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同步帶的(de)失效模式(shì)

本文來(lái)源: 91官网工業皮帶銷售部 責任編輯: 發布日期:2020-08-08
文章導讀同步帶的失效模式有很多原因,而有時(shí)皮帶(dài)的失(shī)效模(mó)式還(hái)很難去判(pàn)定。該產品應用備忘錄的(de)目(mù)的就是為了定義、舉例說明並判定通常同步帶的失效(xiào)模式(shì),以便我(wǒ)們采(cǎi)取適當的預防措施和糾正行動。

 同步帶(dài)的(de)失效模式(shì)


    同步(bù)帶的失效模式有很多原(yuán)因,而有時(shí)皮帶的失效模式還(hái)很難去判定。該產品應用備忘錄的目的就是為了定義、舉例說(shuō)明並判定通常同步帶的失效模式,以便我們采取適當的(de)預防措施和糾正行動。
皮帶(dài)的正常磨損和失效

在皮帶運轉2 到3 年後,當其芯線達到疲勞壽命時,皮帶失效是屬(shǔ)於正常情況。在經過長期運(yùn)轉後,皮帶(dài)由於芯線達到(dào)疲勞壽命而失效,這屬於理想的皮帶失效模式。

圖1是一(yī)個參差不齊的(de)45度角的鋸齒狀斷裂皮帶,這是典型的皮(pí)帶(dài)芯線達(dá)到正常的疲(pí)勞壽命造成的。同(tóng)步帶的齒(chǐ)部也同樣會失效,但是(shì)這不屬於理想(xiǎng)的皮帶失效模式。在長期的運轉下,雖然(rán)皮帶能夠保持初始(shǐ)的(de)大小和形狀(zhuàng),但是皮(pí)帶齒部會出現磨(mó)損。皮帶帆(fān)布的外露纖維會使皮帶齒部看起來粗糙毛燥,如圖2 所示。


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運行2 到3 年後的皮帶不需要再采取(qǔ)任何改善措施。皮帶(dài)壽命會由於應用的不同,以及各(gè)種客觀因素而有(yǒu)較大變化。影響皮帶壽命的因(yīn)素包括傳(chuán)輸功率等級,環境,皮帶安裝(zhuāng)張力,帶與輪的匹配(pèi),帶輪的質量水平,甚至(zhì)是如何(hé)切割、包裝、運輸和安裝皮帶。


皮帶折曲失效

皮帶折曲失效模式通常表現為斷裂麵芯線成直線排列。如圖3 所示。

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當皮帶芯線彎曲到非常小的直徑時,這種失效(xiào)模式就會發生。急(jí)劇的彎曲會使皮帶芯線纖維在巨(jù)大的壓力下彎(wān)曲和受損(sǔn),從而使皮帶的(de)拉伸強度下降。皮(pí)帶折曲失效是最常見的一種失效模式,通(tōng)常與皮帶操(cāo)作不當、安裝張緊力過低、帶輪的直徑過小和帶輪裏有(yǒu)異物等有關。


由於操作不當所引起的皮帶折曲原因有:存放不當、包裝不當和皮(pí)帶安裝(zhuāng)前和安裝時的操作不當。皮帶在過低張緊力的(de)情況下運行可能會一直跳齒(chǐ)直(zhí)到達到可接受的張緊力,這種現象(xiàng)叫做自動張緊(jǐn)。自動張緊在皮帶(dài)的鬆邊(biān)或皮帶(dài)齒部進入從動輪輪槽的地方可最清晰地觀察到。當皮帶自動張緊的時候,皮(pí)帶齒部會跳出帶輪輪槽直到皮帶緊邊加強(qiáng)的張力迫使皮帶齒部(bù)再進入到帶輪輪槽中。皮帶在被迫回到帶輪輪槽(cáo)時,常常(cháng)導致皮帶與帶輪(lún)接觸(chù)點發生(shēng)劇烈、瞬時的彎曲,這(zhè)種彎曲會(huì)導致皮帶芯線受損。這部分芯(xīn)線損(sǔn)傷就被稱為折曲。如(rú)果緊邊張力(lì)不能(néng)使(shǐ)皮帶齒部進入帶輪輪槽(cáo),則皮帶(dài)會產(chǎn)生跳(tiào)齒,也(yě)同樣會產生折曲失效或皮帶齒部損傷。

皮帶進入直徑過小的帶(dài)輪時,也(yě)會導致皮帶芯線受損或折曲失(shī)效。帶輪和背部惰輪低於規定的最小值、皮帶(dài)和帶輪間有惰輪甚至用手以較小的銳角彎曲皮帶,都會導致皮帶折曲失效。


