Causas da falha da correia de distribuição

Falha na correia de distribuição

O tensionador da correia de distribuição pode ser substituído ao mesmo tempo que a correia, o que é comum. Em alguns motores em que a correia de distribuição aciona a bomba de água, esta também costuma ser substituída. As falhas mais comuns em correias de distribuição são a delaminação e o desfiamento do núcleo de fibras ou o desgaste dos dentes. O desgaste dos dentes deixa uma seção da correia onde a engrenagem de acionamento irá deslizar. A quebra da correia de distribuição, devido à alta resistência das fibras, não é comum. A correia de distribuição pode sofrer desgaste gradual por detritos e sujeira misturados com óleo e graxa, causando falha prematura.

A tensão correta da correia é crucial para a vida útil de uma correia de distribuição. Se a correia estiver muito frouxa, ela chicoteará, e se estiver muito apertada, ela chiará e exercerá pressão excessiva nos rolamentos das engrenagens. Em ambos os casos, a vida útil da correia é drasticamente reduzida. O tensionador da correia também pode falhar, além da própria correia. Outras falhas que podem ocorrer são em diversos rolamentos de engrenagens e polias guia, que podem causar o descarrilamento da correia.

Causas da falha da correia de distribuição

As diversas causas de falha das correias de distribuição incluem:

Falha de desalinhamento

Uma das principais causas de falha na transmissão por correia dentada é o desalinhamento. O desalinhamento é causado por desgaste irregular ou excessivo dos dentes, falha por tração e desalinhamento da correia. Para aumentar a vida útil da sua correia dentada, verifique e alinhe sempre os eixos e as polias de sincronização. Isso evita muitas paradas para manutenção.

Carga excessiva

A sobrecarga é a causa do cisalhamento dos dentes em uma correia dentada. Cargas excessivas ou impactos também podem causar desgaste irregular e excessivo dos dentes, além de ruptura por tração. Para solucionar esse problema, o sistema de transmissão precisa ser redesenhado.

Correia subtensionada

O efeito de catraca, que consiste no salto de dentes, ocorre quando a correia de distribuição está com tensão insuficiente. A tensão insuficiente resulta em desgaste excessivo ou irregular dos dentes e ruído excessivo na transmissão. Para ajustar a tensão correta da correia de distribuição, utilize um medidor de tensão.

Estrutura de acionamento fraca

Se houver vibração excessiva na transmissão ou se as correias de distribuição estiverem muito esticadas, pode haver um problema na estrutura da transmissão. Para solucionar esse problema, tente reforçar a estrutura da transmissão.

Polias danificadas ou desgastadas

A vida útil de uma correia de distribuição é reduzida por polias danificadas ou desgastadas. Se os dentes estiverem gastos, causam desgaste e/ou danos à correia. A correia pode ser cortada por entalhes ou sulcos. É importante inspecionar e substituir as polias que apresentarem sinais de desgaste.

Modos de falha das correias de distribuição

Existem inúmeras causas para as falhas da correia de distribuição, e, por vezes, determinar a falha específica pode ser um desafio. O objetivo deste memorando de aplicação é definir, ilustrar e identificar as falhas mais comuns da correia de distribuição, permitindo-nos implementar medidas preventivas e corretivas adequadas.

Desgaste e Falha Normais das Correias: Após 2 a 3 anos de operação, a falha da correia torna-se normal quando o fio central atinge sua vida útil de fadiga. Após operação prolongada, a falha da correia devido ao fio central atingir sua vida útil de fadiga representa um modo de falha ideal. A Figura 1 mostra um padrão de fratura irregular, serrilhado a 45 graus, típico da falha normal por fadiga no fio central da correia.

