Ogni macchina richiede una fonte di energia per svolgere determinate attività. Il motore elettrico viene utilizzato principalmente come fonte di energia per macchinari industriali. Oltre al motore elettrico, in alcune applicazioni specifiche vengono utilizzati anche altri motori principali come turbina a vapore, turbina idraulica, mulino a vento, ecc. Il sistema di trasmissione della potenza meccanica recupera la potenza meccanica da tali motori principali e successivamente fornisce lo stesso all’unità macchina. Può anche cambiare il senso di rotazione e modificare la velocità di rotazione per soddisfare meglio il requisito.
Un sistema di trasmissione comprende quattro tipi di trasmissioni (trasmissione ad ingranaggi, trasmissione a cinghia, trasmissione a catena e trasmissione a fune) e pochi elementi (puleggia, ruota dentata, albero, chiave, giunto, freno, frizione, ecc.). Ogni unità presenta alcuni vantaggi rispetto ad altre ed è adatta per applicazioni specifiche.
Questi quattro azionamenti meccanici possono essere classificati in diversi modi. Sulla base dei mezzi di trasmissione della potenza, tali azionamenti possono essere classificati come azionamento a frizione e azionamento a innesto. Nelle trasmissioni ad attrito, la potenza viene trasmessa per mezzo della forza di attrito tra due parti accoppiate, come nel caso della trasmissione a cinghia e della trasmissione a fune. Nella trasmissione a innesto, la potenza viene trasmessa mediante innesto e disinnesto successivi, come nel caso della trasmissione a catena e della trasmissione a ingranaggi. Un altro criterio di classificazione degli azionamenti meccanici è la presenza o l’assenza di elementi flessibili. Una trasmissione flessibile è costituita da un elemento flessibile intermedio tra il motore e gli alberi condotti, come nel caso di trasmissioni a cinghia, a catena e a fune. Di fronte a questo, un disco rigido non contiene alcun elemento intermedio. Qui due corpi rigidi rimangono a contatto diretto, ad esempio la trasmissione a ingranaggi.
Un altro criterio di classificazione degli azionamenti meccanici è se può fornire un rapporto di velocità costante. Un azionamento positivo è privo di slittamento, scorrimento e effetto poligonale e può quindi fornire un rapporto di velocità costante. Solo la trasmissione a ingranaggi soddisfa questa condizione; mentre, altre tre unità sono unità non positive. Pertanto, la trasmissione ad ingranaggi è una trasmissione positiva di tipo a innesto che viene utilizzata per trasmettere movimento, coppia e potenza tra il motore e gli alberi condotti, preferibilmente a breve distanza. Dal momento che è un disco rigido, può trasmettere potenza pesante senza problemi evidenti. D’altra parte, la trasmissione a cinghia è una trasmissione ad attrito che è specificamente adatta per la trasmissione di potenza a distanze medio-grandi. Di seguito sono riportate diverse differenze tra la trasmissione ad ingranaggi e la trasmissione a cinghia in formato tabella.
Tabella: Differenze tra le 2 tipologie di trasmissione
| Trasmissione a ingranaggi | Trasmissione a cinghia |
|---|---|
| La trasmissione a ingranaggi è un tipo di azionamento a innesto. | La trasmissione a cinghia è un tipo di trasmissione a frizione. |
| Nella trasmissione a ingranaggi, il motore e gli alberi condotti sono collegati da maglie rigide. Non esiste alcun elemento flessibile intermedio tra i due alberi. | Nella trasmissione a cinghia, il motore e gli alberi condotti sono collegati da un elemento flessibile intermedio (cinghia). |
| È un impulso positivo; quindi il rapporto di velocità rimane costante. | È un azionamento non positivo in quanto si verificano frequentemente slittamento e scorrimento. |
| La trasmissione ad ingranaggi non può proteggere il sistema da urti e sovraccarichi. | Inserire la trasmissione a cinghia aiuta a proteggere il sistema da urti e sovraccarichi. |
| Non è in grado di isolare l’albero motore dalle vibrazioni sull’albero condotto. | L’elemento flessibile intermedio può assorbire le vibrazioni e quindi proteggere l’albero motore. |
| Può trasmettere grande coppia e potenza. | La trasmissione a cinghia non è preferita per la trasmissione di coppia e potenza elevata. |
| La riduzione ad alta velocità può essere raggiunta facilmente. | Non può fornire una forte riduzione della velocità. |
| È adatto per la trasmissione di potenza e movimento a breve distanza. | È adatto per la trasmissione di potenza e movimento a distanze medio-grandi. |
| Il motore e gli alberi condotti ruotano in direzioni opposte. Per ottenere la rotazione nella stessa direzione è necessaria una marcia aggiuntiva. | Gli alberi motore e di trasmissione possono essere ruotati nella stessa direzione o nella direzione opposta utilizzando un sistema a cinghia piatta o chiusa. |
| La trasmissione ad ingranaggi non può tollerare piccole quantità di disallineamento angolare o di posizione. | Una piccola quantità di disallineamento angolare o di posizione non pone alcun problema nella trasmissione a cinghia. |
