Una cinghia di trasmissione e una cinghia di distribuzione si trovano a pochi centimetri di distanza sotto il cofano, ma sono progettate per carichi completamente diversi, costruite con pile di materiali diversi e si guastano in modi completamente diversi. Questa pagina illustra la scienza dei materiali, il comportamento all'usura e l'economia di sostituzione di entrambi i componenti, utilizzando gli standard di progettazione a cui si fa riferimento durante la produzione e l'approvvigionamento dei materiali.
A cinghia di trasmissione la cintura montata esternamente è visibile quando il cofano è aperto. Avvolge la puleggia dell'albero motore e una serie di pulegge accessorie, trasmettendo la forza di rotazione all'alternatore, alla pompa del servosterzo, al compressore dell'aria condizionata e, in molti layout, anche alla pompa dell'acqua. La superficie di contatto è un profilo nervato che fa presa attraverso l'attrito anziché l'interblocco meccanico, motivo per cui la formulazione della mescola, la profondità della nervatura e l'allineamento della puleggia influenzano tutti il tempo in cui la cinghia mantiene la tensione prima che la vetratura si instauri.
La cinghia di distribuzione occupa una posizione completamente diversa nell'architettura del motore. Si trova dietro una copertura protettiva, fuori dalla vista durante un'ispezione di routine, e il suo compito è quello di mantenere l'albero motore e l'albero a camme in rotazione in un rapporto fisso, in genere due rotazioni dell'albero motore per ogni rotazione dell'albero a camme su un motore a quattro tempi. Invece di fare presa per attrito, una cinghia di distribuzione utilizza un profilo dentato che ingrana direttamente con i denti degli ingranaggi sull'albero motore e sui pignoni dell'albero a camme, che è ciò che le consente di mantenere la fasatura esatta delle valvole per decine di migliaia di chilometri senza scivolare.
Il confronto tra le prestazioni della cinghia di trasmissione e della cinghia di distribuzione inizia con il tipo di carico. Una cinghia di trasmissione è sottoposta a un carico di attrito continuo e moderato distribuito su diverse pulegge accessorie e la direzione del carico raramente si inverte. Una cinghia di distribuzione subisce un'inversione ciclica della coppia ogni volta che una molla della valvola si comprime e si rilascia, il che sottopone a ripetute sollecitazioni di flessione e fatica i cavi di tensione che attraversano il corpo della cinghia. Questo è il motivo per cui i cordoni di rinforzo della cinghia di distribuzione sono specificati innanzitutto per la resistenza alla fatica e poi per la resistenza alla trazione, mentre il rinforzo della cinghia di trasmissione è specificato principalmente per la stabilità delle nervature in caso di contatto di attrito prolungato.
Anche le dimensioni differiscono. La larghezza della cinghia di trasmissione e il numero di nervature sono abbinati alla potenza combinata degli accessori che aziona, quindi un veicolo con un compressore dell'aria condizionata più grande o un alternatore di potenza superiore in genere specifica una cinghia più larga. La larghezza della cinghia di distribuzione e il passo dei denti sono adattati alla coppia richiesta per ruotare l'albero a camme contro la resistenza della molla della valvola in ogni punto della gamma di giri, compreso l'avviamento a freddo, dove l'olio è più denso e la resistenza è massima.
La cinghia di trasmissione è uguale alla cinghia di distribuzione? No. Una è una cinghia accessoria con trasmissione a frizione montata all'esterno del motore. L'altra è una cinghia di sincronizzazione a maglia positiva montata all'interno del coperchio della distribuzione. Condividono una categoria materiale, non una funzione.
Questa distinzione è particolarmente importante quando si verifica un errore. Se una cinghia di trasmissione si guasta, l'alternatore smette di caricarsi, la pompa del servosterzo smette di fornire assistenza e il compressore dell'aria condizionata smette di funzionare, ma il motore stesso in genere continua a funzionare, almeno abbastanza a lungo da raggiungere un punto di arresto sicuro. Se una cinghia di distribuzione si guasta, la rotazione dell'albero a camme si arresta immediatamente. Nelle configurazioni del motore in cui il percorso del pistone e il percorso della valvola si sovrappongono, noti come motori a interferenza, un albero a camme in stallo combinato con un albero a gomiti ancora in rotazione crea un rischio di collisione fisica diretta tra valvole e pistoni in una frazione di secondo.
Le cinghie di livello produttivo sono costruite secondo tolleranze dei materiali definite anziché formulazioni di gomma per uso generale. La tabella seguente elenca le differenze delle specifiche a cui si fa riferimento più frequentemente durante la convalida del progetto, la selezione del composto e la revisione della tolleranza dimensionale.
