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傳動帶(同步帶、多楔帶)的性能與失效（續(xù)） 上接【傳動帶(同步帶、多楔帶)的性能與失效】
郭柏炎 編譯
該文研究了同步帶和V 型多楔帶的失效狀況。通過膠帶運動的復(fù)合過程, 結(jié)合不同股數(shù)的繩芯材料、 帶的機(jī)械性能和失效分析, 有效地給出了一個清晰連貫的膠帶如何工作和失效的畫面。
關(guān)鍵詞: 同步帶, V 型多楔帶, 失效, 壽命, 模型
3. V型多楔帶
V型多楔帶的基本形狀見圖 5, 好似平帶與帶的復(fù)合體, 它綜合了平帶的柔軟性和V帶的強(qiáng)功率傳動性。 此帶的主要組成部分為: 抗拉伸的聚酯繩芯。包住繩芯的緩沖彈性復(fù)合物和制成帶楔的彈性復(fù)合物。帶楔彈性復(fù)合物通過短纖維補強(qiáng)并在軸向上得的增強(qiáng), 帶的背襯不是彈性體就是纖維背襯。
圖 5 V型多楔帶結(jié)構(gòu)
考慮到多楔帶與同步帶有相似的地方, 本章節(jié)在帶特性模型、 帶的性能評估與預(yù)測和帶結(jié)構(gòu)講解前, 先從帶的實驗開始談起。
A 實驗研究
V型多楔帶有效壽命的確定比同步帶更困難。同步帶的使用壽命實質(zhì)上是根據(jù)同步帶傳動功率的運行時間來定量的。V型多楔帶的有效壽命也可以用運行的時間來定量, 不過它要求在一定的效率下傳動所需的力矩。這個時間可能與膠帶有能力運行的時間不相同。特別是帶如果有滯仃現(xiàn)象, 這時災(zāi)難性失效就會發(fā)生,帶楔會發(fā)生徑向斷裂, 使部分帶楔脫落, 如圖6所示。V 型多楔帶失效的一個突出的問題就在于此。 如果失效定義為膠帶不能提供所需效率,這個失效點往往是不固定的, 如圖6 所示, 膠帶在災(zāi)難性失效到來之前, 不管是常規(guī)運行還是發(fā)生傳動能力降低都應(yīng)立即予以調(diào)換。對V型多楔帶運行研究已經(jīng)趨向于集中在三個領(lǐng)域: 帶磨耗、 帶傳動效率和能力以及噪聲。前二個領(lǐng)域通常是有聯(lián)系的。
圖 6 失效的V 型多楔帶
1. 傳動效率、能力和磨耗——V 型多楔帶傳動功率的效率問題, 已經(jīng)被許多專家實驗調(diào)研過。Han s son 觀察了膠帶在第一個 1000 小時的測試使用周期內(nèi)打滑情況(在驅(qū)動輪和被驅(qū)動輪間因速度而有不同)。Tabatbaei et al也進(jìn)行過這種觀察。對帶楔外形變化的觀察可使輪帶間的幾何形狀有更好的匹配。帶楔表面性能的變化有可能增加輪帶間的摩擦系數(shù)。
Han sson 也觀察到從帶上磨下來的碎屑聚集在輪帶之間的帶楔根處。這將導(dǎo)致輪槽頂端與帶楔根部相接觸, 由此降低驅(qū)動力矩的能力。Yu研究了帶的磨耗。提出磨損過程發(fā)生在兩個截然不同的階段, 在起初階段, 帶的磨耗很快, 碎屑不斷產(chǎn)生, 然后帶的磨耗比較慢。Tabatabaeiet al 和Gerbet 通過實驗調(diào)查了帶楔根部與輪槽頂接觸對帶牽引能力的影響。他倆的結(jié)論是,這種接觸將使V型多楔帶的牽引力將下降, 但下降程度不是很大。
2. 噪聲產(chǎn)生的機(jī)理——Connell 和Ro r rer
