Andremo ad esplorare le diverse scelte applicative delle cinghie di trasmissione, le caratteristiche, le funzioni e una loro guida al dimensionamento. Molte sono le tipologie di cinghie impiegate per la trasmissione di potenza. Possono essere piatte, tonde, poly-v, trapezoidali, scanalate, dentate o sincrone. Vedremo esempi pratici, applicativi ed esperienze sul dimensionamento delle cinghie.
Le cinghie rappresentano la soluzione più economica per la trasmissione della potenza fra due alberi che presentano un disallineamento assiale. Ma come avviene questa trasmissione? Semplice... Avviene mediante l’aderenza tra la parte flessibile e due pulegge montate sugli alberi tra cui avviene la trasmissione: la puleggia motrice e la puleggia condotta.
Le cinghie permettono una trasmissione della potenza uniforme e a basso rumore. Consentono di assorbire urti e variazioni improvvise del carico proteggendo motori e supporti. Di contro, presentano una rigidezza e una resistenza minore rispetto alle catene o agli ingranaggi, ma, i recenti sviluppi nel settore meccanico permettono l’uso di materiali specifici e di forme dei profili decisamente performanti estendendo l'impiego delle cinghie in applicazioni storicamente irraggiungibili.
Andiamo ora ad analizzare le principali caratteristiche delle diverse tipologie di cinghie:
CINGHIE PIATTE o PIANE
Prima forma di cinghia utilizzata in larga misura per la trasmissione della potenza in fabbriche, pompe, ventilatori, generatori. Con il profilo piatto, la trasmissione avviene per aderenza e si gioca dunque sulla tensione della cinghia sulla puleggia, Per esperienza, questa tipologia di cinghia viene utilizzata principalmente per una trasmissione ad alta velocità ma sono da evitare forze elevate (fino ai 350-380 kW a 45-50 m/s).
Considerando che hanno la tendenza ad arrampicarsi verso il lato più alto della puleggia, è conveniente impiegare queste cinghie con pulegge bombate che, grazie alla loro forma, consentono un’autocentratura efficace della cinghia.
CINGHIE DENTATE o SINCRONE
Le cinghie dentate non trasmettono per aderenza perché presentano una dentatura trasversale che si impegna entro le scanalature delle pulegge. I denti stampati sulla cinghia sono progettati per accoppiarsi con le cave praticate esattamente sulla puleggia. Questi denti entrano ed abbandonano le scanalature con la rotazione e con un attrito trascurabile. Il profilo del dente è il risultato di anni di ricerche sperimentali e di continui progressi nel mondo della meccanica perchè i produttori analizzano costantemente come le forze agiscono sui fianchi delle scanalature e come queste ottimizzazioni possano ridurre le inutili usure delle cinghie stesse. Dai profili squadrati dei denti ad essere sempre più tondeggianti, i modelli 3D evidenziano una migliore distribuzione dei carichi, maggiore flessibilità e migliori prestazioni dinamiche.
Le installazioni con cinghie dentate sono eccezionalmente versatili, con potenze trasmesse fino a 450 KW e per velocità variabili da meno di 0,5 m/s ad oltre 55 m/s.
Vengono utilizzate, ad esempio, per azionare alberi a camme e per la trasmissione secondaria di alcuni motocicli, nonché su molte macchine industriali e agricole come mietitrebbie, macchine da raccolta o trattori.
CINGHIE TRAPEZOIDALI o "V"
Le cinghie di trasmissione trapezoidali sono le più utilizzate per la trasmissione di potenza, risolvendo allo stesso tempo il problema dello slittamento e dell’allineamento. Grazie alla loro forma particolare a "V" alloggiata nella scanalatura della puleggia, riescono a garantire un'ottima aderenza e a ridurre lo slittamento radiale rendendo il trasferimento di potenza più efficiente rispetto ad altre tipologie di cinghie. Inoltre, in caso di sovraccarico, prevedono un assestamento migliore nel foro che ne permette di preservare il cinematismo. In altre parole, queste cinghie offrono il migliore compromesso fra trazione, velocità , tensione sui supporti e durata.
La gamma di velocità ottimale varia fra i 5 e i 50 m/s. Se le potenze in gioco sono molto elevate è possibile montare più cinghie trapezoidali sulla stessa puleggia purchè questa lo consenta con le sue diverse scanalature. In questo caso avremo una trasmissione a cinghia multipla.
