汽车V带的使用

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