證實V 型多楔帶上有兩個基本噪聲源: 輪帶間的切線滑動和輪帶間的徑向滑動。在徑向滑動中產(chǎn)生的噪聲進(jìn)一步分為間隔振動噪聲(50～500HG)、 粘2滑噪聲(800～ 3500HG)和諧波振蕩噪聲(4400～ 5600HG)。當(dāng)帶進(jìn)入輪槽時, 間隔振動噪聲和諧波振蕩噪聲又被徑向滑動激發(fā)。Moo re 經(jīng)過觀察, 研究了輪帶間整個切線滑動產(chǎn)生的噪聲, 注意到在這些條件下噪聲與傳動裝置中的無序粘滑有關(guān)。他同時也觀察到噪聲的頻率與驅(qū)動速度、張力和力矩?zé)o關(guān)。
B V 型多楔帶運行分析
與研究同步帶的方法一樣, V型多楔帶運行模型主要有三種, 機(jī)械模型、 有限元模型和振動模型。
1. 機(jī)械模型——同步帶運行的機(jī)械模型開始于一個齒上的負(fù)載平衡, V型多楔帶運行模型開始于一個帶楔單元上的負(fù)載平衡, 如圖 7所示。Am iim a et al從理論上研究了一個帶楔截面中切線負(fù)載與帶楔剪切間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)較大的徑向力能使帶楔支持更大的切向力。但是這里對切向力還是有限制的。V型多楔帶運行的機(jī)械模型是由Gerber t, Gerber t 與Hansson共同研制的, 目的是從理論上分析理解帶的打滑原因。Gerber t 證實帶的打滑由四個方面引起。帶的蠕動, 帶的徑向柔曲性, 楔的剪切偏歪和在入位與離位時帶的彎曲剛性效應(yīng)。在它們處于完全打滑之前, 他研究了這些效應(yīng)的每個模型。 并有根據(jù)地介紹了理論與實踐的關(guān)聯(lián), 還證實了非線性材料特性和帶與輪楔角的差異,在模型中予以改進(jìn)。
Gerber t 和Tabatabaei共同研究了幾個模型。檢查了楔根與槽端接觸時對帶的性能產(chǎn)生的影響。二位作者實質(zhì)上是將平帶當(dāng)成í 帶來建立模型的, 但這個接觸發(fā)生以后, 他們采用不同的探討方式。Gerber t 假定徑向負(fù)載后就產(chǎn)生了接觸。增加在楔根與兩邊上的垂直負(fù)載的數(shù)量是樣同, 作為對比, Tabatabae 是將多楔帶作為一條平帶與í 帶復(fù)合帶體來研究的,它們也有同樣的徑向移動和不同的徑向剛性。
圖 7 V 型多楔帶負(fù)載時的橫截面
2. 有限元模型——Han sson 首先研究了型多楔帶有限元模型, 觀察了帶彎曲對楔角的影響。 以及帶楔與輪槽間的接觸壓力, 研究楔角變化的Han sson 模型是一個半個帶楔短截面靜態(tài) 3D 模型。使用彈性復(fù)合物的門尼——R ivlin 和各向異性的材料模型, 該模型將彈性復(fù)合物內(nèi)軸向纖維增強(qiáng)作用考慮在內(nèi)。輪槽與帶楔互相影響的研究是采用了一個楔橫截面的一半靜態(tài)2D 模型。將徑向壓力(相當(dāng)于抬升輥輪的壓力)施加到帶楔上。輪槽是剛性表面。Han sson 研究了較多模型, 觀察了下列效應(yīng)( i)楔角的變化( ii)帶磨耗( iii)壓力下, 產(chǎn)生的磨損碎屑在帶楔根部的分布情況。
