同步带失效分析.doc

同步带失效分析同步带的失效模式有很多原因,而有时皮带的失效模式还很难去判定。该产品应用备忘录的目的就是为了定义、举例说明并判定通常同步带的失效模式,以便我们采取适当的预防措施和纠正行动。 皮带的正常磨损和失效        在皮带运转2到3年后,当其芯线达到疲劳寿命时,皮带失效是属于正常情况。在经过长期运转后,皮带由于芯线达到疲劳寿命而失效,这属于理想的皮带失效模式。图1是一个参差不齐的45度角的锯齿状断裂皮带,这是典型的皮带芯线达到正常的疲劳寿命造成的。       同步带的齿部也同样会失效,但是这不属于理想的皮带失效模式。在长期的运转下,虽然皮带能够保持初始的大小和形状,但是皮带齿部会出现磨损。皮带帆布的外露纤维会使皮带齿部看起来粗糙毛燥,如图2所示。       运行2到3年后的皮带不需要再采取任何改善措施。皮带寿命会由于应用的不同,以及各种客观因素而有较大变化。影响皮带寿命的因素包括传输功率等级,环境,皮带安装力,带与轮的匹配,带轮的质量水平,甚至是如何切割、包装、运输和安装皮带。 图1  正常拉断                                                图2  帆布磨损 皮带折曲失效       皮带折曲失效模式通常表现为断裂面芯线成直线排列。如图3所示。       当皮带芯线弯曲到非常小的直径时,这种失效模式就会发生。急剧的弯曲会使皮带芯线纤维在巨大的压力下弯曲和受损,从而使皮带的拉伸强度下降。皮带折曲失效是最常见的一种失效模式,通常与皮带操作不当、安装紧力过低、带轮的直径过小和带轮里有异物等有关。 图3  折曲失效        由于操作不当所引起的皮带折曲原因有:存放不当、包装不当和皮带安装前和安装时的操作不当。皮带在过低紧力的情况下运行可能会一直跳齿直到达到可接受的紧力,这种现象叫做自动紧。       自动紧在皮带的松边或皮带齿部进入从动轮轮槽的地方可最清晰地观察到。当皮带自动紧的时候,皮带齿部会跳出带轮轮槽直到皮带紧边加强的力迫使皮带齿部再进入到带轮轮槽中。皮带在被迫回到带轮轮槽时,常常导致皮带与带轮接触点发生剧烈、瞬时的弯曲,这种弯曲会导致皮带芯线受损。这部分芯线损伤就被称为折曲。如果紧边力不能使皮带齿部进入带轮轮槽,则皮带会产生跳齿,也同样会产生折曲失效或皮带齿部损伤。       皮带进入直径过小的带轮时,也会导致皮带芯线受损或折曲失效。带轮和背部惰轮低于规定的最小值、皮带和带轮间有惰轮甚至用手以较小的锐角弯曲皮带,都会导致皮带折曲失效。       传动系统有异物进入也同样会使皮带产生折曲,他们会使皮带与带轮间形成个尖角,使这一点的皮带芯线出现折曲。用工具把皮带强行撬到带轮上也同样会使皮带损坏。在受到异物进入或安装时使用工具不当(如螺丝刀)对皮带损伤后,皮带不会立即失效,但是皮带总体寿命会下降。 冲击负荷        当从动设备要求的间隙性或周期性扭矩负载大于正常水平时,这种冲击负荷要超过皮带本身能承受的力,传动系统中的冲击负荷就出现了。往往会加剧皮带的失效。普通的三角带可以用瞬间打滑来减缓冲击负荷,但是同步带必须要传输所有的负荷。       剧烈的冲击负荷可以导致皮带芯线以粗糙的不平均的形式断裂,如图4所示。皮带齿部在带轮中经过即时冲击负荷后可发展成齿根开裂和/或齿部脱落。如果冲击负荷只发生一次,或在皮带固定的位置重复循环,皮带的其余齿部可能看起来还是正常的。图5说明了齿根开裂如何在齿进行扩散。在齿根形成的裂缝有时会扩散到齿尖。积聚过多裂缝时齿部就会剪切,就会只剩下齿的一部分。 图4  冲击负荷                                           图5  冲击负荷        从动设备产生的冲击负荷可能是传动系统操作中固有的一部分,或者可能是来自于偶然的,苛刻的情形,比如堵塞。如果传动系统的冲击负荷不可避免,皮带的芯线强度就需要提高,或者用可以间歇打滑的三角带来代替同步带驱动。 皮带安装力过高        同步带安装力过高会导致皮带齿部剪切或断裂。很多力过高的皮带在皮带齿面上都清晰地留下了轮齿磨损的痕迹。图6是皮带被压过的表面区域和齿根开裂的例子。齿根开裂通常会通过芯线扩展到其相邻的开裂处,个别的皮带齿部会慢慢脱落。图7是紧力过高的皮带在大带轮上被磨过的痕迹。过高的皮带表层压力会导致皮带大面积区域磨损,最终导致皮带芯线暴露在外。为了防止这样的磨损问题,适当的皮带安装力值必须要准确的设定。   图6  紧力过高                                            图7  紧力过高 皮带安装力过低        中度到高度负荷的传动系统中安装力过低也会导致皮带过早的失效。通常力过低导致的