Niewielkie odchylenia w napięciu, osiowości lub stanie kół zmieniają rozkład nacisku i temperaturę pracy pasów klinowych. Materiał pasa nie zużywa się wtedy równomiernie, pojawiają się lokalne strefy przeciążenia, starcie boków oraz utrata sprężystości rdzenia. Przedwczesne zużycie, które obserwują użytkownicy, najczęściej nie wynika z pojedynczej przyczyny. Zwykle jest to suma zjawisk, w efekcie których pas traci zdolność przenoszenia obciążenia wcześniej, niż wynikałoby to z danych katalogowych.

Charakterystyka pasa klinowego: elementy podatne na zużycie 

Pasy klinowe mają budowę warstwową, w której każda strefa przekroju pracuje pod innym typem naprężenia. Zewnętrzna warstwa elastomerowa odpowiada za kontakt z kołem i odporność na ścieranie, rdzeń przenosi siłę rozciągającą, a strefy boczne generują tarcie niezbędne do transmisji momentu. Zużycie nie przebiega więc jednorodnie: najczęściej zaczyna się od boków profilu lub od zmęczenia warstwy nośnej. W trakcie pracy pasy podlegają jednocześnie rozciąganiu, cyklicznemu zginaniu oraz naciskowi bocznemu. Każdy obrót powoduje zmianę kształtu przekroju na wejściu i zejściu z koła. Przy małych średnicach kół oraz wysokiej prędkości obwodowej liczba cykli zgięciowych rośnie gwałtownie, co przyspiesza mikropęknięcia w strukturze materiału i utratę elastyczności.

Najbardziej podatne na zniszczenia są:

• boczne powierzchnie robocze – narażone na ścieranie i przegrzewanie
• strefa rdzenia – poddawana stałemu naprężeniu rozciągającemu
• warstwa zewnętrzna – reagująca na temperaturę, olej i zanieczyszczenia
• krawędzie profilu – wrażliwe na niewspółosiowość kół

Ten rozkład obciążeń tłumaczy, dlaczego typ uszkodzenia często wskazuje bezpośrednio na przyczynę problemu w układzie napędowym.

Błędy montażowe jako przyczyna zużycia pasów klinowych

W praktyce serwisowej pasy klinowe bardzo często ulegają przyspieszonej degradacji nie z powodu materiału, lecz z powodu sposobu montażu. Dwa czynniki powtarzają się najczęściej: niewłaściwe napięcie oraz błędna geometria ustawienia kół. Oba prowadzą do zaburzenia rozkładu nacisku w rowku i do pracy pasa poza przewidzianą strefą.

Nieprawidłowe napięcie pasa klinowego

Zbyt duże napięcie, z jakim pracują pasy, zwiększa siły działające na łożyska i wały. Rdzeń pasa pozostaje wtedy w stanie podwyższonego naprężenia nawet bez obciążenia roboczego. Skutkiem jest szybsze zmęczenie warstwy nośnej oraz podwyższona temperatura pracy całego układu. Pojawia się też nadmierne wciskanie pasa w rowek, co zmienia geometrię styku. Z kolei zbyt małe napięcie powoduje poślizg przy rozruchu i pod obciążeniem. Pasy klinowe zaczynają pracować ślizgowo zamiast ciernie, co prowadzi do nagrzewania boków profilu i utwardzenia powierzchni roboczej. W takich warunkach dochodzi do szkliwienia oraz starcia ścian bocznych. Długotrwała praca przy błędnym napięciu prowadzi także do deformacji przekroju. Profil ulega spłaszczeniu, a strefy boczne tracą właściwy kąt przylegania. Powstają mikro odkształcenia, które pogarszają rozkład nacisku i przyspieszają zużycie.

Nieprawidłowa geometria układu pasów klinowych

Niewspółosiowość kół sprawia, że pasy klinowe nie wchodzą w rowek symetrycznie. Jedna strona profilu przenosi większy nacisk niż druga. Prowadzi to do jednostronnego ścierania i lokalnego przegrzewania materiału. Objawem bywa ukośny ślad zużycia na boku pasa. Nierówny rozstaw osi lub przekoszenie zespołu napędowego powoduje powstawanie bocznych składowych siły. Pas jest wtedy „ściągany” na jedną stronę rowka, zamiast pracować osiowo. 

