ローラーチェーンの選択、メンテナンス、寿命の延長はどのようにすればよいですか?

ローラーチェーンの仕組みとデザインが重要な理由

A ローラーチェーン 一連のリンクされたプレート、ピン、ブッシュ、ローラーを繰り返しループで係合させることにより、2 つのスプロケット間で機械動力を伝達します。駆動スプロケットが回転すると、その歯が内側のリンク プレートの間に取り付けられたローラーと噛み合い、チェーンを前方に引っ張り、駆動スプロケットにトルクを伝達します。ローラーは、この設計を効率的にする要素です。ローラーは、スプロケットの歯に装着されるとブッシュ上で自由に回転し、滑り摩擦を転がり接触に変換します。この一見単純な機構は、自転車のドライブトレインや農業機器からコンベヤ システム、印刷機、産業用ギアボックスに至るまで、膨大な範囲の機械を支えています。

ローラー チェーンの構造を理解すると、ローラー チェーンの指定やトラブルシューティングを行うときに役立ちます。インナーリンクはブッシングに押し付けられた 2 つのインナープレートで構成され、ローラーがブッシングの周りに配置されています。アウター リンク (ピン リンクとも呼ばれます) は、2 つのアウター プレートと両方のブッシュを通る圧入ピンを介して 2 つのインナー リンクを接続します。ピンとブッシングの間のクリアランスは、チェーンがどの程度自由に関節運動するかを決定し、これらのコンポーネントの硬度は、負荷がかかった状態での摩耗寿命に直接影響します。高品質のチェーンは、脆くなることなく衝撃に耐える強靭なコアの上に、強靭で耐摩耗性の表面を備えた肌焼きピンとブッシングを使用しています。

標準ローラチェーンシリーズと番号の意味

ローラー チェーンは、国際的に認められた規格、主に北米では ANSI/ASME B29.1、ヨーロッパおよびその他のほとんどの国では ISO 606 に従って製造されています。これらの規格は、ローラーの直径、内幅、プレートの厚さ、最小引張強度とともに、ピッチ（連続するピン間の中心間の距離）を定義します。 ANSI 指定では 2 桁または 3 桁の数字が使用されます。最初の桁は 8 インチ単位のピッチを示し、最後の桁はチェーンのタイプを示します。0 は標準、1 は軽量、5 はローラレス ブッシング チェーンです。

二本鎖および複数本鎖のチェーンには、チェーン番号の後に「-2」または「-3」という接尾辞が付きます（たとえば、二本鎖 #60 チェーンの場合は 60-2）。これらの構成は、ピッチを増やさずに負荷容量を増大させるため、より大きなピッチのチェーンの動作が遅すぎる場合や、必要な速度でスプロケットの歯に過剰な応力が発生する場合に役立ちます。

用途に適したローラー チェーンの選択

チェーンの選択は動力伝達要件から始まりますが、それを単純な馬力数値に換算すると、特定のチェーンが許容可能な耐用年数を提供できるかどうかを決定するいくつかの要素が欠けています。チェーン仕様を決定する前に、次のパラメータをすべて一緒に評価する必要があります。

設計電力とサービスファクタ

モーターの定格馬力はチェーン選定の際の数値ではありません。代わりに、エンジニアは伝送電力に負荷の性質を考慮したサービスファクタを乗じて設計電力を計算します。電気モーターからの滑らかで均一な負荷では、通常、サービスファクター 1.0 が使用されます。往復コンプレッサーや不規則な荷重がかかるコンベアなどの中程度の衝撃荷重には、1.3 ～ 1.5 倍の衝撃荷重が必要です。クラッシャー、シュレッダー、またはハンマーミルからの大きな衝撃荷重には、1.7 以上のサービスファクターが必要となる場合があります。この調整された設計出力数値は、チェーン メーカーの出力定格表と相互参照されます。この表には、特定のスプロケット速度 (RPM) における各チェーン サイズの最大許容馬力が指定されています。

スプロケットのサイズと速度比

小さなスプロケットの歯の数は、常に 2 つのスプロケットのうち最も重要な負荷がかかる方であり、チェーンの寿命に直接影響します。小型スプロケットの最小歯数 17 は、長い耐用年数を必要とするドライブで広く使用されているガイドラインです。これは、歯数が少ないと、噛み合うたびにチェーンの関節運動がより鋭角になり、ピンとブッシュの摩耗が促進されるためです。非常に大きな速度比 (7:1 以上) は、一般に、効率上の理由と大きなスプロケットを扱いやすい直径に保つため、1 段ローラー チェーン ドライブではなく中間シャフトを使用して 2 段で処理するのが最適です。

中心距離とチェーンの長さ

駆動スプロケットと従動スプロケット間の理想的な中心距離は、チェーン ピッチの 30 ～ 50 倍です。中心距離が短すぎると、小型スプロケットのラップ円弧が減少し、各リンクの関節動作が頻繁になりますが、中心距離が長すぎると、たわみや振動が発生します。チェーンの長さは線形単位ではなくリンク単位で計算され、標準の接続リンクを使用できるように合計が偶数である必要があります。チェーンが耐用年数にわたって通常の摩耗によって伸びるときに、適切なチェーン張力を維持するために、調整可能なテークアップ装置またはアイドラースプロケットが使用されます。