Os dentes da correia de distribuição também podem falhar, mas isso não é considerado um modo de falha ideal. Durante a operação prolongada, embora a correia mantenha seu tamanho e forma iniciais, ocorre desgaste dos dentes. As fibras expostas da camada de tecido da correia fazem com que os dentes pareçam ásperos e desfiados, como mostrado na Figura 2. Correias de distribuição que operam por 2 a 3 anos não requerem medidas corretivas adicionais. A vida útil da correia de distribuição varia significativamente dependendo da aplicação e de diversos fatores objetivos. Os fatores que influenciam incluem a potência nominal da transmissão, o ambiente, a tensão de instalação da correia, a compatibilidade entre correia e polia, os padrões de qualidade da polia e até mesmo a forma como a correia é cortada, embalada, transportada e instalada.

Falha por flambagem da correia de distribuição: A falha por flambagem em correias de distribuição geralmente se manifesta como um alinhamento reto das fibras do núcleo ao longo da superfície de fratura, conforme mostrado na Figura 3. Esse modo de falha ocorre quando as fibras do núcleo da correia são dobradas a um diâmetro extremamente pequeno. A curvatura abrupta submete as fibras do núcleo da correia a uma tensão imensa, fazendo com que se dobrem e se danifiquem, reduzindo assim a resistência à tração da correia. A falha por torção da correia é o modo de falha mais comum, geralmente associado à operação inadequada da correia, tensão de instalação insuficiente, diâmetro da polia inadequado e objetos estranhos dentro da polia.

As causas de deformação da correia de distribuição devido à operação incorreta incluem: armazenamento inadequado, embalagem inadequada e manuseio inadequado antes e durante a instalação da correia. Uma correia operando com tensão insuficiente pode continuar pulando dentes até atingir um nível de tensão aceitável — um fenômeno conhecido como autotensionamento.

O tensionamento automático é mais claramente observável na extremidade frouxa da correia de distribuição ou onde os dentes da correia entram na ranhura da polia. Quando o tensionamento automático ocorre, os dentes da correia de distribuição saem da ranhura da polia até que o aumento da tensão na extremidade tensionada force os dentes de volta para a ranhura. Quando a correia é forçada de volta para a ranhura da polia, isso geralmente causa uma curvatura repentina e intensa no ponto de contato entre a correia de distribuição e a polia. Essa curvatura pode danificar os fios do núcleo da correia. Esse tipo de dano aos fios do núcleo é chamado de torção. Se a tensão no lado tensionado for insuficiente para forçar os dentes da correia de volta para a ranhura da polia, a correia pulará dentes, o que também pode resultar em falha por torção ou danos aos dentes da correia de distribuição.

Quando uma correia de distribuição engata em uma polia com diâmetro insuficiente, pode danificar o núcleo da correia ou causar flambagem. Diâmetros de polias e polias guias menores que o mínimo especificado, a presença de polias guias entre a correia e as polias principais, ou mesmo dobrar a correia manualmente em um ângulo acentuado, podem levar à flambagem.

A entrada de objetos estranhos no sistema de transmissão também pode causar torções na correia. Esses objetos criam ângulos agudos entre a correia dentada e a polia, fazendo com que o núcleo se dobre nesse ponto. Forçar a instalação da correia na polia com ferramentas também pode danificá-la. Após danos causados ​​por objetos estranhos ou pelo uso inadequado de ferramentas durante a instalação (como chaves de fenda), a correia pode não falhar imediatamente, mas sua vida útil será reduzida.

Cargas de impacto: Quando as cargas de torque intermitentes ou periódicas exigidas pelo equipamento acionado excedem os níveis normais, essas cargas de impacto ultrapassam a força que a própria correia dentada pode suportar, resultando em cargas de impacto dentro do sistema de transmissão. Isso geralmente acelera a falha da correia dentada. Correias em V convencionais podem mitigar as cargas de impacto por meio de deslizamento momentâneo, mas as correias dentadas devem transmitir todas as cargas.

Cargas de impacto severas podem causar a fratura do núcleo da correia em um padrão irregular e grosseiro, como mostrado na Figura 4. Os dentes da correia podem desenvolver fissuras na raiz e/ou quebrar após cargas de impacto instantâneas na polia. Se a carga de impacto ocorrer apenas uma vez ou se repetir ciclicamente em uma posição fixa na correia, os dentes restantes podem parecer normais. A Figura 5 ilustra como as fissuras na raiz podem se propagar dentro de um dente. Fissuras que se originam na raiz podem, às vezes, se estender até a ponta do dente. Quando fissuras excessivas se acumulam, o dente pode se romper, deixando apenas uma parte intacta.