Yu 研究了二輪之間一根完整膠帶半楔運行的3D 靜態(tài)模型, 輪是剛性表面。 如圖8 (b)所示。Yu 也研究了一個2D 靜態(tài)模型。如圖8 (a)所示。用類似于Han sson 所描述的方式, 研究在帶楔——輪槽壓力下帶的磨耗與磨損碎屑的效應(yīng)。Moo re 使用門尼——R ivlin 材料模型和2D 靜態(tài)模型研究輪帶間的接觸壓力, 他也從帶的彎曲產(chǎn)生的楔角變化上建立模型。發(fā)現(xiàn)帶的彎曲沒有引起楔角大的變化。這與Han sson 的結(jié)果相矛盾。這是由于Moo re 研究的膠帶在帶楔上沒有用軸向纖維增強(qiáng)的緣故。
圖 8 V型多楔帶 2D (a)和 3D (b)有限元模型
Connell 和Ro r rer 也用 2D 有限元模型研究了輪帶間的互相作用。并通過模型分析研究了帶的結(jié)構(gòu)諧振頻率。
輪帶互相影響的動態(tài)模型至今只有L arence 和W ilson 著書敘述, 他們介紹了大量的模型, 這些模型不是全帶運行, 就是在環(huán)繞單輪上輪帶間的互相影響。這些研究用一個清晰的動態(tài)有限元編碼。該模型是3D 式的, 帶輪是剛性表面。
3. 振動模型——V 型多楔帶振動模型主要用來預(yù)測帶的間隔諧振頻率。Gasper et al 和Gasper 與Haw ker 介紹的多楔帶運行的集中參數(shù)動態(tài)模型, 它可用來研究帶的諧振頻率。Yue 應(yīng)用繩索振動理論觀察了帶繩索的橫向振動。當(dāng)帶振動時, 修改繩索變化的長度。除帶的共振現(xiàn)象外,Moove 介紹帶楔在剪切中的彈性——整體機(jī)械模型, 研究在負(fù)載之下多楔帶的粘滑行為。
C 膠帶性能評估和預(yù)測
在本節(jié)中, 對V型帶的機(jī)械性和噪聲進(jìn)行討論。
1. 帶的機(jī)械性——V型多楔帶特性最基本的一個方面是輪帶間的相互作用。Gerber t 在打滑模型中, 將接觸弧分面四個區(qū)域, 入口弧區(qū)、 粘合弧區(qū)(在這里有剪切變形, 但無打滑)、打滑弧區(qū)和出口弧區(qū)。Yu 證實了三個接觸區(qū): 粘合區(qū), 打滑區(qū),還有一個是在這二者之間的粘合打滑混合區(qū)。兩位作者提到帶在進(jìn)出時與輪產(chǎn)生作用, 將會使帶產(chǎn)生彎曲, 使帶的楔頂部的剛性受到損傷,當(dāng)帶的彎曲發(fā)生快速變化時, 較低程度的帶的彎曲應(yīng)力將降低帶的能量損失。
Gerber t 觀察到當(dāng)V型多楔帶用作V帶時, 它將有最高的牽引力。 此時輪槽頂部和帶楔根面之間無接觸。由輪槽端——帶楔根因接觸作用產(chǎn)生的徑向力將降低帶楔邊的牽引作用。但降低的程度是很小的, Tabatabaei ei al 在書中通過實驗支持了該結(jié)論。在假定帶和輪完全接觸的條件下, Yu 認(rèn)為一個高摩擦系數(shù), 一個高的帶徑向剛性和較低帶彎曲應(yīng)力將使í 型多楔帶有高的牽引能力。Han sson 和Yu 兩位通過有限元模型分析發(fā)現(xiàn), 由于磨耗造成帶形變化將會影響到帶輪接觸壓力。 這也就意味著, 如果帶的牽引能力要在整個帶的使用壽命期內(nèi)得以維持, 那么磨損要保持在最低程度。
2. 噪聲——噪聲因徑向打滑而加劇的情況, 正如Connell和Ro r rer 在書中所述, 它是在帶滑進(jìn)輥輪時發(fā)生的振蕩, 噪聲因粘滑使帶的側(cè)面振動激發(fā)而加劇。Connell和Ro r rer 注意到噪聲隨著帶輪偏移程度的增加而加劇。在定義帶產(chǎn)生的噪聲時, 摩擦系數(shù)和滑動速度之間的關(guān)系是很重要的。
