選 定
電磁クラッチ・ブレーキの特性
乾式単板電磁クラッチの連結から解放にいたるまでの動作状態は、図1に示すようになります。
電磁クラッチに電流を通じますと、コイルに流れる電流は所定の時定数で増加し、ある値に達するとアーマチ
ュアが吸引され、摩擦面が密着して摩擦トルクを発生しはじめます。この電流を通じてからトルクが発生するまで
の時間をアーマチュア吸引時間と呼びます。アーマチュア吸引時、瞬間的に電流値が下りますが、これは磁気回
路の空隙変化によりインダクタンスが急増するためです。
その後励磁電流の増加にともない摩擦トルクも増大し、定格動摩擦トルクに達しますが、電流を通じてから80
％定格動摩擦トルクに達するまでの時間を、
トルク立ち上がり時間と呼びます。
一方、摩擦トルクの増大とともに被動側も次第に加速され、駆動側の回転数と同期してクラッチのすべりはゼ
ロとなり、連結は完了します。この摩擦トルクを発生しはじめてから連結が完了するまでの時間を、実連結時間と
呼びます。
電流を切ったときも、電流は直ちにはゼロとはならず徐々に減少します。これにともない解放ばねのばね力に
より瞬時遅れてアーマチュアは摩擦面より離脱し、減衰トルクからドラグトルク（空転トルク）に移行します。電流
を切ってから定格静摩擦トルクの10％に減衰するまでの時間をトルク消滅時間と呼んでいますが、乾式単板ク
ラッチでは、アーマチュアが離脱した時点で摩擦トルクはゼロとなりますから、ここでは100％トルク消滅時間を
アーマチュア釈放時間と呼びます。トルク立上り時間及びアーマチュア釈放時間は、励磁電流、負荷の大小並び
に回転数などにより変化します。
操
作
入
力
作
動
入
力
操
作
入
力
作
動
入
力
励
磁
電
圧
時間
初期遅れ時間
初期遅れ時間
励
磁
電
圧
アーマチュア吸引時間
時間
アーマチュア釈放時間
80％定格動摩擦トルク
︵
静
摩
擦
ト
ル
ク
︶
動
摩
擦
ト
ル
ク
ト
ル
ク
減衰トルク
10％定格トルク
負
荷
ト
ル
ク
ドラグトルク
トルク消滅時間
実連結時間
実トルク立上り時間
トルク立上り時間
時間
解放時間
惰性停止時間
駆動側
駆動側
被動側
回
転
数
被動側
連結時間
時間
全連結時間
図1 動作特性
1.容量（トルク）の検討
表1 クラッチ選定上の安全係数
原動機の種類
機種が決定したらトルクの検討を行います。次の
各項目について検討し、各機種の性能表から満足
できる容量（トルク）を選定してください。
負荷サイクル
レート
1-1 原動機出力とトルク
負荷条件が不明の場合、原動機の出力からトルクの
目安をつけます。
T=
4∼6
気筒
ディーゼル 機械の種類
4∼6
エンジン
モータ
気筒
タービン ガソリン
1∼2
エンジン
気筒
ガソリン
エンジン
7017PS 9550P
=
[N・m] …………… n
n
T：原動機のトルク [N・m]
PS：原動機の出力 {HP}
P：原動機の出力 [kw]
n：クラッチ・ブレーキ軸の回転数 [r/min]
負荷の変動が
なく低慣性
低サイクル作動
送風機
1.5
1.7
2.1
ファン
事務機
小形工作機械
1-2 負荷の加（減）速に要するトルク
負荷条件が分かっている場合は、次式で加速（減速）
に必要な動摩擦トルクを求めます。
Td =
低慣性、
低サイクル
作動
紡績機械
1.7
2.0
2.4
小形木工機械
大形工作機械
小形プレス
J・n
±TR [N・m]…………… 9.55tae（又はtab）
±TRは、
クラッチは（＋）、
ブレーキは（−）とします。
Td：動摩擦トルク [N・m]
2
J：負荷の慣性モーメント [kg・m ]
tae：実連結時間 [s]
tab：実制動時間 [s]
TR：連結・制動時の負荷トルク [N・m]
実連結（制動）時間tae(tab)は、仕事率や寿命を考
慮して0.1秒程度をめやすとします。尚、低回転の場
合は、もっと大きくしてもかまいません。
以上の式から求めたトルクに対して負荷の性質によ
り、次の条件を満たすことが必要です。
低サイクル作動
負荷変動慣性大
2.0
2.4
2.3
2.8
2.8
3.4
(2)連結後に負荷トルクがかかる場合
