皮带异常磨损个案分析和处理

周朝锋

（厦门金龙旅行车有限公司，福建 厦门 361026）

皮带异常磨损个案分析和处理

周朝锋

（厦门金龙旅行车有限公司，福建 厦门 361026）

根据使用过程中皮带异常磨损的现象，分别对皮带传动工作中的受力情况、传递功率、皮带与皮带轮匹配等，找到异常磨损问题的原因和处理措施。

皮带；异常磨损；受力分析；处理

公司售后反馈，行驶里程3000 km左右，6745型公交车在江苏批量出现冷却系传动皮带（型号：20A）异常磨损[1]，皮带深陷，同时两侧出现撕裂现象（见图1），己严重影响到车辆的正常使用。因此，有必要对该批车冷却系皮带轮进行系统的研究与分析，找出原因，提出处理措施。

1 皮带传动工作情况分析

针对故障现象对原因进行逐一排查：批量性出问题，可排除张紧度不够、润滑油脂不慎进入皮带槽等因素[2]；此轮系传动比为1.247，可以排除包角不足的因素[3]；勘察现场排除了带轮工作面粗糙、工作环境恶劣、有沙粒进入皮带槽等因素。现对皮带受力、功率传递等方面进行分析，带的振动和转角误差[4]影响暂不考虑。带属于弹性体，受力后必然产生弹性变形。皮带传动工作时，由于松边和紧边拉力不同，所以弹性变形也不同[5]。如图2所示。带自b点绕上主动轮时，所受拉力F1，带的速度和带轮表面的速度相等；当带由b点转到c点的过程中，带的拉力由F1下降到F2，因而带的拉伸弹性变形量也随之逐渐减小，相当于带在逐渐缩短，并沿轮面滑动，使带的速度V落后于主动带轮的圆周速度V1，因此，两者之间必然相对滑动。同样的现象发生在从动轮上，但是情况恰好相反，带不是缩短，而是被拉长，使带的速度V高于从动轮的圆周速度V2。故弹性滑动是不可避免的，弹性滑动不是发生在整个接触弧上，接触弧可分为滑动弧和静弧两部分[6]，如图3所示。对应的中心角分别为滑动角α′和静角α″，随载荷的增加，滑动角逐渐增大。当达到带轮包角时，处于极限状态，带有效拉力达到最大值，带出现打滑，打滑将造成带短时间内严重磨损。因此，需找出既不打滑，又能保证一定疲劳寿命时轮系所能传递的基本额定功率，以满足风扇的需求。根据下式（1）、（2）[5]及文献[6]中关于皮带设计要求进行核算，则过渡轮、风扇轮直径尺寸都不合格，风扇轮径需达到250mm左右才能满足表1中风扇功率的要求[7]，但在空间布置上无法实施。鉴于皮带材料质量和生产工艺方面有很大的差异，在进行最终有效的计算时，必须遵守带制造厂给定的数据[8]。实际上大部分车辆冷却系统轮系都没有按文献[6]中的要求设计，但是使用过程中未有反馈问题。因此，把相关参数表1及表2提供给带厂家，其分别根据风扇转速对应功率传递能力进行校核。结果显示，符合系数1.4，分别进行张力和音波测试，寿命在18000 h内皆合格，即符合传动要求，不存在传递功率不够造成皮带打滑而异常磨损。

表1 风扇参数

表2 风扇轮系参数 mm

2 皮带与皮带轮匹配分析

根据上述核查，排除了功率传递方面的问题。因带轮截面几何形状和轮槽表面质量对带的寿命和传动效率有很大影响[8]，故分析皮带和皮带轮槽的匹配是十分重要的。V带传动是利用楔形增压原理使在同样大的张紧力的情况下产生较大的摩擦力。在传动过程中，从动轮皮带受力由松变紧，拉力逐渐增大，皮带有向槽内移动的趋势，主动轮相反[5]。而不管从动轮，还是主动轮，受拉部分横向要收缩，受压部分横向要伸长，因而楔角将减小。为保证带和带轮工作面有良好的接触，除尽量增大风扇轮外径外，还需适当减小带轮槽楔角。根据厂家提供的表3皮带截面参数，按此与皮带轮匹配，绘制自由状态下20A及AV22[9]皮带与皮带轮的位置，见图4。可见20A皮带已完全在皮带轮槽内，现使用的皮带为有齿切边V带，侧面没有包布。在传动过程中，皮带芯绳及缓冲胶层会受力而变形，芯绳在变形后传动功率上会有所下降，也不符合法规及厂家推荐设计匹配要求；AV22带刚超出皮带轮槽，符合法规对皮带露出高度[10]的规定，同时也符合皮带厂家的推荐。通过分析，建议售后更换为AV22皮带。经过3个月试用，没有再反馈异常磨损问题。皮带为易损件，故可视为问题已处理。

表3 皮带截面参数

3 结束语

现有皮带与带轮匹配上存在瑕疵。按正常的设计，应该是皮带轮和皮带联合设计，但现实中客车行业车型太多，不可能实施，大部分情况需根据皮带去设计带轮。从参数看，20A的皮带和AV22的皮带在大多数情况下可以通用，但由于现场调整不可能完全符合理想状态，皮带加工、存储及皮带轮加工控制上无法保证一致性，采用20A皮带匹配标准皮带轮槽可能会造成皮带偏磨，从而异常磨损。为避免上述情况发生，最好根据皮带匹配带轮，让皮带露出皮带轮边缘，使皮带芯绳、缓冲胶层的变形通过露出部分得以释放，减少皮带受力变形对皮带芯绳的影响，延长皮革使用寿命。

[1]GB/T11545-2008，带传动汽车工业用V带疲劳试验[S].北京:中国标准出版社，2008.

[2]赵晓玲.三角皮带传动疲劳磨损研究[J].机械与电气,2007,(10):48,55.

[3]程友联,吴晓红.普通V带传动的无校核设计方法[J].机械科学与技术,2010,29(2):270-274.

[4]（德）G.尼曼.机械零件：第三卷 [M].余梦生,倪文馨，译.北京:机械工业出版社,1985.12.

[5]邱宣怀.机械设计(第4版)[M].北京:高等教育出版社,1997.7.

[6]机械设计手册编委会.机械设计手册:第二卷(第3版)[K].北京:机械工业出版社,2004.8.

[7]濮良贵,纪名刚.机械设计（第 7版）[M].北京:高等教育出版社，2001.6.

[8]汽车工程设计手册编委会.汽车工程设计手册:设计篇[K].北京:人民交通出版社,2001.5.

[9]GB12732-2008，汽车V带[S].北京:中国标准出版社,2008.

[10]GB/T13352-2008，带传动汽车工业用V带及其带轮尺寸[S].北京:中国标准出版社，2008.

修改稿日期：2013-02-03

Abnormal Wear and Tear Analysis and Treatment

Zhou Chaofeng
(Xiamen Golden Dragon BusCo.,Ltd,Xiamen 361026,China)

According to the abnormal wearing phenomena during use, the author respectively analyses the stressconditions, the transmission power，the matching conditions between belt and belt wheel during belt working. He alsofigures out the reasons and treatment measures of the abnormal wearing..

belt；abnormal wearing；force analysis；treatment

U 463.2

B

1006-3331（2013）02-0055-02

周朝锋（1978-），男，底盘工程师；主要从事发动机附件设计及底盘总布置工作。