Moo re 研究了純切線滑動產(chǎn)生的噪聲, 并將噪聲與多楔帶的粘滑行為聯(lián)系起來。他的結(jié)論是輪帶間的粘滑接觸是產(chǎn)生噪聲的必要條件。噪聲的頻率完全取決于楔內(nèi)的彈性體的性能。
3. 帶的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——Yu 和Connell 以及M eck st ro th 建議改變帶輪的外形。Yu 認(rèn)為這可預(yù)防碎屑產(chǎn)生。Connell和M eck st ro th 認(rèn)為徑向打滑可減小噪聲。Yu 建議輪槽的形狀應(yīng)與帶楔相匹配, 以減小帶的磨損碎屑結(jié)集在一起的空間。Connell和M eck st ro th 通過實驗發(fā)現(xiàn)大幅度改變輪形和表面條件可以降低噪聲,它們的結(jié)論是輪槽外形的改變對降低噪聲的產(chǎn)生作用不大, 但是能夠降低因輪的偏歪而產(chǎn)生的噪聲強(qiáng)度。Yu 也介紹了帶的結(jié)構(gòu), 它將帶楔分為幾個功能區(qū), 每個區(qū)要求不同的機(jī)械性能。如圖 9 所示, 此思路的關(guān)鍵是在楔的中央使用剛性且耐磨的彈性體, 它在輪槽內(nèi)起í 帶作用,帶楔根部采用柔剛性彈性體, 這意味著即使在此發(fā)生接觸, 大部分接觸壓力將被帶楔的中央部分所吸收, 有限元模型建議采用這種材料, 可使輪帶間沿著帶楔的壓力分配均勻, 并且也能降低帶的磨損。就改善有關(guān)膠帶和材料的性能而言。要求它們有低的彎曲應(yīng)力, 輪帶間高的摩擦系數(shù), 高的帶徑向剛性和耐磨的彈性體。如果強(qiáng)調(diào)帶的使用壽命。 那么要避免帶楔斷裂, 建議采用耐疲勞的彈性體復(fù)合材料, 特別是在帶楔頂端。根據(jù)書本中推薦的特種材料, 用高耐磨耗和高溫特性的烷基化氯磺化聚乙烯, 可制作耐高溫í 形多楔帶。高飽和性丙烯腈彈性體也被看作是有應(yīng)用價值的材料。潛在的楔增強(qiáng)材料包括聚酯、 短簾線、 芳酰胺漿, 對于聚酯繩芯材料來說, 已證實無替換物可取代它。
圖 9 多楔帶材料的分布
4. 觀察和評論
有關(guān)兩類膠帶的文字?jǐn)⑹? 已清楚地表明我們已理解了膠帶是如何工作和失效的。同時也明了同步帶在機(jī)械模型中動態(tài)地和部分嵌入嚙合的效應(yīng), 并繼續(xù)推動膠帶的高溫材料的研制。同樣, 加深理解帶的機(jī)械性和接觸條件,是多楔帶研究中重要的課題, 研究的重點主要集中在帶的振動模型和噪聲模型上?！?br /> 對這二種帶型, 繼續(xù)推進(jìn)有限元模型的研究顯得特別引人注目, 我們已收集了復(fù)合物的的條件下是承擔(dān)得起的。這些因素將使對膠帶的研究能持續(xù)多年。未來感興趣的領(lǐng)域是研究帶在整個使用期內(nèi)是如何運行的。其中有因彈性體老化和繩芯損傷而改變同步帶的性能; 因磨耗和碎屑的作用改變V型多楔帶的接觸條件等。
參 考 文 獻(xiàn)
1. 《Rubber Chemest ry and Techno logy》 No. 3 Vo l . 711998
2. J. A. Stabbs . Ind L ubr i . T r ibo l, 4616, 7 (1994)
3. T. Koyama, M. Kayatoni, T. Sh ibata, T , Sato,and T. Ho sh iro, Bull, JSM E 22, 988 (1979)
