Le cinghie di trasmissione di potenza vengono utilizzate da oltre 200 anni. Le prime cinghie erano piatte e scorrevano su pulegge piatte. Successivamente, la corda di cotone o canapa è stata utilizzata con pulegge con scanalatura a V per ridurre la tensione della cinghia. Ciò portò allo sviluppo della cinghia trapezoidale in gomma vulcanizzata nel 1917. La necessità di eliminare le variazioni di velocità portò allo sviluppo di cinghie sincrone o dentate intorno al 1950 e al successivo sviluppo di materiali elastomerici rinforzati con tessuto.
Oggi, le cinghie piatte, a V e sincrone vengono ancora utilizzate nella trasmissione di potenza. Rispetto ad altre forme di trasmissione di potenza, le cinghie offrono una buona combinazione di flessibilità, basso costo, installazione e manutenzione semplici e requisiti di spazio minimi.
L’attrezzatura con trasmissione a cinghia utilizza componenti prontamente disponibili. Le parti di ricambio possono essere facilmente ottenute dai distributori locali. Questa disponibilità riduce i tempi di inattività e l’inventario. Le pulegge e le pulegge sono generalmente meno costose delle ruote dentate di trasmissione a catena e hanno poca usura per lunghi periodi di funzionamento.
Tipi di cinghie
Tutte le cinghie di trasmissione di potenza sono a trasmissione ad attrito o a trasmissione positiva. Le cinghie di trasmissione ad attrito si basano sull’attrito tra la cinghia e la puleggia per trasmettere la potenza. Richiedono tensione per mantenere la giusta quantità di attrito. Le cinghie piatte sono la forma più pura di trasmissione ad attrito mentre le cinghie trapezoidali hanno un effetto moltiplicatore di attrito a causa dell’azione di incuneamento sulla puleggia.
Le cinghie a trasmissione positiva o sincrone si basano sull’impegno dei denti sulla cinghia con scanalature sulla puleggia. Non c’è slittamento con questa cintura tranne che per il cricchetto o il salto dei denti.
Cinghie piatte
Le moderne cinghie piatte sono realizzate con tessuto rinforzato gommato che fornisce resistenza e alti livelli di attrito con la puleggia (Fig.1). Ciò elimina la necessità di alta tensione, abbassamento dell’albero e carichi sui cuscinetti. Le cinghie piatte possono trasmettere fino a 150 hp / in. a velocità superiori a 20.000 fpm.
Un vantaggio significativo delle cinghie piatte è l’efficienza di quasi il 99%, circa il 2,5-3% migliore rispetto alle cinghie trapezoidali. Una buona efficienza è dovuta a minori perdite di flessione da una sezione trasversale sottile, basso scorrimento a causa delle coperture di attrito e alto modulo di elasticità degli strati di trazione e nessuna azione di incuneamento nelle pulegge.
L’allineamento delle pulegge è importante per le cinghie piatte. Il tracciamento della cinghia viene migliorato incoronando almeno una puleggia, solitamente quella più grande. Le cinghie piatte perdonano il disallineamento; tuttavia, un corretto allineamento migliora la durata del nastro.
Diversi modelli di superficie della cinghia piatta soddisfano vari requisiti di trasmissione. Nelle applicazioni ad alta potenza e nelle installazioni all’aperto, le scanalature longitudinali sulla superficie del nastro riducono il cuscino d’aria generato dalle cinghie piatte. Il cuscino d’aria riduce l’attrito tra la puleggia e la cinghia. Le scanalature eliminano quasi gli effetti di sporco, polvere, olio e grasso e aiutano a ridurre il livello di rumore.
Le cinghie piatte funzionano in modo più efficiente su trasmissioni con velocità superiori a 3000 fpm. Si preferiscono applicazioni continue e senza problemi. I rapporti di velocità di solito non dovrebbero superare 6: 1. A rapporti più alti, distanze centrali più lunghe o rulli folli posizionati sul lato allentato della cinghia creano più avvolgimento attorno alla puleggia più piccola per trasmettere il carico richiesto.
Cinghie trapezoidali
Le cinghie trapezoidali sono comunemente utilizzate nelle applicazioni industriali a causa del loro relativo basso costo, facilità di installazione e ampia gamma di dimensioni (Fig. 2). La forma a V rende più facile mantenere le cinghie a movimento rapido nelle scanalature delle pulegge piuttosto che mantenere una cinghia piatta su una puleggia. Il più grande vantaggio operativo di una cinghia trapezoidale è l’azione di incuneamento nella scanalatura della puleggia. Questa geometria moltiplica la bassa forza di tensionamento per aumentare la forza di attrito sui fianchi della puleggia (Fig. 3).
