联系我们

  • 地址:无锡市惠山经济开发区惠萃路87号
  • 邮编:214176
  • 电话:+86-510-83704314 83623338
  • 传真:+86-510-83622889 83704835
  • E-mail:master@wuxibelt.com
您当前的位置:首页 > 技术实力

传动带新产品研究进展

传动带新产品研究进展

(无锡市贝尔特胶带有限公司 江苏无锡 214176)

摘 要  本文主要介绍国外近几年来传动带品种新的一些新进展。传动带品质主要向高精度、高速度、大功率、高效率、高可靠性、长寿命、低噪声、低振动、低成本、环保和紧凑化发展
关键词  传动带 带传动 V带 多楔带 同步带 进展

0 引言

    带传动是机械传动重要的传动形式之一,随着工业技术水平的不断提高以及对机械设备精密化、轻量化,功能化和个性化的要求,不断向高精度、高速度、大功率、高效率、高可靠性、长寿命、低噪声、低振动、低成本、环保和紧凑化发展,其应用范围越来越广,传动形式愈来愈多。作为带传动中的主体部件——传动带也由原来的易损件向功能件方向转变,在许多场合替代了其它传动形式。其品种规格向多样性发展,由传统的普通包布V带和普通平带发展了窄V带、宽V带、广角带、联组V带、切边V带、多楔带、同步带、绳芯平带和片基平带等。这些传动带已广泛应用于汽车、机械、纺织、家电、办公自动化(OA),轻工、农机等各个领域,在国民经济和人民日常生活中发挥着愈来愈重要的作用。随着传动带品种多样性、使用性能标准的不断提高,在传动带生产中不断采用了新材料、新技术和新工艺;使用越来越先进的生产装备和检测手段;理论研究和性能分析也更加深入,采用新的数学成果和计算机技术如大型FEM分析软件。
我国传动带生产通过多年来的引进消化吸收和自行开发,已有长足的进步,尤其是上世纪90年代以来,以生产线绳V带和切边V带、同步带及多楔带两大系列产品为主要代表传动带,其生产装备、工艺技术及产品质量已达到了相当水平。本文主要介绍国外近几年来传动带品种新的一些新进展。

1 包布V带
广义的传动带是指在带传动中用于传递运动和(或)动力的柔性条状物(带),这里所说的传动带专指由橡胶或弹性材料与其它材料复合制造的带,。按传动机理可分为摩擦传动带(如平带及V带等)和啮合传动带(同步带);按使用材质可分为橡胶型、聚氨酯型和热塑性弹性体型(TPE);按使用场合可分为一般传动用传动带、汽车工业用传动带、农业机械用传动带和家电及办公自动化(OA)用传动带等四类。
按其骨架材料结构可分为包布式帘布V带和包布式线绳V带。由于V带的线绳结构比帘布结构合理、受力均匀、弯曲应力小等优点,可大幅提高带的使用寿命和使用性能。先进工业国家早在60年代已完成了V带结构线绳化聚酯化的更新换代,我国到上世纪90年代中后期才开始大规模包布V带线绳结构化改造。一般传动用包布V带如按其截面形状和使用要求还可分为普通V带、窄V带、联组V带、农机用半宽变速V带和六角带等如图1。其结构主要由压缩胶、强力层抗拉体、粘合胶、伸张胶和包布组成,如图2。

 

包布V带(三角带)是传动带最主要品种,占我国传动带产量80%以上,其中又以普通V带为主;国外先进国家以窄V带为主。窄V带是美国盖茨公司上世纪50年代开发的一种全新系列高马力V带品种,由于结构合理,强力层线绳受力均匀、传动功率大、传动结构紧凑等,很快就取代普通V带作为V带的主要产品。
农机用V带是指专用于农业作业、园艺和森工等设备用传动带,其品种规格几乎包括所有的V带品种和少量的平带、多楔带及异形带等,其中最主要的联合收割机主传动无极变速器用变速V带(无极变速带)。其使用特点是工作环境恶劣(日晒雨淋、泥沙粉尘和油污等)、低速高负荷、高冲击、极度拉伸曲挠和大打滑生热,因此形成独立的标准体系。
近几年来,半喂式水稻联合收割机在我国开始得到广泛推广应用,其主要技术来源为日本。其传动系统中多用逆式张紧轮(背面张紧轮)来调节带的张紧力且采用张紧式离合器。这样的构造加上这种联合收割机结构紧凑和大马力,所用V带截面型号又较小,其中W600、W800级带(如图3)强力层线绳需用芳纶,带的结构和配方也要特殊设计,以保证带横向刚性和纵向柔性及带耐热性。