As cargas de impacto geradas pelos equipamentos acionados podem ser inerentes à operação do sistema de transmissão ou podem surgir de condições severas ocasionais, como bloqueios. Se as cargas de impacto no sistema de transmissão forem inevitáveis, a resistência do núcleo da correia dentada deve ser reforçada, ou a operação intermitente pode ser obtida substituindo a correia dentada por uma correia em V.

Tensão excessiva na instalação da correia: A tensão excessiva na correia de distribuição pode causar o cisalhamento ou a fratura dos dentes. Muitas correias com tensão excessiva apresentam sinais claros de desgaste na superfície dos dentes. A Figura 6 mostra um exemplo de área de superfície comprimida e fissuras na raiz de uma correia de distribuição. As fissuras na raiz dos dentes geralmente se propagam através do núcleo para fissuras adjacentes, fazendo com que os dentes da correia se desprendam gradualmente. A Figura 7 mostra marcas de desgaste em uma polia grande causadas por uma correia submetida a tensão excessiva. A pressão excessiva na superfície da correia leva a um desgaste generalizado, expondo, em última instância, o núcleo da correia. Para evitar esses problemas de desgaste, a tensão de instalação da correia deve ser ajustada com precisão.

Tensão insuficiente durante a instalação da correia de distribuição: A tensão insuficiente durante a instalação em sistemas de transmissão sob cargas moderadas a altas também pode levar à falha prematura da correia. Normalmente, a falha da correia causada por tensão insuficiente se manifesta como o salto dos dentes. O salto dos dentes ocorre quando os dentes da correia saem de seus respectivos sulcos na polia, fazendo com que suas raízes percam a capacidade de suportar carga. A carga contínua da transmissão atua nas laterais da correia, dobrando os dentes e fazendo com que saltem. À medida que os dentes giram, a borracha se rompe a partir da raiz ao longo do núcleo. Conforme o rasgo da borracha se propaga, os dentes da correia começam a se desprender da correia em tiras, como mostrado na Figura 8. A falha devido ao salto excessivo dos dentes pode parecer semelhante à adesão insuficiente entre a borracha e o núcleo. No entanto, ao contrário da falha por salto dos dentes, a falha causada por adesão insuficiente normalmente deixa os núcleos expostos dentro da correia organizados e intactos.

Quando os dentes da correia saem da ranhura da polia e se autotensionam, a correia de distribuição fica propensa a pular dentes antes que ocorra o rompimento da borracha e o desprendimento dos dentes. Os danos ao núcleo da correia causados ​​pelo salto de dentes frequentemente levam à falha prematura da correia. O padrão de danos se assemelha tanto a rupturas limpas por flexão quanto a fraturas irregulares e angulares causadas por impactos. Se a correia não pular dentes e continuar funcionando durante o autotensionamento, ocorre desgaste excessivo dos dentes com frequência. Esse tipo de desgaste, denominado desgaste em gancho, resulta do desalinhamento entre os dentes da correia e as polias, como mostrado na Figura 9. O desgaste em gancho decorre de tensão de instalação insuficiente e sistemas de transmissão instáveis ​​que sofrem variações na distância entre centros sob condições de baixa tensão.

Aumentar a tensão de instalação de uma correia geralmente pode prevenir o desalinhamento prematuro dos dentes e o desgaste em forma de gancho. Se, mesmo aumentando a tensão de instalação, a falha da correia não for evitada, isso pode indicar que a estrutura do sistema de transmissão não é robusta o suficiente para impedir o desalinhamento. Para melhorar o desempenho da correia, é essencial aumentar a força de suporte da estrutura de transmissão. Se aumentar a tensão de instalação for inviável, aumentar o diâmetro da polia permite que a correia transmita cargas maiores com níveis de tensão mais baixos. Os valores adequados de tensão de instalação podem ser obtidos no software de projeto da Yonghang, calculados usando o manual de projeto ou consultando a equipe de especialistas da Yonghang.