郭柏炎 編譯
該文研究了同步帶和V 型多楔帶的失效狀況。通過膠帶運動的復(fù)合過程, 結(jié)合不同股數(shù)的繩芯材料、 帶的機(jī)械性能和失效分析, 有效地給出了一個清晰連貫的膠帶如何工作和失效的畫面。
關(guān)鍵詞: 同步帶, V 型多楔帶, 失效, 壽命, 模型
3. V型多楔帶
V型多楔帶的基本形狀見圖 5, 好似平帶與帶的復(fù)合體, 它綜合了平帶的柔軟性和V帶的強(qiáng)功率傳動性。 此帶的主要組成部分為: 抗拉伸的聚酯繩芯。包住繩芯的緩沖彈性復(fù)合物和制成帶楔的彈性復(fù)合物。帶楔彈性復(fù)合物通過短纖維補強(qiáng)并在軸向上得的增強(qiáng), 帶的背襯不是彈性體就是纖維背襯。
圖 5 V型多楔帶結(jié)構(gòu)
考慮到多楔帶與同步帶有相似的地方, 本章節(jié)在帶特性模型、 帶的性能評估與預(yù)測和帶結(jié)構(gòu)講解前, 先從帶的實驗開始談起。
A 實驗研究
V型多楔帶有效壽命的確定比同步帶更困難。同步帶的使用壽命實質(zhì)上是根據(jù)同步帶傳動功率的運行時間來定量的。V型多楔帶的有效壽命也可以用運行的時間來定量, 不過它要求在一定的效率下傳動所需的力矩。這個時間可能與膠帶有能力運行的時間不相同。特別是帶如果有滯仃現(xiàn)象, 這時災(zāi)難性失效就會發(fā)生,帶楔會發(fā)生徑向斷裂, 使部分帶楔脫落, 如圖6所示。V 型多楔帶失效的一個突出的問題就在于此。 如果失效定義為膠帶不能提供所需效率,這個失效點往往是不固定的, 如圖6 所示, 膠帶在災(zāi)難性失效到來之前, 不管是常規(guī)運行還是發(fā)生傳動能力降低都應(yīng)立即予以調(diào)換。對V型多楔帶運行研究已經(jīng)趨向于集中在三個領(lǐng)域: 帶磨耗、 帶傳動效率和能力以及噪聲。前二個領(lǐng)域通常是有聯(lián)系的。
圖 6 失效的V 型多楔帶
1. 傳動效率、能力和磨耗——V 型多楔帶傳動功率的效率問題, 已經(jīng)被許多專家實驗調(diào)研過。Han s son 觀察了膠帶在第一個 1000 小時的測試使用周期內(nèi)打滑情況(在驅(qū)動輪和被驅(qū)動輪間因速度而有不同)。Tabatbaei et al也進(jìn)行過這種觀察。對帶楔外形變化的觀察可使輪帶間的幾何形狀有更好的匹配。帶楔表面性能的變化有可能增加輪帶間的摩擦系數(shù)。
Han sson 也觀察到從帶上磨下來的碎屑聚集在輪帶之間的帶楔根處。這將導(dǎo)致輪槽頂端與帶楔根部相接觸, 由此降低驅(qū)動力矩的能力。Yu研究了帶的磨耗。提出磨損過程發(fā)生在兩個截然不同的階段, 在起初階段, 帶的磨耗很快, 碎屑不斷產(chǎn)生, 然后帶的磨耗比較慢。Tabatabaeiet al 和Gerbet 通過實驗調(diào)查了帶楔根部與輪槽頂接觸對帶牽引能力的影響。他倆的結(jié)論是,這種接觸將使V型多楔帶的牽引力將下降, 但下降程度不是很大。
2. 噪聲產(chǎn)生的機(jī)理——Connell 和Ro r rer
