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Cosa sono le cinghie di distribuzione

Le cinghie sincrone, note anche come cinghie dentate , sono un nuovo tipo di cinghia di trasmissione che unisce i vantaggi delle trasmissioni a cinghia, a catena e a ingranaggi.

Si può immaginare come una cinghia di gomma dentata. Trasmette movimento e potenza ingranando i suoi denti nelle scanalature corrispondenti sulla puleggia.

La sua caratteristica fondamentale è la "sincronizzazione": ciò significa che non c'è slittamento relativo tra la puleggia motrice (in ingresso) e quella condotta (in uscita), garantendo un rapporto di trasmissione preciso. In altre parole, quando la puleggia motrice completa un giro, anche la puleggia condotta ruoterà esattamente per il numero corrispondente di giri.

Progettazione delle cinghie di distribuzione

Una cinghia di distribuzione è composta da due componenti principali: i cordoni stampati all'interno della cinghia di distribuzione per supportare il carico di coppia e il composto plastico utilizzato per modellare i denti e rivestire il cordone stesso. Questi componenti sono disponibili in diversi tipi di materiali per diversi tipi di cinghie di distribuzione. Per determinare il tipo di materiali da utilizzare, è necessario considerare l'uso finale della cinghia. I cordoni delle cinghie di distribuzione sono solitamente realizzati in fibra di vetro, poliestere o Kevlar. Trasmettono la potenza al sistema di trasmissione attraverso la cinghia.

Il cavo e i denti della cinghia sono orientati ad angolo retto tra loro in modo che il cavo possa trasmettere linearmente la potenza applicata alla cinghia. Un esempio di cinghia che trasporta carichi enormi è la cinghia serpentina utilizzata nei motori delle automobili. Nei sistemi di trasmissione più piccoli, l'allungamento della cinghia è minimo.

L'allungamento della cinghia non esiste praticamente nelle applicazioni di trasmissione di piccole dimensioni, poiché i materiali dei trefoli sono estremamente resistenti in relazione ai carichi che trasmettono. Carichi troppo elevati possono causare la rottura dei trefoli, nonché il salto dei denti della cinghia o l'inceppamento sui denti della puleggia. Durante la costruzione delle cinghie di distribuzione, è presente uno stampo in cui viene iniettata la plastica. La plastica viene quindi iniettata nello stampo che contiene già il trefolo avvolto e profili dentati precisi che vengono tagliati nello stampo.

È sempre disponibile uno stampo diverso per ogni lunghezza di cinghia, poiché deve contenere lo stesso numero di denti della cinghia finita. Questo viene fatto per produrre una cinghia finita e continua, senza inizio né fine. Uno stampo può produrre una manica larga da 18 a 36 pollici con il numero di denti desiderato. La manica viene accuratamente tagliata nelle larghezze desiderate della cinghia mediante appositi utensili di taglio. Le cinghie per la lavorazione alimentare sono realizzate in uretano, quando devono essere soddisfatti i requisiti FDA. Con l'uretano, è meno probabile che eventuali particelle siano visibili perché l'uretano può essere colorato o lasciato al suo stato naturale trasparente. La situazione è diversa con le cinghie in neoprene nero.

Il materiale standard per le cinghie di distribuzione è il neoprene, poiché presenta buone caratteristiche di resistenza all'usura e, fin dallo stampo, mantiene con precisione il profilo dei denti. Per ridurre l'usura, le cinghie in neoprene hanno un rivestimento in tessuto di nylon. Per soddisfare i requisiti specifici di applicazioni a bassa emissione di polvere o particelle, come fotocopiatrici da ufficio, camere bianche o applicazioni medicali, vengono utilizzati polimeri ingegnerizzati. Per generare meno polvere rispetto al neoprene, viene utilizzato un polimero EPDM come anima, con tutte le superfici soggette a usura dei denti rivestite in nylon. Questo garantisce anche la tenuta precisa del profilo dei denti per molte ore di utilizzo rispetto alle cinghie in uretano o neoprene.

Denti della cinghia di distribuzione

I denti robusti della cinghia di distribuzione sono affidabili per mantenere sincronizzati l'albero motore e l'albero a camme, e sono disponibili in un'ampia gamma di passi metrici. Il passo è la distanza misurata dal centro di un dente al centro di un altro dente adiacente su una cinghia di distribuzione. I passi influiscono su altri fattori della puleggia della cinghia di distribuzione, tra cui il numero di denti e il diametro. Le cinghie di distribuzione più vecchie sono progettate utilizzando denti di forma trapezoidale, per quanto riguarda il design dei denti.