Warunki pracy i ich wpływ na tempo zużycia pasów klinowych

Tempo degradacji pasów klinowych zależy nie tylko od montażu, ale również od charakteru obciążenia i prędkości pracy. Parametry ruchowe decydują o liczbie cykli odkształcenia, poziomie tarcia oraz temperaturze w strefie styku. W napędach o zmiennym obciążeniu zużycie postępuje szybciej niż w układach o przebiegu równomiernym.

Obciążenia dynamiczne pasów klinowych

Częste cykle start–stop powodują powtarzalne skoki naprężenia. W chwili rozruchu pojawia się najwyższa siła obwodowa, większa niż podczas biegu ustalonego. Jeśli rozruch odbywa się pod obciążeniem, warstwy boczne i rdzeń podlegają gwałtownemu dociążeniu, co sprzyja mikropęknięciom i przyspieszonemu starciu. Krótkotrwałe udary i przeciążenia działają podobnie: lokalnie zwiększają nacisk w rowku koła. Materiał ulega wtedy punktowemu przegrzaniu i odkształceniu. 

Wysokie prędkości obwodowe pasów klinowych

Przy dużej prędkości liniowej rośnie liczba cykli zgięcia oraz energia tarcia. Pasy klinowe pracują w wyższej temperaturze, co zmienia właściwości mieszanki elastomerowej. Warstwa cierna twardnieje i traci podatność, a zużycie boków przyspiesza. W takich warunkach obserwuje się także nierównomierne ścieranie profilu, określane jako schodkowe zużycie powierzchni. Wynika ono z mikropoślizgu oraz drgań skrętnych w napędzie.

Materiał i jakość wykonania pasa klinowego

Nie wszystkie pasy klinowe wykazują taką samą odporność na obciążenia i temperaturę. O trwałości decyduje skład mieszanki, typ warstwy nośnej oraz dokładność wykonania przekroju. Różnice technologiczne przekładają się na tempo starcia boków, stabilność długości oraz odporność na cykliczne zginanie.

Właściwości materiałowe pasów klinowych

Różne mieszanki gumowe i elastomerowe stosowane w pasach mają odmienną odporność na temperaturę, ścieranie i zmęczenie. Materiały o słabszej stabilności cieplnej szybciej twardnieją i tracą elastyczność, co zwiększa skłonność do pęknięć powierzchniowych. Warstwa wzmacniająca, najczęściej w formie kordu tekstylnego lub syntetycznego, również występuje w wielu wariantach wytrzymałościowych. Jej parametry wpływają na wydłużenie robocze i zachowanie pasa pod obciążeniem zmiennym. Przy częstych cyklach rozruchowych pasy klinowe o słabszym kordzie szybciej tracą stabilność wymiaru. Odporność na starzenie materiałowe decyduje o tym, jak pas reaguje na czas, temperaturę i powtarzalne obciążenia. Starzenie prowadzi do utraty sprężystości i spadku przyczepności boków roboczych.

Wpływ jakości produkcji i tolerancji pasów klinowych

Pasy wykonane z dużym odchyleniem wymiarowym nie układają się równomiernie w rowkach kół. Powoduje to nierówny rozkład nacisku oraz różnice w przenoszonym obciążeniu, szczególnie przy pracy w zestawach wielopasowych.

 

Przedwczesna degradacja, którą wykazują pasy klinowe, nie jest zjawiskiem losowym. W większości przypadków można ją powiązać z konkretnymi warunkami pracy lub uchybieniami montażowymi. Analiza sposobu zużycia pozwala odczytać, co w układzie napędowym działa poza założonym zakresem. Zamiast traktować pas jako element szybko zużywalny, warto traktować go jako wskaźnik stanu napędu. Sposób, w jaki zużywają się pasy, jest często pierwszym sygnałem, że regulacji wymaga nie sam pas, lecz cały układ.