證實V 型多楔帶上有兩個基本噪聲源: 輪帶間的切線滑動和輪帶間的徑向滑動。在徑向滑動中產(chǎn)生的噪聲進(jìn)一步分為間隔振動噪聲(50～500HG)、 粘2滑噪聲(800～ 3500HG)和諧波振蕩噪聲(4400～ 5600HG)。當(dāng)帶進(jìn)入輪槽時, 間隔振動噪聲和諧波振蕩噪聲又被徑向滑動激發(fā)。Moo re 經(jīng)過觀察, 研究了輪帶間整個切線滑動產(chǎn)生的噪聲, 注意到在這些條件下噪聲與傳動裝置中的無序粘滑有關(guān)。他同時也觀察到噪聲的頻率與驅(qū)動速度、張力和力矩?zé)o關(guān)。
B V 型多楔帶運行分析
與研究同步帶的方法一樣, V型多楔帶運行模型主要有三種, 機(jī)械模型、 有限元模型和振動模型。
1. 機(jī)械模型——同步帶運行的機(jī)械模型開始于一個齒上的負(fù)載平衡, V型多楔帶運行模型開始于一個帶楔單元上的負(fù)載平衡, 如圖 7所示。Am iim a et al從理論上研究了一個帶楔截面中切線負(fù)載與帶楔剪切間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)較大的徑向力能使帶楔支持更大的切向力。但是這里對切向力還是有限制的。V型多楔帶運行的機(jī)械模型是由Gerber t, Gerber t 與Hansson共同研制的, 目的是從理論上分析理解帶的打滑原因。Gerber t 證實帶的打滑由四個方面引起。帶的蠕動, 帶的徑向柔曲性, 楔的剪切偏歪和在入位與離位時帶的彎曲剛性效應(yīng)。在它們處于完全打滑之前, 他研究了這些效應(yīng)的每個模型。 并有根據(jù)地介紹了理論與實踐的關(guān)聯(lián), 還證實了非線性材料特性和帶與輪楔角的差異,在模型中予以改進(jìn)。
Gerber t 和Tabatabaei共同研究了幾個模型。檢查了楔根與槽端接觸時對帶的性能產(chǎn)生的影響。二位作者實質(zhì)上是將平帶當(dāng)成í 帶來建立模型的, 但這個接觸發(fā)生以后, 他們采用不同的探討方式。Gerber t 假定徑向負(fù)載后就產(chǎn)生了接觸。增加在楔根與兩邊上的垂直負(fù)載的數(shù)量是樣同, 作為對比, Tabatabae 是將多楔帶作為一條平帶與í 帶復(fù)合帶體來研究的,它們也有同樣的徑向移動和不同的徑向剛性。
圖 7 V 型多楔帶負(fù)載時的橫截面
2. 有限元模型——Han sson 首先研究了型多楔帶有限元模型, 觀察了帶彎曲對楔角的影響。 以及帶楔與輪槽間的接觸壓力, 研究楔角變化的Han sson 模型是一個半個帶楔短截面靜態(tài) 3D 模型。使用彈性復(fù)合物的門尼——R ivlin 和各向異性的材料模型, 該模型將彈性復(fù)合物內(nèi)軸向纖維增強(qiáng)作用考慮在內(nèi)。輪槽與帶楔互相影響的研究是采用了一個楔橫截面的一半靜態(tài)2D 模型。將徑向壓力(相當(dāng)于抬升輥輪的壓力)施加到帶楔上。輪槽是剛性表面。Han sson 研究了較多模型, 觀察了下列效應(yīng)( i)楔角的變化( ii)帶磨耗( iii)壓力下, 產(chǎn)生的磨損碎屑在帶楔根部的分布情況。
Yu 研究了二輪之間一根完整膠帶半楔運行的3D 靜態(tài)模型, 輪是剛性表面。 如圖8 (b)所示。Yu 也研究了一個2D 靜態(tài)模型。如圖8 (a)所示。用類似于Han sson 所描述的方式, 研究在帶楔——輪槽壓力下帶的磨耗與磨損碎屑的效應(yīng)。Moo re 使用門尼——R ivlin 材料模型和2D 靜態(tài)模型研究輪帶間的接觸壓力, 他也從帶的彎曲產(chǎn)生的楔角變化上建立模型。發(fā)現(xiàn)帶的彎曲沒有引起楔角大的變化。這與Han sson 的結(jié)果相矛盾。這是由于Moo re 研究的膠帶在帶楔上沒有用軸向纖維增強(qiáng)的緣故。
