浅谈客车空调压缩机传动皮带断裂原因及改善措施

王勰、孙礼亮

（厦门金龙联合汽车工业有限公司 361023，厦门技师学院 361102)

浅谈客车空调压缩机传动皮带断裂原因及改善措施

王勰、孙礼亮

（厦门金龙联合汽车工业有限公司 361023，厦门技师学院 361102)

本文简要分析了客车空调压缩机传动皮带磨损断裂的原因及改善措施，对以后客车空调压缩机传动部分的皮带选型、结构设计提供了一些有益的借鉴。

空调；压缩机；皮带；断裂

0 前言

目前，传统客车和混合动力客车的空调压缩机动力均是来源于汽车发动机。皮带作为其动力传递工具，在运行周期中会产生一些磨损，这是正常现象，但是严重磨损致皮带断裂是需要在设计阶段需要避免的。

皮带在工作过程中会与带轮发生反复交变作用，使三角皮带表面微粒重复变形，同时内部拉伸和压缩的循环接触交变应力，使皮带超过弹性变形极限，导致塑性变形并出现裂纹[1]。带轮结构和皮带传动系统参数与皮带的磨损断裂有着紧密的联系。

1 空调压缩机传动皮带磨损断裂因素分析

1.1 皮带弹性滑动、打滑、断裂的概述

皮带在进入和离开包角时，由于两边皮带的弹性应变不相等会导致皮带在包角处形成弹性滑动。弹性滑动是造成皮带磨损的主要因素之一。正常的弹性滑动在皮带的工作寿命期间都会存在，长时间的积累才会导致皮带严重磨损，而非正常的弹性滑动会快速导致皮带磨损，甚至产生皮带断裂现象。

当最大静摩擦力≤最大有效拉力时，传动带将在带轮上发生相对滑动，这种现象称为打滑，此时，传动失效。打滑产生的后果是皮带的磨损加剧，带和从动轮处于不稳定运动状态，由于长时间的打滑，皮带和带轮摩擦产生热量，加剧橡胶的老化。

皮带断裂，皮带的任一横截面上的应力将随着带的运转而循环变化。当应力循环达到一定次数，即运行一定时间后，皮带在局部出现疲劳裂纹脱层，随之出现疏松状态甚至断裂，从而发生疲劳损坏，丧失传动能力。

1.2 预紧力对皮带磨损的影响

皮带预紧力过大或过小都会导致皮带磨损严重。该批车辆空调压缩机传动皮带使用的是汽车V带，V带传动是依靠带的两侧面与带槽接触、压紧产生摩擦力进行动力传递的[2]。预紧力过小导致带与带轮之间的摩擦力太小，从而使皮带在工作时容易打滑，即皮带和带轮之间的相对运动会加快，这样会加快皮带的磨损断裂。当预紧力过大时，皮带有较好的传动效率，皮带传动过程中也不容易打滑。但是由于预紧力过大导致皮带和带轮之间压力过大，会导致皮带在运行过程中摩擦力变大，从而导致磨损加剧。过大的预紧力也会导致轴承上的载荷增大，轴承发热与磨损。

1.3 载荷对皮带磨损的影响

当空调压缩机需求功率大于皮带所能够传递的功率，即皮带的载荷过大时，对于非啮合的V带，会导致皮带在工作中出现打滑，而打滑会导致橡胶的异常磨损及老化，缩短皮带的使用寿命，甚至造成皮带断裂。

1.4 弯曲应力对皮带磨损的影响

根据皮带弯曲应力公式σb≈Eh/D MPa（式中：σb 是弯曲应力；E是带的弹性模量；h是带的横截面高度；D是带轮的基准直径）[3]，可以看出皮带的弯曲应力与带轮的基准直径成反比。当带轮直径过小，即皮带的弯曲应力过大时，皮带中性层以上的拉应力增加，皮带上截面的半部被拉伸变窄，皮带的楔入角度变小，而中性层截面的下半部受到严重压缩，皮带中性层下半部会向两侧工作面横向延伸，加剧了皮带下半部工作面与带轮之间的摩擦，导致皮带工作面磨损不均匀而提早疲劳。

1.5 超速度传动对皮带磨损的影响

当带轮在低速转动时，由于皮带的静张紧力存在，皮带的打滑及弹性滑动会处在正常的范围之内，不会受到传动速度的明显影响。当带轮超速运转时，皮带和带轮之间会产生较大的离心力，这个离心力导致皮带和带轮之间的压力减小，因而两者之间的摩擦力会减小。过小的摩擦力会使皮带的弹性滑动降低，出现大量的打滑现象，皮带的传动效率因此而降低，长期处于超速传动会加剧皮带和带轮之间的摩擦热，导致皮带过度磨损。

