타이밍벨트는 1940년대 중반에 개발된 벨트로서 동력전달과 함께 회전전달,위치결정을 할 수 있으므로 자동차,OA기기,자동화기기,산업용기계 등에 폭 넓게 사용되고 있다.
최초로 개발된 1세대 벨트인 사다리꼴 치형의 MXL,XL,L,H,XH 벨트는 아직도 동력전달용으로 많이 사용되고 있으나 백레쉬(Backlash),응력 집중 등의 문제를 보완한 원호치형의 벨트가 요즘 많이 사용되고 있다. HTD,STPD치형이 대표적인 2세대 원호 치형 벨트이며 치형 및 벨트 재질을 개선한 3세대 벨트라고 하는 GT벨트는 더 좋은 전동능력과 낮은 소음 특성 등으로 보다 컴팩트한 설계가 가능해졌다.
또한 체인 이상의 전동 능력을 가지는 고장력 벨트가 개발되어 롤러 체인을 대체 한다든지 브이벨트로 구동되는 시스템을 타이밍벨트 구동으로 변환 시키는 Energy Saving Innovation 이 미국,일본 등에서는 일반화 된 추세이다.
벨트 재질에 따라 Rubber 벨트와 우레탄벨트로 크게 구분하는데 Rubber 벨트는 주로 동력전달 및 위치결정용으로 사용되며 우레탄벨트는 반송물 이송용으로 사용된다.
벨트 재질
Rubber 벨트
우레탄 벨트
용도
동력전달용
반송용
부하
5 ~ 100 kW
5 kW 이하
속도
60 m/s 이하
20 m/s 이하
Clean 성
X
O
내수성
X
△
내열성
80℃이하
70℃이하
내한성
-20℃이상
-30℃이상
내유성
X
O
내오존성
X
O
2.구동 원리
타이밍 벨트는 구동체와 부하를 정확하게 전달 할 때 사용한다.
구동부하는 풀리치와 벨트치의 치물림에 의해 전달된다.
3.타이밍벨트의 구조
심선: Glass Fiber/Aramid/Steel Cord
심고무: Chloroprene/Polyurethane
치면: 내마모 Nylon천
4.동작 원리 및 특징
1)동작 원리
타이밍벨트(혹은 동기벨트)는 타이밍풀리와 정방향 맞물림을 이용하여 움직임과 힘을 전달한다.
풀리 홈과 벨트치의 맞물림으로 구동력이 전달된다
2)동기 구동의 특징
중심거리를 이격하여 구동부와 종동부의 연결
풀리 직경을 다르게 함으로써 구동부와 종동부의 다른 속도 유지 (6배에서 최대 10배의 속도비)
3)타이밍벨트의 장점
98% 이상의 고효율
90 m/s 이상의 원주 속도 가능(비표준 피치 사용시)
설치 용이성
기름 혹은 그리스와 같은 윤활유 불필요(비오염)
체인 혹은 기어에 비해 낮은 소음
초기 장력 조정 후 조절 불필요
브이벨트에 비해 낮은 베아링 부하
4)다른 종류의 벨트와의 비교
브이벨트: 높은 장력 필요, 동기 전달 불가능, 수시로 장력 조정 필요
평벨트: 브이벨트와 같은 마찰 전동이지만 Wedge효과가 없어 더 높은 장력 필요
5.벨트 선정 메카니즘
벨트 제조사에서 주어지는 벨트 전동능력표와 벨트 길이,폭 등에 의한 보정계수값에 의해 벨트를 결정 해나가는 과정을 벨트 설계라고 한다.
일반적으로 선정하는 방법은 모터 동력에 의한 방법과 실부하를 이용하는 방법이 있다. 모터 동력에 의한 방법을 많이 사용하고 있으나 발생 부하에 대하여 정확성을 가지고 벨트를 선정 할 때에는 실부하에 의한 방법을 사용한다. 실부하 방법을 사용 할 경우에는 관성모멘트를 고려하는 방법과 유효장력을 고려하는 방식이 있다.
1)모터 동력으로 선정하는 방법
부하의 크고 작음에 관계없이 사용하는 모터의 정격동력을 기준으로 선정하는 방법이며모터 용량이 너무 크게 사용 되고 있을 경우에는 벨트도 과도한 사이즈가 될 소지가 있다. 따라서 벨트 뿐 아니라 모터 선정도 실부하에 적합한 모터를 선정 할 필요가 있다.
2)관성모멘트를 고려한 선정
정역회전이 빈번한 제어용 모터(서보모터 등)를 사용하는 경우에 선정하는 방법으로 산업용로봇, XY테이블 등이 사례라고 할 수 있다. 급격한 기동/정지로 순간적으로 과대한 장력이 벨트에 걸릴 경우라고 할 수 있다. 이 경우에 관성모멘트에 의한 토오크 값을 사용 부하에 더하여 설계토오크 값을 정해준다. 가감속시간에 따라 관성모멘트가 차이가 많이 나므로 주의가 필요하며 벨트의 신율(늘어남)과 Backlash 도 고려해야 한다.
3)유효장력을 고려한 선정
벨트에 작용하는 유효장력을 이용하는 방법으로 저속으로 움직이는 반송용 벨트 등에 적용하는 방식이다. 일반적으로 우레탄 벨트가 많이 사용되며 부수적으로 반송물의 질량을 지지하는 판을 사용한다든지 했을 때에는 벨트 치면과의 마찰계수가 작은 물질을 사용 할 필요가 있다.
상기 방법 중 관성모멘트와 유효 장력에 의한 방법을 적용 할 경우 부대장비 등의 자료가 불확실 하여 실부하를 구하는 것이 불명확 할 경우에는 모터 동력에 의한 방법도 고려하여 그 중에 가장 큰 수치를 이용하는 방법을 사용하는 것이 좋다.
