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世界传动带发展现状与展望

时间: 2011-07-22 20:27 来源: 作者: 于清溪 点击:
摘要:综合评述了世界传动带的发展现状,从产品方向、材料动向、工艺设备趋向和未来目标对世界传动带的技术发展前景进行了展望。
关键词:传动带;产品:材料;工艺设备

传动带是将原动机的或发动机旋转产生的动力,通过带轮由胶带传导到机械设备上,故又称之为动力带。它是机电设备的核心联结部件,种类异常繁多,用途极为广泛。从大到几千千瓦的巨型电机,小到不足一个千瓦的微型电机,甚至包括家电、电脑、机器人等精密机械在内都离不开传动带。它的最大特点是可以自由变速,远近传动,结构简单,更换方便。所以,从原始机械到现代自动设备都有传动带的身影,产品历经多次演变,技术日臻成熟。

动力传导有、、耦联(联轴)等多种多样形式。然而,从经济性和成本角度来考虑,迄今为止,莫过于弹性体的胶带。因此,世界上现在许多传动方式大多仍以胶带传动为主,而且其发展仍在不断扩大。

传动带最初是由皮革制造的,19世纪中叶为所取代。20世纪60年代开始,陆续由NR、SBR转向CR、PUR。进入80年代,又进一步扩大到采用CSM和HNBR。胶带的形状也从乎板型扩大到角型、圆型、齿型,使用从单根传动发展到成组并联,从而形成今日的传动带系列群体。

1、发展现状

传动带有传递和变速两种功能,分为摩擦传动和啮合传动两大类别。到目前为止,全球各传动带生产厂在结构形状上已形成V带、平带、齿带和圆带四大体系,包括尺寸规格在内已逾千种。特别是齿带,最近十几年来,随着精密机械和电子信息技术的进步,作为橡胶工业的高新技术产品,在世界各地发展十分迅猛,产量急剧扩大。传动带的品种分类。

1.1平板带

平板带是传动带最老的一个品种,约有100余年的历史,但直至20世纪中叶,仍占据传动带中一半左右的市场份额。它以结构简单、传动方便、不受距离限制、容易调节更换等特点,在各种工农业机械中得到普遍采用。平板带宽度一般由16-600mm,长度最大可达100~200m,层数最多为6一带中最常见的为帆布带,分为包层式、叠层式和叠包式三种。叠层带为包层带(又称圆边带)的改进产品,具有带体柔软,富有弹性,耐屈性好等优点,适于在小带轮和20m/s以上的快速传动装置上使用。而叠包带介于两者之间,用于边部易受磨损的传动。由于平板带的传动效率低(一般为85%左右),且占据面积较大,因此,从20世纪60年代以后世界各国产量逐年下降。目前在发达国家,除部分农业机械和轻纺机械尚少量使用之外,已处于被淘汰的状态。另一方面,在这一时期,以化纤帆布和帘布为芯体而制成的无接头和热接头环形带,则在全球获得了长足发展。它以强度大、噪声低、传动平稳、运输圆滑、耐屈挠、寿命长和无需接头等为特点,使用领域不断扩大,并在微型传动带中形成主流。

近年来,随着高新技术产业的崛起,这种微型带尤其在电脑周边设备、办公自动化设备以及省力化设备等方面普遍使用。例如,自动检票机、自动售票机、货币兑换机、发券机、取款机、银行结算机、自动检验机、复印机、医疗器械、自动包装机、鱼群探测器等等,美日欧等国家每年都以双位数增长。

这种高性能的无接头平板带,现已发展到有聚氨酯带、聚氨酯芯体带和橡胶帆布芯体带三种类型。在橡胶微型带中,除化纤帆布外,还有使用尼龙膜片、芳纶帘线、玻璃纤维帘线为芯体以及表面橡胶覆以铬皮的特种产品。它们同传统的帆布平板带有着本质的不同,规格要求非常精密,附加价值很高,世界各大胶带生产厂家竞相发展,已成为橡胶工业中的高新技术产品。目前,德国的金珂林、瑞士的哈巴基、雷达,以及日本的新田等公司,都是这一领域的知名大企业,并把以聚氨酯为主的高档和特种微型带作为其全力开发的主导产品。

