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1、汽车用传动带的破坏形式及失效分析摘要 讨论了汽车用传动带的产品结构、破坏形式、影响因素，列举传动带实际应用中的传动故障，分析产生的原因，给出传动故障的改进措施。 关键词 汽车V带 汽车多楔带 汽车同步带 传动带 传动故障 1 前言 汽车用传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带或多楔带和驱动发动机凸轮轴、喷射泵的同步带两种，而汽车V带、多楔带属于摩擦传动带，同步带是通过带齿的工作面与齿形带轮的齿槽相啮合传递动力的，也即通过带齿对带轮齿的推动来传递力矩，属于齿啮合传动带。近年来，随着汽车工业的发展，一台汽车传动系统包括以上两种传动方式，需配备一条或多条V带、多楔带和同步带；因此
2、，汽车用传动带对汽车的行车安全、效率（节能）和环保都有重要影响：安全性：在汽车行驶中，汽车同步带发生损坏会导致发动机的配气系统失效，严重时会使气缸报废，汽车行驶安全得不到有效保证；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
3、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，带与带轮的啮合也会产生噪音；优质的传动带带体均匀，运行中的振动
4、小，带与带轮之间的摩擦系数适中，与带轮的啮合准确，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。汽车V带的理想结构应使其在恒定或变化应力下具有
5、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），1，6分别为顶布和底布（有齿式切边V带无底布），2为顶胶层，4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
6、产生下负应力而造成破坏，3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，5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1顶布；2顶胶；3粘合胶；4抗拉体；5压缩层胶（底胶）；6底布；7底胶夹布由于切边式汽车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，虽然切边汽车V带两侧的摩擦力较大，能大大提高其传动能力，但同时也在V带截面上产生了能导致V带破坏的挤压力，可使V带顶部变为凹形，造成拉伸过程中抗拉体材料受力不均
7、，从而使带破坏失效。（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GB13552-1998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为伸张层胶，3为芯绳，4为粘合胶，5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
8、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
9、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图2多楔带截面图1顶布；2伸张层胶；3芯绳；4粘合胶；5楔胶 张力调节器相组合，可以大大缩小传动机构所占的空间，给维修带来极大方便，同时极大地提高了带的使用寿命和可靠性。（3）汽车用同步带的基本结构如图3所示。图3【a）是当前最普通的同步带，带齿呈圆弧形，图3【b】是梯形齿同步带，是一种老式的齿形，现其多数已被圆弧齿形齿所代替。我国的国家标准GB12734-2003汽车同步带按汽车用同步带齿形分为：梯形齿同步带和圆弧齿同步带，梯形齿同步带分为ZA型和ZB型两种型号，圆弧齿同步带分为ZH型、YH型、ZR型、YR型、
10、ZS型和YS型六种型号，前带“Z”的同步带齿节距为：9.525mm,前带“Y”的同步带齿节距为：8mm；并规定了同步带的物理性能技术要求，对疲劳寿命试验仅规定了ZA型和ZB型的技术要求。在实际应用中，由于汽车发动机制造厂的不同要求，因同步带齿的齿形变化而产生新的型号，没有形成标准化，但绝大部分同步带的齿节距均为：9.525 mm或8 mm。同步带有三个主要组成部分（如图3所示）：1是由高分子弹性体材料构成的带背和带齿；2是螺旋缠绕的玻璃纤维芯绳，它用作强力层；3是覆盖在带齿上的聚酰胺包布（或称为：高弹力尼龙布或其他布），与带轮互相接触时，它能起到耐磨损和增强带齿刚性的作用。图3 同步带结构图1
11、弹性体材料；2芯绳；3包布同步带是一种新型的传动带，属于齿啮合传动带，其与传统的链传动相比，同步带传动特点是重量轻、噪音低及不需要维修保养，对汽车用同步带同时要求其具有弯曲时的纵向柔性和受拉时的抗拉伸性。就同步带而言，有时橡胶或纤维本身并没有破坏，而是各构成材料之间的粘合破坏了，于是造成整条带的使用寿命降低。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
12、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
13、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。（2）
14、影响齿啮合传动带使用寿命的因素芯绳强度低下和应力过大是造成带断裂的两个直接因素。应力偶然地高于带的初始强度一般不会使带断裂，只有当过大应力反复出现时才会导致其断裂损伤。带在直径较小的带轮上运转时，在单位时间内曲挠次数较多，引起芯绳强度降低，另外，在芯绳材质为玻璃纤维的情况下，水分的侵入也会促进芯绳疲劳老化，降低芯绳强度。齿根部帆布的磨损和过大的齿根应力是造成带齿缺失的主要因素。齿根帆布的磨损发生于带齿与轮齿啮合的开始和结束阶段，这时啮合面之间发生滑动现象，如果带齿负荷过大或带齿与轮齿的啮合不好，就会加速齿根帆布的磨损；而带长度或带轮外径误差过大将会引起带齿啮合不良；此外，因带在运行过程中的共振
15、或环境中的粉尘落到啮合面上后也会引起带齿啮合不良的现象。另一方面，过负荷、冲击性负荷、跳齿等能引起带齿根应力过大。带的硬化及臭氧等环境条件是引起同步带的带背裂纹的主要原因。在环境温度较高的场合下，在利用带背进行张紧时，张紧轮与带背之间的摩擦，使带背温度进一步提高，从而加剧了带背橡胶材料的老化，关于带背裂纹的原因，带与其他物体的摩擦是次要的，主要原因是在温度方面。此外，环境温度过低时启动传动装置，也会造成带背裂纹，这一点很值得注意。一般情况下，齿啮合传动带完全丧失同步传动这一基本功能的主要破坏形式是带断裂和带齿缺失，然而，齿磨耗、齿根裂纹、带背裂纹等破坏形式是即将出现带体裂纹和带齿缺失的先兆；在
16、出现上述三种破坏时，又常同时出现传动错位、噪音过大、带松弛上下跳动等问题，因此，一般把出现齿磨耗、齿根裂纹和带背裂纹破坏形式的时刻作为带的使用寿命终止的标志。综上所述，齿啮合传动带的疲劳破坏形式主要可分为带断裂、带齿缺失、齿磨耗、带背裂纹和齿根裂纹等五种形式。其在传动过程中，这四种破坏形式具体表现在带出现传动故障，具体见表3：表述了汽车同步带在传动过程中常见的传动故障，主要有十种故障。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改进措施带打滑1、带根数少增加带根数2、带轮直径过小适当加大带轮直径3、包角过小设计导向轮或改变传动布置，以加大包角4、带拉力过小
