橡胶传动带1.pdf

第36卷第4期 2009年4月 世 界 橡 胶 工 业 World Rubber Industry Vol 36 No 4 28 32 Apr 2009 橡胶传动带 阎家宾 中橡集团 沈阳橡胶研究设计院 辽宁 沈阳110021 编译 摘要 主要叙述了V型传动带和齿型传动带的结构 计算和材料以及未来的发展趋势 介绍了几 种提高传动带使用性能的特殊结构 关键词 传动胶带 钢丝帘线 帘线绳 V型带 齿形带 中图分类号 TQ 336 2 文献标识码 B 文章编号 167128232 2009 0420028205 编译者简介 阎家宾 19372 男 辽宁沈阳市人 1963年毕业 于大连工学院 现大连理工大学 高分子化学专业 高级工程 师 从事橡胶制品的研发工作 有多本译著出版 橡胶传动带可用于各种机器制造部门 它 包括平型传动带 V型带和齿形带等 胶带传 动属于软连接机械传动 它是依靠皮带轮与胶 带工作面之间的摩擦力传递扭矩 为摩擦型胶 带传动 若在皮带轮与胶带之间依靠两者齿体 啮合传动的则为齿型带传动 1 2 与其他类型传动设备相比 橡胶传动带具 有一系列优点 能较远距离地传递运动和能量 可较大的过载 达到300 传动 且无损坏 结 构和使用简单且成本低 工作平稳又无噪音 轴 及轴承负载较低 无需专用厂房和必要的润滑 系统 磨损部件易更换 负载减震 此外 可把胶 带传动视为传动链中的安全环节 胶带传动除具备上述优点之外 还有某些 缺点 传动装置比较笨重 传动功率不大 传动 比不稳定 齿型带传动除外 传动带上有接 缝 会产生静电 传动带的工作状态和带子的松 紧度需要定期检查 胶带传动设备的主要元件就是传动带 传 动带是由硫化胶和其他材料制成的 目前 生 产的传动带和传动轮的品种繁多 其中主要品 种已标准化了 V型带和平型带应用最为普遍 主要是由 硫化胶制造 在橡胶制品中占据主导地位 胶 带的尺寸 结构和选用的材料与以下因素有关 使用条件 提高速率 传动功率 使用寿命 尽量 减小外形尺寸和质量 减少金属材料的用量以 及现代机器制造业对胶带传动装置日益增长的 需求 任何胶带结构都由几个元件组成 承重层 或称抗拉层是其中最主要的元件 是通过它完 成负荷从主动轮到从动轮的传递 也是它决定 传递负荷的多少 实际上 任何胶带的抗拉层上或下 均分布 着橡胶帘布或者硫化胶或者是类似硫化胶的材 料 当传动轮上的胶带弯曲时 通常是使这些 材料承受拉伸变形 抗拉层上 和压缩变形 抗 拉层下 由硫化胶和其他材料构成的V型带 通常 包括四个主要元件 见图1 抗拉层或者承重 层2 压缩层3 伸张层1和包布层4 图1 V型胶带的横断面图 硫化胶或者类似硫化胶的带体包括伸张层 1和压缩层3 以确保将有效负荷从主动轮传递 到抗拉层2 再从抗拉层2传递到从动轮 包布 层4可以保证胶带的整体性 提高V型带的断面 刚性 避免工作面的磨损和环境介质的侵害 为使抗拉层有最佳的工作条件 它的厚度 应减到最小 分布应达到胶带计算表面的要求 胶带弯曲时 其长度保持不变 由伸张层 压缩层及位于其间的抗拉层组 成的V型带的缺点是径向滑动和弹性滞后损 失严重 使抗拉能力降低 V型带工作可靠 结构简单 3 它是由环形 金属带束2构成 见图2 环形金属带束2在 带1平面上彼此同心分布 通过一组环形金属 带的端面 互相连接构成胶带1的工作面 这 时 环形金属带2的横断面与胶带1的断面完 全一致 所有环2接触面之间均有一层固体润 滑脂 图2 由环形金属带束组成的V型胶带切口断面图 当胶带与不同有效半径的传动轮作用时 金属环彼此在周向的相对位移不明显 