包布V带是传动带较早产品,其产品外形尺寸、制造技术、所用材料和使用寿命也相对固定,已形成标准系列。但值得注意的是,国外近年推出一些创新产品。
1.1 Optibelt 红标包布V带 
红标包布V带Red Power II(红龙三角皮带)是德国Optibelt公司在上世纪末推出一款高性能包布V带,其突出特点是:功率提高42%(如图5),使用寿命提高一倍,达6年(国外V带一般用3年,25,000h),传动效率高达97%,无公差(S = C)、免维护(无需调整张力)等,综合使用成本降低达20%。其结构如图4,强力层采用高模量低收缩(HMLS)聚酯线绳,线绳上下有定向短纤维橡胶复合材料,制造工艺采用该公司专利技术OTV。

 

1.2  齿形包布V带  日本阪东公司最近推出节能型齿形包布V带,如图6。其结构是将压缩层做成齿形,减少弯曲损失,如图7。与同类产品节能效果可节能4.3%(图8),因弯曲应力小,传动功率、传动效率及使用寿命大大提高。

1.3  绿色环保V带
近几年绿色环保概念深入人心,各行各业都为此努力。传动带行业除了开发具有节能型传动带,还开发出环境友好型(eco-friendly)传动带。绿色环保型传动带所用的材料应尽量少用或不用石油衍生品、环境无害化学品及可回收利用。如Contitech的CONTI-V® PIONEER的包布V带,如图9。该带的补强剂完全用天然矿石、软化剂用菜籽油及棉包布等。

 

2  切边V带
切边V带是在包布V带基础上发展起来的,其型号规格与包布V带相同。切边V带与包布V带相比具有传动效率高、传动功率大、寿命长、节能效果明显和传动紧凑、可高速传动等优点。切边V带结构特点是两侧面(工作面)无包布、压缩胶掺有定向短纤维,强力层线绳采用特殊硬化处理的高强度化学纤维(一般是聚酯纤维)。有普通(REP)、层合(REL)和齿形(REC)等结构形式,如图10,目前趋向于齿形结构(图10c)。
齿形切边V带由于柔性好、可在很小轮径下使用、变速范围大,非常适用于制造变速V带。工业用带式无极变速器和座式摩托车均用齿形切边V带,基本采用这种结构。欧洲国家的联合收割机也倾向于采用齿形切边V带用于无级变速传动。

 

1.多楔带

多楔带集平带柔性好和V带传动功率大优点于一身,是一种极有发展前途的新颖传动带,其结构以平带为基体,内表面排布有等距纵向楔的环形传动带,如图15。具有传动功率、受力均匀合理、传动比高、高速小轮径、可反向多轮传动等优点,得到迅速发展。尤其是汽车多楔带,进入90年代国外已起基本使用这种带作为发动机前端附件传动轮系驱动用带。为了适应更为苛刻汽车工业发展需要,国外厂家对多楔带做了许多改进。

 

 3.1 齿形多楔带  齿形多楔带类似于齿形切边V带,即在楔部切成齿形,以提高带的曲挠性能及带散热性能,可明显提高带使用寿命。固特异公司研究表明,相同的氯丁橡胶(CR)材料多楔带,高温疲劳试验普通多楔带66h,有齿多楔带可达167h。有齿多楔带还可降低对带的装配精度要求。但有齿多楔带在使用时通过带轮会带进带出空气流,产生有节奏的气流声。固特异公司通过斜齿,DAYCO公司做成不规则齿来抵消这种声音,可减少15dB左右的噪音,如图16。

