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長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文紙
開題報(bào)告
一 設(shè)計(jì)題目
摩擦型汽車用V帶、多楔帶柔性疲勞試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)
二 課題研究的目的和意義
帶傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中重要的傳動(dòng)形式,廣泛應(yīng)用于傳遞和運(yùn)動(dòng)傳動(dòng),在傳動(dòng)領(lǐng)域占有重要地位,并已經(jīng)取得了越來越廣泛的應(yīng)用,近年來,特別是在汽車工業(yè)的,家用電器和辦公自動(dòng)化機(jī)械以及各種新型的機(jī)械裝備中相當(dāng)普遍。由于帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單,傳動(dòng)平穩(wěn),價(jià)格低廉,不需要潤滑,緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn),使得帶傳動(dòng)在機(jī)械中占有重要的位置,隨著傳動(dòng)的演變,在許多場合取代了其他的運(yùn)動(dòng)形式,同時(shí)隨著材料學(xué)制造工藝及生產(chǎn)設(shè)備的進(jìn)步,帶傳動(dòng)的總類不斷更新,傳動(dòng)能力。雖然近年來傳動(dòng)帶質(zhì)量有了顯著提高,但是與國際水平還有一點(diǎn)的差距,其中原因之一是由于疲勞試驗(yàn)機(jī)的普及程度還不夠,通過疲勞試驗(yàn)機(jī)來改進(jìn)帶的結(jié)構(gòu),配方和工藝,提高產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)得到生產(chǎn)廠家的認(rèn)可,個(gè)生產(chǎn)廠家只有通過疲勞試驗(yàn)機(jī),取得符合國際標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),才能夠使產(chǎn)品與國際市場接軌。該疲勞試驗(yàn)機(jī)的研制成功對于打破國內(nèi)疲勞試驗(yàn)機(jī)基本上依賴進(jìn)口的局面,完善國內(nèi)帶生產(chǎn)線的完整性,生產(chǎn)測試設(shè)備的更新?lián)Q代的需要具有重要的意義。
三.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢
帶的發(fā)展現(xiàn)狀
傳動(dòng)帶是將原動(dòng)機(jī)的電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)力,通過帶輪由膠帶傳導(dǎo)到機(jī)械設(shè)備上,故又稱之為動(dòng)力帶。它是機(jī)電設(shè)備的核心聯(lián)結(jié)部件,種類異常繁多,用途極為廣泛。從大到幾千千瓦的巨型電機(jī),小到不足一個(gè)千瓦的微型電機(jī),甚至包括家電、電腦、機(jī)器人等精密機(jī)械在內(nèi)都離不開傳動(dòng)帶。它的最大特點(diǎn)是可以自由變速,遠(yuǎn)近傳動(dòng),結(jié)構(gòu)簡單,更換方便。所以,從原始機(jī)械到現(xiàn)代自動(dòng)設(shè)備都有傳動(dòng)帶的身影,產(chǎn)品歷經(jīng)多次演變,技術(shù)日臻成熟。動(dòng)力傳導(dǎo)有鏈條、齒輪、耦聯(lián)(聯(lián)軸)等多種多樣形式。然而,從經(jīng)濟(jì)性和成本角度來考慮,迄今為止,莫過于彈性體的膠帶。因此,世界上現(xiàn)在許多傳動(dòng)方式大多仍以膠帶傳動(dòng)為主,而且其發(fā)展仍在不斷擴(kuò)大。傳動(dòng)帶最初是由皮革制造的,19世紀(jì)中葉為橡膠所取代。20世紀(jì)60年代開始,陸續(xù)由NR、SBR轉(zhuǎn)向CR、PUR。進(jìn)入80年代,又進(jìn)一步擴(kuò)大到采用CSM和HNBR。膠帶的形狀也從乎板型擴(kuò)大到角型、圓型、齒型,使用從單根傳動(dòng)發(fā)展到成組并聯(lián),從而形成今日的傳動(dòng)帶系列群體。
1 發(fā)展現(xiàn)狀
傳動(dòng)帶有傳遞和變速兩種功能,分為摩擦傳動(dòng)和嚙合傳動(dòng)兩大類別。到目前為止,全球各傳動(dòng)帶生產(chǎn)廠在結(jié)構(gòu)形狀上已形成V帶、平帶、齒帶和圓帶四大體系,包括尺寸規(guī)格在內(nèi)已逾千種。特別是齒帶,最近十幾年來,隨著精密機(jī)械和電子信息技術(shù)的進(jìn)步,作為橡膠工業(yè)的高新技術(shù)產(chǎn)品,在世界各地發(fā)展十分迅猛,產(chǎn)量急劇擴(kuò)大。
1.1 平板帶