1.2三角带

三角带又称V型带,是传动带中产量最大、品种最多、用途最广的一种产品。自从1917年首次由美国制成汽车风扇带,20年代初开始推广用于工农机械之后,半个多世纪以来久盛不衰,发展十分迅速,现已成为传动带的主流。在世界各国传动带中,从橡胶用量来看,三角带现已占到65%上,齿型带为25%,平板带则已退减到10%以下。目前,三角带已成为世界各种机械装置动力传动和变速的主要器材,在当今农机、机床、汽车、船舶、办公设备等广泛领域,发挥着日益重要的作用。

按照断面尺寸,三角带可分为产业机械用的Y、O、A、B、C、D、E七种工业型号和汽车、拖拉机等用的各类风扇带,共计两大类别。Y、O型为最小的V型带,主要用于打字机、切书机等办公设备、家电制品(洗衣机、榨汁器、吸尘器)。一般产业机械,随着马力的增大,顺序使用A、B、C、D、E等V型带,其中D、E型为重型带,用于船舶、电力等大型机械。至于风扇带,除了汽车、拖拉机之外,还大量用在水、空调等方面。在发达国家,三角带与风扇带的生产比率已达到2:1-3:2的程度,风扇带呈现明显上升的势头。

三角带一般都是指包布式V型带,从20世纪60年代开始,为提高传动带的耐久性,又出现了切边式V型带。这种切边V型带,由于胶带结构侧面没有包布,带体十分柔软,耐屈挠疲劳性能非常好,因而得到迅速发展。进入80年代,为解决三角带多根成组传动时因产生不一样长而带来的传动效率和使用寿命下降等问题,又兴起了多根三角带用平板带固定在一起的三角带。习惯称之为联组三角带的V型平板带,具有极大的优越性,因而又开始出现V型平板带取代包布式和切边式三角带的现象。这种三角带与平板带结合的胶带,虽然对带轮沟槽有特殊的要求,然而由于带体很薄,与带轮的接触面积大,弯曲性好,带轮缩小,可使传动装置进一步小型化、节能化,在世界发达国家的生产量急剧增长。

近些年来,为适应各种传动装置的特殊需要,除普通标准型的三角带之外,还出现了数量众多、形状各异的特种三角带,它们主要有:

(1)窄型和宽型三角带

普通三角带的宽高比为1:1.5~1.6,而窄型和宽型的三角带分别为1:1.2和1:2。窄型V带的结构尺寸比普通V带可以减少约50%,能节省大量原材料,同时强力均匀,有效接触面积大,弯曲应力小,可大大延长使用寿命。窄型v带的传动效率可达90%一97%,极限速度达40-50m/s,传动能力提高0.5~1.5倍,最适于短距离、小带轮于变速传动,故又称之为变速带。其特点是在带的上下表面,大多制成单面或双面的弧形或齿形状态,使之易于调速,主要用在低速的圆锥式和圆盘式无级变速器方面。

(2)小角和大角三角带

它同普通三角带的主要区别是,夹角40'改为30'和60'左右。小角V带能使接触面减小,降低所需张力,可延长使用寿命,适于设备的小张力传动。大角V带为上半部呈矩形,下半部呈倒梯形的六角带,能使摩擦损失减小,承载能力增大,带体柔软,适于轻小型设备的高速传动。

