,発生した屈曲やせん断などの各変形ごとにモデル化した破壊試験を行った.その結果,ベルトの破損は心線に屈曲が繰返し負荷されることによって生じることがわかった.
第3段階では,ベルト破損機構解明のための力学解析を行った.ベルト心線に損傷を発生させる屈曲の大きさが,ベルト張力,プーリ歯ピッチ,あるいはプーリ歯先円直径などとどのような関係にあるかを解析的に検討した.また,その結果に基づいてベルト破損寿命の新しい整理法を提案した.その結果,ベルトに繰返し負荷される曲げモーメントの大きさによってベルトの破損寿命がよく整理できることがわかった.
これらの検討を通して,歯付ベルトの強化を考える際には,まず心線内部の耐屈曲疲労性の向上から考えるべきこと,およびベルト耐久性の評価にはベルト張力よりもベルト歯歯元での屈曲の大きさで行うべきこと,などの重要な知見を得ることができた.

Research Products

• [Publications] Hiroshi IIZUKA: "Observation of fatigue failure in synchronous belts" Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structure. (掲載決定). (1994)
• [Publications] Hiroshi IIZUKA: "Fatigue failure in Synchronous belt" International Symposium on Fracture and Durability of Polymers and Composites. (発表予定). (1994)
• [Publications] 飯塚 博: "歯付ベルトに生じる疲労損傷の観察" 日本機械学会通常総会講演論文集. NO.930-63E. 157-159 (1993)
• [Publications] 飯塚 博: "歯付ベルトに生じる変形挙動の測定" 日本機械学会通常総会講演論文集. NO.930-63E. 219-221 (1993)
• [Publications] 伊藤 幸典: "強制変位を受ける埋込剛体2円柱近傍の応力分布" 日本機械学会材料力学講演会講演論文集. NO.930-73. 845-846 (1993)
• [Publications] 堤 慎哉: "歯付ベルトの変形挙動" 日本機械学会通常総会講演論文集. NO.940-10(発表予定). (1994)
• [Publications] 飯塚 博: "歯付ベルト心線の破損" 日本機械学会第72期通常総会講演論文集. (発表予定). (1994)
• [Publications] 堤 慎哉: "歯付ベルトの変形挙動" 日本機械学会第72期通常総会講演論文集. (発表予定). (1994)
• [Publications] 飯塚 博: "歯付ベルトにおける疲労損傷の観察" ベルト伝動技術懇話会第2・第5分科会講演会資料. Vol.2. 1-9 (1993)
• [Publications] 飯塚 博: "歯付ベルトにおける疲労き裂の発生" ベルト伝動技術懇話会秋季講演会資料集. Vol.1. 26-35 (1993)
• [Publications] M.Kagotani: "A Study on Transmission Error in Timing Belt Drives" Trans.ASME,Journal of Mechanical Design. 115. 1038-1043 (1993)
• [Publications] 小山 富夫: "はすば歯付ベルトの騒音に関する研究" 日本機械学会通常総会講演論文集. NO.930-63E. 151-153 (1993)
• [Publications] 篭谷 正則: "はすば歯付ベルトの寿命に関する研究" 日本機械学会通常総会講演論文集. NO.930-63E. 154-156 (1993)