平板帶是傳動(dòng)帶最老的一個(gè)品種,約有100余年的歷史,但直至20世紀(jì)中葉,仍占據(jù)傳動(dòng)帶中一半左右的市場份額。它以結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)方便、不受距離限制、容易調(diào)節(jié)更換等特點(diǎn),在各種工農(nóng)業(yè)機(jī)械中得到普遍采用。平板帶寬度一般由16-600mm,長度最大可達(dá)100~200m,層數(shù)最多為6一帶中最常見的為帆布帶,分為包層式、疊層式和疊包式三種。疊層帶為包層帶(又稱圓邊帶)的改進(jìn)產(chǎn)品,具有帶體柔軟,富有彈性,耐屈性好等優(yōu)點(diǎn),適于在小帶輪和20m/s以上的快速傳動(dòng)裝置上使用。而疊包帶介于兩者之間,用于邊部易受磨損的傳動(dòng)。由于平板帶的傳動(dòng)效率低(一般為85%左右),且占據(jù)面積較大,因此,從20世紀(jì)60年代以后世界各國產(chǎn)量逐年下降。目前在發(fā)達(dá)國家,除部分農(nóng)業(yè)機(jī)械和輕紡機(jī)械尚少量使用之外,已處于被淘汰的狀態(tài)。 另一方面,在這一時(shí)期,以化纖帆布和簾布為芯體而制成的無接頭和熱接頭環(huán)形帶,則在全球獲得了長足發(fā)展。它以強(qiáng)度大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)輸圓滑、耐屈撓、壽命長和無需接頭等為特點(diǎn),使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,并在微型傳動(dòng)帶中形成主流。近年來,隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的崛起,這種微型帶尤其在電腦周邊設(shè)備、辦公自動(dòng)化設(shè)備以及省力化設(shè)備等方面普遍使用。例如,自動(dòng)檢票機(jī)、自動(dòng)售票機(jī)、貨幣兌換機(jī)、發(fā)券機(jī)、取款機(jī)、銀行結(jié)算機(jī)、自動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)、復(fù)印機(jī)、醫(yī)療器械、自動(dòng)包裝機(jī)、魚群探測器等等,美日歐等國家每年都以雙位數(shù)增長。這種高性能的無接頭平板帶,現(xiàn)已發(fā)展到有聚氨酯帶、聚氨酯芯體帶和橡膠帆布芯體帶三種類型。在橡膠微型帶中,除化纖帆布外,還有使用尼龍膜片、芳綸簾線、玻璃纖維簾線為芯體以及表面橡膠覆以鉻皮的特種產(chǎn)品。它們同傳統(tǒng)的帆布平板帶有著本質(zhì)的不同,規(guī)格要求非常精密,附加價(jià)值很高,世界各大膠帶生產(chǎn)廠家競相發(fā)展,已成為橡膠工業(yè)中的高新技術(shù)產(chǎn)品。目前,德國的金珂林、瑞士的哈巴基、雷達(dá),以及日本的新田等公司,都是這一領(lǐng)域的知名大企業(yè),并把以聚氨酯為主的高檔和特種微型帶作為其全力開發(fā)的主導(dǎo)產(chǎn)品。
1.2 三角帶
三角帶又稱V型帶,是傳動(dòng)帶中產(chǎn)量最大、品種最多、用途最廣的一種產(chǎn)品。自從1917年首次由美國制成汽車風(fēng)扇帶,20年代初開始推廣用于工農(nóng)機(jī)械之后,半個(gè)多世紀(jì)以來久盛不衰,發(fā)展十分迅速,現(xiàn)已成為傳動(dòng)帶的主流。在世界各國傳動(dòng)帶中,從橡膠用量來看,三角帶現(xiàn)已占到65%上,齒型帶為25%,平板帶則已退減到10%以下。目前,三角帶已成為世界各種機(jī)械裝置動(dòng)力傳動(dòng)和變速的主要器材,在當(dāng)今農(nóng)機(jī)、機(jī)床、汽車、船舶、辦公設(shè)備等廣泛領(lǐng)域,發(fā)揮著日益重要的作用。按照斷面尺寸,三角帶可分為產(chǎn)業(yè)機(jī)械用的Y、O、A、B、C、D、E七種工業(yè)型號(hào)和汽車、拖拉機(jī)等用的各類風(fēng)扇帶,共計(jì)兩大類別。Y、O型為最小的V型帶,主要用于打字機(jī)、切書機(jī)等辦公設(shè)備、家電制品(洗衣機(jī)、榨汁器、吸塵器)。一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械,隨著馬力的增大,順序使用A、B、C、D、E等V型帶,其中D、E型為重型帶,用于船舶、電力等大型機(jī)械。至于風(fēng)扇帶,除了汽車、拖拉機(jī)之外,還大量用在水泵、空調(diào)等方面。在發(fā)達(dá)國家,三角帶與風(fēng)扇帶的生產(chǎn)比率已達(dá)到2:1-3:2的程度,風(fēng)扇帶呈現(xiàn)明顯上升的勢頭。
三角帶一般都是指包布式V型帶,從20世紀(jì)60年代開始,為提高傳動(dòng)帶的耐久性,又出現(xiàn)了切邊式V型帶。這種切邊V型帶,由于膠帶結(jié)構(gòu)側(cè)面沒有包布,帶體十分柔軟,耐屈撓疲勞性能非常好,因而得到迅速發(fā)展。進(jìn)入80年代,為解決三角帶多根成組傳動(dòng)時(shí)因產(chǎn)生不一樣長而帶來的傳動(dòng)效率和使用壽命下降等問題,又興起了多根三角帶用平板帶固定在一起的三角帶。習(xí)慣稱之為聯(lián)組三角帶的V型平板帶,具有極大的優(yōu)越性,因而又開始出現(xiàn)V型平板帶取代包布式和切邊式三角帶的現(xiàn)象。這種三角帶與平板帶結(jié)合的膠帶,雖然對帶輪溝槽有特殊的要求,然而由于帶體很薄,與帶輪的接觸面積大,彎曲性好,帶輪縮小,可使傳動(dòng)裝置進(jìn)一步小型化、節(jié)能化,在世界發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)量急劇增長。近些年來,為適應(yīng)各種傳動(dòng)裝置的特殊需要,除普通標(biāo)準(zhǔn)型的三角帶之外,還出現(xiàn)了數(shù)量眾多、形狀各異的特種三角帶,它們主要有:
