あらゆる駆動システムにおけるローラーチェーンの長さの計算方法

ローラーチェーンの長さを計算する前に、チェーンピッチ、各スプロケットの歯数、スプロケットシャフトの中心間距離という 4 つの固定値を設定する必要があります。コベントリーの配送センターのコンベアシステムから抽出した英国の実例を考えてみましょう。駆動部では、ピッチ 19.05mm の 12B-1 チェーンが指定されています。駆動スプロケットには 19 個の歯 (n = 19) があり、従動スプロケットには 38 個の歯 (N = 38) があります。シャフトの中心間距離は 500mm です。これらのパラメータが確認できたら、計算に進むことができます。中心間距離は、現場で測定誤差が生じやすいパラメータであることが多いので、特に振動や以前の摩耗によってベアリングハウジングが数ミリメートルずれている可能性がある場合は、巻尺ではなく校正済みの距離計を使用して必ず確認してください。

中心距離をチェーンピッチで割ってピッチ単位に変換します。C/p = 500 / 19.05 = 26.25 ピッチ。この無次元比が、式の最初の項を決定します。ローラーチェーンの長さの式の最初の項は 2 × 26.25 = 52.5 ピッチになります。この項だけでも、両方のスプロケットが同じサイズで、巻き取り補正が不要であれば、チェーンの長さは約 52.5 ピッチとなり、ちょうど 2 つの直線部分をカバーできることがわかります。計算の早い段階でピッチに変換することで、エンジニアがミリメートルとインチの値を混在させた場合に発生する単位変換エラーの累積を防ぐことができます。これは、元々帝国単位で設計された古い英国製機械の交換用チェーンを指定する際によくある問題です。

第2項は (N + n) / 2 = (38 + 19) / 2 = 28.5 ピッチです。これは、両方のスプロケットに同時に巻き付くチェーンの弧長の合計、つまり、任意の瞬間にスプロケットの歯に接触している部分の長さを表します。1:2 の速度比では、これはチェーン全体の噛み合い面積のかなりの割合を占めます。イースト・ミッドランズ地方の農業機械（コンバインハーベスター、ベーラーなど）のローラーチェーン駆動装置を選定するエンジニアは、大型の駆動スプロケットを扱う際にこの項を過小評価しがちで、その結果、チェーンのサイズが小さすぎて収穫期に作業が遅れるという事態を招きます。注文する前に必ず計算結果を確認してください。

3 番目の項である補正係数は、((N – n) / (2 × pi))^2 × (p / C) です。これを代入すると、((38 – 19) / (2 × 3.1416))^2 × (19.05 / 500) = (19 / 6.2832)^2 × 0.0381 = (3.024)^2 × 0.0381 = 9.145 × 0.0381 = 0.35 ピッチとなります。このスプロケット比では、これは無視できない補正であり、より大きな比率の差 (例えば、南ウェールズの製鉄所の重工業用コンベアや西ミッドランズの自動車プレス工場で一般的な 1:4 または 1:5 の減速ドライブ) では、補正項は 1.5 ～ 2.5 ピッチに達する可能性があり、チェーン数を偶数から奇数に変更するのに十分なため、異なる設計上の決定が必要になります。

3 つの項をすべて足すと、L = 52.5 + 28.5 + 0.35 = 81.35 ピッチになります。最も近い偶数に切り上げると、L = 82 リンクになります。実際のチェーンの長さは 82 × 19.05 mm = 1,562.1 mm、つまり約 1,562 mm です。これが注文時に指定する長さです。センター距離が調整可能な場合は、チェーンを 82 リンクにしてセンター距離を少し短くしてたるみを取り除き、調整可能なマウントまたはテンショナースプロケットで張力をかける必要があります。英国の軽工業施設 (包装ライン、瓶詰め工場、自動車サブアセンブリ) の多くのローラーチェーン駆動システムは、ローラーチェーンの耐用年数にわたる自然な伸び (通常、最初の 5,000 時間の運転で 2〜3%) に対応するために、意図的に調整可能なマウントプレートを備えて設計されています。