在传动 轮运转时 柔性金属环的结合面上的固体润滑 脂 可保证金属环结合面与皮带轮之间的相对 自由位移 胶带结构简单 耐热 能在高转速下传递大 转矩 当有一个金属环出现问题时 对胶带工 作的影响很小 使用时无需液体润滑油 这就 简化了结构和胶带传动装置的应用 提高了胶 带载荷能力 为改善胶带的散热效果 延长V型带的使 用寿命 在胶带外表面加肋条1 4 见图3 在 内表面也要加肋条4 在带体3中要设计一个 倾斜孔5 与倾斜孔5相连的肋条1处 为一个 镰刀口2 而肋条4处也有一个镰刀口6 当胶 带运行时 依靠肋条1和4向胶带内 外表面吹 图3 内外表面设有肋条的V型带的纵向切面图 风 由于镰刀口2和6及孔5的位置倾斜 空 气沿孔5的运动速度很快 所以 能确保将带体 3内的热量强制排出 当胶带做顺时针方向运 动时 空气从胶带外表面一侧进入孔5 当胶带 逆时针运动时 空气将从胶带内表面一侧进入 孔5 V型带 5 的特点是使用寿命长 其断面呈 八角形 见图4 是由两个大底方向彼此相反 的等腰梯形及夹在两个梯形中间的一个长方形 3构成的 置于传动轮6之轮槽5中的胶带以 环行线转动180 胶带1沿皮带轮6进 行第一次绕行 与第一对工作面4接触 胶带受 环线效应作用在轮6上作下一次绕行 并与第二对工作面接触 然后 胶带重复上面 的绕行运动 可见胶带中长方形带体部两侧工 作面只有轻微的磨损 图4 V型带与皮带轮的横剖面 八角形 图 1 胶带 2 4 胶带工作面 3 长方形部分 5 轮槽 6 皮 带轮 聚氨酯V型带 6 有很强的牵拉能力和很 长的使用寿命 胶带的抗拉层 2 见图 5 为帘 线绳 按胶带断面的变距排布 帘线绳的排列 距离按线性规则变化 t d c t 2 图5 六角形V型带的横断面图 92 第36卷第4期阎家宾 橡胶传动带 从胶带侧面边线交点到 断面角中第i圈 的胶带横断面上帘线排列线的距离由下式 计算 X1 d i 1 c i i 1 2 2 式中 i 从胶带横断面侧表面计算的帘线的圈 的序号 选取范围从1到 n 2 1 胶带纵向断面中 角的范围 从0到 2 d 帘线绳的直径 c 计算胶带几何参数的系数 c 4 B d n 2 n n 2 其中 B 胶带宽度 n 胶带横断面中帘线的圈数 在承重层 2 见图 5 上面伸张区 伸张层 1 和在承重层下面压缩区 压缩层3 一般配 置不同刚性的弹性元件 以赋予胶带必要的形 状 确保它的缓冲性能 承重层2即骨架层由金属帘线或有机材料 帘线绳加工 配置在胶带断面上按规定距离布 成一层 伸张层1和压缩层3可由兼顾了强度 高 弹性好 耐磨蚀 运转稳定的聚氨酯橡胶制 造 这样 可减轻应力集中 受力更均衡 从而提 高胶带的抗拉能力 延长使用寿命 要保证传动胶带在一定张力下工作可靠 对胶带的松紧程度需定期检查 并收紧胶带 这样就增加了人力消耗 为了防止这种情况 建议采用德国Hutchinso Worldwide and Co 公 司生产的Flexonic牌聚酰胺弹性V型带 工作 噪音低也是这种V型带的一大优点 特种V型带是用增长使用寿命和抗拉能 力的方法改进使用性能的 胶带横断面示意图 见图6 V型带由含伸张层3和凹槽式梯形压 缩层5的弹性带体组成 梯形的大底位于压缩 层 而其两个侧面就是与带轮凸缘相配合的工 作面 胶带除上述由帘线绳构成的承重层1和 包布层4之外 还有一个弹性元件2 它是沿弹 性带体断面周边固定的钢丝线 胶带的凹槽角 比与其接触的带轮梯形凸缘角小一些 它们的 角度差与带轮的直径 它的横断面尺寸等有关 为3 5 带子断面轮廓线和与其等距的弹性元件2 