(1)窄型和寬型三角帶
普通三角帶的寬高比為1:1.5~1.6,而窄型和寬型的三角帶分別為1:1.2和1:2。窄型V帶的結(jié)構(gòu)尺寸比普通V帶可以減少約50%,能節(jié)省大量原材料,同時(shí)強(qiáng)力均勻,有效接觸面積大,彎曲應(yīng)力小,可大大延長使用壽命。窄型v帶的傳動(dòng)效率可達(dá)90%一97%,極限速度達(dá)40-50m/s,傳動(dòng)能力提高0.5~1.5倍,最適于短距離、小帶輪于變速傳動(dòng),故又稱之為變速帶。其特點(diǎn)是在帶的上下表面,大多制成單面或雙面的弧形或齒形狀態(tài),使之易于調(diào)速,主要用在低速的圓錐式和圓盤式無級(jí)變速器方面。
(2)小角和大角三角帶
它同普通三角帶的主要區(qū)別是,夾角40改為30和60左右。小角V帶能使接觸面減小,降低所需張力,可延長使用壽命,適于設(shè)備的小張力傳動(dòng)。大角V帶為上半部呈矩形,下半部呈倒梯形的六角帶,能使摩擦損失減小,承載能力增大,帶體柔軟,適于輕小型設(shè)備的高速傳動(dòng)。
(3)活絡(luò)和沖孑L三角帶
活絡(luò)帶由多個(gè)小段以金屬螺釘連結(jié)而成。沖孔帶在帶體縱向沖有許多等距的透孔用以連接接頭。這種V帶都是可以接頭的三角帶,可根據(jù)需要長度隨意自由接頭定長。它彌補(bǔ)了普通三角帶無接頭,只能按規(guī)定長度使用的限制。另外一個(gè)好處是,在使用中,當(dāng)三角帶體出現(xiàn)局部損壞后,可更換損壞部位繼續(xù)使用,同時(shí),它還有可簡單自由調(diào)節(jié)長度大小的優(yōu)點(diǎn)。但因強(qiáng)度較低,只能用于低速傳動(dòng),又由于存在精確度低、傳動(dòng)效率差等問題,近些年來使用日趨減少。
此外,對指定用于汽車、拖拉機(jī)等各種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇而用的三角帶,人們專門稱之為風(fēng)扇帶。它的特點(diǎn)是以單根使用為主,帶輪很小,傳距很短,速度與功率常變,是屬于接觸溫度較高、在苛刻環(huán)境條件下使用的一種V帶。風(fēng)扇帶也常用在發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、動(dòng)力泵等方面。風(fēng)扇帶由于其性能要求與普通三角帶完全不同,在工業(yè)上單獨(dú)分類統(tǒng)計(jì)。近些年來,世界風(fēng)扇帶的發(fā)展十分迅速,數(shù)量已占到三角帶總量的三分之一。
風(fēng)扇帶分為普通和窄型兩種,細(xì)分為包布式平底V帶、圓齒V帶、切邊式平底V帶和波浪V帶等多種類型。風(fēng)扇帶的結(jié)構(gòu)一般比普通三角帶要復(fù)雜,見附圖,除強(qiáng)力層、伸張層、壓縮層和包布層之外,又增加了緩沖層和支撐層。
現(xiàn)在使用最多的是切邊式波浪V帶,生熱低、散熱快、摩擦大、噪聲小、強(qiáng)度好、效率高,行駛里程可達(dá)18~20萬公里,比一般風(fēng)扇帶高出約一倍。近年來,隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高和旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn),以及液壓轉(zhuǎn)向裝置和冷風(fēng)裝置的增多,對風(fēng)扇帶的要求日益嚴(yán)酷,不僅帶輪小型化,而且采用雙向兩面驅(qū)動(dòng)的方式越來越多,因此,橡膠和芯體材料也隨之產(chǎn)生了重大舀 I~,IIit 普通三角帶、V型平板帶與風(fēng)扇帶比較1-上膠布層:2-下膠布層;3-橡膠伸張層:4-橡膠壓縮層:5-線繩強(qiáng)力層;6-橡膠緩沖層:7-~tgrg
1.3 圓形帶
圓形帶為斷面呈圓形的傳動(dòng)帶,它可以自由彎曲驅(qū)動(dòng)。這種帶多為聚氨酯制造的,通常沒有芯體,結(jié)構(gòu)最為簡單,使用方便。圓形帶為膠帶傳動(dòng)開辟了新的途徑,世界各國在小型機(jī)床、縫紉機(jī)、精密機(jī)械等方面需用量急劇增長,今后潛力很大。
1.4 齒型帶
齒型帶亦稱同步帶,分為單面齒帶和雙面齒帶兩種類型。前者主要用于單軸傳動(dòng),后者為多軸或反向傳動(dòng),系從1980年以來世界新出現(xiàn)的又一種高效傳動(dòng)帶。齒型帶根據(jù)齒的形狀又分為梯形和圓弧形兩種,以圓弧形齒的同步帶所承受的扭矩為最大。從所用材料上,齒型帶可區(qū)分為橡膠型和聚氨酯型兩大類,而前者又有普通橡膠(通常為氯丁橡膠)和特種橡膠(多為飽和丁腈橡膠)之分。它們的結(jié)構(gòu)是由鋼簾線或玻璃纖維組成的強(qiáng)力層和以橡膠及尼龍布形成的外包橡膠層或聚氨酯膠層構(gòu)成。