動作原理

ローラーチェーンは、一連の連結リンクを介して動力を伝達します。各リンクは、ピン、ブッシング、ローラーで接続された内側と外側のプレートのペアで構成されています。駆動スプロケットが回転すると、その歯がチェーンの内側リンクに取り付けられたローラーに噛み合います。ローラーはブッシング上で自由に回転し、歯の噛み合い点での滑り摩擦を制御された転がり接触に低減します。この転がり接触は、高負荷・低速用途において、ローラーチェーンが平ベルトやVベルト駆動よりも優れている決定的な利点です。チェーンは駆動スプロケットに巻き付き、同じ転がり歯接触を介してトルクを伝達した後、緩み側に移動します。張力側張力から緩み側張力を引いたものが、システム全体に有効な動力を伝達する実効的な引張力となります。グリムズビーで24時間稼働している英国の食品生産ラインや、ウェイクフィールド近郊の飲料缶詰工場では、毎時数千回のリンクサイクルというこの連続的な連結動作により、摩耗や熱応力を管理するために、すべてのピンとブッシングの接合部に潤滑油を塗布する必要があります。

ローラーチェーン製造における主要材料

ローラーチェーンの性能と寿命は、その材質構成と密接に関係しています。英国の厳しい産業用途向けに製造される高品質のローラーチェーンは、ピンとローラーに通常、表面硬化または全体硬化処理された炭素鋼（AISI 1045またはAISI 52100ベアリング鋼など）を使用し、硬度はHRC 55～62が標準です。内側および外側のリンクプレートは、高炭素鋼または合金鋼から製造され、熱処理前に精密な寸法公差でプレス加工されます。ピンとローラーの間にある円筒形のスリーブであるブッシングは、通常、油を含浸させた多孔質構造を持つ焼結粉末金属部品で、初期潤滑を提供し、サービス間隔を延長します。ハルの沿岸加工施設やアバディーンのオフショアサポート工場などの腐食性環境では、ステンレス鋼304および316が全体に使用され、引張強度を多少犠牲にすることで、塩分を含む空気、洗浄剤、湿気に対する耐性を大幅に向上させています。ニッケルメッキチェーンは、低コストで適度な耐腐食性を求める場合に指定される一方、PTFE含浸ブッシングを備えた自己潤滑チェーンは、厳しい衛生規制が適用される食品用コンベアシステムなど、外部潤滑が非現実的または禁止されている場合に選択される。

鉄鋼・金属加工 ― シェフィールドおよびサウスヨークシャー

シェフィールドの長年にわたる金属加工と特殊鋼製造の伝統は、圧延機テーブル駆動装置、鍛造プレス搬送機構、棒鋼加工コンベアなどにおいて、高耐久性ローラーチェーンの需要を生み出しています。これらの用途では、極めて高い負荷、高温加工された鋼材からの高温、そして非常に摩耗性の高いスケール破片といった環境が伴います。シェフィールドの金属加工環境向けに選定されるローラーチェーンは、一般的に、スケール付着を防ぐ特殊な表面コーティングを施した高張力合金鋼製の大ピッチ高耐久チェーン（BS 24B、32B、または40B）です。これらの用途における適切なチェーン長を計算するには、運転温度におけるチェーンと支持鋼材の両方の熱膨張を考慮する必要があります。熱膨張は有効中心距離を変化させ、ひいては張力に影響を与える要因となります。