3.2 植绒多楔带    多楔带传动缺点之一是传动噪音较大,在低速或角速度变化快使用时,以及一段时间后,楔面磨损、硬化和张力松弛,或在雨天沾到水后,传动时会发出刺耳的尖叫声,影响汽车的NVH性能。解决办法之一是楔面留有0.1~1.0mm高强度短纤维(如芳纶、PBO纤维等),如图17。由于纤维摩擦系数稳定、具有吸音功能,因此大大降低多楔带传动噪音。

植绒多楔带一般用特殊的研磨工艺来实现。研磨时,先将楔快速磨成大致的楔形,然后低速湿磨,将橡胶磨掉,楔面露出一定长度的纤维。或用喷涂方法,将短纤维直接植楔面上。
  3.3 弹性多楔带    弹性多楔带最早用于白色家电如洗衣机、干洗机和健身器材等。原理是,带的长度比轮系计算周长小,带在装配时,使用专用工具强制拉伸在固定的带轮上,通过带的弹性变形力使带产生足够的张力,如图18。在整个使用过程中无需调整张力,这样可以省略张力调节机构。

 

近几年来,小型家用轿车为了简化发动机前端附件传动轮系结构也开始使用弹性多楔带作为驱动用带。                          
弹性多楔带一般使用扯断伸长率大于20%的高捻度的尼龙纤维作为强力层线绳。图19为二种多楔带拉伸性能对比。
    3.4 EPDM多楔带   近年来,多楔带在汽车得到普遍应用,而发动机室的温度越来越高,有的要求橡胶件能耐150℃,瞬间能耐170℃,传统氯丁橡胶(CR)显然达不到要求。由于HNBR过于昂贵,人们在研究发现小量的油污并不对发动机前端的皮带造成损害,可使用较廉价耐热性好多的三元乙丙橡胶(EPDM)作为多楔带主体橡胶材料。但EPDM耐磨性、高温抗撕裂和动态性能不理想,与其它材料粘合差,这些都需要通过改性如添加ZDA或ZDMA和与其它材料并用加以解决。

4 同步带
同步带传综合了带传动与链条传动、齿轮传动的诸多优点,是一种传动比精度高的传动带。其传动原理是带上的凸齿与带轮上的齿槽强制啮合而工作。即当主动带轮转动时能够依靠带齿与带轮的依次啮合将运动与动力传给从动轮。因此,传动中不存在滑差现象,即主动轮和从动轮线速度相同,可实现了主、从动轮的线速度同步。 带轮角速度保持稳定,不产生冲击。吸振性能好,噪音小;传动装置重量轻,热量积累少,强制啮合不打滑,因此传动比较准确,可以获得98%以上的传动效率;变速范围大,一般可达10,最高线速度可达50m/s;功率范围可从几W到几百KW;带的张紧力小,轴上的压力轻,轴的弯曲变形减小,可延长轴承的使用寿命;结构简单、紧凑,适宜于多轴传动及中心距较大的传动。 由于它兼有带传动、链传动和齿轮传动的一些优点,因而当两轴中心距较大,要求速比恒定,机械周围不允许润滑油污染,要求运转平稳无噪声,使用维护方便时,同步带传动往往是最为理想的传动方式。
同步带是1946年美国Uniroyal公司(传动带部分1990年代并入盖茨)发明的,最早是梯形齿。70年代初该公司又推出圆弧齿同步带(HTD),固特异几乎同时开发出双圆弧同步带(STPD),80年代初意大利PEILLI又推出抛物线齿同步带,德国Optibelt同时期也开发了“Ω” 圆弧齿同步带(能用于不同齿形带轮,被称为万能同步带),90年代盖茨又推出HTD2(HTD改进型即GT或YU)同步带,古特异上世纪90年代末“人”字齿同步带的开发成功,并于“ENGLE”标识推向市场。至此同步带技术日臻完美,在许多领域替代了原齿轮传动和链传动,如汽车正时传动(汽车同步带)甚至手表等。