齒型帶包括多楔帶,近20年來在工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展極為迅猛,正在不斷地侵蝕傳統(tǒng)的金屬齒輪、鏈條以及橡膠方面的平板帶和三角帶市場。目前,除已大量用于汽車及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之外,并進(jìn)一步擴(kuò)大到OA機(jī)器(辦公設(shè)備)、機(jī)器人等各種精密機(jī)械的傳動(dòng)。由于膠帶內(nèi)側(cè)帶有彈性體的齒牙,能實(shí)現(xiàn)無滑動(dòng)的同步傳動(dòng),而且具有比鏈條輕、噪音小的特點(diǎn),現(xiàn)今歐洲80%以上的轎車、美國40%的轎車都已裝用了這種齒型帶。我國2000年生產(chǎn)汽車200萬輛,齒型帶需要700萬條以上。最近出現(xiàn)的圓齒帶較之方齒帶,更進(jìn)一步增大了傳動(dòng)力和肅靜性,作為新一代的環(huán)保帶,其使用范圍更趨廣泛?,F(xiàn)在,已開始成為對同步傳動(dòng)、噪音要求極為嚴(yán)格的家用和工業(yè)用縫紉機(jī)、打字機(jī)、復(fù)印機(jī)的使用對象。
2 技術(shù)展望
半個(gè)多世紀(jì)以來,世界傳動(dòng)帶的技術(shù)發(fā)展歷經(jīng)了以下幾個(gè)階段:
其一,從傳動(dòng)帶用的材料來看,橡膠己由天然橡膠發(fā)展到合成橡膠,進(jìn)一步又?jǐn)U大到特種合成橡膠CSM、HNBR:骨架材料由棉纖維擴(kuò)大到人造絲、聚酯、尼龍、玻璃纖維、鋼絲以及芳綸等,詳見表2。品。為提高V型帶的耐久性,從60年代開始,出現(xiàn)了切割式三角帶,它的側(cè)面沒有包布,耐彎曲疲勞性非常好,已取代了大部分包布式三角帶。
另一方面,進(jìn)入80年代之后,平板帶與V型帶結(jié)合的V型平板帶得到快速發(fā)展,由于其性能優(yōu)異,產(chǎn)量急劇增大,現(xiàn)已部分取代了切割式V帶。緊接著,在美日等國又出現(xiàn)了楔形V帶。因?yàn)檫@種帶的厚度薄,與帶輪的接觸面積大,彎曲性能好,可以在小的帶輪上使用,因而為傳動(dòng)裝置的小型化、節(jié)能化做出了很大貢獻(xiàn)。
再有,利用傳動(dòng)帶背面也可驅(qū)動(dòng)的原理,例如,在汽車風(fēng)扇、交流電機(jī)、動(dòng)力操縱系統(tǒng)、空調(diào)等,采用一根傳動(dòng)帶一次驅(qū)動(dòng)的所謂"蛇行傳動(dòng)"方式,引起了各界的關(guān)注,使用范圍日趨擴(kuò)大。這種多面、多向、多機(jī)傳動(dòng)的代表性產(chǎn)品有,六角帶和圓形帶。傳動(dòng)帶中的最新一類產(chǎn)品是齒型帶,又稱同步帶。它集齒輪、鏈條、帶傳動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)為一體,具有傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、噪聲小、節(jié)能、維修方便等特點(diǎn)。它的傳動(dòng)原理雖早在1900年即有若干專利出現(xiàn),然而直到半個(gè)世紀(jì)之后才開始工業(yè)化,80年代起終于成為精密機(jī)械的主導(dǎo)傳動(dòng)產(chǎn)品。特別是用飽和丁腈橡膠和聚氨酯彈性體制造的高精度微型帶,已經(jīng)進(jìn)入了高新技術(shù)領(lǐng)域。齒型帶與傳統(tǒng)傳動(dòng)帶的最大不同點(diǎn)在于:同步、靜音。因此,它是當(dāng)今最受推崇的環(huán)保型產(chǎn)品。近年來,齒型帶的齒牙由方齒改為圓齒之后,更進(jìn)一步增大了傳動(dòng)力,發(fā)展前景極為廣闊。由于各種不同機(jī)械要求的特性不同,以及各種傳動(dòng)帶的價(jià)格高低相差懸殊,今后傳動(dòng)帶將朝著結(jié)構(gòu)、材料多元化的方向發(fā)展,其用途和品種規(guī)格也日趨多樣化。傳動(dòng)帶中V型帶、齒型帶、平板帶的構(gòu)成比例,大體將在6:3:1的范圍內(nèi)上下變化。各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械裝置要求使用的傳動(dòng)帶類型。
(1)橡膠和彈性體
V型帶最早為NR或NR/SBR的并用物?,F(xiàn)今,已廣泛使用耐熱性、耐磨性、耐彎曲性和耐油性均優(yōu)的CR。在未找到新的綜合物性更平衡的膠種之前,今后還將繼續(xù)保持這一趨勢。對于切割式V型帶和V型平板帶,將要擴(kuò)大采用以短纖維補(bǔ)強(qiáng)的CR,通過傳動(dòng)帶橫向短纖維定向補(bǔ)強(qiáng),達(dá)到傳 動(dòng)帶橫方向側(cè)壓性與縱方向彎曲性雙立的效果。對耐熱性有苛刻要求的傳動(dòng)帶,將會(huì)有更多的HNBRV型平板帶出現(xiàn)。 齒型帶最初使用的CR,現(xiàn)在仍然是比較理想的材料,今后還將繼續(xù)廣泛用于一般產(chǎn)業(yè)的傳動(dòng)上面。對于要求耐熱性和耐久性的齒型帶,要大量使用CSM、HNBR等特種耐熱、耐油橡膠。由于這類橡膠的性能優(yōu)異,盡管價(jià)格十分昂貴,超出現(xiàn)有產(chǎn)品幾倍,但隨著汽車工業(yè)等的技術(shù)進(jìn)步和環(huán)境的惡化,特別是HNBR將成為未來齒型帶的主導(dǎo)材對于小型、微型齒型帶來說,聚氨酯彈性體是最為理想的材料。特別是精密機(jī)械方面的齒型帶,已無其他材料可以代替,今后不論在品種規(guī)格上,還是在用途上,都將迅速擴(kuò)大,發(fā)展前景極為寬廣。平板帶原來為橡膠,隨著薄型平板帶的出現(xiàn),聚氨酯和尼龍片材已成為重點(diǎn)開發(fā)方向。 (2)纖維骨架 能作了種種改進(jìn),因而已成為齒型帶的首選材料,V型帶的骨架決定著膠帶的強(qiáng)度和壽命。早期的補(bǔ)強(qiáng)層使用棉簾線,而后改用了強(qiáng)力人造絲線繩。