图6 与皮带轮凸缘配合的梯形槽式V型带横断面图 之间的距离取决于弹性带体的材料和包布层4 的材料 可为2 4 mm 在工作过程中 胶带在带轮凸缘上弯曲时 由于胶带角和轮子凸缘角度的不同 胶带横断 面也将发生变化 也包括弹性元件2的形状变 化 弹性体过梁 胶带梯形凹槽的顶部 的弯 曲刚性不大 胶带横向的主要抗弯曲强度来自 于弹性元件2 由于沿整个胶带横断面上弯曲 应力的作用 整个弹性元件2出现弯曲 造成胶 带的弹性弯曲 所以 在胶带中 径向滑动损失和弹性滞后 损失较小 其原因是金属弹性元件2的弹性损 失小 自由围抱带轮的凸缘可以降低与皮带轮接 触的胶带工作面上的比压和提高胶带的牵引能 力和使用寿命 在齿形带传动设备中 旋转传动是通过胶 带齿与带轮齿之间的啮合实现的 这样就可以 确保传动带精确地适应轮子的旋转 这就是该 胶带称为同步齿形带的原因 与摩擦型胶带传动相比 齿形胶带传动具 有以下优点 有效作用系数高且稳定 为0 98 较V型 带传动方式高4 在考虑能耗时 这点十分 重要 能从主动机构向从动机构同步传递运动 这为那些不允许有振动的技术部门应用齿形传 动装置提供了可行性 如印刷机械 金属切削机 床等 根据与V型带和平型带传动方式的比较 齿形带预伸张作用不明显 其安装 拆卸容易 这对轴承工作有良好影响 在使用齿形带时 不必润滑 节省了劳务开 支 又不污染环境 03 世 界 橡 胶 工 业 2009 高转速和低转速运行平稳 传动轮允许的 最高线速度为80 m s 胶带不收缩 不伸长 只要传动轮的中心距 固定后 传动运行稳定 传动设备的尺寸大大减小 单位传动功率 的胶带断面面积减小 当传动速率比很大时 达到30时 传动轮中心距较小 胶带中性线的中心层的位置保证了胶带大 的柔顺性 胶带具有 自洁 功能 即在一定的工作规 范下 胶带周围能形成空气幕 它可以防止灰尘 和带齿与带轮之间磨蚀下来的微粒落进传动装 置 这在有磨蚀介质的工作中是齿形带所具有 的非常宝贵的性能 传动功率和传动质量良好的比例是选择手 动工具时 特别是对于航空工业和宇航设备起 决定性作用的因素 在换向传动装置中具有应用潜力 在齿形带传动设备中 胶带应具有所要求 的张力 这是保证其具有额定使用寿命和必要 的抗拉强度特性的一个重要的结构措施 为此 有各种不同的装置 例如 带有自动调节器的齿 形带传动设备 如图7所示 当主动轮1和从 动轮之间的齿形带5的主动边 紧边 的张力 增大时 与游动的从动轮2内啮合的齿轮3的 负荷也同时增加 从动轮2将围绕它的基圆和 从动轴4的几何触点完成微调转向 其方向与 胶带运动方向一致 这样 依靠从动轮之离心 力张紧胶带5的从动边 并达到所要求的程度 当使用弯曲刚性小的胶带时 齿形带的自张紧 效果最佳 这类齿形传动设备具有优良的工作 状态 图7 装有胶带自动张紧装置的齿形带传动装置 作用在单个带齿上力的方向通常是顺着胶 带帘线绳方向的 该作用力对带齿来说是剪切 力 由于负荷是沿齿体的整个高度施加给带齿 的 所以 齿的根部产生挠矩 最后 负荷使齿 体压缩 直接压向轮齿的侧缘 使齿面磨损 导 致厚度减薄 齿根出现裂口 这种疲劳裂纹出现 在带齿表面层的齿根处 因此 齿形带齿体的 寿命比抗拉层 承重层 的寿命要短得多 齿形带的寿命多半与负荷在围抱轮弧部位 胶带齿体上的分布的均匀性有关 如研究结果 显示的那样 带齿的挠性对负荷分布的均匀性 有极大的影响 齿体挠性越好 在规定范围 内 负荷分布得越均匀 在保证胶带强度和 承重特性的同时 若要提高齿体的可挠性 必须 从胶带结构上加以解决 该结构要求在胶带帘 