摘要：企业生产过程中会大量使用机械设备，带传送是设备的传动主要方式，在连续高速运转过程中皮带传动会存在皮带打滑、带轮磨损等失效形式，通常的处理措施主要包括更换皮带或带轮、或简单修复等，对于失效机理的深入分析和判断方法比较少，异常处理治标不治本，本文以真空搬运电机为例说明皮带及带轮失效机理的一种分析方法。
关键词：多楔带带轮；失效分析；材料性能
1 现象描述
真空搬运机用于车间成品下线搬运，随着电机皮带轮的快速磨损，多楔形皮带在与皮带轮接触摩擦时，容易造成摩擦剧烈、发热严重，导致多楔形皮带使用几天就出现拉长、断裂等异常，进而产生打滑造成真空度不够吸不起产品，甚至出现皮带突然断裂造成摔机事故，皮带备件消耗量明显增加。
2 原因分析
2.1 基本原理
真空搬运机所使用的多楔带带轮，多楔带轮为PJ 型系列，带轮通过平键与轴连接并用螺钉锁紧，通过楔槽多楔带传动动力。
2.2 失效机理分析
（1）带轮轮槽结构分析
通过对比该真空皮带机使用的带轮和标准的同规格带轮，肉眼观察两个带轮的轮槽结构并用手触摸，可以发现真空皮带机的带轮轮槽顶部比较锐利，同时，V 型槽的槽宽也比标准带轮的宽。
进一步取样分析对比，可以发现两者的差别很大，而在多楔带传动如图1 所示，主要依靠斜侧面来传递动力。
图1 皮带与带轮啮合示意图
多楔带作为标准件，带槽的结构尺寸是固定的，带轮轮槽结构的变化会影响皮带的传动能力，出现打滑异响等问题，并影响皮带的寿命。
图2 标准带轮样件槽底
图3 实际在用带轮样件槽底
通过标准带轮和带轮样件的对比分析，可以发现两者在结构尺寸上有比较大的差别。根据GB/T16588-1996 标准，带轮槽底应为圆弧型，且半径最大值为0.4mm，而现在在用的带轮结构槽底截面为直线型，宽度大于1mm，且通过测量发现在用带轮样件也比标准带轮的槽深深约0.5mm，与多楔带的槽型不匹配。在皮带的运行过程中，就不能很好地靠斜侧面传递动力。他们之间的接触面变小，带轮尖端容易切割多楔带的槽底加速皮带磨损断裂失效，同时，也会将带轮的尖端磨损，容易会出现皮带打滑现象或者皮带的突然断裂，造成吸不起产品甚至发生摔机事故。
结论：带轮结构尺寸不符合规范是导致多楔带异常磨损断裂和带轮磨损的重要原因。
（2）带轮材料组织分析
金相组织分析：为了进一步分析带轮的组织性能，对带轮的材料进行了分析。查询资料得知，铝制皮带轮的材料通常为6061 硬质铝合金，故对皮带轮和6061 硬质铝合金材料分别进行取样金相分析和硬度测试，从图4、图5 中可以看出，两种材料的金相组织存在较大的区别。
图4 失效带轮金相组织
图5 6061 硬质铝合金金相组织
失效的带轮组织呈条纹状分布，组织粗大较为疏松有带状组织缺陷，材料组织较差。对比6061 硬质铝合金，6061的组织结构细密，晶粒细小，分布均匀，具有较好的力学性能。
表1 不同材料的硬度测试结果
硬度对比分析：测试失效带轮和6061 硬质铝合金的硬度进行对比，通过5 次测试取平均值作为该样件的硬度值，从表1 测试结果中可以看到失效带轮样件的硬度值约为302HLD（里氏硬度），而标准6061 材料的硬度约为500HLD，失效带轮样件的硬度明显比6061 材料的硬度低，结合金相组织分析可知该带轮所用的材料性能达不到行业生产铝合金皮带轮所用的6061 材料标准。
结论：失效带轮的材料组织、硬度和行业上采用的6061材料差别较大，各项数据均低于6061，由此可见，失效带轮的材料性能差也是导致带轮磨损的原因。
（3）带轮材料结构元素分析
下表中是带轮材料里所含各种元素的标准值与实测值的对比及判定：
表2
结论：带轮材料是经过筛选对其结构元素进行检测分析发现，其中材料里所含硅、锰、锌三种元素不合格致使材料整体不合格。
失效分析最终结论：皮带轮的截面轮廓尺寸不符合皮带轮的设计规范，加工出来的带轮存在明显的边角，在高速运行中，标准多楔皮带的楔面不能与多楔带轮的楔面很好地贴合，导致多楔带异常磨损，同时，皮带轮的材料性能较差，在反复的不正常贴合运行中出现皮带磨损的同时，也造成了皮带轮异常磨损，最终导致带轮磨损失效。
3 结语
通过对故障本源的深入剖析及测试，有助于对现场问题全面了解，制定更有效的改善措施，从根本上预防和消除设备使用存在的问题；结构分析及材料分析是设备机械类异常的重要分析方法，也更加科学有效，通过问题的过程分析也有助于提升基础技术人员的技能水平，减少不必要的成本浪费。