(3)活络和冲孑L三角带

活络带由多个小段以金属螺钉连结而成。冲孔带在带体纵向冲有许多等距的透孔用以连接接头。这种V带都是可以接头的三角带,可根据需要长度随意自由接头定长。它弥补了普通三角带无接头,只能按规定长度使用的限制。另外一个好处是,在使用中,当三角带体出现局部损坏后,可更换损坏部位继续使用,同时,它还有可简单自由调节长度大小的优点。但因强度较低,只能用于低速传动,又由于存在精确度低、传动效率差等问题,近些年来使用日趋减少。

此外,对指定用于汽车、拖拉机等各种内燃机驱动风扇而用的三角带,人们专门称之为风扇带。它的特点是以单根使用为主,带轮很小,传距很短,速度与功率常变,是属于接触温度较高、在苛刻环境条件下使用的一种V带。风扇带也常用在发电机压缩机、动力泵等方面。风扇带由于其性能要求与普通三角带完全不同,在工业上单独分类统计。近些年来,世界风扇带的发展十分迅速,数量已占到三角带总量的三分之一。

风扇带分为普通和窄型两种,细分为包布式平底V带、圆齿V带、切边式平底V带和波浪V带等多种类型。风扇带的结构一般比普通三角带要复杂,见附图,除强力层、伸张层、压缩层和包布层之外,又增加了缓冲层和支撑层。

现在使用最多的是切边式波浪V带,生热低、散热快、摩擦大、噪声小、强度好、效率高,行驶里程可达18~20万公里,比一般风扇带高出约一倍。近年来,随着汽车发动机效率的提高和旋转式发动机的出现,以及转向装置和冷风装置的增多,对风扇带的要求日益严酷,不仅带轮小型化,而且采用双向两面驱动的方式越来越多,因此,橡胶和芯体材料也随之产生了重大舀I~,'IIit普通三角带、V型平板带与风扇带比较1-上胶布层:2-下胶布层;3-橡胶伸张层:4-橡胶压缩层:5-线绳强力层;6-橡胶缓冲层:7-~tgrg

1.3圆形带

圆形带为断面呈圆形的传动带,它可以自由弯曲驱动。这种带多为聚氨酯制造的,通常没有芯体,结构最为简单,使用方便。圆形带为胶带传动开辟了新的途径,世界各国在小型机床、缝纫机、精密机械等方面需用量急剧增长,今后潜力很大。

1.4齿型带

齿型带亦称同步带,分为单面齿带和双面齿带两种类型。前者主要用于单轴传动,后者为多轴或反向传动,系从1980年以来世界新出现的又一种高效传动带。齿型带根据齿的形状又分为梯形和圆弧形两种,以圆弧形齿的同步带所承受的扭矩为最大。从所用材料上,齿型带可区分为橡胶型和聚氨酯型两大类,而前者又有普通橡胶(通常为氯丁橡胶)和特种橡胶(多为饱和丁腈橡胶)之分。它们的结构是由钢帘线或玻璃纤维组成的强力层和以橡胶及尼龙布形成的外包橡胶层或聚氨酯胶层构成。

齿型带包括多楔带,近20年来在工业发达国家发展极为迅猛,正在不断地侵蚀传统的金属齿轮、链条以及橡胶方面的平板带和三角带市场。目前,除已大量用于汽车及传统产业之外,并进一步扩大到OA机器(办公设备)、机器人等各种精密机械的传动。由于胶带内侧带有弹性体的齿牙,能实现无滑动的同步传动,而且具有比链条轻、噪音小的特点,现今欧洲80%以上的轿车、美国40%的轿车都已装用了这种齿型带。我国2000年生产汽车200万辆,齿型带需要700万条以上。最近出现的圆齿带较之方齿带,更进一步增大了传动力和肃静性,作为新一代的环保带,其使用范围更趋广泛。现在,已开始成为对同步传动、噪音要求极为严格的家用和工业用缝纫机、打字机、复印机的使用对象。

2、技术展望

半个多世纪以来,世界传动带的技术发展历经了以下几个阶段:

其一,从传动带用的材料来看,橡胶己由天然橡胶发展到合成橡胶,进一步又扩大到特种合成橡胶CSM、HNBR:骨架材料由棉纤维扩大到人造丝、聚酯、尼龙、玻璃纤维、钢丝以及芳纶等,详见表2。品。为提高V型带的耐久性,从60年代开始,出现了切割式三角带,它的侧面没有包布,耐弯曲疲劳性非常好,已取代了大部分包布式三角带。

另一方面,进入80年代之后,平板带与V型带结合的V型平板带得到快速发展,由于其性能优异,产量急剧增大,现已部分取代了切割式V带。紧接着,在美日等国又出现了楔形V带。因为这种带的厚度薄,与带轮的接触面积大,弯曲性能好,可以在小的带轮上使用,因而为传动装置的小型化、节能化做出了很大贡献。

再有,利用传动带背面也可驱动的原理,例如,在汽车风扇、交流电机、动力操纵系统、空调等,采用一根传动带一次驱动的所谓"蛇行传动"方式,引起了各界的关注,使用范围日趋扩大。这种多面、多向、多机传动的代表性产品有,六角带和圆形带。

传动带中的最新一类产品是齿型带,又称同步带。它集齿轮、链条、带传动装置的优点为一体,具有传动效率高、传动比准确、噪声小、节能、维修方便等特点。它的传动原理虽早在1900年即有若干专利出现,然而直到半个世纪之后才开始工业化,80年代起终于成为精密机械的主导传动产品。特别是用饱和丁腈橡胶和聚氨酯弹性体制造的高精度微型带,已经进入了高新技术领域。齿型带与传统传动带的最大不同点在于:同步、静音。因此,它是当今最受推崇的环保型产品。近年来,齿型带的齿牙由方齿改为圆齿之后,更进一步增大了传动力,发展前景极为广阔。

由于各种不同机械要求的特性不同,以及各种传动带的价格高低相差悬殊,今后传动带将朝着结构、材料多元化的方向发展,其用途和品种规格也日趋多样化。传动带中V型带、齿型带、平板带的构成比例,大体将在6:3:1的范围内上下变化。各种产业机械装置要求使用的传动带类型,见表4。

(1)橡胶和弹性体

V型带最早为NR或NR/SBR的并用物。现今,已广泛使用耐热性、耐磨性、耐弯曲性和耐油性均优的CR。在未找到新的综合物性更平衡的胶种之前,今后还将继续保持这一趋势。

对于切割式V型带和V型平板带,将要扩大采用以短纤维补强的CR,通过传动带横向短纤维定向补强,达到传动带横方向侧压性与纵方向弯曲性双立的效果。对耐热性有苛刻要求的传动带,将会有更多的HNBRV型平板带出现。齿型带最初使用的CR,现在仍然是比较理想的材料,今后还将继续广泛用于一般产业的传动上面。对于要求耐热性和耐久性的齿型带,要大量使用CSM、HNBR等特种耐热、耐油橡胶。由于这类橡胶的性能优异,尽管价格十分昂贵,超出现有产品几倍,但随着汽车工业等的技术进步和环境的恶化,特别是HNBR将成为未来齿型带的主导材对于小型、微型齿型带来说,聚氨酯弹性体是最为理想的材料。特别是精密机械方面的齿型带,已无其他材料可以代替,今后不论在品种规格上,还是在用途上,都将迅速扩大,发展前景极为宽广。