Le cinghie trapezoidali classiche vengono spesso utilizzate singolarmente, in particolare nelle taglie A e B. Le taglie più grandi C, D ed E generalmente non vengono utilizzate nelle trasmissioni a cinghia singola a causa di penalità e inefficienze sui costi. Le cinghie multiple A o B sono alternative economiche all’utilizzo di sezioni C, D o E a cinghia singola.
Le cinghie trapezoidali strette, per una data larghezza, offrono potenze nominali più elevate rispetto alle cinghie trapezoidali convenzionali. Hanno un rapporto profondità-larghezza maggiore, ponendo più della puleggia sotto la corda di rinforzo. Queste cinghie sono adatte per applicazioni gravose, inclusi urti e carichi di avviamento elevati.
Le cinghie trapezoidali a nastro risolvono i problemi che le tradizionali trasmissioni a cinghia trapezoidale multiple presentano con carichi pulsanti. Le forze intermittenti possono indurre un’azione di frustata nei sistemi a più cinghie, causando talvolta il ribaltamento delle cinghie. La configurazione unita evita la necessità di ordinare più cinghie come set abbinati.
Le cinghie trapezoidali a nastro non devono essere montate su pulegge con scanalatura profonda, che vengono utilizzate per evitare il ribaltamento nelle cinghie trapezoidali standard. Tali pulegge hanno il potenziale per tagliare il nastro delle cinghie unite. Le pulegge estremamente usurate producono lo stesso risultato.
Le cinghie trapezoidali combinano alcune delle migliori caratteristiche delle cinghie piatte e delle cinghie trapezoidali. Il nastro sottile funziona in modo efficiente e può funzionare a velocità elevate. I requisiti di tensionamento sono circa il 20% superiori rispetto alle cinghie trapezoidali. Le nervature assicurano il corretto scorrimento delle cinghie, rendendo l’allineamento meno critico rispetto alle cinghie piatte.
Cinghie sincrone
Le cinghie sincrone hanno un profilo dentato che si accoppia con le scanalature corrispondenti nelle pulegge, fornendo lo stesso impegno positivo degli ingranaggi o delle catene. Sono utilizzati in applicazioni in cui è richiesto l’indicizzazione, il posizionamento o un rapporto di velocità costante.
Il primo profilo del dente utilizzato sulle cinghie sincrone era la forma trapezoidale (Fig. 4). È ancora riconosciuto come standard. Le recenti modifiche ai profili dei denti hanno migliorato la forma originale. Il profilo completamente arrotondato distribuisce meglio i carichi sui denti agli organi di tensionamento della cinghia. Fornisce inoltre una maggiore resistenza al taglio dei denti per una migliore capacità di carico.
Un design del dente curvilineo modificato ha un diverso angolo di pressione, profondità del dente e materiali per una migliore capacità di carico / vita e resistenza senza cricchetti.
Le cinghie sincrone possono usurarsi rapidamente se le pulegge non sono allineate correttamente, specialmente nelle trasmissioni a interasse lungo, dove le cinghie tendono a sfregare contro le flange delle pulegge. Per evitare che la cinghia scivoli via dalle pulegge, una di esse è solitamente flangiata. Uno sviluppo recente ha prodotto una cinghia e una puleggia che utilizzano un dente a forma di V anziché diritto. Funziona in modo più silenzioso rispetto alle altre forme e non richiede flange della puleggia.
L’undertensioning causa problemi di prestazioni. La trasmissione può essere rumorosa perché i denti della cinghia non si accoppiano correttamente con le scanalature della puleggia o la cinghia potrebbe usurarsi prematuramente a causa del cricchetto. Le forze elevate generate durante il cricchetto della cinghia vengono trasmesse direttamente agli alberi e ai cuscinetti e possono causare danni.
Allineamento
Il disallineamento è una delle cause più comuni di guasto prematuro della cinghia (Fig. 6). Il problema riduce gradualmente le prestazioni della cinghia aumentando l’usura e la fatica. A seconda della gravità, il disallineamento può distruggere una cintura nel giro di poche ore. Il disallineamento della puleggia sulle trasmissioni a cinghia trapezoidale non deve superare 1/2 grado. o 1/10 in. di distanza dal centro. Per le cinghie sincrone non deve superare 1/4 gradi. o 1/16 di pollice. di distanza dal centro.