4.1  短纤维补强同步带   自1975年HNBR首件专利公布以来,HNBR已逐渐发展成为当今世界汽车同步带生产首选的标准弹性体材料。日本HONDA公司于1985年首次生产出装备有以HNBR为基材制作的传动带的新型汽车。德国BWM公司亦于1997年通过由日本进口的HNBR同步带而成为欧洲第一家装有HNBR同步带的汽车生产厂家。90年代后期,全世界汽车工业发展迅速,市场竞争激烈,汽车生产厂家纷纷想方设法通过最大限度地延长凸轮轴传动同步带的使用寿命来提高汽车发动机的工作性能,目前,世界上几乎所有的汽车生产厂家都在通过采用HNBR同步带来提高汽车的产品质量。实践证明,在一般行驶条件下HNBR同步带的工作寿命可达100 000~150 000km。
现代的汽车对同步带的要求是:使用寿命达250 000~300 000km;使用温度-35~150℃,瞬时高温可答175℃;耐油性≥CR;150℃下台架寿命可达3000h,而且在提高耐油性能时不牺牲其低温性能,带齿的动态储存模量≥1.4MPa。要达到如此高的条件,只有采用过氧化物硫化的HNBR/甲基丙烯酸锌(ZMA)复合物与芳纶短纤维补强的复合材料,如图20。

 

4.2 有背布同步带  汽车同步带由于制造工艺的限制,带的背部一般都是纯橡胶,由于现在汽车同步带在使用时背部需同时带动其它部件如油泵及张紧机构,尤其是直喷式柴油发动机。要求要有很大的张紧力,这样对背部磨损非常大,纯橡胶无法达到要求。如将带的背部做成有布(如图21),则可大大提高带的背部耐磨性。

4.3  耐油同步带  自上世纪60年代,美国通用公司首次将同步带用于新开发的顶制式凸轮(OHC)发动机替代原来使用的滚珠链条以来,由于同步带具有同步性能好、噪音小、无需润滑、重量轻、成本低和维修方便等诸多优点,迅速在汽车发动机正时传动机构使用,尤其是小排量发动机,几乎占100%。但是进入新世纪,随着现代轿车发动机强化程度的不断提高,排放法规不断加严,维护周期的不断延长(240 000 Km甚至300 000 Km)正时传动机构的负荷不断增大,对配气正时的精度要求也越来越高,同步带已越来越难满足现代轿车发动机苛刻的要求,再加上正时链条技术的提高如强度、耐磨、降噪和优化设计等,克服了链条自身存在的缺点,凸现链条传动大功率、无需维护和耐热、耐油等固有的优点,因此近年来汽车发动机正时传动机构有倾向于使用链条的趋势。
为了与链条竞争,近年来国外传动带厂家如CONTITECH、GATES和DAYCO等开发了耐油同步带,即同步带可以像链条一样直接与润滑油接触,省略张紧轮而用导轨张紧和导向(如图22),这样可以降低带的摩擦系数30%,结构空间跟更为紧凑。
耐油同步带是传动带技术的一大突破,改变了传动带不能与矿物油接触的传统观念。其带体配方需用高丙烯腈含量的HNBR,齿布涂覆胶料需含有大量的特氟隆(PTFE),强力层线绳以使用高强度复合玻纤或碳纤维,如图23。

 

 4.4 “人”字齿同步带 “人”字齿同步带类(图24)似于“人”字齿轮,最大的优点是降低噪音,传动能力和使用寿命也大幅提高。这种带是固特异上世纪90年代发明的,并于“ENGLE”标识推向市场。“人”字齿同步带的开发成功,在同步带发展历史具有里程碑意义。该带与相同的齿形直齿同步带相比,噪音可降低10-26dB,使用寿命提高120%,传动能力也大幅提高(或减少带宽)等。

4.5   斜齿同步带  斜齿同步带(如图25)特点与“人”字齿同步带,其原理类似于斜齿轮,其螺旋角α≤10°。是日本大阪工业大学同步带专家小山富夫最早研究的,日本阪东、三星和UNITTA做了许多实用化研究。

地址:无锡市惠山经济开发区惠萃路87号 电话:+86-510-83704314 83623338 传真:+86-510-83622889 83704835 E-mail:master@wuxibelt.com

页面版权所有:无锡市贝尔特胶带有限公司 《中华人民共和国电信与信息服务业务经营许可证》编号:苏ICP备5656566号