Tsr＞TRMAX・f ……………………………………… Tdr：クラッチの動摩擦トルク [N・m]
Tsr：クラッチの静摩擦トルク [N・m]
TRMAX：運転時の最大負荷トルク [N・m]
f：安全係数（表1参照）
ウインチ
紡績機
小形ポンプ
コンプレッサ
中形プレス
クレーン
ミキサー
タップ盤
ドロップハンマー
衝撃的な
負荷
重加重
3.5
4.0
4.7
重圧延機
大形プレス
大形平削盤
ブローチ盤
圧延機
製紙機械
(1)連結時に負荷トルクがかかる場合
Tdr＞Td・f ………………………………………… 小形高速ポンプ
1-3 負荷トルクの計算
¡ 切削力（巻取力）と切削速度（巻取速度）より
TR =
F・V
[N・m] ………………………… 2π・n・η
F：切削力（巻取力）[N]
V：切削速度（巻取速度）[m/min]
π：円周率
η：機械効率
™ クランクプレス等の加圧力より
TR =
Psin(φ+θ)
cosφ
×R [N・m] …………… P：プレスの加圧力 [N]
R：クランクの半径 [m]
V
m
W
R
Q
F
θ
図3
φ
R
W
P
S
2.連結（制動）仕事の検討
軽負荷条件の場合は、
トルクの検討のみで選定で
きますが、一般的には連結（制動）時のスリップに
よる発熱を検討し、クラッチ・ブレーキが持つ熱放
散能力の許容値内にあることを確認する必要があ
ります。
2-1 連結（制動）1回当たりの仕事
¡ 加速・減速時
図2
2
Ee(Eb) = J・n ・ Td
[J] ……………… 182
Td±TR
±TRは加速の場合は（−）、減速の場合は（＋）とし
ます。
£ 油圧（ギヤ）ポンプの軸トルク
TR =
P・V [N・m]
…………………………… 2π・η
P：圧力 [MPa]
3
V：1回転容量 [cm /rev]
η：機械効率（参考0.8∼0.9）
¢ ボールねじ（垂直）の落下トルク
TR =
9.8m・P
2π
[N・m] ……………………… m：直線運動する物体の質量 [kg]
P：ねじのリード [m/rev]
但し、効率は1.0とする。
Ee(Eb)：連結（制動）仕事 [J]
™ 正逆転時
2
Ee(Eb) = J(n1+n2) [J] ……………………… 182
n1： 正転時の回転数 [r/min]
n2： 逆転時の回転数 [r/min]
£ スリップサービス時
Ee(Eb) = 2π・Td・n・t [J]……………………… 60
Td：スリップトルク [N・m]
t：スリップ時間 [s]
2-2 連結（制動）仕事率
単位時間当たりの仕事を仕事率といい、特に高頻度
運転の場合に充分検討する必要があります。
Ee
（又はEb）
・Nc
[W] ……………… 60
Pe(Pb) =
Pe(Pb)：連結（制動）仕事率 [W]
Nc：連結（制動）頻度 [回/min]
4.摩擦板の寿命
乾式のクラッチ・ブレーキを高回転、高ひん度作動
で使用すると、時間当りの連結（制動）仕事が大き
くなり、それに伴って摩擦板の摩耗も早くなります。
摩擦材の摩耗率は面圧、周速及び温度などにより
変化しますから、正確な寿命を求めることは困難で
すが、次式により近似値を算出することができます。
¡ 摩耗体積と摩耗率から求める場合
3.動作時間
L=
希望する時間内に負荷を加速或いは減速・停止で
きるかの検討は次式で行います。
3-1 加速・減速時
tae(tab) =
J・n
[s] ……………… 9.55(Td±TR)
V
[回] ……………………… （又はEb）
・w
Ee
L： 寿命回数 [回]
3
V： 摩耗限度までの総体積 [cm ]
3
w： 摩耗率 [cm /J]
（表2参照）
■表2 各種摩擦材の摩耗率
摩擦板材質
摩耗率
−8
3
×10 [cm /J]
±TRは加速の場合は（−）、減速の場合は（＋）とします。
レジンモールド
2∼6
tae(tab)：実連結（実制動）時間 [s]
セミメタリック
2∼5
銅系焼結合金
2∼5
鉄系焼結合金
3∼6
3-2 正逆転時
tae =
J
n1
n2
[s]………… ＋
Td＋TR
9.55 Td−TR
（
）
式 及び で算出したtae(tab)はトルクを発生して