Il disallineamento angolare provoca un’usura accelerata della cinghia / puleggia e potenziali problemi di stabilità con le singole cinghie trapezoidali. Un problema correlato, il carico irregolare della cinghia e del cavo, si traduce in una condivisione del carico ineguale con più trasmissioni a cinghia e porta a un guasto prematuro.
Il disallineamento angolare ha un grave effetto sulle trasmissioni a cinghia sincrone. Sono possibili sintomi come elevate forze di trascinamento del nastro, usura irregolare di denti / superfici, usura dei bordi, livelli di rumorosità elevati e potenziale guasto dovuto al carico irregolare del cavo. Le cinghie larghe sono più sensibili al disallineamento angolare rispetto alle cinghie strette.
Il disallineamento parallelo provoca anche un’usura accelerata della cinghia / puleggia e potenziali problemi di stabilità con le singole cinghie. Il carico irregolare della cinghia e del cavo non è un problema così significativo come per il disallineamento angolare.
Il disallineamento parallelo è tipicamente più un problema con le cinghie trapezoidali. Scorrono in scanalature fisse e non possono fluttuare liberamente tra le flange in misura limitata come le cinghie sincrone possono. Il disallineamento parallelo non è generalmente un problema critico con le cinghie sincrone fintanto che la cinghia non è intrappolata o schiacciata tra le flange del pignone opposte e le piste completamente su entrambe le ruote dentate.
Tensione
La tensione totale richiesta in una trasmissione a cinghia dipende dal tipo di cinghia, dalla potenza di progetto e dal numero di giri della trasmissione. Poiché le tensioni di marcia non possono essere misurate, è necessario tensionare staticamente un azionamento.
Il metodo di forza / deflessione è più spesso utilizzato. Una volta applicata una forza calcolata al centro di un tratto di cinghia per ottenere una flessione nota, viene stabilita la tensione statica raccomandata. La maggior parte dei cataloghi di progettazione fornisce formule di forza e deflessione.
Con una tensione insufficiente in una trasmissione a cinghia trapezoidale, può verificarsi uno slittamento e provocare ustioni da rotazione, usura del coperchio, surriscaldamento della cinghia e possibilmente surriscaldamento dei cuscinetti. Una tensione insufficiente in una cinghia sincrona provoca l’usura prematura dei denti o un possibile cricchetto che distruggerà la cinghia e potrebbe rompere un albero.
Quando si installa una nuova cinghia, la tensione di installazione dovrebbe essere maggiore. Generalmente 1,4-1,5 volte la normale tensione statica. Ciò è necessario perché la tensione della trasmissione diminuisce rapidamente durante il processo di inserimento. Questa tensione iniziale extra non influisce sui cuscinetti perché decade rapidamente.
Matrice di applicazione del nastro
| Applicazione | Cinghia sincrona | Cinghia trapezoidale | Cintura a coste | ||||
| Poliuretano | Gomma da cancellare | Doppia faccia | Robusto | Compito facile | Poliuretano | ||
| Velocità / carico | |||||||
| Alta velocità | 2 | 2 | 1 | 1 | |||
| Bassa velocità | 1 | 1 | 2 | 3 | |||
| Carico elevato | 1 | 2 | 4 | 3 | 3 | ||
| Basso carico | 1 | 2 | 3 | 4 | 4 | ||
| Carico di urti / impulsi | 3 | 4 | 1 | 2 | |||
| Unità serpentina | 1 | ||||||
| Trasmissione a serpentina con carico d’urto | 2 | ||||||
| Trasmissione contorta | 1 | 2 | 3 | ||||
| Trasmissione a frizione | 1 | 2 | |||||
| Index drive con carico elevato | 1 | ||||||
| Index drive con basso carico | 1 | 2 | |||||
| Caratteristiche di guida | |||||||
| Inversione di direzione | 1 | 1 | 3 | 4 | 2 | ||
| Avvio / arresto frequente | 1 | 1 | 3 | 4 | 2 | ||
| Inizia sotto carico | 1 | 2 | 3 | ||||
| Scorrevolezza | 3 | 2 | 1 | 1 | |||
| Velocità variabile | 1 | ||||||
| Olio, ambiente chimico | 1 | 3 | 4 | 2 | |||
| Alta temperatura | 1 | 2 | 4 | 4 | 3 | ||
| Bassa temperatura | 1 | 2 | 3 | 4 | |||
| 1 = Prima scelta, 4 = Ultima scelta Grafico fornito da The Gates Rubber Co. | |||||||
Risoluzione dei problemi delle trasmissioni a cinghia trapezoidale
| Problema | Causa | Rimedio |
| La cintura si allunga oltre la presa | ||