圖 8 V型多楔帶 2D (a)和 3D (b)有限元模型
Connell 和Ro r rer 也用 2D 有限元模型研究了輪帶間的互相作用。并通過模型分析研究了帶的結(jié)構(gòu)諧振頻率。
輪帶互相影響的動態(tài)模型至今只有L arence 和W ilson 著書敘述, 他們介紹了大量的模型, 這些模型不是全帶運行, 就是在環(huán)繞單輪上輪帶間的互相影響。這些研究用一個清晰的動態(tài)有限元編碼。該模型是3D 式的, 帶輪是剛性表面。
3. 振動模型——V 型多楔帶振動模型主要用來預(yù)測帶的間隔諧振頻率。Gasper et al 和Gasper 與Haw ker 介紹的多楔帶運行的集中參數(shù)動態(tài)模型, 它可用來研究帶的諧振頻率。Yue 應(yīng)用繩索振動理論觀察了帶繩索的橫向振動。當(dāng)帶振動時, 修改繩索變化的長度。除帶的共振現(xiàn)象外,Moove 介紹帶楔在剪切中的彈性——整體機(jī)械模型, 研究在負(fù)載之下多楔帶的粘滑行為。
C 膠帶性能評估和預(yù)測
在本節(jié)中, 對V型帶的機(jī)械性和噪聲進(jìn)行討論。
1. 帶的機(jī)械性——V型多楔帶特性最基本的一個方面是輪帶間的相互作用。Gerber t 在打滑模型中, 將接觸弧分面四個區(qū)域, 入口弧區(qū)、 粘合弧區(qū)(在這里有剪切變形, 但無打滑)、打滑弧區(qū)和出口弧區(qū)。Yu 證實了三個接觸區(qū): 粘合區(qū), 打滑區(qū),還有一個是在這二者之間的粘合打滑混合區(qū)。兩位作者提到帶在進(jìn)出時與輪產(chǎn)生作用, 將會使帶產(chǎn)生彎曲, 使帶的楔頂部的剛性受到損傷,當(dāng)帶的彎曲發(fā)生快速變化時, 較低程度的帶的彎曲應(yīng)力將降低帶的能量損失。
Gerber t 觀察到當(dāng)V型多楔帶用作V帶時, 它將有最高的牽引力。 此時輪槽頂部和帶楔根面之間無接觸。由輪槽端——帶楔根因接觸作用產(chǎn)生的徑向力將降低帶楔邊的牽引作用。但降低的程度是很小的, Tabatabaei ei al 在書中通過實驗支持了該結(jié)論。在假定帶和輪完全接觸的條件下, Yu 認(rèn)為一個高摩擦系數(shù), 一個高的帶徑向剛性和較低帶彎曲應(yīng)力將使í 型多楔帶有高的牽引能力。Han sson 和Yu 兩位通過有限元模型分析發(fā)現(xiàn), 由于磨耗造成帶形變化將會影響到帶輪接觸壓力。 這也就意味著, 如果帶的牽引能力要在整個帶的使用壽命期內(nèi)得以維持, 那么磨損要保持在最低程度。
2. 噪聲——噪聲因徑向打滑而加劇的情況, 正如Connell和Ro r rer 在書中所述, 它是在帶滑進(jìn)輥輪時發(fā)生的振蕩, 噪聲因粘滑使帶的側(cè)面振動激發(fā)而加劇。Connell和Ro r rer 注意到噪聲隨著帶輪偏移程度的增加而加劇。在定義帶產(chǎn)生的噪聲時, 摩擦系數(shù)和滑動速度之間的關(guān)系是很重要的。
Moo re 研究了純切線滑動產(chǎn)生的噪聲, 并將噪聲與多楔帶的粘滑行為聯(lián)系起來。他的結(jié)論是輪帶間的粘滑接觸是產(chǎn)生噪聲的必要條件。噪聲的頻率完全取決于楔內(nèi)的彈性體的性能。