から連結（制動）が完了するまでの時間です。全連結
時間は、上記計算値にアーマチュア吸引時間と初期遅
れ時間を足したものになります。
使用条件により、かなりの巾があるので、回転数が
高い場合や、連結仕事及びひん度の高い場合には摩
耗率の上の方を用いてください。
™ 総仕事から求める場合
L=
t=tae（又はtab）+アーマチュア吸引時間
+初期遅れ時間 [s]………………………………… Et
[回]
（又はEb）
Ee
……………………… Et：摩耗限度までの総仕事 [J]
3-3 トルク立上り時間内に連結（制動）を完了する場合
¡ 負荷トルクTRを無視できる場合
tae(tab) =
J・n・tap
4.77Tp
5.慣性について
[s] …………………… 2
5-1 J、GD2、WR 、I
tap：実トルク立上り時間 [s]
Tp：80％動摩擦トルク [N・m]
™ 負荷トルクがあり、連結する場合
tae =
J・n・tap ＋TRtap [s]
……………… 4.77Tp
Tp
£ 負荷トルクがあり、制動する場合
tab = tap
Tp
TR2＋ J・n・Tp −TR
4.77tap
[s] …… クラッチ・ブレーキの選定計算に必要な条件の一つ
に慣性（回転運動の場合、慣性モーメント、イナーシャ、
フライホイール効果などと呼ばれる）があり、記号では
2
2
J、GD 、WR 、Iなどで表されています。
これらは、同じ慣性を表しているのに、値は異なって
も単位は同じ場合があり、もし取り違えると計算結果
に重大な影響をおよぼしますので、充分注意する必要
があります。
C
2
¡ 慣性モーメントJ [kgm ]
回転半径Rの2乗と回転体の質量mの積で表されま
2
2
す。数値はGD の1/4、WR と同じになりますが単位
系が全く異なるので、これらを混同しないようにする
ことが必要です。
h
b
a
D
J = m・R2 ………………………………………… 図6
2
™ フライホイール効果GD {kgfm }
回転直径Dの2乗と回転体の重量Wの積で表されます。
2
2
GD = W・D ……………………………………… 2
図7
2
2
£ WR {kgfm }
2
2
GD が回転直径をもとにしたのに対し、WR は回転
半径Rの2乗と回転体の重量Wの積で表されるもので
2
す。従って、数値はGD の1/4になります。
WR2 = 1 GD2 …………………………………… 4
¢ 円錐（図7）
J=
π
3
ρ・h・D4=
m・D2 [kg・m2………… ]
160
40
∞ 球体（図8）
J = π ρ・D5= 1 m・D2 [kg・m2……………… ]
160
10
3
ρ：密度 [kg/m ]
m：質量 [kg]
各寸法：[m]
2
¢ イナーシャ I {kgfms }
2
WR において、重量Wを質量mに置き換えたものです。
W
g
2
2
R2= WR = GD …………… g
4g
（ ）
I =m・R2=
D
2
g： 重力の加速度、9.8[m/s ]
図8
5-2 各形状の計算式
¡ 中実円柱（図4）
J = π ρ・L・D4= 1 m・D2 [kg・m2]…………… 32
8
L
5-3 直線運動の慣性
¡ 物体が速度ν[m/min]で直線運動する場合の一般式
L
J= 1 m ν
4
π・n
（
D
d
D
2
）[kg・m ]……………………… 2
™ ボールねじの場合（図9）
P
2
（ 2π）[kg・m ]…………………………… J=m
図4
図5
2
P：ねじのリード [m/rev]
™ 中空円柱（図5）
4
4
2
2
2
J = π ρ・L(D −d )= 1 m(D ＋d ) [kg・m ]… 32
8
m
£ 角柱（図6）
リードねじ
2
2
J = ρ・a・b・c a ＋b = 1 m(a2＋b2) [kg・m2]… 12
12
（
V
）
図9
£ ベルトコンベア、クレーン、
ウインチ等の場合
（図10、11）
J=
1
m・D2 [kg・m2] ………………………… 4
V
m
D
プーリ
ベルト
6.選定例
電磁クラッチ、ブレーキによる負荷の連結・制動を繰
り返す場合の選定計算例は、下記のとおりです。
