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汽车V带的使用

发布时间:2017-03-30 来源:贵州亚华橡胶有限公司

汽车 V 带的破坏形式及失效分析 1 前言 汽车 V 动带包括驱动汽车发电机、水泵、空压机和转向器等辅机 的 V 带或多楔带。 ——安全性: 汽车 V 带或汽车多楔带损坏或打滑严重都会影响压缩机 的正常工作,造成汽车刹车失灵,引发交通事故。优质的汽车用传动 带可以减少汽车的行驶事故, 提高行车安全性, 保证人身和财产安全。 ——效率(节能)性:汽车用传动带在汽车行驶中起到传递动力的作 用,由于带传动中的弹性滑动(即:打滑) ,传动带总有一定的功率 损失,但若“打滑”严重,就会大大降低发动机附属机械的传动效率, 增加发动机的油耗。优质的传动带与带轮之间的弹性滑动小,而且稳 定,传动效率高,能起到一定的节能作用。另一方面,由于汽车小型 化、 轻量化的要求, 发动机空间窄小, 更换传动带是极为麻烦的作业, 若在行车途中传动带损坏就会在各方面造成很大的影响, 既浪费时间, 又增加劳动强度。优质的传动带一般都可预测其使用寿命,在正常的 使用寿命期内不会损坏。 这样可以在带损坏之前的汽车大修时及时将 其更换,避免造成被动、浪费时间。 ——环保性:现代汽车工业对传动带要求非常苛刻,使用条件既要耐 高温又需耐低温疲劳,要求所用胶料有较好的屈挠性,屈挠生热小, 减小动态噪音和产生极少量的有害物质。 汽车用传动带在汽车发动时, 由于带与带轮摩擦及带的振动产生噪音;优质的传动带带体均匀,运 行中的振动小,带与带轮之间的摩擦系数适中,因此,传动噪音小。 另一方面,汽车传动带在传递动力时,屈挠生热,产生有害物质,对 汽车驾驶员和乘客的人身及环境安全造成危害。而优质的传动带,其 所用胶料配方中不含卤素和重金属氧化物,屈挠生热时,仅产生极少 量的有害物质,对人身和环境不会造成伤害,符合环保大趋势。 2 汽车用传动带产品结构 (1) 目前,汽车用摩擦传动带—汽车 V 带有两种型式:一种是包边 式汽车 V 带,已很小量地应用到汽车传动系统,另一种是切边 式汽车 V 带,这种型式的汽车 V 带大量地应用到汽车传动系统 中,而且,这种型式的 V 带有三种结构类型,如图 1 所示的截 面图。 图1 汽车 V 带的理想结构应使其在恒定或变化应力下具有足够 的拉伸强度和耐久性,在拉伸时具有较高的弹性模量,弯曲时 带体要柔软,横向刚度要大。切边式汽车 V 带和包边式汽车 V 带相比较,在结构上最主要的特征是侧面无包布,V 带侧面是 工作面,且能看到抗拉体材料。 图 1a 是普通式切边 V 带 图 1b 是底胶夹布式切边 V 带 图 1c 是有齿式切边 V 带 有齿式切边 V 带是目前应用最为广泛的 V 带结构类型,其 底部的齿主要起到使 V 带纵向柔软和便于散热的作用。切边式 汽车 V 带一般分为六部分 (如图 1) 2, 8 分别为顶布和底布 (有 齿式切边 V 带无底布) ,3 为顶胶层,5 为抗拉体材料,目前普 遍采用的是聚酯线绳材料,通常以单层的形式均匀地排布于中 性层上,这样可使抗拉体始终处于伸张状态,避免它进入压缩 层产生下负应力而造成破坏,4 是粘合胶层,因切边式汽车 V 带无外包布,只能依靠粘合胶将顶胶层、抗拉体和压缩层胶粘 合为一体,7 为压缩层胶,应具有较好的耐磨性和耐曲挠疲劳 性,且生热少。 图 1 切边式汽车 V 带截面图 2—顶布; 3—顶胶; 4—粘合胶; 5—抗拉体; 6—压缩层胶 (底胶) ; 7— 底胶夹布;8—底布;由于切边式汽车 V 带的耐曲挠疲劳性能好、滞后 损失小、生热少、散热快、温升小,相同断面的切边汽车 V 带与包边 汽车 V 带相比,传递功率高,特别是在高速运行下,这种优势更为明 显(告诉时由于离心力和皮带的重量成正比,大的离心力使得皮带和 带轮的正压力减小,从而容易产生打滑) ,切边汽车 V 带两侧由于是 是裸露的橡胶其摩擦力远远大于包布,能大大提高其传动能力。