Tuttavia, le nuove tecniche di produzione che consentono di utilizzare denti curvi risolvono i problemi di rumorosità e durata, comuni nelle cinghie multiple progettate con denti trapezoidali. Un aspetto importante da notare nella costruzione delle cinghie di distribuzione è che una cinghia di distribuzione con larghezza ridotta offre prestazioni migliori grazie alla riduzione di peso e attrito.

Profili dei denti della cinghia di distribuzione

Esistono molte diverse disposizioni dei denti della cinghia di distribuzione, a seconda dell'applicazione e dell'ambiente desiderati.

Come già accennato in precedenza, la prima disposizione è quella trapezoidale, mentre i profili dei denti curvilinei vengono utilizzati nelle cinghie di distribuzione più moderne.

Cinghie dentate trapezoidali

Per la trasmissione di forze, i denti trapezoidali sono estremamente efficaci. Tuttavia, quando i livelli di coppia e velocità sono elevati, i denti di questa forma smussata tendono a consumarsi rapidamente. I denti trapezoidali rimangono comuni nonostante i loro difetti e, per le cinghie di trasporto di precisione e di posizionamento lineare, sono in genere la scelta principale.

Cinghie di distribuzione curvilinee

Le cinghie dentate curvilinee presentano una forma dei denti più liscia e arrotondata. Questi tipi di cinghie riducono il rischio di perdita di tensione e attenuano l'elevata concentrazione di forza tipica delle cinghie con denti trapezoidali. Nonostante i notevoli miglioramenti rispetto ad altri tipi di dentatura, le cinghie dentate curvilinee presentano alcuni svantaggi. I denti delle cinghie curvilinee sono soggetti a un gioco maggiore tra le scanalature delle pulegge e i denti della cinghia. Questo inconveniente è noto come gioco e si traduce in un posizionamento meno preciso della cinghia di distribuzione, con conseguente potenziale riduzione delle prestazioni della stessa.

Cinghie di distribuzione curvilinee modificate

Questi tipi di cinghie cercano di combinare i punti di forza dei profili dei denti curvilinei e trapezoidali. Le cinghie curvilinee modificate presentano una profondità dei denti inferiore e lati più ripidi. Di conseguenza, sono in grado di trasmettere efficacemente forze a velocità e coppia più elevate, senza compromettere la durata. Questi tipi di cinghie sono spesso la scelta primaria per applicazioni industriali impegnative.

Cinghie di distribuzione rivestite in gomma

La gomma è il materiale di costruzione delle cinghie di distribuzione più noto e utilizzato in diversi settori e applicazioni. Molti dei motori a combustione interna presenti in una grande varietà di macchine confezionatrici utilizzano cinghie di distribuzione realizzate in un qualche tipo di gomma o composto di gomma. Sebbene la gomma sia il materiale più comunemente utilizzato per le cinghie di distribuzione, presenta alcuni svantaggi.

Le cinghie di distribuzione in gomma sono note per la loro tendenza ad allungarsi e rompersi rapidamente se sottoposte ad alte temperature e a elevate quantità di olio motore presenti nelle condizioni ambientali. Oggigiorno, grazie al progresso tecnologico, sono disponibili diversi tipi di materiali in gomma resistenti alle alte temperature. Questi materiali in gomma vengono ora utilizzati per prolungare la durata delle cinghie di distribuzione e migliorarne la resistenza alla deformazione. Ad esempio, silicone ed EPDM.

Maggiore resistenza e trazione sono garantite anche da mescole di gomma e fibre di rinforzo migliorate. Queste mescole di gomma migliorate proteggono anche da denti tagliati o altri potenziali danni alla cinghia.

Cinghie di distribuzione in materiale poliuretanico

Il poliuretano è diventato un'opzione rinomata per le cinghie di distribuzione grazie alle sue proprietà: resistenza alle alte temperature, maggiore elasticità naturale e resistenza agli effetti nocivi dell'olio. Per un'ampia gamma di applicazioni, le cinghie di distribuzione in poliuretano sono durevoli e offrono soluzioni estremamente efficienti dal punto di vista energetico.

