Cause di guasto della cinghia di distribuzione

Guasto di una cinghia di distribuzione

Il tendicinghia di distribuzione può essere sostituito contemporaneamente alla sostituzione della cinghia, cosa piuttosto comune. In alcuni motori in cui la cinghia di distribuzione aziona la pompa del liquido di raffreddamento, anche la pompa del liquido di raffreddamento viene in genere sostituita. I guasti più comuni delle cinghie di distribuzione sono la delaminazione e lo sfilacciamento dei nuclei in fibra o la scheggiatura dei denti. La scheggiatura dei denti lascia una sezione della cinghia in cui l'ingranaggio della trasmissione slitta. La rottura della cinghia di distribuzione, a causa della natura ad alta resistenza delle fibre, non è comune. La cinghia di distribuzione può usurarsi lentamente a causa di detriti e sporcizia che si mescolano a olio e grasso. Ciò causa la rottura prematura della cinghia.

La corretta tensione della cinghia è fondamentale per la durata di una cinghia di distribuzione. Se la cinghia è troppo lenta, sferzerà, mentre se è troppo tesa, si strofinerà e applicherà una sollecitazione eccessiva sui cuscinetti degli ingranaggi. In entrambi i casi, la durata della cinghia si riduce drasticamente. Anche il tendicinghia può guastarsi, oltre alla cinghia stessa. Altri guasti che possono verificarsi riguardano vari cuscinetti di ingranaggi e puleggia, che causano il deragliamento della cinghia.

Cause di guasto della cinghia di distribuzione

Le varie cause di guasto delle cinghie di distribuzione includono:

Errore di disallineamento

Una delle principali cause di guasto della cinghia di distribuzione è il disallineamento. Il disallineamento è causato da un'usura irregolare o eccessiva dei denti, da cedimenti dovuti a trazione e dal movimento della cinghia. Per aumentare la durata della cinghia di distribuzione, controllare e allineare sempre gli alberi e le pulegge di distribuzione. Questo consente di risparmiare molti tempi di fermo.

Carico eccessivo

Un carico eccessivo è la causa della rottura dei denti di una cinghia di distribuzione. Un carico eccessivo o carichi d'urto possono anche causare un'usura eccessiva e non uniforme dei denti e cedimenti dovuti alla trazione. Per eliminare questo problema, è necessario riprogettare la trasmissione.

Cintura sotto tensione

Il cricchetto, ovvero il salto dei denti, è dovuto a una cinghia di distribuzione sottotensionata. La sottotensione provoca un'usura eccessiva o irregolare dei denti e un rumore di trasmissione eccessivo. Per impostare la tensione corretta di una cinghia di distribuzione, utilizzare un tensiometro.

Struttura di guida debole

Se la trasmissione presenta vibrazioni eccessive o le cinghie di distribuzione sono sottoposte a sollecitazioni eccessive, potrebbe esserci una struttura di trasmissione debole. Per risolvere questo problema, provare a rinforzare la struttura della trasmissione.

Pulegge danneggiate o usurate

La durata di una cinghia di distribuzione è ridotta da pulegge danneggiate o usurate. Se i denti sono usurati, causano l'usura e/o il danneggiamento della cinghia. La cinghia può essere tagliata da incisioni o scalfitture. È importante ispezionare e sostituire le pulegge che mostrano segni di usura.

Modalità di guasto delle cinghie di distribuzione

Le cause di guasto della cinghia di distribuzione sono molteplici e talvolta determinarne la specifica modalità può essere difficile. Lo scopo di questo memorandum applicativo è definire, illustrare e identificare le modalità più comuni di guasto della cinghia di distribuzione, consentendoci di implementare misure preventive e azioni correttive appropriate.

Usura normale e rottura delle cinghie: dopo 2-3 anni di funzionamento, la rottura della cinghia diventa normale quando il filo centrale raggiunge la sua durata a fatica. Dopo un funzionamento prolungato, la rottura della cinghia dovuta al raggiungimento della durata a fatica del filo centrale rappresenta una modalità di rottura ideale. La Figura 1 mostra un modello di frattura frastagliata a 45 gradi, tipica della rottura a fatica normale nel filo centrale della cinghia.