3. 帶的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——Yu 和Connell 以及M eck st ro th 建議改變帶輪的外形。Yu 認(rèn)為這可預(yù)防碎屑產(chǎn)生。Connell和M eck st ro th 認(rèn)為徑向打滑可減小噪聲。Yu 建議輪槽的形狀應(yīng)與帶楔相匹配, 以減小帶的磨損碎屑結(jié)集在一起的空間。Connell和M eck st ro th 通過實驗發(fā)現(xiàn)大幅度改變輪形和表面條件可以降低噪聲,它們的結(jié)論是輪槽外形的改變對降低噪聲的產(chǎn)生作用不大, 但是能夠降低因輪的偏歪而產(chǎn)生的噪聲強(qiáng)度。Yu 也介紹了帶的結(jié)構(gòu), 它將帶楔分為幾個功能區(qū), 每個區(qū)要求不同的機(jī)械性能。如圖 9 所示, 此思路的關(guān)鍵是在楔的中央使用剛性且耐磨的彈性體, 它在輪槽內(nèi)起í 帶作用,帶楔根部采用柔剛性彈性體, 這意味著即使在此發(fā)生接觸, 大部分接觸壓力將被帶楔的中央部分所吸收, 有限元模型建議采用這種材料, 可使輪帶間沿著帶楔的壓力分配均勻, 并且也能降低帶的磨損。就改善有關(guān)膠帶和材料的性能而言。要求它們有低的彎曲應(yīng)力, 輪帶間高的摩擦系數(shù), 高的帶徑向剛性和耐磨的彈性體。如果強(qiáng)調(diào)帶的使用壽命。 那么要避免帶楔斷裂, 建議采用耐疲勞的彈性體復(fù)合材料, 特別是在帶楔頂端。根據(jù)書本中推薦的特種材料, 用高耐磨耗和高溫特性的烷基化氯磺化聚乙烯, 可制作耐高溫í 形多楔帶。高飽和性丙烯腈彈性體也被看作是有應(yīng)用價值的材料。潛在的楔增強(qiáng)材料包括聚酯、 短簾線、 芳酰胺漿, 對于聚酯繩芯材料來說, 已證實無替換物可取代它。
圖 9 多楔帶材料的分布
4. 觀察和評論
有關(guān)兩類膠帶的文字?jǐn)⑹? 已清楚地表明我們已理解了膠帶是如何工作和失效的。同時也明了同步帶在機(jī)械模型中動態(tài)地和部分嵌入嚙合的效應(yīng), 并繼續(xù)推動膠帶的高溫材料的研制。同樣, 加深理解帶的機(jī)械性和接觸條件,是多楔帶研究中重要的課題, 研究的重點主要集中在帶的振動模型和噪聲模型上?！?br /> 對這二種帶型, 繼續(xù)推進(jìn)有限元模型的研究顯得特別引人注目, 我們已收集了復(fù)合物的的條件下是承擔(dān)得起的。這些因素將使對膠帶的研究能持續(xù)多年。未來感興趣的領(lǐng)域是研究帶在整個使用期內(nèi)是如何運行的。其中有因彈性體老化和繩芯損傷而改變同步帶的性能; 因磨耗和碎屑的作用改變V型多楔帶的接觸條件等。
參 考 文 獻(xiàn)
1. 《Rubber Chemest ry and Techno logy》 No. 3 Vo l . 711998
2. J. A. Stabbs . Ind L ubr i . T r ibo l, 4616, 7 (1994)
3. T. Koyama, M. Kayatoni, T. Sh ibata, T , Sato,and T. Ho sh iro, Bull, JSM E 22, 988 (1979)
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