鉱山・採石設備 ― ウェールズおよびイングランド北部

ウェールズの粘板岩採石場、ペナイン山脈の石灰岩採掘場、ノーサンバーランドの露天掘り炭鉱では、コンベヤ駆動装置、石炭カッター運搬システム、破砕機供給エプロンフィーダーにローラーチェーンが使用されています。これらの環境では、チェーンに最も過酷な運転条件が課せられます。高負荷下でのほぼ連続運転、研磨性鉱物による汚染、そして破砕システムに大きすぎる塊が入った際の衝撃荷重の絶え間ないリスクなどです。これらの用途では、チェーンの耐用年数は、試運転時にローラーチェーンの長さや張力を含む駆動装置の形状がどれだけ正確に指定されているかによって直接決まります。重量物の運搬駆動装置で張力が不足しているチェーンは、負荷がかかると鞭のようにしなり、リンクプレートに曲げ疲労亀裂が発生し、それが突然のチェーン破断の前兆となります。

駆動軸と従動軸の中心距離は、ローラーチェーンの長さと直接的な関係があり、単純な算術では説明できません。任意のピッチとスプロケットサイズに対して最適な中心距離の範囲を定義するエンジニアリングガイドラインがあり、これらの範囲外（近すぎても遠すぎても）で動作させると、特定の問題が発生します。ほとんどのローラーチェーン駆動における理想的な中心距離は、チェーンピッチの30～50倍です。19.05mmピッチの12B-1チェーンの場合、これは約572mmから952mmの範囲が望ましいことを意味します。30ピッチ未満では、小さいスプロケットの巻き付け角が小さいため、噛み合う歯の数が減少し、歯あたりの負荷が増加してスプロケットの摩耗が加速します。中心距離が短すぎると、チェーン駆動に固有のリズミカルな速度変化である多角形効果も悪化し、駆動が騒々しくなり、振動による疲労が起こりやすくなります。反対に、中心距離が非常に長いと、緩み側のチェーンのたるみが増加します。英国の駆動工学規格で定められている一般的な規則では、スラックスパンの中央における垂直方向のたるみとして測定される許容スラックは、スパン長の2%を超えてはならないとされています。1,000mmのスラックスパンの場合、たるみは20mm以下でなければなりません。この値を超えると、チェーンが高速で波打ち、スラックスパンが駆動スプロケットに入るたびに鞭打ち力と衝撃荷重が発生します。このような状況では、テンショナースプロケットまたは調整可能なテイクアップユニットが標準的な解決策であり、3スプロケット構成のローラーチェーンの全長を計算する際には、駆動ジオメトリに含める必要があります。

Ever Powerローラーチェーン：精度、カスタマイズ性、そしてサプライチェーンの強固さ

「シェフィールドのプレス工場でコンベアチェーンの問題を解決するために、過去2年間で3社のサプライヤーと取引してきました。Ever Power社のチームは、私たちのニーズを的確に理解し、熱膨張を考慮した適切なチェーン長を指定し、3週間という納期で納品してくれました。ニッケルメッキの16B-1チェーンは、18か月近く問題なく稼働しています。本当に素晴らしい対応でした。」

「エバーパワー社は、リンカンシャーにある当社の加工工場のバルクポテトエレベーター用に、特注の拡張ピッチローラーチェーンを供給してくれました。特注の取り付けプレートは当社の図面と完全に一致しており、公差も仕様範囲内でした。また、品質記録用の書類一式も納品時にすべて揃っていました。同社の技術チームは、新しいエレベーターの高さに合わせて最適なチェーン長を再計算するのを手伝ってくれたおかげで、オフセットリンクを使用する必要がなくなりました。今後も他社に依頼することはないでしょう。」

「北西部各地の現場でキャタピラー社の油圧ショベルやブルドーザーをレンタルしている当社にとって、トラックチェーンを良好な状態に保つことは常に大きな課題です。Ever Power社の120HSPおよびC100HSPローラーチェーンは、純正品とほぼ同等の仕様で、当社が作業する泥や砂利の多い環境でも優れた耐久性を発揮し、適切な認証も取得済みです。価格も純正品と遜色なく、技術チームのサポートのおかげで在庫管理計画も立てることができ、交換部品を何週間も待つ必要がなくなりました。」