由于 皮带底部是镂空使得皮带弯曲后变形小、生热慢且散热快。温度的过 高对于皮带来讲是致命的。 (2)图 2 所示为汽车用多楔带的截面图。它是在一根胶带的纵向设 有许多楔的特殊 V 带, 属于摩擦传动带。 根据多楔带的截面尺寸分为 PH 型、PJ 型、PK 型、PL 型和 PM 型五种型式,而汽车用多楔带主要 是 PK 型多楔带,我国的国家标准 GB13552-2008《汽车多楔带》仅对 PK 型多楔带规定了技术要求。汽车用多楔带一般分为四部分(见图 2 所示) ,1 为顶布,2 为芯绳,3 为伸张层胶,4 为楔胶。 多楔带顶布是用于对带背的防护作用,它可使整个带体保持高度 的整体性,防止沿带长方向产生裂纹,当需要与导向轮接触时,其防 护作用尤为明显;多楔带的芯绳为抗拉体材料,目前普遍采用的是聚 酯线绳材料,高性能多楔带已应用芳纶线绳,其主要作用是承受多楔 带在使用过程中必须有的张力,这样可使抗拉体始终处于伸张状态, 避免它进入楔胶产生下负应力而造成破坏;多楔带的粘合胶层起到 “承上启下”的连接作用,依靠粘合胶层将楔胶、抗拉体材料两者粘合 为一体;多楔带的楔胶是通过与带轮之间的摩擦来传递动力的,这就 要求楔胶应具有耐磨、耐热性能,还应有较高的耐曲挠疲劳、较低的 压缩变形、较大的横向刚度和足够的硬度等特点,既要保证楔胶在横 向上具有足够的刚性,又要在纵向上具有较高的柔性。 汽车用多楔带带体较薄且与带轮的接触面积大, 使带的受力面积 增加,从而减少了下负压力,达到了抑制变形的目的。由于多楔带曲 挠性能好, 故可使用直径较小的带轮, 这对改善汽车传动装置的结构, 使之小型化和节能化有极大好处的。 利用多轴驱动的传动方式与使用 3 影响汽车用传动带使用寿命因素及破坏形式 (1)影响摩擦传动带使用寿命的因素 ——过高的环境温度、过于苛刻的使用条件以及带的拉力不合适等是 带体裂纹的主要因素。一般情况下,若环境温度升高就会使代替出现 大量裂纹,降低带的使用寿命;另外,带轮直径小、负荷大、包角小 等苛刻的传动条件及设计方面的问题, 以及带的拉力过低产生打滑现 象、 维修保养方面的不足, 都将使带体裂纹, 对使用寿命有较大影响。 ——带轮的加工精度低、使用条件苛刻以及带的拉力不合适等是产生 带脱层的主要因素。若带轮的加工精度低,带就会被磨偏,带与带轮 不能正常接触,拉力就会集中到某一部位,产生应力集中现象,使带 脱层;另一方面,在负荷大、变动负载大、包角小等苛刻的传动条件 下,引起带体曲翘变形,一部分芯绳中产生应力集中现象,将会由于 带体的曲翘变形而产生脱层现象; 带的拉力过大同样使带体曲翘以至 于脱层。可以说,过于苛刻的使用条件和过大的拉力是导致带体破坏 的普遍原因。 ——带轮的加工精度、灰尘、带轮上的锈蚀及苛刻的使用条件均对带 的磨损产生较大影响。由于制作带体的橡胶材料比带轮软得多,所以 若带轮表面存在过于粗糙的部分,将直接反映在带的磨损上;此外, 灰尘和铁锈等介质也会起到加剧磨损的作用;另一方面,变动负载、 较大的冲击负载、过载条件下的打滑、拉力不足时带的滑动都会加大 带的磨损。 ——设计上的失误,如冲击载荷过大、带受到比许用载荷大的力都是 造成带断裂的主要因素。带体的磨损、裂纹、脱层发展到最后都可能 产生带的断裂。 综上所述,摩擦传动带的疲劳破坏形式主要可分为裂纹、脱层、磨损 和断裂等四种形式。其在传动过程中,这四种疲劳破坏形式具体表现 在带的传动故障,具体见表 1 和表 2,表 1 和表 2 表述了切边汽车 V 带和汽车多楔带在传动过程中常见的传动故障, 各有八种主要的传动 故障。 