Polias desalinhadas: Quando a correia está em operação, os eixos das polias ficam angulados entre si, ou os dentes das polias apresentam problemas de conicidade durante a fabricação. Isso resulta em compressão desigual entre os dentes da correia devido à carga não uniforme aplicada. A falha da correia geralmente se inicia como uma trinca na raiz do dente ou ao longo da lateral da correia submetida à tensão máxima, propagando-se por toda a largura da correia até que os dentes se rompam. Devido às altas forças de tração, o lado que sofre compressão severa também pode apresentar desgaste significativo, e a correia pode subir ou rolar em direção ao flange da polia. A Figura 10 ilustra o desgaste severo em um lado da correia causado por altas forças de tração.

Quando uma correia passa por polias não paralelas com paredes laterais, ocorre desgaste severo em ambos os lados se a correia for comprimida entre duas paredes laterais opostas. Nesses casos, a correia pode romper na base dos dentes ou rachar em ambos os lados. Esse rompimento acaba se propagando por toda a correia, levando à falha por cisalhamento dos dentes.

Quando uma correia passa por uma polia com flanges e outra sem flanges, e as polias não são paralelas, a correia desloca-se parcialmente para a polia sem flanges. Essa porção da correia na polia sem flanges suporta toda a carga e pode desenvolver uma área de desgaste concentrado após algum tempo de funcionamento. A Figura 11 ilustra o desgaste concentrado na maior parte da superfície do dente, sem desgaste em outras áreas. Podem formar-se fissuras na raiz da correia sob a área desgastada. A falha na resistência da correia ou a fadiga da superfície do dente acabarão por causar a falha prematura da correia.

Desequilíbrio ou incompatibilidade das polias: Seja causada por fabricação inadequada das polias ou desgaste excessivo, a falha prematura da correia é frequentemente difícil de identificar. Isso ocorre em parte porque, quando uma correia falha, poucas pessoas inspecionam meticulosamente as polias, muitas vezes atribuindo o problema exclusivamente à própria correia de distribuição. Quando uma correia de distribuição funciona em uma polia com dimensões incorretas, seus dentes apresentam desgaste significativo nas laterais, enquanto o tecido lateral da correia desenvolve uma aparência felpuda, desfiada ou descamada, como mostrado na Figura 12.

Quando correias dentadas (HTD, GT2) operam em sistemas de polias com diâmetros excessivamente pequenos, podem sofrer fissuras extensas e falhas por tração, como mostrado na Figura 13. Correias com dentes trapezoidais (XL, L, H, T5, T10, T20) tipicamente apresentam fissuras na raiz ou cisalhamento dos dentes, embora a falha por tração seja relativamente incomum.

A tensão excessiva pode causar desgaste acelerado da polia. Em correias que operam há longos períodos, a superfície dos dentes ou a lona podem, por vezes, estar completamente desgastadas, indicando que também ocorreu desgaste da polia. Quando uma correia se desgasta, o fio central entra em contato com a polia, causando desgaste na ranhura circunferencial externa da polia. Uma saliência na crista do dente da polia é um sinal de desgaste, como mostrado na Figura 14. Cuidado: as superfícies desgastadas são extremamente afiadas. Use uma chave de fenda para senti-las e evitar cortes nas mãos. Nesses casos, a polia deve ser substituída.

O desgaste das polias ocorre mais rapidamente em atmosferas corrosivas. Polias severamente desgastadas geralmente apresentam desgaste por sulcos e redução no diâmetro externo usinado. O desgaste da polia que leva à ruptura da correia é caracterizado por danos polidos na base do dente da correia e deformação dimensional localizada na área do dente. Polias cromadas podem ter sua vida útil prolongada em atmosferas corrosivas. Além disso, se uma correia recém-substituída apresentar vida útil menor que a anterior, inspecione cuidadosamente a polia em busca de desgaste excessivo.