傳動係統有異物(wù)進入也同樣會使皮帶產生折曲,他們會使(shǐ)皮帶與帶輪間形成個尖角,使這(zhè)一點(diǎn)的皮帶芯線出現折曲。用工具把皮帶強行撬到帶輪上也同樣會使皮帶損壞。在受到異(yì)物進入或安裝時使用工具不當(如螺絲刀(dāo))對皮帶損傷後,皮帶不會立即失效,但是皮帶總(zǒng)體壽命會下降。


衝擊負荷


當從(cóng)動設備要求的間隙性或周期性扭矩負載大於正常(cháng)水平時,這種衝擊負荷要超過皮帶本(běn)身能承受的力,傳動係統中的衝(chōng)擊負荷就(jiù)出現了。往往會加劇皮(pí)帶的失效。普通的三角帶可以用瞬間打滑(huá)來(lái)減緩衝擊負荷,但是同步(bù)帶必(bì)須要傳輸所有的負荷。劇烈(liè)的衝(chōng)擊負荷可以導致皮帶芯線以粗(cū)糙的不平(píng)均的形式斷裂,如圖4 所示。皮帶齒部在帶輪(lún)中經過即時衝擊負荷後可發展成齒根開裂和(hé)/或齒部脫落。如果衝擊負荷隻發生一次,或在皮(pí)帶固定的位置(zhì)重(chóng)複循環,皮帶的其餘齒部(bù)可能看起(qǐ)來還是正常的。圖5 說明了齒根開裂如(rú)何在齒內進行擴散。在齒根形成的裂縫有時會擴散到齒尖。積聚過多裂縫時(shí)齒部就會剪切,就會隻剩下齒的一部分。

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從動設備產生的衝擊負荷可能是傳動係統操作(zuò)中固有的一(yī)部分,或者可能是來自於偶然的,苛刻的情形,比如堵塞。如果(guǒ)傳(chuán)動係統的衝擊負荷不可避免,皮帶的(de)芯線強度就需要提高,或者(zhě)用(yòng)可(kě)以間歇(xiē)打滑的三(sān)角帶(dài)來代(dài)替同步帶驅動。


皮帶安裝(zhuāng)張力過高

同步帶(dài)安裝張力過(guò)高(gāo)會導致皮帶齒部剪切或斷裂。很多張(zhāng)力過高的皮帶在皮帶齒麵上都清晰地(dì)留(liú)下(xià)了輪齒磨損的(de)痕跡。圖6 是皮帶被壓(yā)過的表麵區(qū)域和齒根開裂的例子。齒根開裂通常(cháng)會通過芯線擴展(zhǎn)到(dào)其相鄰的開裂處,個別的皮帶齒部會慢慢脫(tuō)落。圖7 是張緊力過高的皮帶在大帶輪上被磨過的痕跡。過高的皮(pí)帶表層壓力會導致皮(pí)帶大麵積區域磨損,最終導致皮帶芯(xīn)線暴露在外(wài)。為了防止這(zhè)樣的(de)磨損問題,適當的皮帶安裝張力值必須要準(zhǔn)確的設定。

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皮帶安裝張力過低

中度到(dào)高度負荷的傳動係統中安裝張力過低也會導(dǎo)致皮帶過(guò)早的失效(xiào)。通常張力過低導致(zhì)的皮帶失效模式表現為跳齒(chǐ)。皮帶跳(tiào)齒是指皮帶的齒爬出其對應的輪槽(cáo),並且其根部不(bú)再承受負荷。傳動負荷進(jìn)一步作用於皮帶側麵使皮帶齒部彎曲,然後跳動。齒部滾動時(shí)可導致橡膠從齒根沿著芯線撕裂。隨著橡膠撕裂的擴散(sàn),皮帶齒部開始以條狀脫離皮帶,如圖(tú)8 所示。由於過多跳齒導致的失效可能看起(qǐ)來好像橡膠與線繩的粘度不夠。然而,由(yóu)於粘(zhān)度不(bú)足所導致的失效,皮帶中外露芯線通常保持整潔,與滾齒失效模式不同。

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當皮帶(dài)齒部爬出(chū)帶輪輪槽而自動張緊時,在橡(xiàng)膠撕裂和齒(chǐ)部脫落前,皮(pí)帶容易產生跳齒。跳齒引起的皮帶芯線損傷往往導致皮帶強度提(tí)前失(shī)效,損(sǔn)傷情況與折曲失效的芯線斷裂情(qíng)況類似(整(zhěng)齊(qí)斷裂)也同樣類似於衝擊負(fù)荷的斷裂(liè)(成鋸齒狀並(bìng)有角度的)。如果皮帶沒有跳(tiào)齒並且在自張緊時也在繼續運轉,這中情況下經常發生皮帶齒部(bù)過(guò)度磨損。這種齒部磨損叫做勾形磨(mó)損,是由(yóu)於皮帶(dài)齒部與帶輪不匹配,如圖9 所(suǒ)示。勾(gōu)形磨損是由於皮帶的安裝張(zhāng)力不夠和不牢固的傳動係(xì)統在(zài)低張(zhāng)力的情況下中心距變化所導致的。

