三角皮带传动疲劳磨损研究

　　摘　要：三角皮带的疲劳磨损使皮带传动效率以及传动质量发生质的改变。该文对三角皮带传动疲劳磨损的产生原因作出了分析．对提高三角皮带传动效率和寿命提供了有利的借鉴。
　　关键词：三角皮带；疲劳磨损
　　1　引言
　　在机械传动中，磨损分为三个不同阶段，即：初期磨损、正常磨损和疲劳磨损。三角皮带与带轮之间的反复交变作用，使得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，使三角皮带超过了弹性变形极限，导致塑性变形并产生裂纹，表面分离出微片或颗粒，Z终颗粒相互撞击的磨损演变为疲劳磨损。三角皮带一但进入疲劳磨损期，就意味着传动效率的急剧下降，皮带寿命即将终结。三角皮带的疲劳磨损期与三角皮带传动系统参数、带轮结构、使用方法有着极为密切的关系。
　　2　三角皮带传动中弹性滑动与疲劳磨损
　　三角皮带在正常运转过程中，弹性滑动是带在进入和离开包角时，两边皮带的弹性应变不相等所引起的正常蠕动。弹性滑动是使三角皮带工作面疲劳磨损的主要因素之一，正常工作状态下因弹性滑动而产生的皮带工作面的疲劳磨损是经过较长时间的正常磨损周期后才产生的，而非正常的弹性滑动就会大大地降低了正常磨损周期，使三角皮带的传动精度和传动效率迅速降低，也使三角皮带的使用寿命大大降低。而非正常的弹性滑动表现为：
　　（1）当静张紧力过小时，三角皮带与带轮之间的静摩擦力不足，带轮在工作状态时容易发生弹性滑动与打滑共存。弹性滑动的特性是带与带轮之间蠕动，蠕动的概念就是瞬间的滑动速度不均等，或者称之为处于包角中的皮带相对非匀速运动，也就是说在带与带轮之间的速度是均匀的阶段性相对变化。而打滑的概念是带与带轮之间有瞬间或持续的相对运动，这使带与带轮之间的正常工作状态被破坏，皮带工作面与带轮之间的摩擦速度加快了，磨损也随之加剧，从而降低了工作效率。在静张紧力过小的状态下，弹性滑动与打滑的共存，显示的特性是打滑大于弹性滑动，表现形式更像是正常状态的疲劳磨损后后期阶段，是缩短正常磨损周期、导致皮带使用寿命降低的重要因素。
　　（2）当静张紧力过大时，弹性滑动量会明显减少，打滑现象暂时并不明显，传动效率在短时期也比较理想，但由于静张紧力的过大，直接的影响就是皮带的工作面与带轮之间的正压力增加，皮带在工作状态下的摩擦力增加，摩擦力增加等于磨损的加剧，也是缩短正常磨损周期的不利因素。
　　（3）过载性动载荷变化对弹性滑动与打滑的影响。非过载状态下的平稳动载荷负载对皮带传动并不存在非正常弹性滑动疲劳磨损，带与带轮之间的相对打滑也属于正常磨损周期范围。过载状态下的皮带传动，根据过载状态和过载程度决定弹性滑动频率和频幅及皮带打滑程度，过载程度大，则初期变化是弹性滑动频率加剧，滑幅增加，同时伴随机械振动，后期随着皮带超过自身弹性极限而发生疲劳，将产生滑幅增加而频幅降低，而打滑逐步增加，效率损失加剧，皮带正常磨损周期缩短，疲劳磨损加重。
　　（4）冲击性载荷过载。冲击性载荷过载是随机性较强的变量载荷变化，对皮带传动的直接影响是弹性滑动量和滑幅随冲击载荷的变化而变化，但带的疲劳磨损却不是均匀性疲劳磨损，因为冲击载荷的发生存在不确定性，带在工作状态下所产生冲击载荷部位是随机的，又因为冲击载荷仅发生在传动三角带的主动侧，所以，冲击载荷的破坏性损失极易发生带横截面的冲击弹性拉应力疲劳损失，相对滑动和打滑的影响只是瞬间急剧变化。
　　（5）超速度传动对弹性滑动、打滑的影响。低速运转由于有静张紧力的作用，速度对带传动的弹性滑动及打滑并没有明显影响，弹性滑动和打滑也存在，属正常范围。超出额定速度对皮带的影响有：，带与带轮产生一定程度的离心力，降低了带与带轮之间工作面上的正压力，使工作面摩擦力降低，弹性滑动降低，打滑现象增加，传动效率明显降低，长期处于此状态下会加剧皮带与带轮工作面的摩擦热，导致皮带过早疲劳。
　　（6）传动比和传动轴之间距离对弹性滑动的影响。当传动比大且传动轴之间距离小时，小带轮上的包角会因结构特性变得相对小，包角小明显的问题就是带与带轮之间的摩擦工作区变小，弹性滑动显现短促、高频率，打滑相对显著，导致皮带正常磨损周期缩短。
　　3　三角皮带带轮Z小直径与皮带疲劳磨损
　　三角皮带带轮的Z小直径是决定三角皮带疲劳寿命的一个关键性问题。
　　设计规范中有Z小带轮直径的Z低范围，但由于带传动是整套机械传动系统中Z初的传递转速、转矩的执行机构，它必须为整套机械系统传递长期稳定的动能和高质量的传动精度。所以，确定带轮的结构尺寸也就显得十分重要，因为Z小带轮直径决定着皮带的使用寿命，其原因是：
　　假如带轮直径过小，三角带在带轮上的弯曲应力会加大。弯曲应力加大导致的后果是，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。高速交变应力以及极限性拉伸和压缩在皮带的横截面上发生，会使皮带过早发生拉应力弹性极限疲劳，也将导致皮带中橡胶材料的分子受压应力极限的破坏而失掉回弹能力而过早疲劳。由于高速、高频率的拉伸、压缩交变应力的作用，使得皮带横截面上的组织结构状态发生质的变化，橡胶层与纤维层发生剥离，皮带整体抗拉能力降低，导致皮带整体疲劳周期提前，缩短了正常磨损周期。
　　4　结论
　　三角皮带传动在大多数情况都是为其它机构“服务”的中间机构或Z初的传递机构。所以，要寻求整体机构的稳定工作状态，必须有前端机构的长期稳定的工作状态做保障。在设计皮带机构时要充分考虑结构的稳定性和使用寿命以及因皮带传动的非正常工作所产生不利因素。在结构调整与经济性都处于合理的状态下，让皮带传动机构给整套机械传动系统提供可可靠保证。
　　参考文献
　　[1]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.
　　[2]徐超.带传动中弹性滑动问题的综合分析[J].现代机械，2002.2.