潤滑: チェーンの寿命における最大の要素

正しい潤滑油ほど、ローラー チェーンの耐用年数に大きな影響を与えるメンテナンス方法はありません。ローラー チェーンの主な摩耗メカニズムは、ピンとブッシュの接触面が徐々に侵食され、ピッチが増加することです。これは一般にチェーンの伸びと呼ばれるものですが、鋼板自体は実際には伸びていません。潤滑剤はピンブッシュの隙間に浸透し、負荷がかかると流体力学的膜を形成し、関節運動によって発生する熱を運び去ります。適切な潤滑がないと、中程度の工業用負荷の下で動作するチェーンは、適切に注油した場合に比べてわずかな時間で摩耗してしまう可能性があります。

チェーンメーカーは用途の種類ごとに潤滑方法を指定しています。業界全体で使用されている 4 つの標準カテゴリがあります。

• タイプ A — 手動または点滴潤滑: オイル缶またはブラシを使用して定期的に塗布するか、点滴オイラーによって 1 分間に 5 ～ 20 チェーン リンクごとに 1 滴の割合で塗布します。低速、軽負荷のドライブに適しています。
• タイプ B — バスまたはディスク潤滑: チェーンの下部ストランドが密閉ハウジング内のオイルバスを通過するか、スプロケット シャフトに取り付けられたディスクがオイルを拾い上げてチェーンに吹き付けます。小型スプロケットで約 600 RPM までの中速速度で使用します。
• タイプ C — オイル ストリーム潤滑: オイルの連続ストリームが、駆動スプロケット近くの下部チェーン ストランドの内側に位置するポンプ供給ノズルからチェーンに向けられます。 1,500 RPM を超える高速ドライブに必要です。
• シール済みの潤滑済みチェーン: O リングまたは X リングシールを備えたチェーンは、製造時にピンとブッシングの間にグリースが詰め込まれた状態で保持されます。これらは、屋外の農業機械や建設機械など、外部汚染がひどい場合や再潤滑が不可能な場合に使用されます。

ほとんどの工業用ローラー チェーン用途に推奨される潤滑剤は、周囲温度に応じて粘度が SAE 20 ～ SAE 50 の非洗浄性鉱油です。グリースはピンとブッシュの隙間に効果的に浸透しないため、通常、使用中の潤滑には使用しないでください。外側プレートと内側プレートの間の隙間は埋められますが、重要な摩耗表面は不十分に保護されます。

摩耗を測定し、ローラーチェーンの交換時期を知る

ローラー チェーンは、公称長さの 3% を超えて伸びる前に交換する必要があります。精密ドライブやスプロケットの歯の形状が重要な用途の場合は 2% を超えて伸びる前に交換する必要があります。チェーンが目に見えて緩んだり、スプロケットの歯が飛び出すまで待つと、スプロケットの摩耗が加速したり、負荷がかかった状態で突然故障したり、接続された機械が損傷したりする危険があります。現場でチェーンの摩耗を測定する最も信頼性の高い方法は、専用のチェーン摩耗インジケーター ツールを使用することです。このツールは、チェーンの測定されたスパンに固定荷重を加え、伸びを直接読み取ります。適切なツールがない場合、スチール製の定規でチェーンの 12 ピッチを測定できます。公称 12 ピッチの長さを正確に測定した新しいチェーンは磨耗していませんが、この基準を 0.5% 以上超えているチェーンは顕著な摩耗が蓄積され始めています。

摩耗したチェーンを交換する場合は、相手のスプロケットも同時に点検することが重要です。伸びたチェーンを使用して動作するスプロケットは、噛み合い中にチェーンが歯の上をより高く乗るにつれて、特徴的なかぎ状またはシャークフィン状の歯形を形成します。摩耗したスプロケットに新しいチェーンを取り付けると、新しいチェーンに摩耗が急速に伝わり、その耐用年数が大幅に短くなります。一般的なガイドラインとして、用途、材質、使用条件に応じて、チェーンを 2 回または 3 回交換するごとにスプロケットを交換する必要があります。硬化鋼製スプロケット、特に高周波焼入れ歯面を備えたスプロケットは、要求の厳しいドライブにおいて軟鋼製スプロケットよりも大幅に長持ちします。

要求の厳しい環境向けの特殊ローラー チェーンのバリエーション

標準的な炭素鋼ローラー チェーンは、ほとんどの一般的な産業用途に適していますが、特定の動作環境では、その条件に合わせて設計されたチェーンのバリエーションが必要です。ステンレス鋼のローラー チェーンは、水、洗浄剤、または高湿度との接触により標準チェーンが急速に腐食する食品加工、医薬品製造、および海洋環境における腐食に耐性があります。ニッケルメッキチェーンは、完全なステンレス構造よりも低コストで中間的な腐食保護を提供し、中程度の腐食性の屋内環境に実用的な選択肢です。

オーブン、養生トンネル、または鋳造環境を通過するコンベヤチェーンなどの高温用途では、従来の油は高温で炭化して粘度を失うため、固体膜潤滑剤を含む耐熱合金で作られたチェーン、または高温グリースを含浸させた焼結多孔質ブッシングが必要です。焼結金属ブシュまたはポリマー部品を使用した自己潤滑チェーンは、外部潤滑が現実的ではない用途向けに設計されており、軽負荷から中負荷の下で許容可能な耐用年数を維持しながらメンテナンス頻度を削減します。環境に適したチェーンのバリエーションを選択することは、適切な定格荷重を選択することと同じくらい重要です。間違った環境に標準チェーンを設置すると、どんなに慎重にサイズを決めても故障します。