| Specifica | Cinghia di trasmissione | Cinghia di distribuzione |
| Materiale principale | Mescola di gomma EPDM, rinforzo in nervatura di poliestere | Trefoli in mescola di cloroprene o HNBR, aramide o fibra di vetro |
| Metodo di guida | Contatto frizionato, profilo nervato | Maglia positiva, profilo dentato |
| Carica modello | Frequenza di inversione continua e bassa | Ciclico, alta frequenza di inversione |
| Intervallo di temperatura operativa | Da -40°C a 120°C | Da -40°C a 150°C |
| Resistenza alla trazione tipica | Moderato, dimensionato per il carico degli accessori | Alto, dimensionato per l'inversione della coppia della distribuzione |
| Posizione | Esterno visibile in fase di ispezione | Interno, dietro al coperchio della distribuzione |
| Intervallo di sostituzione standard | 60.000-100.000 chilometri | 80.000–160.000 km, a seconda del modello |
| Modalità di fallimento | Vetrificazione, fessurazione, separazione delle nervature | Taglio del dente, affaticamento del cordone, frattura improvvisa |
| Avviso pre-guasto | Crepe visibili, stridii, vetrificazioni | Spesso minimo o assente |
Il degrado della cinghia di distribuzione non presenta un singolo sintomo visibile come fanno molti altri componenti. Invece, l’usura si accumula simultaneamente su diversi meccanismi indipendenti, ed è difficile prevedere dall’esterno il punto in cui questi meccanismi si combinano in una frattura. Le fasi seguenti descrivono la tipica progressione interna, non una lista di controllo che un conducente può controllare direttamente, poiché la cinghia stessa rimane nascosta dietro la copertura della distribuzione per tutta la sua vita utile.
Il calore prolungato sotto il cofano riduce gradualmente l'elasticità della mescola di gomma che circonda le corde di rinforzo. Un composto indurito resiste alla flessione attorno all'albero motore e ai pignoni dell'albero a camme, concentrando lo stress alla base di ciascun dente.
Cicli ripetuti di meshing introducono sottili fessurazioni alla base dei singoli denti. Ciascuna fessura è di per sé microscopica, ma l'effetto cumulativo riduce la resistenza al taglio del profilo del dente nelle rotazioni successive.
Le corde di rinforzo che corrono lungo la cinghia assorbono l'inversione di coppia generata dal carico della molla della valvola. La fatica si accumula sotto forma di microfratture all'interno dei singoli filamenti di fibra, riducendo gradualmente l'effettiva capacità di trazione della corda.
Quando la cinghia perde elasticità, il gruppo tenditore compensa regolando la molla o la pressione idraulica. Una volta che il tenditore raggiunge il limite del suo campo di regolazione, il gioco della cinghia aumenta e l'innesto dei denti diventa meno preciso.
Una volta che i danni accumulati ai denti e alle corde superano il margine strutturale rimanente della cinghia, il guasto si verifica in genere in modo improvviso anziché progressivo, spesso senza un intervallo di preavviso distinto immediatamente prima.
Non esiste un valore di chilometraggio fisso applicabile in modo uniforme a tutti i motori, poiché i cinque meccanismi di usura sopra descritti progrediscono a velocità diverse a seconda della temperatura operativa, del ciclo di lavoro, delle condizioni dell'olio e della cronologia di manutenzione precedente. Due veicoli dello stesso modello, guidati per la stessa distanza, possono arrivare a punti molto diversi nella curva di usura se uno ha trascorso più tempo nel ciclo termico stop-and-go e l’altro nel funzionamento regolare in autostrada.
Ciò che si può affermare con sicurezza è la direzione del rischio. Una volta a cinghia di distribuzione viene confermato essere pari o superiore al suo intervallo nominale, ogni rotazione aggiuntiva si aggiunge all'affaticamento accumulato di denti e corde senza alcuna corrispondente riduzione del carico. La posizione ingegneristica sicura è quella di considerare l'intervallo specificato dal produttore come il limite esterno di un funzionamento affidabile, non come un obiettivo debole che può essere esteso in base al suono o alle sensazioni attuali del veicolo.
L'indurimento del composto, la microfessurazione dei denti, l'affaticamento della corda e la deriva del tenditore progrediscono in modo indipendente. Una cinghia può apparire visivamente intatta dall'esterno della copertura della distribuzione mentre presenta già un significativo affaticamento interno nella struttura della corda, che è il motivo principale per cui la sostituzione basata sul chilometraggio supera la sostituzione basata sui sintomi per questo componente specifico.
Non è consigliabile continuare il funzionamento quando sono presenti indicatori di usura o quando la cinghia ha raggiunto l'intervallo nominale. A differenza di una cinghia di trasmissione, che in genere mostra crepe visibili, vetri o uno stridio udibile prima di rompersi, una rottura della cinghia di distribuzione si verifica spesso con pochissimi segnali esterni, poiché la cinghia stessa non è visibile durante il normale utilizzo e la fatica interna accumulata non produce in modo affidabile un rumore o una vibrazione in anticipo.
Una frattura alla velocità operativa interrompe istantaneamente la trasmissione dell'albero a camme. In una disposizione del motore con interferenza, ciò crea un rischio immediato di contatto tra valvole e pistoni, poiché la rotazione dell'albero motore continua brevemente sotto slancio mentre la rotazione dell'albero a camme si arresta. La linea di condotta più sicura, una volta che si sospetta che una cinghia di distribuzione sia vicina o abbia superato l'intervallo di manutenzione, è organizzare l'ispezione o la sostituzione prima di proseguire la guida piuttosto che dopo la comparsa di un sintomo.