Anche i denti della cinghia di distribuzione possono rompersi, ma questa non è considerata una modalità di guasto ideale. Durante il funzionamento prolungato, mentre la cinghia mantiene le dimensioni e la forma iniziali, si verifica l'usura dei denti. Le fibre esposte dello strato di tessuto della cinghia fanno apparire i denti ruvidi e sfilacciati, come mostrato in Figura 2. Le cinghie di distribuzione in funzione per 2-3 anni non richiedono ulteriori misure correttive. La durata della cinghia di distribuzione varia significativamente a seconda dell'applicazione e di vari fattori oggettivi. I fattori che influenzano includono la potenza nominale della trasmissione, l'ambiente, la tensione di installazione della cinghia, l'accoppiamento cinghia-puleggia, gli standard di qualità delle pulegge e persino il modo in cui la cinghia viene tagliata, imballata, trasportata e installata.

Rottura per piegatura della cinghia di distribuzione: la rottura per piegatura nelle cinghie di distribuzione si manifesta in genere con un allineamento rettilineo delle fibre del nucleo lungo la superficie di frattura, come mostrato in Figura 3. Questa modalità di rottura si verifica quando le fibre del nucleo della cinghia vengono piegate fino a raggiungere un diametro estremamente ridotto. Una piegatura improvvisa sottopone le fibre del nucleo della cinghia a un'enorme sollecitazione, causandone la piegatura e il danneggiamento, riducendo così la resistenza alla trazione della cinghia. La rottura per piegatura della cinghia è la modalità di rottura più comune, in genere associata a un funzionamento improprio della cinghia, a una tensione di installazione insufficiente, a un diametro della puleggia sottodimensionato e alla presenza di corpi estranei all'interno della puleggia.

Le cause della deformazione della cinghia di distribuzione dovute a un funzionamento improprio includono: conservazione impropria, imballaggio improprio e manipolazione impropria prima e durante l'installazione della cinghia. Una cinghia che funziona con una tensione insufficiente può continuare a saltare denti fino a raggiungere un livello di tensione accettabile, un fenomeno noto come autotensionamento.

L'autotensionamento è più chiaramente osservabile all'estremità lenta della cinghia di distribuzione o nel punto in cui i denti della cinghia entrano nella scanalatura della puleggia. Quando si verifica l'autotensionamento, i denti della cinghia di distribuzione fuoriescono dalla scanalatura della puleggia finché una maggiore tensione all'estremità tesa non li spinge indietro nella scanalatura. Quando la cinghia viene spinta indietro nella scanalatura della puleggia, spesso provoca una flessione improvvisa e intensa nel punto di contatto tra la cinghia di distribuzione e la puleggia. Questa flessione può danneggiare i fili dell'anima della cinghia. Questo tipo di danno ai fili dell'anima è definito attorcigliamento. Se la tensione sul lato teso non è sufficiente a forzare i denti della cinghia di distribuzione di nuovo nella scanalatura della puleggia, la cinghia salterà un dente, il che può anche causare un guasto da attorcigliamento o danni ai denti della cinghia di distribuzione.

Quando una cinghia di distribuzione innesta una puleggia con un diametro sottodimensionato, può danneggiare il nucleo della cinghia o causare cedimenti per deformazione. Diametri delle pulegge e delle pulegge di rinvio inferiori al minimo specificato, la presenza di pulegge di rinvio tra la cinghia e le pulegge, o anche la piegatura manuale della cinghia con un angolo acuto possono portare a cedimenti per deformazione.

Anche l'ingresso di corpi estranei nel sistema di trasmissione può causare l'attorcigliamento della cinghia. Questi corpi creano angoli acuti tra la cinghia di distribuzione e la puleggia, causando la piegatura del filo centrale in quel punto. Anche forzare la cinghia sulla puleggia con degli utensili può danneggiarla. Dopo danni causati da corpi estranei o dall'uso improprio di utensili durante l'installazione (come i cacciaviti), la cinghia potrebbe non guastarsi immediatamente, ma la sua durata complessiva sarà ridotta.

Carichi d'impatto: quando i carichi di coppia intermittenti o periodici richiesti dalle apparecchiature azionate superano i livelli normali, questi carichi d'impatto superano la forza che la cinghia di distribuzione stessa può sopportare, con conseguenti carichi d'impatto all'interno del sistema di trasmissione. Questo spesso accelera il guasto della cinghia di distribuzione. Le cinghie trapezoidali convenzionali possono attenuare i carichi d'impatto attraverso uno slittamento momentaneo, ma le cinghie di distribuzione devono trasmettere tutti i carichi.

