Wear assessment of bushing chain pinned joints featured by different case hardening

Timing systems of internal combustion engines for automotive application, in particular bushing chains, are critical components whose performance depends strongly on the single joint contact conditions, on the external factors and mostly on the wear resistance of the two mating materials. The present study focuses on assessing the wear of the chain joint, since it produces a large modification of the pin and bush contacting surfaces, causing an excessive chain elongation and, as a consequence, sudden engine destruction. The investigated damage mode is properly the sliding wear. The preliminary goal of this work is to characterize the chain joint in every respect and, with particular reference to the well-known Archard theory, to compare the wear behaviour of the different case hardened steels involved in the sliding contact. The main purpose of this work is the experimental determination of the key parameters of the Archard model applied onto the pin/bush tribological system along with the development of a model and a new methodology for the prediction of the wear response of the single chain joint in different operating conditions. The pragmatic sense of this research is the creation of a tool able to substitute physical tests on chains and reduce time and costs.

I sistemi di distribuzione a catena di motori a combustione interna in campo automotive, in particolare le catene a bussola, sono componenti critici le cui performance dipendono fortemente dalle condizioni di contatto dei giunti, dai fattori esterni e, maggiormente, dalla resistenza all’usura dei materiali antagonisti. Il presente studio è incentrato sulla valutazione dell’usura sul singolo giunto della catena, in quanto essa determina un’accentuata modificazione delle superfici in contatto di perno e bussola, causando un allungamento eccessivo della catena e, di conseguenza, l’improvvisa distruzione del motore. Il tipo di danneggiamento superficiale in questione è propriamente detto usura da strisciamento. L’obiettivo preliminare di questo lavoro è quello di caratterizzare il giunto della catena sotto ogni aspetto e, con riferimento particolare alla risaputa teoria di Archard, di confrontare il comportamento a usura dei diversi tipi di acciai trattati termicamente coinvolti nel contatto. Gli scopi principali di questo lavoro sono la determinazione sperimentale dei parametri fondamentali del modello di Archard applicato al sistema tribologico perno/bussola e lo sviluppo di un modello e di una nuova metodologia, atti a prevedere il comportamento a usura del singolo giunto in differenti applicazioni. Il fine pratico di tutto ciò è la creazione di uno strumento che sia in grado di sostituire i test di usura sulle catene e di ridurre tempi e costi.