仕 様
クラッチ／ブレーキ軸回転数 ：500 [r/min]
負荷トルク
：20 [N・m]
2
負荷の慣性モーメントＪ
：0.15 [kg・m ]
連結・制動頻度
：4 [回／分]
希望実制動時間
：0.2 [sec]
希望寿命
：200 [万回]
図10
D
M
ドラム
L
ロープ
CL
BR
図13
m
図11
6-1 必要トルク計算〔P.128式 より〕
5-4 回転数の異なる軸への換算（図12）
n2
2
（ n ）[kg・m ]
J1 =J2
2
………………………… クラッチの実連結時間を0.3secと仮定する。
□クラッチ： Td =
1
=
J×n
＋TR
9.55×tae
0.15×500 ＋20
9.55×0.3
= 46.1 [N・m]
n〔
1 r/min〕
J1
□ブレーキ：Td =
クラッチ
=
J×n
−TR
9.55×tab
0.15×500 −20
9.55×0.2
= 19.3 [N・m]
表１より安全係数を1.5とすると、
n〔
2 r/min〕
負 荷
J2
図12
クラッチの動摩擦トルク：Td=46.1×1.5≒69.2 [N・m]
ブレーキの動摩擦トルク：Td=19.3×1.5≒29.0 [N・m]
となります。
し た がって クラッチ は 、P . 5 8 T M 形 図１より、 6-3 動作時間の検討〔P.130式 より〕
500r/min時の動摩擦トルクは72N・mのTMC10
クラッチの希望実連結時間は特に規定はない（必要
形を選定します。
トルクの計算では0.3secと仮定）が、TMC10形クラ
またブレーキはP.40Ｖ形図１より、500r/min時の
ッチの実連結時間を計算する。
動摩擦トルクは37N・mのVBE5形を選定します。
6-2 連結(制動)仕事計算〔P.129式 より〕
□クラッチ： tae =
TMC10形クラッチとVBE5形ブレーキ使用時の負荷
側の総慣性モーメントＪは、
=
J=0.15＋0.0058（クラッチロータ側）
＋0.00143（ブレーキ・アーマチュア）
＋0.001（ブレーキ・アーマチュア取付ハブ：仮定）
2
=0.15823 [kg・m ]
また、VBE5形ブレーキの実制動時間を計算すると、
□ブレーキ：tab =
=
2
= 0.15823×500 × 72
182
72−20
= 300.9 [J]
2
□ブレーキ：Eb = J×n × Td
182
Td＋TR
2
= 0.15823×500 × 37
182
37＋20
J×n
9.55×(Td＋TR)
0.15823×500
9.55×(37＋20)
= 0.145 [sec]
１回当たりの連結(制動)仕事は、
J×n2
× Td
182
Td−TR
0.15823×500
9.55×(72−20)
= 0.159 [sec]
となります。
□クラッチ： Ee =
J×n
9.55×(Td−TR)
となり、希望実制動時間0.2sec以内を満足できます。
6-4 摩擦板の寿命回数〔P.130式 より〕
Et：調整までの総仕事[J]の値をとり
〔P.58TM形仕事量・表2及び P.40V形仕事量・表2より〕
7
□クラッチ： L = Et = 62×10 ≒206［万回］
Ee
300.9
= 141.1 [J]
7
作動頻度４回／分なので、
１分間の連結(制動)仕事率は、
□ブレーキ：L = Et = 26×10 ≒184［万回］
Eb
141.1
□クラッチ： Pe = Ee×Nc
60
となります。
= 300.9×4 = 20.1 [W]
60
□ブレーキ：Pb = Eb×Nc
60
= 141.1×4 = 9.4 [W]
60
となります。
P.59TM形図2及びP.41V形図2より、500r/min時
の１分間当たりの許容連結(制動)仕事率を求めると、
クラッチ ：230 [W]
ブレーキ：135 [W]
となりクラッチ・ブレーキ共に充分余裕があります。
以上より、空隙調整を要するまでにクラッチは希望
寿命200万回を満たしますが、ブレーキについては空
隙調整を1回行うことにより希望寿命200万回を満足
できます。
© Copyright 2024 ExpyDoc
