故障診斷：同步帶劣化分級與案例分析

劣化分級與更換時機，以及從五個實際案例學習如何推論故障原因

故障型態

橡膠同步帶由背膠、芯線、齒膠與齒布組成。常見的故障型態如下，其中斷裂與缺齒是致命的故障，其他型態都是發展到斷裂或缺齒的過程。

故障型態與相關因素
故障型態	相關因素
齒根齒布裂紋	在適當條件下使用、皮帶達到壽命時的型態；也可能與張力不足、皮帶輪尺寸不適當、慣性力大有關。
背面裂紋	運轉發熱大、彎曲疲勞大，或環境嚴苛：溫度過低或過高、異物捲入、化學品附著、臭氧環境等。
齒根橡膠裂紋	過負荷、張力過大或不足、皮帶輪尺寸不適當、慣性力大等。
齒布磨耗	過負荷、張力過大或不足、皮帶輪尺寸不適當、慣性力大等。
斷裂、解體	上述故障持續發展，或因跳齒、皮帶爬上擋片造成。

理想的壽命終止過程：齒布磨耗 → 齒膠露出 → 齒根裂紋 → 缺齒。在適當條件下使用的皮帶，會依這個順序逐漸劣化。

劣化分級與更換時機

依背面裂紋、齒根齒布裂紋、齒根橡膠裂紋與齒布磨耗四種型態，把劣化程度分為 A～E 五級，達到 C 級時建議更換。

同步帶劣化分級
等級	背面裂紋	齒根齒布裂紋	齒根橡膠裂紋	齒布磨耗
A	長度未滿 3 mm 的微小裂紋。	齒根齒布起毛、泛白。	—	齒根齒布起毛、泛白。
B	長度 3 mm 以上、未貫穿全寬的裂紋。	部分齒根齒布沿皮帶長度方向斷裂。	—	緯紗（皮帶寬度方向）局部露出。
C 建議更換	至少一處裂紋貫穿皮帶全寬。	齒根齒布一半以上斷裂。	齒膠出現細小裂紋。	緯紗完全露出。
D	裂紋遍布全寬，並往芯線方向延伸。	齒根齒布全部斷裂。	齒膠出現長度達齒寬一半以上的裂紋。	橡膠、芯線開始露出。
E	背膠局部剝離、脫落。	缺齒（齒部缺損、脫落）。	缺齒（齒部缺損、脫落）。	橡膠、芯線全寬露出。

分級原圖（日文），欄位依序為背面裂紋、齒根齒布裂紋、齒根橡膠裂紋、齒布磨耗；紅框為 C 級（建議更換）。各級文字見上表。

找出原因的方法

分級表能判斷更換時機，但無法說明原因；即使故障型態相同，原因也可能不同。若不找出原因，換上的新皮帶往往再次提早損壞。下方案例以故障樹（FT）從結果往回推：先列出可能造成該故障的因素，再依皮帶上的證據逐一排除。

檢查整條皮帶：不要只看破損部位，未損壞的齒部、背面與側面同樣是線索。
蒐集使用資訊：使用環境、使用期間、安裝張力等。
量測物性：橡膠硬度、齒布剝離力、芯線黏著力、斷裂強度與新品比較，能區分油、熱與負荷造成的劣化。
每一項變化都要有合理解釋：候選原因必須能說明所有觀察到的現象，不能只符合其中一項。
檢討選型：反覆更換仍提早損壞時，可能是皮帶規格不符合使用方式或環境，應改選適合的皮帶。

案例 1：缺齒（跳齒）

缺齒部位缺齒範圍超過皮帶長度的 1/3。

放大齒頂有磨耗，齒底沒有磨耗。

殘存齒部斷面（20 倍）橢圓：芯線與橡膠、齒布間剝離；箭頭：裂紋從芯線與橡膠的黏著部位產生；綠線：受壓面到齒頂的磨耗。

齒底沒有磨耗，排除「齒底磨耗大」的路徑，改查齒根裂紋的成因。
剝離與裂紋從芯線部位開始、磨耗集中在受壓面到齒頂：帶齒曾被擠出輪槽，判斷為跳齒。
再從跳齒的因素（皮帶輪不對心、齒部負荷大、安裝張力不足、環境）比對，原因指向安裝張力不足。

左：缺齒的故障樹；右：再往下追查跳齒的故障樹。依講座 FT 圖重繪（原圖日文）；OR 閘表示任一下層事件成立，上層事件就可能發生。

張力下降、嚙合變差 → 鬆邊皮帶浮起，受壓面與齒頂磨耗 → 跳齒，產生裂紋與缺齒。跳齒的主因是齒部變形加上皮帶伸長，因此要以適當張力讓皮帶在適度伸長的狀態下運轉；安裝張力與跳齒的關係見皮帶張力：過高、過低與跳齒扭矩。