Carichi d'impatto intensi possono causare la frattura dell'anima della cinghia in modo grossolano e irregolare, come mostrato in Figura 4. I denti della cinghia possono sviluppare crepe alla radice e/o la rottura dei denti dopo carichi d'impatto istantanei sulla puleggia. Se il carico d'impatto si verifica una sola volta o si ripete ciclicamente in una posizione fissa sulla cinghia, i denti rimanenti potrebbero comunque apparire normali. La Figura 5 illustra come le crepe alla radice possono propagarsi all'interno di un dente. Le crepe che hanno origine alla radice possono talvolta estendersi fino alla punta del dente. Quando si accumulano crepe eccessive, il dente può tranciarsi, lasciando intatta solo una parte.

I carichi d'urto generati dalle apparecchiature azionate possono essere parte integrante del funzionamento del sistema di trasmissione o possono derivare da condizioni occasionali e gravose, come intasamenti. Se i carichi d'urto nel sistema di trasmissione sono inevitabili, è necessario aumentare la resistenza del nucleo della cinghia di distribuzione, oppure è possibile ottenere un funzionamento intermittente sostituendo la trasmissione a cinghia di distribuzione con una cinghia trapezoidale.

Tensione eccessiva di installazione della cinghia: una tensione eccessiva della cinghia di distribuzione può causare il taglio o la frattura dei denti della cinghia. Molte cinghie sottoposte a tensione eccessiva presentano chiari segni di usura dei denti degli ingranaggi sulle superfici dei denti. La Figura 6 mostra un esempio di area superficiale compressa e cricche alla radice su una cinghia di distribuzione. Le cricche alla radice dei denti si propagano tipicamente attraverso il filo dell'anima alle cricche adiacenti, causando il distacco graduale dei singoli denti della cinghia. La Figura 7 mostra segni di usura su una puleggia di grandi dimensioni causati da una cinghia sottoposta a tensione eccessiva. Un'eccessiva pressione superficiale sulla cinghia provoca un'usura diffusa, esponendo infine il filo dell'anima della cinghia. Per prevenire tali problemi di usura, è necessario impostare con precisione la tensione di installazione della cinghia.

Tensione insufficiente durante l'installazione della cinghia di distribuzione: una tensione insufficiente durante l'installazione in sistemi di trasmissione sottoposti a carichi da moderati ad elevati può anche causare la rottura prematura della cinghia. In genere, la rottura della cinghia causata da una tensione insufficiente si manifesta con il salto dei denti. Il salto dei denti si verifica quando i denti della cinghia fuoriescono dalle corrispondenti scanalature della puleggia, causando la perdita di capacità portante delle loro radici. Il carico di trasmissione continuo agisce sui lati della cinghia, piegando i denti e causandone il salto. Quando i denti rotolano, la gomma si strappa dalla radice lungo il cordone di rinforzo. Man mano che la rottura della gomma si propaga, i denti della cinghia iniziano a staccarsi dalla cinghia a strisce, come mostrato in Figura 8. La rottura dovuta a un eccessivo salto dei denti può apparire simile a un'adesione insufficiente tra la gomma e il cordone. Tuttavia, a differenza della rottura dovuta al salto dei denti, la rottura causata da un'adesione insufficiente in genere lascia i cordoni esposti all'interno della cinghia puliti e ordinati.

Quando i denti della cinghia escono dalla scanalatura della puleggia e si autotensionano, la cinghia di distribuzione tende a saltare i denti prima che si verifichino la rottura della gomma e il distacco dei denti. I danni al nucleo della cinghia causati dal salto dei denti spesso portano a un cedimento prematuro della cinghia. Il tipo di danno assomiglia sia a rotture nette dovute a cedimenti flessionali sia a fratture frastagliate e angolate dovute a carichi d'impatto. Se la cinghia non salta i denti e continua a funzionare durante l'autotensionamento, si verifica spesso un'usura eccessiva dei denti. Questo tipo di usura dei denti, definita usura a uncino, è dovuta a denti e pulegge non abbinati, come mostrato nella Figura 9. L'usura a uncino deriva da una tensione di installazione insufficiente e da sistemi di trasmissione instabili che subiscono variazioni dell'interasse in condizioni di bassa tensione.