4 汽车用传动带常见传动故障和改进措施 (1) 摩擦传动带—切边汽车 V 带传动故障、 原因及改进措施见表 1。 表 1 摩擦传动带—汽车 V 带常见传动故障、原因和改进措施 传动故障 原因 1、带根数少 2、带轮直径过小 3、包角过小 4、带拉力过小 5、带体沾有油污或水 6、载荷过大 改进措施 增加带根数 适当加大带轮直径 设计导向轮或改变传动布置,以加大包角 适当加大拉力 清除油污,擦干水质 根据最大载荷重新设计 带打滑 带体硬化 异常噪音 1、因打滑而带体发热 2、环境温度过高 1、带拉力过小 2、急剧启动或停止 1、带轮中心距过大 2、带拉力过小 3 、多根带传动时带的长 度不一致 原因 4、带拉力过小 1 、带轮直径或带型号选 择不当 2 、带体沾有粉尘或化学 药品 3、带打滑 4 、带背面压轮直径过小 或张紧力过大 1、带拉力大小不合适 2、载荷变化大 3、带轮的对准性差 4 、带轮槽角加工不合格 或使用中磨损,嵌入异物 5 、多根带传动时带的长 度不一致 6 、装带方法不合理,使 带产生变形 改变带拉力使之合适 改善冷却方法或选用耐热性好的带 适当加大拉力 延长启动和停止时间,实现平缓启动 设置导向轮 适当加大拉力 将带配组使用 改进措施 改变设计,选用合适的带 选择合适的带型号与带轮直径 为带安装防护罩 改变带拉力使之合适 适当加大压轮直径或将其安装在带内侧以改变弯 曲方向 控制带拉力使之合适 改变设计,选用合适的带 调整带轮的偏斜,保证对准性 选用槽角合格的带轮,为带安装防护罩 将带配组使用 更换新带,采用合理的装带方法 调整带轮的偏斜,保证对准性 带振动大 带底面损 坏 带在轮槽中 翻转 带体磨损严 1、带轮的对准性差 重 2、带轮生锈或沾有粉尘 3、带轮槽角加工不合格 4、带拉力过小 5、带根数少 1、带根数少 除锈并清除粉尘 选用槽角合格的带轮 适当加大带的拉力 增加带根数 增加带根数 改变设计,选用合适的带 为带安装防护罩 适当加大带轮直径 改变带拉力使之合适 带过早破坏 带过早破坏 2、增加带根数 3、带轮槽嵌入异物 4、带轮直径过小 5、带打滑 (2)摩擦传动带—汽车多楔带传动故障、原因及改进措施见表 2。 表 2 摩擦传动带—汽车多楔带常见传动故障、原因和改进措施 传动故障 原因 改进措施 1、带楔数少 增加带楔数 带打滑 2、带轮直径过小 适当加大带轮直径 3、包角过小 改变背面带轮的位置,以加大包角 原因 改进措施 4、载荷变化大 改变设计,选用合适的带 5、带体沾有油污或水 清除油污,擦干水质 6、载荷过大 根据最大载荷重新设计 7 、启动或停止时惯性矩 传动设计时考虑惯性矩产生的载荷 产生的载荷太大 带体硬化 1、因打滑而带体发热 2、环境温度过高 1、由于打滑而产生噪音 2、楔槽中嵌入异物 3 、楔槽中塞有磨下的胶 粉 4、带轮的对准性差 5、带振动大 6、带与其它部件接触 1、带轮中心距太大 2、带拉力过小 3 、多根带传动时带的长 度不一致 4、带传动系统产生共振 1 、带轮直径或型号选择 不当 2 、带楔沾有溶剂或其它 化学药品 改变带拉力使之合适 改善冷却方法或选用耐热性好的带 采用带打滑时的处理方法 为带安装防护罩 采用带磨损严重时的处理方法 调整带轮的偏斜,保证对准性 采用带振动大时的处理方法 设置改向轮改变带的传动路线 设置改向轮 适当加大拉力 将带配组使用 改善带的质量和改变带的拉力 选择合适的带型号与带轮直径 为带安装防护罩 异常噪音 带振动大 带楔损坏 3、环境温度过高 4、背面带轮直径过小 5、带打滑 1、带拉力太小 2、带轮的对准性差 3、带体振动大 4、带楔槽中嵌有异物 5、带轮楔槽中嵌有异物 6 、将带错装到带轮挡边 上 原因 