CINGHIE STRIATE o SCANALATE
Prende il nome dalle striature presenti sulla superficie e unisce i vantaggi delle cinghie piatte e di quelle trapezoidali. Le striature longitudinali aumentano la superficie di contatto tra la puleggia e la cinghia permettendone una distribuzione omogenea della tensione e una maggiore flessibilità . A livello applicativo questa flessibilità superiore permette di utilizzare una sola cinghia di trasmissione per trasmettere la potenza ad accessori multipli, realizzando quindi percorsi complessi e ingegnerizzati appositamente per ottimizzarne ingombri ed efficienza. Non a caso questa tipologia di cinghia la si trova nei moderni motori automobilistici. La potenza trasmissibile arriva fino a 600 kW, permettono elevate velocità , elevata durata, ridotte vibrazioni e un grande rapporto di trasmissione.
Oltre che nei motori, queste cinghie sono tipicamente impiegate nei grandi elettrodomestici (lavatrice, asciugatrice), così come in betoniere, compressori, tosaerba, ecc.
Dopo questa breve introduzione sulle diverse tipologie, passiamo ora ad una veloce guida al dimensionamento.
Ci soffermeremo sulle cinghie trapezoidali per due motivi sostanziali:
Sono quelle più comununemente utilizzate
Sono quelle che noi di Meccanica Volvente commercializziamo maggiormente (sia di marchio SWR che OPTIBELT).
Iniziamo col dire che le cinghie trapezoidali possono essere suddivise in 3 diverse tipologie a seconda della loro sezione:
Sezione classica. Adatte come ricambio per l’impiego in tutte le trasmissioni industriali e agricole e forniscono prestazioni economiche e tecniche di buon livello. Sono utilizzabili su tutte le pulegge per cinghie trapezoidali normalmente in commercio.
Sezione stretta. Sono particolarmente adatte per trasmissioni con alte velocità e permettono, rispetto alle sezioni classiche, la realizzazione di trasmissioni più compatte, riducendo anche del 50% il numero delle gole delle pulegge e delle cinghie.
Sezione dentellata a fianchi aperti. Fanno parte dell’ultima generazione di cinghie trapezoidali. Rispetto alle cinghie strette offrono una maggior potenza trasmissibile, un minor diametro di avvolgimento e una maggiore resistenza al calore. Sono particolarmente adatte per trasmissioni con alte velocità e permettono, rispetto alle cinghie strette foderate, la realizzazione di trasmissioni più compatte, riducendo anche del 30% il numero delle gole delle pulegge e delle cinghie. Tutte le pulegge in commercio sono compatibili con le cinghie dentellate, quindi le cinghie stesse possono essere impiegate in ogni tipo di trasmissione, ottenendo una maggior potenza della trasmissione e una maggiore durata della cinghia.
A seconda della sezione, la nomenclatura della cinghia sarà differente l'una dalle altre ma, la notizia positiva è che l'approccio al dimensionamento non cambia, quindi, nel caso in cui stessimo sostituendo una cinghia vecchia e usurata con una cinghia nuova, come possiamo procedere? Quali considerazioni è opportuno fare?
Il metodo più semplice è di leggere la lunghezza della cinghia trapezoidale direttamente dalla stampigliatura riportata su di essa. Questo semplice metodo dirà la sezione e il profilo corretto o quantomeno quello equivalente alla vecchia cinghia da sostituire.
Se però non fosse possibile, per esempio perché troppo usurata o vecchia, è possibile procedere alla misurazione manuale e calcolare lo sviluppo utilizzando le tabelle riportate di seguito. Ecco i passaggi:
Con il calibro (o metro) si misurano le dimensioni di Larghezza (W) e Altezza (T) in [mm] della cinghia;
Queste misure sono normate secondo gli standard del settore e, nota la sezione della cinghia (classica, stretta o dentellata), si identifica in modo univoco il profilo della cinghia;
Per determinare il profilo si faccia riferimento alle tabelle di seguito:
Tabella A: Profili e misure delle cinghie classiche
Tabella B: Profili e misure delle cinghie strette
Tabella C: Profili e misure delle cinghie dentellate
Con il metro si misura la circonferenza esterna "Le" della cinghia perchè più pratica e veloce da rilevare;
Nota la sezione, individuato il profilo, misurata la lunghezza esterna "Le" [mm] è possibile calcolare la circonferenza interna "Li" e la lunghezza primitiva "Ld" o "Lw" [mm].
Per calcolarle, si sottrae o si somma il valore numerico in [mm] riportato nelle tabelle di seguito in corrispondenza dei profili correttamente individuati.