由于有伸長大的缺點(diǎn),從20世紀(jì)70年代開始,世界各國都普遍使用強(qiáng)度高、伸長小、耐熱和耐彎曲性好的聚酯線繩,80年代又出現(xiàn)了高定伸、低收縮的改性聚酯線繩,現(xiàn)已成為V型帶骨架材料的主流。對于要求高負(fù)荷傳動(dòng)、耐沖擊性的變速帶和農(nóng)機(jī)用的V型帶,有的己開始使用芳綸纖維。齒型帶的補(bǔ)強(qiáng)層,人們曾長期使用鋼絲和聚酯而使其強(qiáng)度下降的問題,同時(shí)還有因其比重大而適于高速旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)等現(xiàn)象,如今已被基本淘汰。使用聚酪簾線對于要求尺寸精度高的產(chǎn)品,由于存在伸縮問題,現(xiàn)也很少采用。目前認(rèn)為最好的骨架材料是玻璃纖維,它能使嚙合傳動(dòng)時(shí)的伸長小,而且具有適度的線膨脹系數(shù),加之對彎曲疲勞等缺欠性得到廣泛使用。今后,強(qiáng)度更高、耐彎曲性更好的芳綸纖維將有可能部分取代玻璃纖維而擠進(jìn)齒型帶最佳骨架材料行列。
(3)外包保護(hù)布
V型帶使用的外包保護(hù)布向來以棉帆布為主,至今依然保持這種狀態(tài)。對一部分要求更耐磨和耐彎曲性能更好的,也開始使用棉的混紡帆布,甚至是全合成纖維帆布。外包保護(hù)布未來將繼續(xù)保持這一趨勢。齒型帶為了保護(hù)齒部和芯線,主要是使用高強(qiáng)力型的合成纖維,通常以尼龍帆布為主,今后方向是進(jìn)一步薄層化。
2.3 工藝設(shè)備趨向
多年來,傳動(dòng)帶的生產(chǎn)工藝在世界各地一直沒有大的變化,不外煉膠、成型、硫化三大老的工藝。所不同的是,切割式三角帶取消了V型帶成型時(shí)的包布,并改為在硫化后切割,同時(shí)增加研磨工序。而對于齒型帶則是在帶齒形溝槽的模型上,先置入外包帆布,然后呈螺旋狀纏上芯線,而后上覆橡膠片,連同模型一起送入硫化罐硫化。此時(shí),利用橡膠在加熱中的塑性流動(dòng),從芯線的縫隙將帆布充入模齒內(nèi)而形成帶齒,硫化后再從模型中取出成適當(dāng)?shù)膶挾?。這種生產(chǎn)工藝,把傳動(dòng)帶的制造過程人為地分割成好幾塊,無法聯(lián)結(jié)起來;加之傳動(dòng)帶的品種規(guī)格太多,生產(chǎn)批量很小,產(chǎn)品變動(dòng)頻繁,給工藝設(shè)備的連續(xù)化、自動(dòng)化帶來了諸多困難,生產(chǎn)效率十分低下。當(dāng)前國外的發(fā)展趨勢,一是努力研究實(shí)現(xiàn)工藝的連續(xù)化生產(chǎn),提高設(shè)備自控水平,促使生產(chǎn)效率大幅度提高:二是繼續(xù)擴(kuò)大使用聚氨酯等液體彈性體,從根本上簡化工藝,縮短流程,改變傳統(tǒng)的橡膠工藝加工方式?,F(xiàn)在,聚氨酯液相加工工藝在小型和微型帶中,已占據(jù)主導(dǎo)地位,前景十分樂觀。還有,短纖維橡膠的混合也是當(dāng)今世界傳動(dòng)帶業(yè)界一大課題。如何使短纖維在橡膠中均勻分散,并解決由此而產(chǎn)生的膠料高粘度化,造成生產(chǎn)效率下降的現(xiàn)象,需要在混煉方法和控制方式有新的突破。另外,短纖維橡膠的纖維排列取向也是不可忽視的又一個(gè)問題,通常采用壓延機(jī)和壓出機(jī)定向供膠出片、按流動(dòng)方向取片的方法,也并非最佳良策。無紡布、復(fù)合片材是今后開發(fā)的方向。
2.4 未來目標(biāo)
縱觀半個(gè)多世紀(jì)以來世界傳動(dòng)帶的發(fā)展趨勢,隨著全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的迅猛發(fā)展,今后傳動(dòng)帶的主流是向著小型化、精密化和高速化的方向發(fā)展。老式的平板帶將被日漸淘汰,新型的環(huán)形平板帶重新崛起;切割三角帶將取代大部分包布V型帶、同時(shí)代之而起的V型平板帶、多楔帶、齒型帶可能成為新的主流產(chǎn)品。我國生產(chǎn)傳動(dòng)帶的廠家十分雜亂,除200家國有、三資企業(yè)之外,還有1000余家集體、私營和個(gè)體所有制企業(yè),僅V型帶一種產(chǎn)品年產(chǎn)即達(dá)4億A米以上,在產(chǎn)量上雖已位居世界前列,而略具規(guī)模水平的不過十幾家。除少數(shù)引進(jìn)技術(shù)設(shè)備和合資企業(yè)外,大多處于后進(jìn)狀態(tài),亟待改組、改造、改革。調(diào)整傳動(dòng)帶行業(yè)結(jié)構(gòu),淘汰老舊產(chǎn)品,開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品,迎頭趕上世界傳動(dòng)帶先進(jìn)技術(shù)水平,可說是當(dāng)前最為緊迫的任務(wù)。汽車傳動(dòng)帶是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)重要的零部件,也是傳動(dòng)帶重要的組成部分。可以說,傳動(dòng)帶的許多技術(shù)進(jìn)步和發(fā)明與汽車工業(yè)的發(fā)展息息相關(guān),如V帶發(fā)明,切邊V帶,多楔帶和同步帶的快速發(fā)展,氫化丁腈橡膠在同步帶應(yīng)用,三元乙丙橡膠在多楔帶的應(yīng)用等,都是為了適應(yīng)汽車工業(yè)最新技術(shù)要求而獲得迅速發(fā)展的。近年來由于全球氣候變暖,環(huán)境保護(hù)和汽車舒適性要求,節(jié)能,排放和NVH是汽車的主要話題。如何提高燃料利用率和減少廢氣排放,提高維修周期一直是汽車工業(yè)研究目標(biāo),這些技術(shù)包括閥門和變閥門技術(shù),催化轉(zhuǎn)化器,42V發(fā)電/啟動(dòng)集成電機(jī),直噴式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和24000km維修周期等。這些技術(shù)進(jìn)步對汽車零部件的性能要求也相應(yīng)提高和苛刻,汽車傳動(dòng)帶也不例外。為了適應(yīng)這些變化,國外一些著名傳動(dòng)帶廠家進(jìn)行了許多改進(jìn)和性能提高。