1、带轮的对准性差 2、带轮粗糙度差 3 、带轮槽顶圆弧半径过 大 4、带轮生锈 5、带打滑 6、发动机转速变化大 改善冷却方法或选用耐热性好的带 适当加大背面带轮的直径或设法改变带反弯曲的 运转方式 采用带打滑时的处理方法 适当加大带拉力 调整带轮的偏斜,保证对准性 采用带振动大时的处理方法 为带安装防护罩 为带安装防护罩 正确地装带 带从带轮上 脱落 改进措施 调整带轮的偏斜,保证对准性 使用粗糙度合格的带轮 使用带轮槽顶圆弧半径合格的带轮 除锈 采用带打滑时的处理方法 改用 V 带或安装液压自动拉紧装置,或改善主动 轮地减振机构 增加带的楔数 为带安装防护罩 适当加大带轮直径 适当加大带的拉力 适当减小带的拉力 改善冷却方法或选用耐热性好的带 选用耐寒性好的带 带体磨损严 重 带早期破坏 1、带楔数少 2 、带或带轮楔槽中嵌有 异物 3、带轮直径过小 4、带拉力过小 5、带拉力过大 6、环境温度过高 7、环境温度过低 以上是从使用者的角度来分析,带在传动过程中所发生的故障、产 生的原因和改进措施,正确选型设计和安装使用是减少带被破坏、延 长带的使用寿命的极为重要方面。从带的制造者角度来说,带本身存 在的质量缺陷将对带的使用寿命产生更加严重的影响, 有些缺陷甚至 是致命的。 5 汽车用传动带质量缺陷对使用寿命的影响 (1)摩擦传动带—切边汽车 V 带质量缺陷对使用寿命的影响 ——带体过厚:压缩层胶(底胶)处于受力状态,容易造成底胶早期 断裂; ——带体过薄:带与带轮配合不好,容易翻转; ——带体过宽 (或过窄) : 带未处于正常的受力状态, 容易过早损坏; ——带截面角度过大(或过小) :带与带轮之间为线配合或部分面配 合,传动效率低,易产生打滑; ——芯绳线头露出(或断点过多) :芯绳在带传动过程中已被甩出, 使带无法使用; ——芯绳张力不均:带体在传动过程中,在载荷作用下,受力不均, 容易翻转; ——带体缺芯绳:会造成带的强度不足,在传动过程中,可能在缺芯 绳部分先变形,以致损坏; ——双刀:带经重复进刀切割,造成芯绳受损,在传动过程中,该部 位会首先开裂,进而甩出芯绳,使带无法使用; ——带长过短:在无法调借张紧轮张力时,带易过早断裂(或装配不 上) ; ——带长过长:易产生打滑,使带无法使用; ——芯绳粘合强度过低:易产生脱层或裸线,这部分对带轮无压力, 不能传递动力; ——压缩层胶(底胶)断裂:由于热老化作用底胶早期断裂,底胶脱 离带体,使带无法使用; ——欠硫:由于硫化时间不足而造成带体偏软,带与带轮之间不能紧 密配合,易造成带体翻转; ——工作面杂质:影响带摩擦效果及传动效率。 (2)摩擦传动带—汽车多楔带质量缺陷对使用寿命的影响 ——带体过厚:增加带的弯曲阻力,容易造成带背裂纹或顶部开裂; ——带体过薄:带与带轮配合不好,易发生粘合胶层磨损,传动效率 低; ——带楔尺寸不符:带楔与带轮之间为线配合或部分面配合,传动效 率低,易产生打滑; ——芯绳排列不均:造成带体受力不均,易产生断裂; ——芯绳张力不均:带体在传动过程中,在载荷作用下,受力不均, 易产生断裂; ——带侧毛边:芯绳在带传动过程中已被甩出,使带无法使用; ——芯绳粘合强度过低:易产生脱层或裸线,这部分对带轮无压力, 不能传递动力; ——带体缺芯绳:会造成带的强度不足,在传动过程中,可能在缺芯 绳部分先变形,以致断裂; ——楔胶横向刚性差:带些与带轮之间不能较好配合,易产生打滑; ——欠硫:带体偏软,容易早期老化或磨损,带楔裂纹或掉楔,使带 不能使用。 以上简述了皮带的结构、各部分的作用,及部分破坏形式形成主要 原因,所叙述如有不对之处请指正。 谢谢 

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