线层上面设计一个穿过每个带齿断面的纵向 孔 该孔可以使集中于齿根和角顶上的负荷再 分配 依靠降低带齿在接触中的刚性 在拉力 一样的情况下 通过较多的带齿 从而降低了第 一批带齿上的负荷 德国Conti Tech Antriebssysteme G mbH公司 采用钢丝加强的 耐老化性能极佳的氯丁胶齿形 带 胶带的工作温度 40 C 100 C 有效系数 达到98 无需维修服务 工作噪音小 用钢丝增强齿形带是提高其使用寿命的根本 方法 但是由于钢丝增强橡胶的非工艺性 一般只 用它们生产胶带带齿或者其中一部分 通过引入 不同铠装元件的方法可提高齿体的横向刚性 这 样也就提高了齿形传动装置的承重能力 在带齿中嵌入横向增强元件 可提高齿体 的抗剪切强度和横向刚性 这种增强元件用尼 龙 硬质胶 钢丝或其他材料制造 但是 若带齿中嵌入的增强元件没有直接 与承重层机械连接 将导致带体中有很大的应 力 当胶带的承重层与带齿的增强元件相连 接 带体中的这个问题就可以解决 同时 还可 保持齿形带在纵向的柔性 一家德国的公司研制了一种齿形带的结 构 其特点是不仅在带齿中有增强纤维 而且在 胶带承重层的外包覆胶层中也有增强纤维 这 样 含有增强纤维的胶层包覆了承重层的所有 侧面 增加了它与带齿的粘接力 因此 可以保 证齿根的负荷均匀分布 降低了胶带工作时带 齿被撕裂的几率 带齿用刚性嵌件进行增强的工艺比较简 单 因为它是用冲压金属带作为胶带的增强骨 架 在齿体的位置上 每个齿体内都放有彼此相 13 第36卷第4期阎家宾 橡胶传动带 对反折而置的金属片 与齿面平行 并有齿形剖 面 从而促使负荷沿带齿高度方向最佳分布 这时 在传递允许负荷条件下 位于冲压金属带 外侧的胶层厚度应是带齿变形量的2 3倍 通过上述对一些工业发达国家科技文献和 专利资料的分析可知 传动带发展的主体趋势 是 在规定的参数 如最大功率 规定线速度 最佳可靠性 工作噪声小 使用性能好的生产用 料 前提下 胶带的使用寿命最长 参考文献 1 J 2002 5 C 57264 2 Zahi memenmit Keil Technica J 2003 7 S 54 3 2001331 F 16 G 1 28 15 10 1997 37238 4 2066802 F 16 G 5 04 等 20 09 1998 26 5 2071003 F 16 G 5 00 27 12 1998 36 6 2073144 F 16 G 5 00 等 20 08 1999 23 7 J 2004 4 C 21226 文章附有16篇参考文献 本刊略 责任编辑 杨耀祖 收稿日期 2008203218 信息传真 朗盛倡导举办 世界橡胶日 纪念合成橡胶诞生100周年 100年前 化学家弗雷茨 霍夫曼 Fritz Hofmann 发明了人类历史上第一块合成橡胶 此后 这种全能的弹性材料为整个世界带来了革命性的改变 让它变成了我们现在所熟知的模样 作为 现代所有高性能轮胎所不可或缺的原材料 合成橡胶至今仍堪称世界交通的基石 同时人工合成 橡胶在密封 绝缘等领域也起到不可替代的作用 无论是在洗衣机里耐高温高压的橡胶密封条 还 是高尔夫球核或是三角带和传送带等高科技应用中 都需要用到这种材料 1909年9月12日 位于德国柏林的帝国专利办公室为拜耳弗里德里希 拜耳染料厂颁发了 专利认证 霍夫曼的 合成橡胶制备方法 获得专利时 可能无法预料到这个发明对现代世界的重 大意义 因为 他的初衷不过是寻找到一种天然橡胶的替代物 一种让橡胶摆脱依赖价格走高的天 然橡胶的方法 如今 合成橡胶已经远远不只是