Cinghie

Introduzione

L’articolo che segue tratterà le trasmissioni a cinghia, focalizzandosi sul concetto di trasmissione e successivamente analizzando le tipologie di cinghie esistenti. Buona lettura!

Definizione e caratteristiche principali

Iniziamo dando una definizione generale : chiamiamo cinghia un organo di trasmissione (meccanica) di potenza tra due alberi. Come si legge dalla definizione, la potenza viene trasmessa, e come tale resta invariata: ciò che invece varia sono velocità di rotazione e coppia degli alberi stessi. La cinghia è avvolta su due dischi, aventi profilo idoneo ad accoglierla, detti pulegge: quella a cui è collegato il motore (e quindi che fa da guida) è detta puleggia motrice, la seconda puleggia condotta.

Coppia, velocità di rotazione, rapporto di trasmissione

Coppia e velocità di rotazione sono legate dalla legge seguente:

P= C ω

                (C è la coppia, ω la velocità di rotazione)

E’ chiaro dalla formula che, all’aumentare della coppia, diminuisce la velocità del rotore e viceversa.

Il rapporto di trasmissione non è altro che il rapporto tra i diametri delle due pulegge,

che a sua volta corrisponde:

• al rapporto tra la velocità della puleggia motrice e condotta
  

• al rapporto tra la coppia della puleggia condotta e della motrice
  

Quando è necessario un rapporto di trasmissione alto e quando basso?

In base a quanto spiegato sul rapporto di trasmissione, possiamo capire che:

• un rapporto di trasmissione alto, che significa tanta coppia, è necessario qualora il carico sia molto alto e non sia necessaria tanta velocità. Un esempio classico è la bicicletta in salita: la velocità con cui ruotiamo i pedali è superiore a quella con cui le ruote girano, così che esse ricevano più coppia
• Un rapporto di trasmissione basso è necessario quando serve tanta velocità. Sempre rimanendo sull’esempio della bicicletta, il caso tipico è la pedalata in piano: al contrario di prima, la ruota girerà più veloce dei pedali, a discapito della coppia.

Importanza della forza d’attrito

La cinghia trasmette moto grazie alla forza d’attrito tra essa stessa e la puleggia. Grazie all’attrito, infatti, la cinghia viene trascinata dal moto della puleggia motrice e a sua volta trascina la puleggia condotta.

Un aspetto importante è la tensione della cinghia: maggiore è la tensione, maggiore è il carico sulla puleggia, e a sua volta maggiore è il carico, maggiore è la coppia che può trasmettere. Questo avviene in quanto la forza di trascinamento è proporzionale alla forza con cui la cinghia “preme”.

Dall’altra parte sarà necessario che la tensione non sia eccessiva, oppure la cinghia rischierà di rompersi: il valore che essa assumerà dovrà essere il giusto compromesso tra queste 2 quantità.

Quali tipi di Cinghie esistono?

A seconda dei vari utilizzi necessari, esistono cinghie avente forme differenti. Di seguito alcuni tipi:

• Cinghie piatte: sono tipi di cinghie aventi sezione rettangolare. La parte che appoggia sulla puleggia è piatta. Sono utilizzate se le coppie da trasmettere non sono alte, poiché per la sua forma tale profilo non è l’ideale a generare grandi forze d’attrito.
• Cinghie trapezoidali: sono tra le più utilizzate. La forma della sezione è quella di un trapezio, con i lati obliqui che appoggiano sui fianchi della puleggia. Questo permette, a parità di tensione, di avere un carico maggiore sulla puleggia, e quindi di poter trasmettere più coppia (diminuendo quindi il rischio di rottura della cinghia)

• Cinghie Tonde: come dice il nome stesso hanno sezione tonda; sono adatte all’utilizzo su pulegge poste su piani sfalsati
• Cinghie scanalate: sono come le trapezoidali, ma “multiple”. In pratica, abbiamo una serie di trapezoidali in parallelo (uno affianco all’altro) lungo la dimensione longitudinale (la lunghezza) della cinghia
• Cinghie sincrone: questo tipo di cinghia ha denti che si sviluppano lungo la dimensione trasversale della cinghia, i quali faranno presa in apposite sedi sulla puleggia. Ciò permette da un lato di avere più aderenza con la puleggia, mentre dall’altro non permette slittamenti, che, per quanto possano risultare “malvagi”, si rivelano utili in caso di emergenza (per esempio in caso venga fornita eccessiva potenza)

Cinghia o catena?

La differenza tra cinghia e catena consiste nel principio di lavoro. Mentre la cinghia lavora per attrito sulla puleggia, la catena funziona per il cosiddetto “principio di forma” (lo stesso che permette agli ingranaggi di movimentarsi reciprocamente) : il moto viene trasmesso in quanto i denti della ruota ingranano negli “occhielli” della catena stessa. Dunque, nel caso della cinghia, se paradossalmente non avessi attrito, la puleggia motrice non trascinerebbe la cinghia e non avrei alcuna trasmissione di potenza; per la catena questo problema non avviene.

Da notare che questa differenza implica che, in caso di un eccesso di coppia motrice:

• La cinghia semplicemente perda attrito e slitti sulla puleggia motrice
• La catena, venendo trascinata per via dei denti, si possa rompere

Dall’altra parte, il fatto che la cinghia trasmetta moto per attrito:

• Rende soggetta la stessa a possibili slittamenti non desiderati 
• Ne provoca usura più velocemente

Ovviamente, tra le due, non esiste una soluzione giusta o sbagliata: le valutazioni sull’uso di una o l’altra devono tenere conto di questi fattori.

Conclusioni

L’articolo presente aveva come scopo quello di dare una panoramica generale sulle cinghie. Fatemi sapere se vi è piaciuto nei vostri commenti. A presto

Domande di sintesi

• Che cos’è una cinghia? Cosa trasmette?
• Come sono legate coppia e velocità di rotazione? Cos’è il rapporto di trasmissione?
• Quando è necessario un rapporto di trasmissione alto e quando basso?
• Cosa permette alla cinghia di trasmettere potenza?
• Quali tipi di Cinghie esistono?
• Qual è la differenza tra cinghia e catena? Come scegliere quale usare?