多楔帶傳動(dòng)
多楔帶傳動(dòng)在平帶的基體下做出許多縱向楔,帶輪也有相應(yīng)的環(huán)形輪槽,其工作面為楔的側(cè)面,具有極高的靈活性,柔性,傳動(dòng)平穩(wěn),摩擦力大,傳動(dòng)功率大,張緊力小,傳動(dòng)比范圍大,傳動(dòng)速度高,結(jié)構(gòu)合理,使用壽命長,兼有平帶和三角帶的優(yōu)點(diǎn)而彌補(bǔ)其不足。適用于結(jié)構(gòu)緊湊,傳動(dòng)功率較大場合,特別適合要求三角帶根數(shù)多,垂直地面的平行軸傳動(dòng),但對于多楔帶與輪槽間均勻性要求較高,否則會(huì)產(chǎn)生寫楔面不接觸或接觸不良其楔面摩擦效應(yīng)大大削弱。20世紀(jì)80年代以來,未解決三角帶多根同組傳動(dòng)是因產(chǎn)生不一樣長的傳動(dòng)效率和使用壽命下降等問題,在多根三角帶的上底用一層薄的橡膠連接起來,習(xí)慣稱之為聯(lián)組三角帶的v型平帶,具有極大的優(yōu)越性,因而有出現(xiàn)v型平帶取代包布式和切邊式三角帶的現(xiàn)象。這種三角帶與平帶結(jié)合的膠帶,雖然對帶輪溝槽有特殊的要求,然而由于帶體很薄,與帶輪的接觸面積達(dá),彎曲性好,帶輪縮小,使傳動(dòng)裝置進(jìn)一步小型化,節(jié)能化,可補(bǔ)償槽距誤差,彌補(bǔ)了多楔帶的缺點(diǎn),在世界發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)量急劇增加。目前,多楔帶生產(chǎn)狀況在我國規(guī)模形成規(guī)模,生產(chǎn)設(shè)備基本為引進(jìn)或吸收消化制造,產(chǎn)品質(zhì)量好持續(xù)大批量為汽車等多種機(jī)械傳動(dòng)裝置配套。
多楔帶的類型
1齒形多楔帶 齒形多楔帶類似于齒形切邊v帶,即在楔部切成齒形,以提高帶的曲撓性能及帶的散熱性能,可明顯提高帶使用壽命。固特異公司研究表明,相同的氯丁橡膠材料多楔帶,高溫疲勞試驗(yàn)普通多楔帶66h,有齒多楔帶可達(dá)167h。有齒多楔帶還可以降低對帶的裝配精度要求,但有齒多楔帶在使用時(shí)通過帶輪會(huì)帶進(jìn)帶出氣流,產(chǎn)生有節(jié)奏的氣流聲。固特異 公司通過斜齒,DAYCO公司做成不規(guī)則齒來抵消這種聲音,可較少15db左右的噪音。
2植絨多楔帶 多楔帶傳動(dòng)缺點(diǎn)之一是傳動(dòng)噪音較大,在低速或角速度變化快使用時(shí),以及一段時(shí)間后,楔面磨損,硬化和張力松弛,或在雨天沾到水后,傳動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出刺耳的尖叫聲,影響汽車的NVH性能。解決辦法之一是楔面留有0.1~1.0mm高強(qiáng)度短纖維。由于纖維摩擦系數(shù)穩(wěn)定,具有吸音功能,因此大大降低多楔帶傳動(dòng)噪音。傳動(dòng)多楔帶一般用特殊的研磨工藝來實(shí)現(xiàn)。研磨時(shí),先將楔塊速磨成大致的楔形,然后低速濕磨,將橡膠磨掉,楔面露出一定長度的纖維。
3彈性多楔帶 彈性多楔帶最早應(yīng)用于白色家電上。原理是,帶的長度比輪系計(jì)算周長小,帶在裝配時(shí),使用專用工具強(qiáng)制拉伸在固定的帶輪上,通過帶的彈性變形力使帶產(chǎn)生足夠的張緊力,在整個(gè)的過程中無需調(diào)整 張力,這樣可以省略張力調(diào)整機(jī)構(gòu)。近幾年,小型家用轎車為了簡化發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件輪系結(jié)構(gòu)也開始使用彈性多楔帶作為驅(qū)動(dòng)用帶。彈性多楔帶一般使用扯斷伸長率大于20%的高捻度纖維作為強(qiáng)力層線繩。
4EPDM多楔帶 近年來,多楔帶在汽車得到普遍應(yīng)用,而發(fā)動(dòng)機(jī)室的溫度越來越高,有的要求橡膠能耐150攝氏度,瞬間能耐170攝氏度,傳統(tǒng)氯丁橡膠顯然達(dá)不到要求。由于HNBR過于昂貴,人們在研究發(fā)現(xiàn)小量的油污不對發(fā)動(dòng)機(jī)前端的皮帶造成損害,可使用廉價(jià)耐熱性好多的三元乙丙橡膠作為多楔帶主題橡膠材料。但EPDM耐磨性,高溫抗撕裂和動(dòng)態(tài)性能不理想,與其他材料粘合差,這些都需要通過改性如添加ZDA或ZDMA和其他材料加以解決。EPDM多楔帶耐高溫性能和高溫疲勞壽命明顯提高。