Aumentare la tensione di installazione di una cinghia può in genere prevenire il salto prematuro dei denti e l'usura a uncino. Se l'aumento della tensione di installazione non riesce ancora a prevenire la rottura della cinghia, potrebbe indicare che la struttura del sistema di trasmissione non è sufficientemente robusta da impedire il disallineamento. Per migliorare le prestazioni della cinghia, è essenziale aumentare la forza di supporto della struttura di trasmissione. Se aumentare la tensione di installazione non è pratico, aumentare il diametro della puleggia consente alla cinghia di trasmettere carichi maggiori a livelli di tensione inferiori. I valori di tensione di installazione appropriati possono essere ottenuti dal software di progettazione Yonghang, calcolati utilizzando il manuale di progettazione o consultando il team di esperti Yonghang.

Pulegge disallineate: quando la cinghia è in funzione, gli alberi delle pulegge sono angolati l'uno rispetto all'altro, oppure i denti delle pulegge presentano problemi di conicità durante la produzione. Ciò si traduce in una compressione non uniforme tra i denti della cinghia a causa del carico non uniforme applicato alla cinghia. La rottura della cinghia spesso inizia con una cricca alla radice del dente o lungo il lato della cinghia sottoposto alla massima tensione, che si propaga per l'intera larghezza della cinghia fino al distacco dei denti. A causa delle elevate forze di trazione, anche il lato sottoposto a forte compressione può presentare un'usura significativa e la cinghia può sollevarsi o rotolare verso la flangia della puleggia. La Figura 10 illustra una grave usura su un lato della cinghia causata da elevate forze di trazione.

Quando una cinghia scorre su pulegge non parallele con fianchi, si verifica una grave usura su entrambi i lati se la cinghia viene schiacciata tra due fianchi opposti. In questi casi, la cinghia può strapparsi dalla radice dei denti o rompersi lungo entrambi i lati. Questa lacerazione si propaga poi all'intera cinghia, causando la rottura per taglio dei denti.

Quando una cinghia scorre su una puleggia con flange e su un'altra puleggia senza flange, e le pulegge non sono parallele, la cinghia si sposterà parzialmente verso la puleggia senza flange. Questa porzione di cinghia sulla puleggia senza flange sopporterà l'intero carico e potrebbe sviluppare un'area di usura concentrata dopo un certo periodo di funzionamento. La Figura 11 illustra l'usura concentrata su gran parte della superficie del dente, senza usura in altre zone. Possono formarsi crepe alla radice sotto l'area usurata. La perdita di resistenza della cinghia o l'affaticamento della superficie del dente causeranno infine la rottura prematura della cinghia.

Squilibrio o disallineamento delle pulegge: che sia causato da una produzione scadente delle pulegge o da un'usura eccessiva, il guasto prematuro della cinghia è spesso difficile da identificare. Questo è in parte dovuto al fatto che, quando una cinghia si rompe, poche persone ispezionano meticolosamente le pulegge, spesso attribuendo il problema esclusivamente alla cinghia di distribuzione stessa. Quando una cinghia di distribuzione gira su una puleggia con difetti dimensionali, i suoi denti presentano un'usura significativa sui lati, mentre il tessuto laterale della cinghia sviluppa un aspetto lanuginoso, sfilacciato o sfaldato, come mostrato nella Figura 12.

Quando le cinghie dentate (HTD, GT2) funzionano in sistemi di pulegge con diametri eccessivamente piccoli, possono subire ampie spaccature e cedimenti per trazione, come mostrato nella Figura 13. Le cinghie dentate trapezoidali (XL, L, H, T5, T10, T20) presentano in genere crepe alla radice o tagli dei denti, sebbene i cedimenti per trazione siano relativamente rari.

Una tensione eccessiva può causare una maggiore usura della puleggia. Nelle cinghie utilizzate per lunghi periodi, le superfici dei denti o la tela possono talvolta essere completamente consumate, indicando che anche la puleggia si è usurata. Una volta che una cinghia si consuma, il filo interno entra in contatto con la puleggia, causando l'usura della scanalatura circonferenziale esterna della puleggia. Una cresta rialzata sulla cresta dei denti della puleggia è un segno di usura della puleggia, come mostrato nella Figura 14. Attenzione: le superfici abrase sono estremamente affilate. Utilizzare un cacciavite per sentirle per evitare di tagliarsi le mani. In questi casi, la puleggia deve essere sostituita.

L'usura delle pulegge si verifica più rapidamente in atmosfere corrosive. Le pulegge gravemente usurate presentano in genere usura delle scanalature e una riduzione del diametro esterno lavorato. L'usura delle pulegge che porta alla rottura della cinghia è caratterizzata da danni alla base dei denti della cinghia e da deformazioni dimensionali localizzate nell'area dei denti. Le pulegge cromate dure possono prolungare la loro durata in atmosfere corrosive. Inoltre, se una cinghia appena sostituita presenta una durata inferiore rispetto alla precedente, ispezionare attentamente la puleggia per verificare la presenza di usura eccessiva.