Dal punto di vista del controllo dei costi, la sostituzione programmata regge il confronto favorevolmente con la sostituzione guidata dal guasto in quasi tutti i casi. Il confronto seguente delinea ciò che tipicamente comporta ciascun percorso, in base ai componenti interessati in ciascuno scenario.
Il tenditore, le pulegge tendicinghia e, in molti layout, la pompa dell'acqua condividono lo stesso ciclo di lavoro della cinghia di distribuzione stessa, motivo per cui la loro sostituzione insieme durante un intervallo programmato evita un secondo smontaggio della stessa area poco tempo dopo. Questo approccio in bundle è una pratica standard nei programmi di assistenza della maggior parte dei produttori proprio perché la manodopera richiesta per accedere alla cinghia di distribuzione è in gran parte la stessa manodopera richiesta per accedere ai componenti circostanti.
Le prestazioni costanti del nastro sul campo dipendono dal controllo del processo durante la produzione, non solo dalle specifiche della materia prima. Le fasi seguenti delineano la sequenza tipicamente seguita dalla preparazione del composto fino al controllo dimensionale finale.
I lotti di mescola di gomma vengono testati per verificarne la durezza, l'allungamento e la resistenza all'invecchiamento termico prima di essere approvati per lo stampaggio, poiché la variazione in questa fase si estende all'intero ciclo di produzione.
Le corde di rinforzo vengono stese e tensionate secondo una specifica controllata durante lo stampaggio, poiché una tensione irregolare delle corde crea punti deboli localizzati che emergono come rottura prematura per fatica più avanti durante il servizio.
Il passo e la profondità dei denti sono modellati secondo una stretta tolleranza dimensionale, poiché anche una deviazione minima del passo si accumula in una deriva misurabile della fasatura dell'albero a camme durante l'intervallo di manutenzione della cinghia.
Le cinghie finite vengono misurate in termini di lunghezza, larghezza e uniformità del passo dei denti, confermando che la tensione installata rimarrà entro le specifiche per l'intero intervallo nominale una volta montate.
I nastri campione di ciascun lotto vengono sottoposti a un processo di fatica flessibile accelerato e cicli di carico per verificare che la combinazione di composto e corda soddisfi l'intervallo di servizio nominale prima che il lotto venga rilasciato.
La stretta tolleranza del passo mantiene la fasatura dell'albero a camme entro le specifiche per l'intero intervallo nominale, prevenendo una deriva graduale della fasatura delle valvole.
Le corde di rinforzo sono selezionate per la resistenza alla fatica da flessione ripetuta, poiché una cinghia di distribuzione si flette attorno a più pulegge milioni di volte prima di raggiungere l'intervallo nominale.
Sia le mescole della cinghia di trasmissione che quelle della cinghia di distribuzione sono formulate per resistere all'indurimento sotto calore prolungato, riducendo la probabilità di rotture improvvise.
Le tolleranze di lunghezza e larghezza sono controllate in modo che la tensione installata rimanga entro le specifiche per l'intero intervallo, riducendo l'usura prematura del tenditore.
Che cos'è una cinghia di trasmissione e una cinghia di distribuzione, In Practical Terms
Una cinghia di trasmissione è la cinghia esterna visibile che alimenta gli accessori come l'alternatore e il compressore del climatizzatore. Una cinghia di distribuzione è la cinghia interna a profilo dentato nascosta dietro il coperchio della distribuzione che mantiene l'albero motore e l'albero a camme in rotazione nell'esatto rapporto richiesto dal design del motore.
Cinghia di trasmissione o cinghia di distribuzione: quale guasto più prevedibile
Una cinghia di trasmissione generalmente fornisce un avvertimento visibile attraverso crepe, vetri o stridii prima del guasto. La posizione interna di una cinghia di distribuzione fa sì che spesso fornisca pochi o nessun avvertimento esterno, motivo per cui la sua sostituzione si basa sul chilometraggio piuttosto che sui sintomi osservati.
La cinghia di trasmissione è uguale alla cinghia di distribuzione
No. Differiscono per posizione, metodo di azionamento, modello di carico e conseguenza del guasto. Una cinghia di trasmissione utilizza il contatto di attrito per l'alimentazione degli accessori. Una cinghia di distribuzione utilizza un contatto dentato a maglia positiva per la sincronizzazione dell'albero a camme.
Vale la pena sostituire la cinghia di distribuzione prima che compaia un sintomo
Sì, basandosi solo sul confronto dei costi. La sostituzione programmata è limitata al gruppo cinghia, tenditore e tenditore. La sostituzione dovuta a guasti, in particolare su un motore con interferenze, può estendersi a valvole, pistoni e, nei casi più gravi, alla ricostruzione completa della testata.
Sia che si confrontino le specifiche della cinghia di trasmissione tra piattaforme di motori o si valuti la tempistica di sostituzione della cinghia di distribuzione, la corrispondenza del componente con il profilo nominale dei denti, il composto del materiale e le specifiche di tensione determina se funzionerà secondo l'intervallo previsto completo anziché raggiungere il guasto prima del previsto in condizioni operative normali.