1.6 环境因素对皮带寿命的影响

环境因素对V带的寿命也有很大的影响，环境温度升高10K，使用寿命减少50%[4]。因此需要注意发动机舱的通风散热。另外，在安装带轮时，如果平行度超过要求正常的误差范围，会导致皮带单侧出现异常的磨损，出现线绳表面胶体磨损乃至断裂的情况。这是需要在车间安装时确保从动轮和主动轮之间的平行度，减少偏差量。

2 实际案例及解决方案

2.1 皮带断裂事故案例

根据沙特售后现场反馈,沙特公交XMQ6125AGD3部分车辆压缩机皮带批量出现磨损断裂现象（图1），现场对故障原因进行初步分析如下。发动机皮带轮与压缩机皮带轮之间间距过大，皮带过长，自动变速器在切换挡位时产生冲击，发动机此时负载的频率与皮带产生共振，导致皮带跳动幅度过大，与压缩机底板转轴支座干涉磨损断裂。

产生这个事故的原因可能有2个方面的问题。本批车由于无过渡轮配置，导致压缩机到发动机皮带长，达到2 160 mm，在运行过程中，皮带易抖动，特别是车辆在加减速等状态时，皮带从动边跳动幅度大。本批车自动变速器换挡时，发动机输出扭矩变化，导致皮带跳动。

图1 皮带磨损、断裂

2.2 解决方案

基于以上分析，根据本批订单空间布置等情况，提出以下3种方案。

方案一，如图2所示，在车架左尾梁处增加压缩机皮带张紧轮，确保从动边皮带运行平稳。

方案二，如图3所示，增加过渡轮，修改压缩机上底板。

方案三，如图4所示，增加惰轮。

通过对比试验以上三个方案，从售后工作量角度来说。

第一方案，现场安装调整张紧轮较困难，须保证皮带平面度。同时与后舱门近，易干涉。

第二方案，需要在现场焊接，钻孔等操作，难度大，工时损耗大。

第三方案，存在的问题是，皮带运行时由惰轮限制跳动，易摩擦导致皮带表面温度高，降低皮带使用寿命。

根据以上分析，选择第一和三方案各改制两台样车，试运行1周。出现以下问题。第一方案，运行两天后出现皮带翻带现象，现场测量后分析为压紧轮平面度调整偏差，导致在驱动力变化皮带跳动时脱出轮槽，导致翻带。第三方案，运行后皮带出现高温现象。因此，并未找到故障的根本原因。

售后现场人员在沙特反馈，皮带调整后，车辆在大部分地区都不会出现皮带问题，故障车辆主要集中在一个爬坡路段。此情况反馈回来后，经过技术分析，这种情况主要可能是车辆配置自动变速箱存在间隙，当车辆频繁加减速上下坡时，发动机存在前后窜动的问题，建议皮带改为双联皮带。

汽车连组V带有以下优点，更好的抗冲击负载和抗振动性能，运行更加平稳，不易打滑，不易翻转，完全消除了单联V带配组公差问题，提高了两倍或更高的使用寿命。经过现场试装，改为双联皮带，故障解决。在用联组V带替换单带时要注意检查槽距是否匹配，顶宽是否相同。

图2 张紧轮安装状态

图3 增加过渡轮方案

图4 增加惰轮方案

3 结束语

皮带作为空调压缩机动力的传递工具，是使整个动力传递机构保持稳定工作状态的一个重要环节。在设计皮带机构时要充分考虑结构的稳定性和使用寿命，同时要考虑可能使皮带异常磨损的不利因素，包括前文提到的合理的预紧力、额定传递功率、平面度等，让皮带传动机构给整套机械传动系统提供可靠保证。

[1]赵晓玲.三角皮带传动疲劳磨损研究[J].广西轻工业,2007,(3):48-55.

[2]郑其明.皮带传动问题的探讨[J].青海师专学报(教育科学),2003,(6):19-20.

[3]张立.客车空调皮带异常磨损的分析和改善[J].客车技术与研究,2014,(5):57-58.

[4]刘奇荣,胡江.安源牌客车空调制冷机组断皮带的处理[J].江西煤炭科技,2014,(3):194-196.

王勰（1973—），男，工程师，本科，研究方向为客车电器和发动机检测维修。

孙礼亮（1980—），男，高级技师，本科，研究方向为发动机故障检测和维修。

G642.41文献标示码A