Eccentricità della puleggia: quando una cinghia opera all'interno di un sistema di pulegge che presenta un'eccentricità radiale, la tensione della cinghia oscilla periodicamente durante la rotazione della puleggia. Maggiore è l'eccentricità, maggiore è l'aumento della tensione di picco. Questo effetto fa sì che la base del dente appaia schiacciata, come mostrato in Figura 15. Il corpo della cinghia schiacciato può assomigliare a un danno causato da una tensione eccessiva in cinghie che scorrono su pulegge sottodimensionate. Estreme variazioni periodiche di tensione spesso portano alla rottura del bordo del dente o al cedimento per allungamento della cinghia.

Quando si installano pulegge su boccole coniche, o dopo aver rialesato il foro più piccolo della puleggia, si verifica spesso un'eccentricità. Istruzioni dettagliate sulle procedure di installazione standard e su come garantire il corretto accoppiamento tra albero e foro sono fornite nei manuali di progettazione di Yonghang.

Atmosfere corrosive: quando le cinghie operano in ambienti con aria corrosiva, come miscelatori per fonderie, impianti di lavorazione dei minerali di ferro o trasportatori per l'estrazione di fosfati, i fianchi dei denti e l'altezza della base dei denti si usurano, spesso lasciando aree lucide nelle zone interessate. La Figura 16 mostra una cinghia Power Strong GT2 usurata in un ambiente altamente corrosivo. Le pulegge in genere si usurano più rapidamente in aria corrosiva, quindi sia le pulegge che le cinghie devono essere sostituite insieme. Per prolungare la durata di cinghia e puleggia, installare una copertura sigillata pressurizzata con aria pulita per prevenire la contaminazione da particelle di polvere corrosive.

Questo indurimento, combinato con la flessione durante il funzionamento, causa la formazione di crepe lungo il dorso della cinghia. Queste crepe corrono parallele alla direzione dei denti e si verificano frequentemente al centro dei denti, come mostrato in Figura 17. Le forze di taglio sui denti possono anche causare la rottura per trazione della cinghia.

Le strutture delle cinghie in gomma resistenti alle alte temperature sono adatte ad applicazioni che richiedono tali ambienti. Queste cinghie con design specifici ne migliorano la durata utile.

Per verificare se le cinghie speciali resistenti alle alte temperature possono migliorare le prestazioni in applicazioni specifiche, contattare i rappresentanti di vendita di Yonghang.

Degradazione chimica: il cedimento delle cinghie in gomma esposte a solventi organici volatili e ozono è simile a quello osservato in condizioni di alta temperatura. I componenti in gomma si induriscono, causando la formazione di crepe sulla superficie posteriore della cinghia. Tuttavia, la distribuzione delle crepe non è uniforme perché l'indurimento della struttura in gomma si verifica prevalentemente in prossimità della superficie della cinghia. Ciò può causare crepe sia longitudinali che trasversali, con la possibilità di formare un'ampia varietà di forme.

La figura 18 mostra la fusione ad alta temperatura della cinghia di distribuzione GT2 PU.

Ingestione di corpi estranei: quando corpi estranei penetrano tra la puleggia e la cinghia, danneggiano sia i denti della cinghia che i trefoli dell'anima. I trefoli dell'anima in genere si rompono internamente (come mostrato nella Figura 19 ) o si rompono poco dopo a causa di una flessione eccessiva (come mostrato nella Figura 20 ). La rottura parziale dei fili dell'anima riduce significativamente la resistenza alla trazione della cinghia. Ciò comporta anche una notevole riduzione della durata della cinghia. Se una cinghia di distribuzione risulta danneggiata, è necessario sostituirla e ispezionare le pulegge. Anche le pulegge danneggiate devono essere sostituite tempestivamente.

Comprendendo sistematicamente questi modelli di guasto e le loro cause, il tasso di guasto della cinghia di distribuzione può essere ridotto efficacemente, migliorando così l'affidabilità e la durata delle cinghie. Spero che questo possa essere d'aiuto a chi sta attualmente utilizzando la cinghia di distribuzione.

Sono Lucy, l'autrice di questo articolo. Se avete esigenze relative alle cinghie sincrone, non esitate a contattarmi.