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通常提高皮帶(dài)安裝張力可以防止(zhǐ)皮帶過早產生跳齒(chǐ)和勾形磨損。如果提高安裝張力後還是不能防止皮帶失效,可能是傳動係統結構不夠牢固,不能防止偏差。為了提高皮帶使用性能,非常(cháng)有(yǒu)必要提高傳動結構(gòu)的支撐力。如果提高安裝張力不現實,增加帶輪直徑,可以使皮帶在(zài)低張力下(xià)傳(chuán)遞較高負載。合適的安裝張(zhāng)力值可以從蓋茨(cí)的設計軟件中(zhōng)獲得,通過設計手冊(cè)進(jìn)行計算或者尋求蓋(gài)茨銷售人員的支持。


帶輪不平行

皮帶在運行時,帶輪軸成一定角度,或帶輪齒形在加工時存(cún)在錐度問題,由於(yú)施加在皮帶上的負(fù)載不均勻,帶齒之(zhī)間(jiān)會出現不均勻的擠壓。皮帶(dài)失效經常從齒根開(kāi)裂處或從承載張力最大的皮帶側麵開始(shǐ)撕裂並擴展到整個皮帶寬度,最終導致皮帶齒部剪切。由於纖(xiān)拉力比較大(dà),皮帶擠壓嚴重的一側(cè)可能(néng)也(yě)會出現明顯的磨損(sǔn),並且皮帶有(yǒu)可能爬(pá)出或滾到帶輪擋邊之(zhī)處。圖10 顯示了高纖拉力導致了皮帶一邊嚴重的磨損。

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皮帶運行在不平行有擋邊的(de)帶輪時,如果皮帶被擠壓在兩個相對的擋邊中,會導致皮帶兩側嚴重磨損。在(zài)這種情況下,皮帶會從齒根裂縫或從兩側撕裂。這種撕裂最終會擴(kuò)展到整(zhěng)個皮帶(dài),導致皮帶齒部剪(jiǎn)切。皮帶運行在一個帶輪兩邊都有擋邊和一個帶輪兩邊都沒有擋邊時,如(rú)果(guǒ)兩個帶(dài)輪不平行,那麽皮(pí)帶會(huì)部分向沒有(yǒu)擋邊的帶輪移動(dòng),無擋邊帶輪中這部分(fèn)皮帶(dài)將會承受全部負載並且可能在運行(háng)一段時(shí)間後(hòu)產生一個集中磨損區域。圖11 就(jiù)是大部(bù)分齒麵(miàn)的集(jí)中磨損,其它地方沒有磨損。在磨損區域下麵可(kě)能會有根部裂縫。皮(pí)帶強度或齒麵疲勞(láo)最終(zhōng)都會導致皮帶的過早失效。

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帶輪不合格

無論是由於帶輪的生產不符合標(biāo)準或磨損到超出標準造成的皮帶過早失效通常(cháng)很難識別。部分是因為當皮帶失效時,幾乎很少有人去仔細地檢查(chá)帶輪,而通常都認為是皮帶的(de)自身問題。皮帶在尺寸有問題(tí)的帶輪上運行時,其齒部(bù)側(cè)麵會出現高度磨損,同時皮帶側麵的帆布(bù)成模糊的(de)絨毛狀或片(piàn)狀。如圖12 所示。圓弧齒皮帶(HTD,GT2)運行在(zài)直徑過小的帶輪係(xì)統中,會使帶體大麵積分裂和皮帶拉伸性斷裂,如圖13 所(suǒ)示。梯形(xíng)齒(XL, L, H)皮帶通常是齒根裂縫或帶齒剪切,然而(ér)皮帶(dài)拉伸性斷裂倒不常見。張(zhāng)緊力過高可能導致(zhì)帶輪更(gèng)多的磨損。運行時間很長的皮帶的齒麵(miàn)或帆布有時已經完全磨損掉(diào),這種情況就預示帶輪磨損也已經產生。皮帶磨損後會使其芯線與帶輪接觸,從而造成帶輪(lún)的(de)外周輪槽也(yě)磨損。帶(dài)輪的齒頂有(yǒu)凸起是帶輪磨損後的標誌(zhì),如圖14 所示。注意:磨過的表麵非常尖銳最好用螺絲起子去感覺,以防(fáng)手被劃傷(shāng)。這種情(qíng)況下,應該更換帶輪。在(zài)腐蝕性空氣下,帶輪最容(róng)易被迅速磨損。嚴重磨損的帶輪通常表現為輪槽磨損和帶輪加工外徑(jìng)的減少。磨損帶輪(lún)導(dǎo)致皮帶失效典型的表現為皮帶齒底磨光性損傷和齒部區域性尺寸變形。經(jīng)過硬鍍鉻過的帶(dài)輪可以延(yán)長其在腐蝕性空氣中的壽命。另一種情況(kuàng),如果替換後的新皮帶的壽命(mìng)比以前的皮帶低,也要仔細檢查下帶輪是否過度磨損(sǔn)。

