Diverse proprietà fisiche dei profili dei denti della cinghia di distribuzione

Denti trapezoidali:

Effetto significativo di concentrazione dello stress: il carico si concentra sugli angoli acuti su entrambi i lati della radice del dente, formando zone localizzate ad alto stress.

Punti di inizio delle crepe: sotto carichi alternati, in questi angoli si formano facilmente crepe da fatica che si propagano rapidamente, causando la rottura dei denti.

Basso utilizzo del materiale: la maggior parte del materiale dei denti non partecipa a un efficace supporto del carico, costituendo un “peso morto”.

Denti ad arco/denti parabolici (HTD, GT):

Distribuzione uniforme delle sollecitazioni: il profilo uniforme e continuo consente una distribuzione fluida e “snella” del carico lungo il contorno del dente, senza brusche variazioni.

Resistenza della radice eccezionalmente elevata: la radice arcuata funziona come un ponte ad arco, convertendo le forze radiali in sollecitazioni compressive all'interno del corpo del dente, migliorando significativamente il limite di fatica alla flessione.

Elevato utilizzo del materiale: il profilo del dente si allinea più da vicino con la traiettoria principale dello stress, consentendo un caricamento del materiale più efficiente. Essenza fisica: passaggio da singolarità dello stress causate da discontinuità geometrica a uno stato di distribuzione uniforme dello stress attraverso la continuità geometrica.
2. Dinamica di meshing e vibrazione d'impatto

Denti trapezoidali:

Ingranaggi “a cuneo/a compressione”: la collisione avviene nell’istante del contatto dente-scanalatura, con bruschi cambiamenti di velocità.

Interferenza multi-dente: teoricamente si tratta di un innesto multi-dente, ma a causa di errori nel profilo dei denti e di deformazione elastica, il numero effettivo di denti innestati è basso, con conseguente distribuzione non uniforme del carico.

Fonti di eccitazione abbondanti: ogni entrata e uscita costituisce un impatto, fungendo da fonte di eccitazione delle vibrazioni a banda larga.

Denti ad arco/parabolici:

Ingranaggi con “ingranamento-disinnesto fluido”: i punti di contatto si muovono fluidamente lungo il profilo del dente con variazioni di velocità continue, riducendo significativamente l’accelerazione dell’impatto.

Ottimizzazione dell'ingranamento coniugato: esempi come i profili dei denti GT consentono di ottenere traiettorie di ingranamento più vicine alle curve coniugate teoriche, consentendo una trasmissione di potenza fluida.

Spettro di vibrazione più pulito: l'energia di vibrazione primaria si concentra sulla frequenza di meshing fondamentale, facilitando l'eliminazione della risonanza attraverso la progettazione.

Essenza fisica: il passaggio da una dinamica di contatto discontinuo a un contatto continuo quasi coniugato riduce l'eccitazione armonica di ordine superiore.

3. Meccanica di contatto e meccanismi di usura

Denti trapezoidali:

Usura ad alta pressione specifica: una piccola area di contatto e un'elevata sollecitazione di contatto localizzata causano una grave usura adesiva e abrasiva.

Tipi di usura: spesso si formano delle scanalature al centro della superficie del dente, con crepe che compaiono agli angoli della radice.

Deterioramento del gioco: il gioco sui fianchi dei denti aumenta rapidamente dopo l'usura, causando un netto calo della precisione della trasmissione.

Denti ad arco:

Bassa pressione specifica, ampia area di contatto: le superfici di contatto curve aumentano l'area di contatto effettiva e riducono lo stress da contatto superficiale.

Distribuzione uniforme dell'usura: l'usura si distribuisce in modo più uniforme sull'intera superficie del dente, mantenendo una migliore precisione di trasmissione per tutta la durata utile.

Proprietà autopulenti: i profili lisci dei denti impediscono l'intrappolamento di corpi estranei.

Essenza fisica: ottimizzando la distribuzione dello stress da contatto hertziano, l'usura passa da localizzata a uniforme.
4. Prestazioni acustiche delle cinghie sincrone (meccanismi di generazione del rumore)

Denti trapezoidali:

Effetto pompaggio dell'aria: la rapida chiusura delle cavità dentali durante l'accoppiamento comprime l'aria, generando il rumore del getto.

Rumore da radiazione strutturale: gli impatti di accoppiamento eccitano vibrazioni di flessione nella cinghia e nelle pulegge, irradiando rumore a media e bassa frequenza.

Livello di pressione sonora tipico: generalmente 3-8 dB(A) superiore a quello dei denti ad arco in condizioni operative identiche.

Denti ad arco/parabolici:

Progettazione della guida del flusso d'aria: la forma della scanalatura dei denti facilita un flusso d'aria più fluido, riducendo la turbolenza e gli effetti di pompaggio.

Riduzione delle fonti di rumore da impatto: l'accoppiamento fluido riduce significativamente l'energia proveniente dalle fonti di eccitazione primarie.

Componenti ad alta frequenza inferiori: un contatto più fluido riduce notevolmente i suoni sibilanti ad alta frequenza causati da impatti microscopici.

Essenza fisica: sopprime il rumore alla fonte riducendo l'energia d'impatto e migliorando le caratteristiche aerodinamiche.

5. Caratteristiche di precisione e rigidità della trasmissione

Denti trapezoidali:

Ampio gioco: il gioco sui fianchi è essenziale e aumenta rapidamente con l'usura, determinando una scarsa precisione di posizionamento.

Rigidità torsionale non lineare: in presenza di carichi leggeri si nota un notevole intervallo elastico di "gioco libero".

Sensibilità termica: le variazioni di tono dovute ai cambiamenti di temperatura influiscono notevolmente sulla precisione della trasmissione.

Denti ad arco di precisione (AT, GT):

Bassa sensibilità al precarico: la minima variazione del gioco entro intervalli di precarico ragionevoli consente una trasmissione del gioco prossima allo zero.

Elevata rigidità torsionale: i profili dei denti ottimizzati garantiscono un innesto più stretto all'interno della scanalatura della ruota, migliorando la resistenza alla deformazione elastica.

Errore di sincronismo minimo: la distribuzione uniforme del carico nella zona di innesto multi-dente riduce l'impatto degli errori di passo cumulativi nella cinghia.

Principio fisico: migliora la rigidità dinamica del sistema di trasmissione attraverso la progettazione con adattamento alle interferenze e l'adattamento della rigidità.
II. Confronto quantitativo dei parametri chiave delle prestazioni delle cinghie di distribuzione