平板带原来为橡胶,随着薄型平板带的出现,聚氨酯和尼龙片材已成为重点开发方向。(2)纤维骨架能作了种种改进,因而已成为齿型带的首选材料,V型带的骨架决定着胶带的强度和寿命。早期的补强层使用棉帘线,而后改用了强力人造丝线绳。由于有伸长大的缺点,从20世纪70年代开始,世界各国都普遍使用强度高、伸长小、耐热和耐弯曲性好的聚酯线绳,80年代又出现了高定伸、低收缩的改性聚酯线绳,现已成为V型带骨架材料的主流。对于要求高负荷传动、耐冲击性的变速带和农机用的V型带,有的己开始使用芳纶纤维。齿型带的补强层,人们曾长期使用钢丝和聚酯而使其强度下降的问题,同时还有因其比重大而适于高速旋转传动等现象,如今已被基本淘汰。使用聚酪帘线对于要求尺寸精度高的产品,由于存在伸缩问题,现也很少采用。目前认为最好的骨架材料是玻璃纤维,它能使啮合传动时的伸长小,而且具有适度的线膨胀系数,加之对弯曲疲劳等缺欠性

得到广泛使用。今后,强度更高、耐弯曲性更好的芳纶纤维将有可能部分取代玻璃纤维而挤进齿型带最佳骨架材料行列。

(3)外包保护布

V型带使用的外包保护布向来以棉帆布为主,至今依然保持这种状态。对一部分要求更耐磨和耐弯曲性能更好的,也开始使用棉的混纺帆布,甚至是全合成纤维帆布。外包保护布未来将继续保持这一趋势。齿型带为了保护齿部和芯线,主要是使用高强力型的合成纤维,通常以尼龙帆布为主,今后方向是进一步薄层化。

2.3工艺设备趋向

多年来,传动带的生产工艺在世界各地一直没有大的变化,不外炼胶、成型、硫化三大老的工艺。所不同的是,切割式三角带取消了V型带成型时的包布,并改为在硫化后切割,同时增加研磨工序。而对于齿型带则是在带齿形沟槽的模型上,先置入外包帆布,然后呈螺旋状缠上芯线,而后上覆橡胶片,连同模型一起送入硫化罐硫化。此时,利用橡胶在加热中的塑性流动,从芯线的缝隙将帆布充入模齿内而形成带齿,硫化后再从模型中取出成适当的宽度。

这种生产工艺,把传动带的制造过程人为地分割成好几块,无法联结起来;加之传动带的品种规格太多,生产批量很小,产品变动频繁,给工艺设备的连续化、自动化带来了诸多困难,生产效率十分低下。当前国外的发展趋势,一是努力研究实现工艺的连续化生产,提高设备自控水平,促使生产效率大幅度提高:二是继续扩大使用聚氨酯等液体弹性体,从根本上简化工艺,缩短流程,改变传统的橡胶工艺加工方式。现在,聚氨酯液相加工工艺在小型和微型带中,已占据主导地位,前景十分乐观。

还有,短纤维橡胶的混合也是当今世界传动带业界一大课题。如何使短纤维在橡胶中均匀分散,并解决由此而产生的胶料高粘度化,造成生产效率下降的现象,需要在混炼方法和控制方式有新的突破。另外,短纤维橡胶的纤维排列取向也是不可忽视的又一个问题,通常采用压延机和压出机定向供胶出片、按流动方向取片的方法,也并非最佳良策。无纺布、复合片材是今后开发的方向。

2.4未来目标

纵观半个多世纪以来世界传动带的发展趋势,随着全球高新技术产业化的迅猛发展,今后传动带的主流是向着小型化、精密化和高速化的方向发展。老式的平板带将被日渐淘汰,新型的环形平板带重新崛起;切割三角带将取代大部分包布V型带、同时代之而起的V型平板带、多楔带、齿型带可能成为新的主流产品。

我国生产传动带的厂家十分杂乱,除200家国有、三资企业之外,还有1000余家集体、私营和个体所有制企业,仅V型带一种产品年产即达4亿A米以上,在产量上虽已位居世界前列,而略具规模水平的不过十几家。除少数引进技术设备和合资企业外,大多处于后进状态,亟待改组、改造、改革。调整传动带行业结构,淘汰老旧产品,开发创新产品,迎头赶上世界传动带先进技术水平,可说是当前最为紧迫的任务。
(end)

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