TABELLA A: Profili e caratteristiche dimensionali delle cinghie classiche
PROFILO | Z | A | B | C | D | E |
|---|---|---|---|---|---|---|
Larghezza alla sommità W [mm] | 10 | 13 | 17 | 22 | 32 | 40 |
Larghezza primitiva Wd [mm] | 8,5 | 11 | 14 | 19 | 27 | 32 |
Altezza sezione T [mm] | 6 | 8 | 11 | 14 | 20 | 25 |
Sviluppo primitivo Ld=Li + mm | 22 | 30 | 42 | 55 | 75 | 82 |
Sviluppo interno Li=Le - mm | 38 | 50 | 66 | 85 | 126 | 157 |
Diam. min. puleggia [mm] | 50 | 63 | 100 | 160 | 300 | 450 |
Ad esempio, nel caso avessi una cinghia con sezione classica che misura 10 x 6 mm, rilevo un profilo di tipo "Z". Misuro poi la lunghezza esterna "Le" con il metro e, per calcolare lo sviluppo interno sottraggo 38mm alla misura "Le". Invece, per calcolare lo sviluppo primitivo "Ld" sommo 22mm alla misura "Li".
TABELLA B: Profili e caratteristiche dimensionali delle cinghie strette
PROFILO | SPZ | SPA | SPB | SPC | 3V/9N | 5V/15N | 8V/25N |
Larghezza alla sommità W [mm] | 9,7 | 12,7 | 16,3 | 22 | 9 | 15 | 25 |
​Larghezza primitiva Wd [mm] | 8,5 | 11 | 14 | 19 | ​ | ​ | ​ |
Altezza sezione T [mm] | 8 | 10 | 13 | 18 | 8 | 13 | 23 |
Sviluppo primitivo Ld=Li + mm | 37 | 45 | 60 | 83 | ​ | ​ | ​ |
Sviluppo interno Li=Le - mm | 13 | 18 | 22 | 30 | ​ | ​ | ​ |
Diametro min. puleggia [mm] | 63 | 90 | 140 | 224 | 63 | 140 | 315 |
Invece, nel caso avessi una cinghia larga 16,3mm e alta 13mm, identifico un profilo di tipo "SPB". Misuro con il metro la lunghezza esterna "Le" pari a 1362mm e per calcolare lo sviluppo primitivo "Ld" sarà sufficiente considerare: (1362mm - 22mm) + 60mm
Quindi:
Le = 1362mm
Li = 1340mm
Ld = 1400mm
TABELLA C: Profili e caratteristiche dimensionali delle cinghie dentellate
​PROFILO | XPZ | XPA | XPB | XPC | 3VX | 5VX | 8VX |
​Larghezza alla sommità W [mm] | 9,7 | 12,7 | 16,3 | 22 | 9 | 15 | 25 |
Larghezza primitiva Wd [mm] | 8,5 | 11 | 14 | 19 | ​ | ​ | ​ |
​Altezza sezione T [mm] | 8 | 10 | 13 | 18 | 8 | 13 | 23 |
Sviluppo primitivo Ld=Li + mm | 37 | 45 | 60 | 83 | ​ | ​ | ​ |
Sviluppo interno Li=Le - mm | 13 | 18 | 22 | 30 | ​ | ​ | |
Diametro min. puleggia [mm] | 56 | 71 | 112 | 180 | 56 | 112 | 280 |
Teniamo conto che cinghie usurate possono avere delle misure sfalsate rispetto a cinghie nuove. Il range di misura può quindi subire alcune variazioni dovute proprio a deformazione del materiale.
Inoltre, è fondamentale avere set abbinati. Quando si hanno due o più cinghie trapezoidali con la stessa misura ma di produttori diversi, in realtà anche quando sono dello stesso produttore, in pratica è possibile che ci siano delle variazioni di lunghezza. Nel caso si usino delle cinghie singole, questo potrebbe non essere un problema ma, nel caso si utilizzino più cinghie nella stessa trasmissione, avere una stessa lunghezza tra le cinghie aiuta ad ottenere le massime prestazioni. In queste applicazioni o installazioni è di primaria importanza avere set abbinati.
Sul nostro Shop è possibile trovare cinghie di tutte le tipologie: cinghie automotive, larghe, doppie, aperte, rivestite e da giardinaggio. Guarda il nostro video sulle cinghie.
Inoltre, sul nostro sito di Meccanica Volvente forniamo anche accessori come bussole, mozzi, pulegge o altri accessori per offrirti la migliore esperienza di installazione oltre che al supporto tecnico.
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