Desvio radial: Quando uma correia opera em um sistema de polias com desvio radial, a tensão da correia flutua periodicamente conforme a polia gira. Quanto maior o desvio, maior o pico de tensão. Esse efeito faz com que a base do dente pareça amassada, como mostrado na Figura 15. O corpo da correia amassado pode se assemelhar a danos causados ​​por tensão excessiva em correias que operam em polias subdimensionadas. Variações extremas de tensão periódica frequentemente levam ao rasgo da borda do dente ou à falha por alongamento da correia.

Ao instalar polias em buchas cônicas ou após a retificação do furo da polia de menor diâmetro, é comum ocorrer desalinhamento. Instruções detalhadas sobre os procedimentos de instalação padrão e para garantir o encaixe correto entre o eixo e o furo são fornecidas nos manuais de projeto relevantes da Yonghang.

Atmosferas Corrosivas: Quando as correias operam em ambientes com ar corrosivo — como misturadores de fundição, equipamentos de processamento de minério de ferro ou transportadores de mineração de fosfato — os flancos dos dentes e a altura da base dos dentes sofrem desgaste, frequentemente deixando áreas polidas nas zonas afetadas. A Figura 16 mostra uma correia Power Strong GT2 desgastada em um ambiente altamente corrosivo. As polias normalmente se desgastam mais rapidamente em ar corrosivo, portanto, tanto as polias quanto as correias devem ser substituídas juntas. Para prolongar a vida útil da correia e da polia, instale uma cobertura selada pressurizada com ar limpo para evitar a contaminação por partículas de poeira corrosiva.

Esse endurecimento, combinado com a flexão durante a operação, causa fissuras ao longo do dorso da correia. Essas fissuras são paralelas à direção dos dentes e ocorrem frequentemente no centro dos dentes, como mostrado na Figura 17. As forças de cisalhamento nos dentes também podem levar à ruptura por tração da correia.

As correias de borracha resistentes a altas temperaturas são adequadas para aplicações que exigem tais condições ambientais. Esses designs especializados de correias aumentam a vida útil.

Para determinar se correias especializadas resistentes a altas temperaturas podem melhorar o desempenho em aplicações específicas, entre em contato com os representantes de vendas da Yonghang.

Degradação química: A falha de correias de borracha expostas a solventes orgânicos voláteis e ozônio assemelha-se à observada em condições de alta temperatura. Os componentes da borracha endurecem, levando ao aparecimento de fissuras na superfície posterior da correia. No entanto, os padrões de fissuração são inconsistentes, pois o endurecimento da estrutura da borracha ocorre predominantemente próximo à superfície da correia. Isso pode resultar em fissuras longitudinais e transversais, formando potencialmente uma grande variedade de formatos.

A Figura 18 mostra a fusão em alta temperatura da correia de distribuição GT2 PU.

Ingestão de Corpos Estranhos: Quando objetos estranhos entram entre a polia e a correia, causam danos tanto aos dentes da correia quanto aos fios do núcleo. Os fios do núcleo geralmente se rompem internamente (como mostrado na Figura 19 ) ou falham logo em seguida devido à flexão excessiva (como mostrado na Figura 20 ). A ruptura parcial dos fios do núcleo reduz significativamente a resistência à tração da correia. Isso também leva a uma diminuição acentuada da vida útil da correia. Se uma correia de distribuição for encontrada danificada, ela deve ser substituída e as polias devem ser inspecionadas. Quaisquer polias danificadas também devem ser substituídas imediatamente.

Ao compreender sistematicamente esses padrões de falha e suas causas, a taxa de falhas da correia de distribuição pode ser efetivamente reduzida, aumentando assim a confiabilidade e a vida útil das correias. Espero que isso possa ser útil para você que esteja usando correias de distribuição.

Sou Lucy, autora deste artigo. Caso tenha alguma necessidade relacionada a correias sincronizadoras, entre em contato comigo.