電機(jī)皮帶及帶輪磨損常見異常的失效分析方法

牛雷閃，宮興隆，喬云鵬

（格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519000）

1 現(xiàn)象描述

真空搬運(yùn)機(jī)用于車間成品下線搬運(yùn)，隨著電機(jī)皮帶輪的快速磨損，多楔形皮帶在與皮帶輪接觸摩擦?xí)r，容易造成摩擦劇烈、發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致多楔形皮帶使用幾天就出現(xiàn)拉長、斷裂等異常，進(jìn)而產(chǎn)生打滑造成真空度不夠吸不起產(chǎn)品，甚至出現(xiàn)皮帶突然斷裂造成摔機(jī)事故，皮帶備件消耗量明顯增加。

2 原因分析

2.1 基本原理

真空搬運(yùn)機(jī)所使用的多楔帶帶輪，多楔帶輪為PJ 型系列，帶輪通過平鍵與軸連接并用螺釘鎖緊，通過楔槽多楔帶傳動(dòng)動(dòng)力。

2.2 失效機(jī)理分析

（1）帶輪輪槽結(jié)構(gòu)分析

通過對比該真空皮帶機(jī)使用的帶輪和標(biāo)準(zhǔn)的同規(guī)格帶輪，肉眼觀察兩個(gè)帶輪的輪槽結(jié)構(gòu)并用手觸摸，可以發(fā)現(xiàn)真空皮帶機(jī)的帶輪輪槽頂部比較銳利，同時(shí)，V 型槽的槽寬也比標(biāo)準(zhǔn)帶輪的寬。

進(jìn)一步取樣分析對比，可以發(fā)現(xiàn)兩者的差別很大，而在多楔帶傳動(dòng)如圖1 所示，主要依靠斜側(cè)面來傳遞動(dòng)力。

圖1 皮帶與帶輪嚙合示意圖

多楔帶作為標(biāo)準(zhǔn)件，帶槽的結(jié)構(gòu)尺寸是固定的，帶輪輪槽結(jié)構(gòu)的變化會(huì)影響皮帶的傳動(dòng)能力，出現(xiàn)打滑異響等問題，并影響皮帶的壽命。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)帶輪樣件槽底

圖3 實(shí)際在用帶輪樣件槽底

通過標(biāo)準(zhǔn)帶輪和帶輪樣件的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)兩者在結(jié)構(gòu)尺寸上有比較大的差別。根據(jù)GB/T16588-1996 標(biāo)準(zhǔn)，帶輪槽底應(yīng)為圓弧型，且半徑最大值為0.4mm，而現(xiàn)在在用的帶輪結(jié)構(gòu)槽底截面為直線型，寬度大于1mm，且通過測量發(fā)現(xiàn)在用帶輪樣件也比標(biāo)準(zhǔn)帶輪的槽深深約0.5mm，與多楔帶的槽型不匹配。在皮帶的運(yùn)行過程中，就不能很好地靠斜側(cè)面?zhèn)鬟f動(dòng)力。他們之間的接觸面變小，帶輪尖端容易切割多楔帶的槽底加速皮帶磨損斷裂失效，同時(shí)，也會(huì)將帶輪的尖端磨損，容易會(huì)出現(xiàn)皮帶打滑現(xiàn)象或者皮帶的突然斷裂，造成吸不起產(chǎn)品甚至發(fā)生摔機(jī)事故。

結(jié)論：帶輪結(jié)構(gòu)尺寸不符合規(guī)范是導(dǎo)致多楔帶異常磨損斷裂和帶輪磨損的重要原因。

（2）帶輪材料組織分析

金相組織分析：為了進(jìn)一步分析帶輪的組織性能，對帶輪的材料進(jìn)行了分析。查詢資料得知，鋁制皮帶輪的材料通常為6061 硬質(zhì)鋁合金，故對皮帶輪和6061 硬質(zhì)鋁合金材料分別進(jìn)行取樣金相分析和硬度測試，從圖4、圖5 中可以看出，兩種材料的金相組織存在較大的區(qū)別。

圖4 失效帶輪金相組織

圖5 6061 硬質(zhì)鋁合金金相組織

失效的帶輪組織呈條紋狀分布，組織粗大較為疏松有帶狀組織缺陷，材料組織較差。對比6061 硬質(zhì)鋁合金，6061的組織結(jié)構(gòu)細(xì)密，晶粒細(xì)小，分布均勻，具有較好的力學(xué)性能。

表1 不同材料的硬度測試結(jié)果

硬度對比分析：測試失效帶輪和6061 硬質(zhì)鋁合金的硬度進(jìn)行對比，通過5 次測試取平均值作為該樣件的硬度值，從表1 測試結(jié)果中可以看到失效帶輪樣件的硬度值約為302HLD（里氏硬度），而標(biāo)準(zhǔn)6061 材料的硬度約為500HLD，失效帶輪樣件的硬度明顯比6061 材料的硬度低，結(jié)合金相組織分析可知該帶輪所用的材料性能達(dá)不到行業(yè)生產(chǎn)鋁合金皮帶輪所用的6061 材料標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論：失效帶輪的材料組織、硬度和行業(yè)上采用的6061材料差別較大，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均低于6061，由此可見，失效帶輪的材料性能差也是導(dǎo)致帶輪磨損的原因。

（3）帶輪材料結(jié)構(gòu)元素分析

下表中是帶輪材料里所含各種元素的標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測值的對比及判定：

表2

結(jié)論：帶輪材料是經(jīng)過篩選對其結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行檢測分析發(fā)現(xiàn)，其中材料里所含硅、錳、鋅三種元素不合格致使材料整體不合格。

失效分析最終結(jié)論：皮帶輪的截面輪廓尺寸不符合皮帶輪的設(shè)計(jì)規(guī)范，加工出來的帶輪存在明顯的邊角，在高速運(yùn)行中，標(biāo)準(zhǔn)多楔皮帶的楔面不能與多楔帶輪的楔面很好地貼合，導(dǎo)致多楔帶異常磨損，同時(shí)，皮帶輪的材料性能較差，在反復(fù)的不正常貼合運(yùn)行中出現(xiàn)皮帶磨損的同時(shí)，也造成了皮帶輪異常磨損，最終導(dǎo)致帶輪磨損失效。

3 結(jié)語

通過對故障本源的深入剖析及測試，有助于對現(xiàn)場問題全面了解，制定更有效的改善措施，從根本上預(yù)防和消除設(shè)備使用存在的問題；結(jié)構(gòu)分析及材料分析是設(shè)備機(jī)械類異常的重要分析方法，也更加科學(xué)有效，通過問題的過程分析也有助于提升基礎(chǔ)技術(shù)人員的技能水平，減少不必要的成本浪費(fèi)。