傳動(dòng)帶都是在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下使用的,有的使用條件極為苛刻,如汽車、農(nóng)用機(jī)械。如何模擬實(shí)況使用一直是傳動(dòng)帶生產(chǎn)廠家和帶傳動(dòng)研究重要課題。我國早在上世紀(jì)70年代末,中國農(nóng)機(jī)院、江漢機(jī)械研究所和哈爾濱工業(yè)大學(xué)等,為配合當(dāng)時(shí)的農(nóng)機(jī)帶和石油機(jī)械用帶的研制,開始這方面的研究和疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)的研制工作。
疲勞壽命實(shí)驗(yàn)分為無扭矩法和有扭矩法,前者亦稱曲撓機(jī)。我國目前采用無扭矩試驗(yàn)機(jī)為適應(yīng)普通V帶新標(biāo)準(zhǔn)(GB1174-96)而研制的,即墨新城機(jī)械有限公司和江都明珠材料試驗(yàn)機(jī)廠均有生產(chǎn)。試驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)帶不傳遞扭矩,與帶輪之間無相對滑動(dòng),也不能使帶體內(nèi)的張力產(chǎn)生變化,僅能模擬帶通過帶輪時(shí)產(chǎn)生的曲撓,記其曲撓次數(shù)和伸長率,一般需要5~7天。它是通過減小帶輪直徑或加大初拉力來強(qiáng)化疲勞的,與傳動(dòng)帶實(shí)際使用情況的相關(guān)性差。但該試驗(yàn)方法由于相關(guān)因子單一,試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、能耗小,是控制生產(chǎn)過程質(zhì)量好辦法。龍山橡膠廠自行設(shè)計(jì)一臺(tái)農(nóng)機(jī)V帶用曲撓試驗(yàn)機(jī)。
有扭矩疲勞壽命試驗(yàn)?zāi)軌蛟谳^短的時(shí)間內(nèi)對傳動(dòng)帶質(zhì)量有一個(gè)全面和較準(zhǔn)確的評(píng)價(jià),有扭矩法又可以分為開式和閉式兩類,開始的能量流動(dòng)沒有形成閉合回路,電動(dòng)機(jī)的能量全部有消耗裝置消耗掉,不符合節(jié)能要求。閉式則能夠?qū)⒉糠帜芰渴栈?,形成封閉的回路,節(jié)約了能源。封閉式又可以分為兩種,一種是電封閉式:加載裝置中裝有電機(jī),發(fā)出的電回饋給電機(jī)一部分;另一種是機(jī)械封閉式:電動(dòng)機(jī)所提供的僅僅是克服系統(tǒng)摩擦力所需要的功率,因此試驗(yàn)中消耗的動(dòng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于加到被試帶上的載荷,具有明顯的節(jié)能效果。國內(nèi)洛陽、上海、貴陽、無錫、開封隨引進(jìn)設(shè)備進(jìn)口德國的汽車V帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)曾為原上海橡膠制品二廠、長春汽車研究所研制等汽車V帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)。長春光機(jī)學(xué)院參照克萊斯勒汽車公司標(biāo)準(zhǔn)為遼陽機(jī)帶廠設(shè)計(jì)過一臺(tái)多楔帶壽命強(qiáng)化試驗(yàn)臺(tái)。無錫貝爾特還引進(jìn)汽車多楔帶疲勞壽命試驗(yàn)機(jī),可做高溫疲實(shí)驗(yàn)。該機(jī)采用機(jī)械封閉原理,用電磁加載器加載。通過調(diào)節(jié)加載器工作電流的大小,可調(diào)節(jié)所加負(fù)載的大小。該機(jī)具有較好的節(jié)能效果,節(jié)能可達(dá)63%以上。它采用PLC控制,試驗(yàn)數(shù)據(jù)可根據(jù)要求進(jìn)行分段或即時(shí)打印。王潔民發(fā)明的“V帶全功能動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)裝置”,利用現(xiàn)有V帶機(jī)械封閉試驗(yàn)機(jī)的原理,并以其基本組成封閉試驗(yàn)系統(tǒng)的主動(dòng)軸總成進(jìn)行簡化,并以此軸為對稱軸,在其反方向再增加一套同樣的封閉試驗(yàn)系統(tǒng),聯(lián)軸器使兩個(gè)封閉試驗(yàn)系統(tǒng)共用一個(gè)主動(dòng)軸總成。這兩個(gè)封閉試驗(yàn)系統(tǒng)組合后形成了兩個(gè)各自獨(dú)立的封閉力流,而兩試驗(yàn)系統(tǒng)又組成了相互影響的整體,該裝置可進(jìn)行各種V帶的有扭矩和無扭矩的全部動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)。
這學(xué)期我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是汽車v帶多楔帶的疲勞試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì),主要目的是用于多楔帶的斷面性能測試,對多楔帶的性能在較短的時(shí)間內(nèi)給出一個(gè)較為正確的評(píng)估,其中主要包括帶的測試方法,測試裝置,帶輪直徑,電力負(fù)荷以及對實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的說明與解釋。該試驗(yàn)機(jī)為多楔帶的曲撓疲勞試驗(yàn)機(jī),即帶在試驗(yàn)的過程中不收到扭矩的影響。實(shí)驗(yàn)帶的尺寸是1200mm± 10mm,用這種長度的實(shí)驗(yàn)帶所得到的數(shù)據(jù)即被認(rèn)為同等質(zhì)量長度和技術(shù)規(guī)格的所有帶的有效數(shù)據(jù)。帶輪的材料為加工剛帶輪。將進(jìn)行一下幾個(gè)試驗(yàn)。