案例 2：層間分離與缺齒（油分附著）

全體紅線處層間分離並缺齒。

局部齒布磨耗輕微，整體附著油分，局部先分離再缺齒。

案例 2 的觀察與判讀
觀察或量測	判讀
齒布磨耗輕微	不是高負荷或跳齒造成的破損。
整體附著油分	橡膠為 CR，耐油性較弱。
橡膠硬度下降	油分使橡膠膨潤。
齒布剝離力下降	齒布與橡膠的黏著力下降。
芯線黏著力下降	芯線與橡膠的黏著力下降。

原因：油分附著。油分使橡膠膨潤、硬度下降 → 各層黏著力下降 → 層間分離並缺齒。耐油膠料的比較見耐油與耐化學物質。

案例 3：層間分離（過負荷）

齒面齒布磨耗、起毛，大量類似鏽的褐色附著物，並有油分。

局部層間分離箭頭處齒部與芯線層分離。

案例 3 的觀察與判讀
觀察或量測	判讀
齒布磨耗	負荷過高？張力不適當？
類似鏽的附著物	是鏽，還是微動磨耗（fretting wear）的磨耗粉？
局部層間分離，有油分附著	黏著力是否下降？
橡膠硬度上升	反覆彎曲發熱或高溫環境。
芯線黏著力與新品相當	破損部位以外沒有問題，油分沒有造成影響。

進一步確認：不是在高溫環境中使用，皮帶輪也沒有生鏽。雖然皮帶沾了油，油分並不是原因。

原因：過負荷。實際負荷高於預期、帶寬不足，應力過大 → 層間分離。

案例 4：一直線斷裂（折彎）

斷口使用時間短、齒布磨耗輕微、沒有附著物，沿一直線斷裂。

斷口比較左：本案例；右：拉伸造成的斷裂，芯線參差不齊地斷開。

斷裂的 FT 分為「應力過大」（應力集中、安裝張力過大、過負荷、衝擊負荷、跳齒）與「芯線強度下降」（劣化損傷、彎曲疲勞）兩條路徑。本例磨耗輕微、沒有過負荷跡象，排除應力過大，改查芯線強度下降；整齊的一直線斷口指向折彎。就像沒有剪刀時，先把紙折出摺痕再撕，紙就會沿直線裂開。

斷裂的故障樹，依講座 FT 圖重繪（原圖日文）。原圖以紅框標出劣化損傷與彎曲疲勞兩項待查；「折彎」是再從斷口形貌判定的結果。

原因：折彎。皮帶被折彎、芯線局部受損 → 芯線局部斷裂 → 皮帶斷裂。常見情境是安裝時硬撬或強行裝入，以及包裝、保存、搬運時折到或堆疊重物（見皮帶保存、皮帶安裝與更換）。結構上難免折彎時，可考慮芳綸（Aramid）芯線（見傳動帶的材料種類）。

案例 5：斷裂與背面裂紋（高溫環境）

全體一處斷裂，背面也有裂紋。

斷口不是折彎造成的斷裂；齒底與受壓面磨耗明顯。

齒底放大受壓面磨耗，齒底芯線露出。

案例 5 的觀察與判讀
觀察或量測	判讀
不是折彎造成的斷裂	衝擊負荷？
背面裂紋	橡膠硬度上升？高溫環境？
齒底與受壓面磨耗	張力過大？負荷或負荷變動過大？
橡膠硬度上升	反覆彎曲發熱或高溫環境。
斷裂強度低於規格	芯線已劣化。

本例先以案例 4 的斷裂故障樹重新檢查應力過大與芯線強度下降兩條路徑；皮帶曾有齒布磨耗，因此再查齒布磨耗的故障樹，結果齒底磨耗大與齒部磨耗大兩條路徑都符合。

齒布磨耗的故障樹，依講座 FT 圖重繪（原圖日文）。

「安裝張力過大」與「負荷變動大」也是候選原因，但都無法解釋橡膠硬度上升。

原因：高溫環境。皮帶輪受熱膨脹 → 張力上升，皮帶被壓入皮帶輪，齒底提早磨耗 → 芯線露出、受損 → 斷裂。高溫對皮帶的影響見皮帶使用溫度與環境特性。

背面裂紋的判別

背面裂紋可能來自低溫、臭氧或高溫，可由裂紋的方向與橡膠硬度的變化區分。低溫與高溫的裂紋外觀相似，要靠硬度判斷。

低溫環境沿皮帶寬度方向開裂，位置對應齒底；橡膠硬度與新品相同。

高臭氧環境沿長度與寬度方向出現細小裂紋；橡膠硬度與新品相同。

高溫環境沿皮帶寬度方向開裂，位置對應齒底；橡膠硬度比新品高。

參考資料

Bando 技術講座《從實例學習：齒形皮帶故障對策》（實例から学ぶ！歯付ベルトの故障対策，2025 年 9 月）。背面裂紋的橡膠硬度取自講座資料內嵌的原始表格。