La trasmissione di potenza nei progetti di movimento lineare avviene spesso tramite dispositivi da rotazione a lineare, trasmissioni a catena o cinghia. La prima iterazione della cinghia è il design della cinghia trapezoidale basato sull’attrito. Questi accoppiano una cinghia con una puleggia (spesso sull’albero di uscita con ingranaggi di un motore elettrico) per fornire un funzionamento affidabile in una miriade di utenti finali e progetti industriali.
Le moderne cinghie trapezoidali sono in gomma, sintetico uretano e neoprene con profilo a V o trapezoidale. Quest’ultimo aumenta la quantità di contatto tra le cinghie trapezoidali e le pulegge per ridurre al minimo la tensione necessaria per trasmettere la coppia. Anche così, il poliuretano supera la gomma grazie alla sua maggiore resistenza agli agenti chimici e all’adattabilità a profili specializzati. (Il poliuretano aumenta anche la resistenza al taglio dei denti sulle cinghie sincrone trattate nella sezione successiva di questo articolo).
I progetti di movimento statico, quelli che dipendono solo da un posizionamento coerente di fine movimento, possono tollerare gli errori di trasmissioni a cinghia di attrito più elementari. Al contrario, i progetti di movimento dinamico richiedono assi che si muovono in modo prevedibile sulle loro corse complete, anche se il carico varia durante il funzionamento. Quindi a volte gli ingegneri lavoreranno per ridurre al minimo il gioco con cinghie dentate che richiedono uno spazio minore per l’innesto della puleggia.
L’elemento più importante della cintura a V (trapezoidale) – la sua parte superiore portante la tensione – include cavi in fibra per la forza di sopportare il carico di trazione effettivo. Le moderne corde di tensionamento sono spesso aramide, poliestere, fibra di vetro o persino acciaio. Le variazioni prestirate aiutano a ridurre al minimo l’allungamento. Le corde sono incorporate nel materiale della cintura principale che serve a tenere insieme il corpo della cintura e disperdere il calore. La parte della maggior parte delle cinghie di attrito moderne che impegna la puleggia è una sezione di compressione progettata per incunearsi effettivamente nelle scanalature della puleggia come un modo per aumentare l’impegno. In molti casi, un rivestimento in tessuto gommato aiuta a proteggere la cintura e impedisce lo scivolamento e il surriscaldamento dei cavi.
Sebbene siano versatili e tolleranti, le trasmissioni a cinghia basate sull’attrito di dimensioni errate possono scivolare (tangenzialmente sulla puleggia – una forma di movimento perso) e strisciare assialmente. Ciò può rendere inaffidabile la velocità di uscita. Ecco alcune cose da ricordare se una trasmissione a cinghia trapezoidale ha più senso per un asse di movimento: La coppia di uscita dipende dalla resistenza della cinghia alla tensione e dall’aderenza della puleggia. Quest’ultimo è il motivo per cui oli e grassi devono essere tenuti lontani dalle trasmissioni a cinghia o minacciano il guasto della trasmissione a causa dello slittamento.
Prepararsi a specificare le cinghie trapezoidali in base alla sezione trasversale (inclusa la larghezza superiore, l’angolo V e la profondità della cinghia) e la lunghezza del passo totale (definita come lunghezza circonferenziale lungo la linea primitiva della cinghia). Quindi le cinghie trapezoidali adatte vengono ulteriormente ristrette in base alle quali hanno potenze nominali sufficienti (determinate da giri / min e velocità della puleggia) per soddisfare la richiesta di progetto di potenza nominale (da trasmettere o in uscita al motore) con l’applicazione di un fattore di servizio.
Sembra complicato? In effetti, l’industria ha semplificato gran parte di questo con riferimenti che elencano fattori di servizio della cinghia trapezoidali abbastanza specifici che si adattano ai livelli tipici di richieste di applicazioni speciali e perdite da carichi e giri / min variabili, calore, condizioni ambientali, urti e vibrazioni.
Laddove le cinghie di attrito non sono sufficienti per un progetto di movimento, ad esempio sugli assi della tavola di posizionamento, del trasportatore e della macchina da stampa che richiedono un funzionamento sincrono reale, le cinghie sincrone dentate eccellono. Tali trasmissioni a cinghia sono anche indispensabili nei progetti compatti che richiedono azionamenti lineari ad alta densità di potenza in involucri di progettazione scomodi o compatti.
Come con le cinghie trapezoidali, i fattori aggiuntivi includono la massima resistenza al taglio dei denti (dettata dalla loro sezione trasversale e dalle dinamiche di impegno della puleggia). Per quanto riguarda l’innesto dei denti, ricordare che le trasmissioni a cinghia sincrona richiedono spazi tra i denti in corrispondenza dell’innesto con le scanalature della puleggia (in modo che i denti possano entrare e uscire dai canali senza interferenze). Ecco perché la maggior parte delle cinghie sincrone mostra qualche gioco. Inoltre, la resistenza al taglio dei denti di una cinghia sincrona deve essere sufficientemente elevata da sopportare la massima richiesta di coppia di applicazione. Come per la selezione della cinghia trapezoidale, i fattori di servizio possono aiutare gli ingegneri a scegliere cinghie sincrone con resistenza al taglio per resistere agli urti e ai carichi peggiori previsti dall’applicazione.
Nonostante le considerazioni aggiuntive, le cinghie sincrone sono indispensabili nei progetti di movimento di precisione. Una tecnologia matura è la cinghia con denti di forma trapezoidale (da non confondere con le cinghie trapezoidali con sezioni trasversali trapezoidali), sebbene le iterazioni modificate siano adatte per un posizionamento molto preciso. Più comuni nei nuovi modelli sono i profili arrotondati che trasportano più carico rispetto alle cinghie con denti trapezoidali. Le cinghie lo fanno in due modi: 1) Hanno una resistenza al taglio dei denti intrinsecamente maggiore e 2) Il carico distribuito in modo più uniforme sui trefoli di trazione della cinghia.
Un altro design – cinghie con denti curvilinei – aiuta a ottimizzare l’innesto puleggia-dente e gli angoli di pressione per aumentare la trasmissione di potenza complessiva. Molte di queste cinghie vengono utilizzate nelle applicazioni automobilistiche, che vengono fornite con cavi di trazione e di dimensioni inadatte ai progetti industriali.