| Le cinture si allungano in modo diseguale | Trasmissione disallineata che sovraccarica alcune cinghie. Elemento di trazione della cinghia rotto a causa di un’installazione impropria | Riallineare e ritensionare l’unità. Sostituirlo con un nuovo set abbinato, installato correttamente |
| Tutte le cinghie si sono allungate allo stesso modo | Indennità di prelievo insufficiente | Verificare l’assunzione e seguire l’indennità raccomandata |
| Trasmissione notevolmente sovraccaricata o sotto tensione | Ridisegnare l’unità | |
| Vita breve della cinghia | ||
| Rapido guasto della cinghia | Elementi di trazione danneggiati da installazione impropria | Sostituire con un nuovo set abbinato, installato correttamente |
| Scanalature della puleggia consumate | Sostituisci i covoni | |
| Guida sottodimensionata | Ridisegnare l’unità | |
| Fianchi della cintura morbidi e appiccicosi. Bassa adesione tra copertina, veli. Sezione trasversale gonfia | Contaminazione di olio o grasso della cinghia / puleggia | Rimuovere la fonte di olio o grasso. Pulire le cinghie e le scanalature delle pulegge panno inumidito con un agente sgrassante non infiammabile e non tossico o un detergente commerciale e acqua |
| Fianchi della cintura asciutti e duri. | Ambiente ad alta temperatura | Rimuovere la fonte di calore |
| Bassa adesione tra copertura e veli | Ventilare la trasmissione | |
| Deterioramento delle mescole di gomma della cintura | Medicazione della cintura | Non usare mai medicazioni sulle cinghie trapezoidali in gomma. Pulire le cinghie e le scanalature delle pulegge con un panno inumidito con un agente sgrassante non infiammabile e non tossico o un detergente commerciale e acqua. Tensionare correttamente per evitare slittamenti |
| Estrema usura della copertura | Le cinghie sfregano contro la protezione della cintura o altri ostacoli | Rimuovere l’ostruzione o allineare le cinghie per fornire uno spazio adeguato |
| Spin brucia sulla cintura | Le cinghie scivolano all’avvio o caricano le bancarelle | Ritensionamento |
| Fondo della cintura incrinato | Covoni troppo piccoli | Ridisegnare la trasmissione per covoni più grandi |
| Cinture rotte | Oggetto che cade o colpisce l’unità | Sostituire con un nuovo set di cinghie abbinato |
| Ribaltamento del nastro | ||
| Frusta cintura laterale in eccesso | Usa una cintura a fascia | |
| Materiale estraneo nelle scanalature della puleggia | Rimuovere il materiale. Scudo di guida | |
| Trasmissione disallineata | Riallineare l’unità | |
| Scanalature della puleggia consumate | Sostituisci i covoni | |
| Elemento di trazione rotto a causa di un’installazione non corretta | Sostituire le cinghie con un nuovo set abbinato, installato correttamente | |
| Puleggia folle posizionata in modo errato | Allineare attentamente la puleggia folle sul lato lento della trasmissione, il più vicino possibile alla puleggia del motore | |
| Rumore della cintura | ||
| Slittamento della cintura | Ritensionamento | |
| Velocità guidata inadeguata | ||
| Rapporto guidatore / guida errato | Errore di progettazione | Cambia covoni |
| Cuscinetti caldi | ||
| Guida in tensione | Scanalature della puleggia consumate. Le cinghie toccano il fondo e non possono trasmettere potenza a meno che non siano eccessivamente tese | Sostituisci i covoni. La tensione guida correttamente |
| Tensione impropria | Ritensionamento | |
| Covoni troppo piccoli | Le raccomandazioni del produttore del motore / cinghia non sono state seguite | Ridisegnare l’unità |
| Usura dei cuscinetti | Cuscinetti sottodimensionati o scarsa manutenzione dei cuscinetti | Rispettare la progettazione e la manutenzione consigliate |
| Guida sotto tensione | Le cinghie scivolano e causano accumulo di calore | Ritensionamento |
Vantaggi della trasmissione a cinghia
Pulizia
Senza lubrificazione
Assorbe i carichi d’urto
Ampia selezione di rapporti di velocità
Può fornire velocità variabili
Funzionamento silenzioso
Efficienza superiore al 95%
Trasmette potenza tra alberi ampiamente distanziati
Avviso visivo di guasto
Svantaggi della trasmissione a cinghia
È necessario ritensionare periodicamente
Deterioramento dovuto all’esposizione a lubrificanti o sostanze chimiche
Non può essere riparato, deve essere sostituito