1. 高溫恒張力測試。
為了測試帶在高溫,高負(fù)荷的條件下帶的壽命。這項(xiàng)測試的開發(fā)用來反映在汽車配件驅(qū)動(dòng)器中自動(dòng)張緊輪的增加使用。這些系統(tǒng)恒張力,因此不會(huì)因帶的磨損失去張力而引起帶的滑移。增加帶長度將增加在試驗(yàn)臺(tái)上帶的壽命。因此,皮帶的長度是有限的,以減少試驗(yàn)條件的變化和各制造商給用戶提供可比較的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)裝置如下圖所示
失效準(zhǔn)則,下列其中一個(gè)或多個(gè)條件發(fā)生時(shí)應(yīng)被視為測試帶失敗:
答:帶斷裂,(折線的任何地方)
帶組塊,(肋的任何地方)
帶分層
皮帶磨損或拉伸線分離
最大數(shù)量的B級(jí)或C 級(jí)裂縫
帶牽引能力的喪失(伸長10%)
整個(gè)帶截面存在裂縫
質(zhì)量減少在原來質(zhì)量的10%以上。
超過七級(jí)以上的起毛起球。
2冷熱循環(huán)試驗(yàn)。
為了測試帶在高溫,高載荷、低溫度,無載荷條件下的耐用性。
2.1熱試驗(yàn)
類型Ahot帶:121℃
類型Bhot帶:107 ° C間
類型Chot帶:93℃
2.2冷試驗(yàn)。
類型Acold 帶= -43 ° C± 1℃
類型Bcold帶= -35℃± 1℃
冷熱試驗(yàn)均使用上圖的集合構(gòu)型,試驗(yàn)失效準(zhǔn)則同上。
3污染試驗(yàn)
主要是為了確定傳動(dòng)帶引擎蓋下流體對其的影響,其測試裝置同上,失效準(zhǔn)則亦同上。
4五輪彎曲試驗(yàn)
主要是為了測試帶在高溫高速條件的彎曲耐久性。測試裝置如下圖所示,失效準(zhǔn)則同上。
5固定爐試驗(yàn)
這一試驗(yàn)的目的是確定在高溫條件影響下的物質(zhì)硫化橡膠性能的影響。橡膠及橡膠制品必須抵制由氧化性能和熱老化引起的破壞。這個(gè)測試是為了確認(rèn)生產(chǎn)帶的物理性能
9起毛起球試驗(yàn)
這一測試的目的是確定帶抗起毛起球。在帶不起毛起球的情況下, 不正確安裝滑輪這可能導(dǎo)致帶噪音。由于起毛起球是一個(gè)與安全帶相關(guān)的新現(xiàn)象,這個(gè)測試將不需要對衰老帶運(yùn)行分析。試驗(yàn)裝置如下圖所示,失效準(zhǔn)則同上。
目前,我國的V帶,多楔帶質(zhì)量與世界的先進(jìn)國家相比還有很大的差距,疲勞試驗(yàn)壽命不足的廠家較多,疲勞試驗(yàn)的普及遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,許多廠家對自己的產(chǎn)品并未按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行疲勞試驗(yàn),產(chǎn)品的規(guī)格很難保證,擁有自己的疲勞試驗(yàn)機(jī),借以改進(jìn)帶的結(jié)構(gòu),配方和工藝,提高自己的產(chǎn)品質(zhì)量,對于許多廠家來說,在日益激烈的競爭中占領(lǐng)市場具有重要的意義。
四.研究內(nèi)容及方案擬定
1.目標(biāo)和要求:
① 帶長:1200±10mm;
② 主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速:3300轉(zhuǎn)/分;
③ 帶張力:400.5N;
④ 帶速:10.4m/s;
⑤ 試驗(yàn)溫度:100℃——130℃;
⑥ 帶寬:6楔;
⑦ 試驗(yàn)拉力:800N
2.方案擬定
取交流異步電機(jī)作為疲勞試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力源,電機(jī)輸出的動(dòng)力通過同步帶傳動(dòng),傳送到主動(dòng)軸上,從而帶動(dòng)主動(dòng)帶輪運(yùn)轉(zhuǎn),將多楔帶繞在實(shí)驗(yàn)帶輪上,通過重物張緊給帶一定的張緊力,使多楔帶在恒定的張緊力作用下運(yùn)轉(zhuǎn),待其發(fā)生疲勞時(shí)停止試驗(yàn),得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)加以分析。
五、進(jìn)度安排
1、2010.3.1~3.14 畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)研,完成科技譯文及開題報(bào)告;
(科技譯文不少于3000漢字)
2、2010.3.15~6.6 完成總體設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)等;
(完成4張零號(hào)圖,要求CAD出圖;具體落實(shí)到每個(gè)人內(nèi)容
有所不同,時(shí)間段相同)
3、2010.6.7~6.20 完成設(shè)計(jì)(論文)說明書
(40~60頁,要求打?。?;
4、2010.6.21~6.25 評(píng)審、答辯。
(給出成績及評(píng)語,注意答辯時(shí)間2010年6月15——20日,
請?jiān)?5日前完成所有任務(wù))
六、參考文獻(xiàn)
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