Le cinghie dentate in poliuretano sono in grado di offrire un'elevata resistenza alla trazione e una maggiore capacità di carico. Queste maggiori capacità di carico sono fondamentali per la produzione di una coppia ottimale. Questi tipi di cinghie sono preferiti da molti nel settore perché la loro pulizia e manutenzione sono relativamente semplici. Il poliuretano è il materiale migliore per la produzione di cinghie dentate per diversi tipi di trasmissioni di potenza e sistemi di trasporto a rulli.

Cinghie di distribuzione in PU aperte

Le cinghie dentate aperte sono disponibili in diversi tipi di materiali, tra cui poliuretano termoplastico estruso. Questi tipi di cinghie sono dimensionalmente stabili e sono ideali per l'uso in sistemi di trasmissione lineare grazie al loro posizionamento preciso.

Hanno un'elevata rigidità elastica e un'eccellente resistenza al taglio dei denti. Per una trasmissione lineare con elevata rigidità e ripetibilità, si consigliano elementi di trazione in acciaio rispetto alla fibra aramidica. La cinghia dentata a estremità aperta più rigida e resistente è la serie AT10 o AT15. Le cinghie dentate a estremità aperta sono disponibili in rotoli da 50 m o in lunghezze specifiche.

Cinghie dentate in PU giuntate e saldate

In molte applicazioni generiche, vengono utilizzati nastri giuntati e saldati. La loro tipologia costruttiva è preferita nel trasporto, così come per profili e supporti saldati. All'inizio di questi tipi di nastri, c'è un tratto di rotolo aperto che contiene giunzioni a pettine intagliate nel nastro e che viene poi saldato insieme a caldo.

Le cinghie dentate giuntate e saldate presentano gli stessi bordi sigillati e il dorso liscio delle cinghie dentate aperte. Questi tipi di cinghie hanno una resistenza veramente infinita del 50% perché sono saldate. Possono essere acquistate nella lunghezza desiderata.

Cinghie di distribuzione in PU veramente infinite

Le cinghie dentate in poliuretano senza fine sono estruse senza saldatura. Questo le rende la tipologia costruttiva più resistente, ideale per applicazioni che richiedono la trasmissione di potenza. Le cinghie dentate senza fine sono dotate di elementi di trazione in acciaio di serie e sono disponibili in diversi tipi di materiali.

La configurazione AT è la più nota per la maggiore resistenza al taglio dei denti. Sono disponibili anche cinghie dentate a doppia dentatura per sistemi di trasmissione con albero invertito. Questi tipi di cinghie sono disponibili con bordi non sigillati. Se ispezionate attentamente, si nota un foro di spillo in corrispondenza dell'elemento di trazione, nel punto in cui è uscito dalla cinghia durante il processo di estrusione.

Applicazioni e vantaggi delle cinghie di distribuzione

Le varie applicazioni delle cinghie di distribuzione includono:

Cinghia di distribuzione per automobili

Le cinghie di distribuzione sono utilizzate nei sistemi cinghia di distribuzione/cinghia di distribuzione presenti nella maggior parte delle automobili in circolazione in tutto il mondo. Si può affermare che la mobilità del mondo moderno sia in gran parte resa possibile dall'efficiente funzionamento delle cinghie di distribuzione per automobili. Le cinghie di distribuzione dentate disponibili nelle applicazioni automobilistiche sono cinghie ad alte prestazioni.

Sono costituiti da materiali speciali che coordinano il moto rotatorio dell'albero motore con quello dell'albero a camme. Per garantire che le valvole di aspirazione/scarico nelle camere di combustione del motore si aprano correttamente nel momento esatto di espansione o compressione, è necessaria una precisione coordinata. È inoltre necessaria per garantire la continuazione sostenibile del processo di combustione del motore. Questa coordinazione determina il ritmo del motore e, se non funziona correttamente, la combustione non sarà possibile.

Queste cinghie devono garantire un elevato livello di sincronismo e devono anche essere in grado di funzionare ad alte velocità di rotazione. Le cinghie di distribuzione devono essere sufficientemente resistenti da funzionare ad alte temperature, ovunque siano installate automobili.

Scatola dello sterzo Cinghia di distribuzione

Si tratta di una cinghia di distribuzione appositamente progettata. È del tipo a ingranaggio conico e contribuisce ad agevolare il movimento del volante.

Cinghia di distribuzione per macchine da cucire

Una macchina da cucire è un altro esempio quotidiano di sistema azionato da cinghia. La cinghia di distribuzione viene utilizzata per trasferire il moto tra le pulegge di cucitura e il motore. Sebbene non si tratti di un sistema ad alte prestazioni, applicazioni ad alto carico e alta velocità come il tapis roulant e l'automobile, la macchina da cucire rimane un ottimo esempio di applicazione delle cinghie di distribuzione sincrone. Il sistema a cinghia di una macchina da cucire viene utilizzato per trasferire il moto rotatorio del motore di azionamento principale alla testa a cucchiaio più grande per azionare il meccanismo di cucitura.