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帶(dài)輪跳動

皮帶運行(háng)在徑向跳動的帶(dài)輪係統中時,帶(dài)輪旋轉時皮帶(dài)的張緊力會周期性的升(shēng)降。跳動的越厲害,最大張緊力就升的(de)越高。受此影響,使齒底看起來像被碾碎一樣,如圖15。碾碎的帶體可能與在適度尺寸帶輪中而運行的皮帶張緊(jǐn)力過高所(suǒ)導致的現象相類似。而極端周期性的張力(lì)變化(huà)常(cháng)常導致皮帶齒部撕裂或皮帶(dài)拉伸(shēn)性斷裂。帶輪往錐套上安裝,或在最小的帶輪光孔基礎上進行再擴(kuò)孔(kǒng)後安裝時,往往容易發生跳動。如何按照標準進行(háng)安裝,以(yǐ)及如何確保軸孔的配合,在蓋茨的相關設計(jì)手冊中(zhōng)有(yǒu)詳細的說明。

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腐蝕空氣


皮帶運行在腐蝕性空氣(qì)的應用領域時(shí),比如翻砂攪拌機,鐵礦石加工設備(bèi),磷(lín)酸鹽采礦輸送設備,帶齒(chǐ)側麵和(hé)皮帶齒底高度會磨損,磨損區域(yù)常常光亮。圖16 為在高腐蝕性環境中的保力強GT2的磨損皮帶。在腐蝕空氣下帶輪通常磨損加快,所以帶輪與皮帶應該一起更換。為了延長皮(pí)帶和帶輪(lún)的壽命,最好安裝個有潔淨空(kōng)氣加壓的密封罩,防(fáng)止腐蝕(shí)性的灰塵物體進入而汙染。

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高溫降解

當橡膠皮帶(dài)工作在高溫(高(gāo)於85℃)較長一段時間後,橡膠成分會變硬,由於運(yùn)轉(zhuǎn)時彎曲導(dǎo)致背部開裂。這些開(kāi)裂處(chù)與齒的方向平行,並且常常發生在帶齒中間。如圖17。皮(pí)帶由於(yú)齒部剪切也會導致拉伸性(xìng)斷(duàn)裂。

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耐高溫橡膠皮帶結構可用於這種要求高溫環境的應用中,這些特殊的皮帶結(jié)構提高了皮(pí)帶的使(shǐ)用壽命。如果要了解特殊耐高溫(wēn)結(jié)構皮帶在特殊的應用下是否能夠提高皮帶性能(néng),請與蓋茨的銷售人員聯係。蓋茨保力強GT2 的皮帶,帶體材料屬於熱塑性聚氨酯材料(liào)(有熔點)。當溫度超過85℃時,帶齒可能會變軟(ruǎn)並(bìng)且變形。此外,芯線也會(huì)完全喪失對帶體(tǐ)的支撐能力。圖18 是暴露在高溫條件下的保力強GT2 的皮帶。



化學降解

橡膠皮帶在揮發性有機溶劑和臭氧的環境下的失效與在高溫環境下的失效情況類似。橡膠成分會變硬,皮帶會呈(chéng)現背部開裂。但開裂的形式不(bú)太(tài)一致,因為橡膠結構的硬化幾乎(hū)發生在皮帶表麵,而這可能導致皮帶縱橫向(xiàng)的開(kāi)裂,各種各樣(yàng)的(de)形狀都有可能產生。


異物進入

異(yì)物進入帶輪和皮(pí)帶(dài)之間時,對帶齒和芯(xīn)線(xiàn)都會造成損壞。芯線通常在內(nèi)部斷(duàn)裂(圖19 所示)或(huò)不久後由於過度彎曲而失效(圖20 所示)。

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部分皮帶芯線斷裂後,整根皮(pí)帶的拉伸強度就會大幅度下降。這也導致皮帶(dài)壽命顯著地下降(jiàng)。如果發現皮帶已損壞(huài),應該(gāi)更換皮(pí)帶,並對帶輪進行檢查,如果發現受損的帶輪, 也應該及時更換。




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