Le cinghie di distribuzione vengono utilizzate anche nelle stampanti 3D, nei sistemi di trasporto, nelle trasmissioni automatiche CVT e nei prodotti di automazione industriale.

Vantaggi delle cinghie di distribuzione

Confrontando le cinghie di distribuzione con le trasmissioni a cinghia piatta o tonda, possono presentarsi degli svantaggi, quali:

· Le cinghie di distribuzione hanno costi elevati

· Richiedono l'allineamento iniziale con la puleggia di distribuzione.

· Le cinghie di distribuzione vengono utilizzate solo per trasferire una potenza relativamente bassa.

· Trasmettono potenza a distanze relativamente più piccole.

Tuttavia, questi svantaggi sono compensati dai vantaggi, tra cui:

· Le cinghie di distribuzione producono meno rumore.

· Hanno basse vibrazioni.

· Le cinghie di distribuzione non hanno problemi di slittamento.

· La loro efficienza meccanica è elevata, fino al 98%.

· Hanno rapporti di velocità costanti.

· Le cinghie di distribuzione richiedono poca manutenzione.

Considerazioni nella scelta di una cinghia di distribuzione

Le varie considerazioni da tenere in considerazione quando si sceglie una cinghia di distribuzione includono:

Scelta dei materiali

Come si può vedere, esistono molti materiali diversi utilizzati nelle cinghie di distribuzione, a causa delle loro specifiche specifiche che li rendono adatti a determinate circostanze. Come già accennato in precedenza, i diversi tipi di materiali per le cinghie di distribuzione includono uretano, neoprene, gomma, tessuto, ecc. Ogni materiale ha le sue proprietà uniche che lo rendono il più adatto a una particolare applicazione.

Dimensioni e velocità

Oltre al tipo di materiale, ci sono anche alcune caratteristiche da considerare quando si sceglie una cinghia di distribuzione. Queste caratteristiche influenzeranno il corretto funzionamento dell'attrezzatura. Tali caratteristiche sono elencate di seguito.

Larghezza della cinghia

La larghezza della cinghia determina la quantità plausibile di forza di allineamento della cinghia. Cinghie di distribuzione più larghe generano forze di allineamento maggiori.

Lunghezza della cintura

Le cinghie più corte hanno forze di trascinamento maggiori a causa del collegamento tra i cavi di trazione e gli stampi della cinghia.

Diametro della puleggia

Le pulegge di piccole dimensioni generano forze di trazione maggiori. Il diametro della puleggia deve essere maggiore di quello della cinghia.

Tensione di installazione della cinghia

A causa dell'impatto dei vari carichi di coppia accumulati dal tracciamento della cinghia, l'entità della tensione di installazione della cinghia di distribuzione è importante.

Preoccupazioni ambientali

Le cinghie di distribuzione sono fragili come il vetro. Se l'ambiente operativo influenza il funzionamento di questo dispositivo sincrono, potrebbe risultarne compromesso. Anche le particelle di polvere possono causare malfunzionamenti nel sistema di distribuzione.

Funzionalità

La funzione della cinghia di distribuzione dipende dal luogo in cui verrà utilizzata. Non tutti i materiali sono in grado di soddisfare i requisiti di tutti i settori. Pertanto, nella scelta della cinghia di distribuzione è necessario tenere conto dell'applicazione specifica.

Progetto

Si riferisce alla scelta di un design standard o personalizzato per una cinghia di distribuzione. La progettazione della cinghia di distribuzione comporta domande sul livello di precisione richiesto.

Conclusione

Le cinghie di distribuzione sono disponibili in diverse tipologie, ciascuna adatta a una specifica applicazione. Ogni cinghia di distribuzione è realizzata con un materiale specifico che le consente di offrire le migliori prestazioni in un ambiente specifico. Quando si sceglie una cinghia di distribuzione per una particolare applicazione, è sempre importante considerare il tipo di materiale con cui è realizzata. Questo garantisce risultati ottimali nelle prestazioni della cinghia di distribuzione per la specifica applicazione. Anche la sostituzione di una cinghia di distribuzione è fondamentale e richiede tempo.

FAQ

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