| La trasmissione ad ingranaggi richiede una lubrificazione completa. Anche i suoi costi iniziali e di manutenzione sono più elevati. | Raramente è richiesta la lubrificazione nella trasmissione a cinghia. Inoltre, i suoi costi iniziali e di manutenzione sono inferiori. |
| Qui il contatto di linea si verifica tra due ingranaggi di accoppiamento, con conseguente basso attrito e bassa perdita di potenza. Quindi fornisce alta efficienza. | Qui si verifica il contatto tra la cinghia e la puleggia. Quindi la perdita di potenza è più dovuta all’elevato attrito, che si traduce anche in una minore efficienza. |
| Le prestazioni della trasmissione ad ingranaggi non sono influenzate da piccole variazioni della temperatura dell’atmosfera. | La lunghezza della cinghia aumenta con l’aumentare della temperatura e quindi lo slittamento si verifica indesiderabilmente. |
Trasmissione di innesto e trasmissione per attrito: nelle trasmissioni meccaniche, la trasmissione del movimento e della potenza tra due alberi può avvenire mediante attrito o accoppiamento. Nella trasmissione a cinghia e nella trasmissione a fune, la forza di attrito tra puleggia e cinghia o fune viene utilizzata per guidare l’albero condotto. Quindi questi sono classificati come attrito. Qui la capacità di trasmissione della potenza si basa sulle caratteristiche di attrito delle superfici di contatto. D’altra parte, nella trasmissione a ingranaggi e nella trasmissione a catena, il successivo innesto e disinnesto aiutano a guidare l’albero condotto. Quindi sono chiamati drive di coinvolgimento. Qui la forza di attrito non svolge alcun ruolo diretto nella trasmissione di potenza.
Presenza di un elemento flessibile intermedio: nella trasmissione a ingranaggi, due ingranaggi di accoppiamento entrano in contatto diretto tramite i denti. Non esiste alcun collegamento intermedio tra due ingranaggi. Quindi viene anche chiamato disco rigido. D’altra parte, esiste un collegamento intermedio flessibile in altre tre trasmissioni meccaniche. Ad esempio, nella trasmissione a cinghia, la cinghia stessa è un collegamento flessibile esistente tra due pulegge. Questo elemento flessibile può assorbire le vibrazioni che si generano sull’albero condotto; e quindi può proteggere l’albero motore. Tale collegamento intermedio prevede anche la trasmissione di potenza a lunga distanza senza aumentare inutilmente il peso del sistema.
Azionamento positivo: un azionamento positivo è in grado di fornire un rapporto di velocità costante durante il funzionamento. Tali trasmissioni sono prive di slittamento, scorrimento, effetto poligonale, perdite, ecc. Una trasmissione a ingranaggi è una trasmissione positiva. D’altra parte, le trasmissioni a frizione (trasmissione a cinghia e a fune) sono influenzate da slittamento e scorrimento. Sebbene la trasmissione a catena sia priva di slittamento, potrebbe non fornire un rapporto di velocità costante a causa dell’effetto poligonale. Quindi questi sono impulsi non positivi. La cinghia trapezoidale e la nervatura tendono ad eliminare lo slittamento; tuttavia, potrebbero non fornire necessariamente un rapporto di velocità costante, specialmente quando la temperatura dell’ambiente di lavoro varia sostanzialmente.
Smorzamento delle vibrazioni: uno dei vantaggi della trasmissione flessibile è la sua capacità intrinseca di assorbire le vibrazioni. L’elemento flessibile intermedio può isolare il motore principale da qualsiasi vibrazione generata nell’unità macchina. Nella trasmissione a cinghia, la cinghia può smorzare le vibrazioni e quindi proteggere il motore elettrico. Tuttavia, nella trasmissione a ingranaggi, tale collegamento flessibile non esiste e quindi le vibrazioni possono trasmettere dall’unità della macchina al motore principale, il che può essere pericoloso in alcuni casi.
Trasmissione di potenza elevata: nella trasmissione ad ingranaggi, due corpi rigidi entrano in contatto per trasmettere la coppia dall’ingranaggio del conducente all’ingranaggio condotto. La capacità di trasmissione dipende principalmente dalle dimensioni degli ingranaggi, dalla dimensione dei denti e dal materiale degli ingranaggi. In generale, la trasmissione a ingranaggi può essere utilizzata da applicazioni a basso carico (come giocattoli, orologi, ecc.) Per applicazioni pesanti (come riduttore, trasmissione navale, ecc.). Nella trasmissione a cinghia, la capacità di trasmissione dipende dalle caratteristiche di attrito tra cinghia e puleggia nonché dalla tensione iniziale data alla cinghia. Poiché la cinghia subisce automaticamente un graduale incremento della lunghezza, lo scorrimento si verifica frequentemente. Non è preferito per la trasmissione di carichi pesanti, specialmente nelle applicazioni ad alta velocità.
Riduzione della velocità ripida: la velocità tangenziale (misurata in m / s) di qualsiasi corpo assiale simmetrico è proporzionale alla velocità di rotazione (misurata in giri / min) e al diametro di quel corpo. Per tutti gli azionamenti meccanici, la velocità tangenziale di due parti corrispondenti deve essere la stessa. Pertanto, modificando il diametro del driver e degli elementi condotti, è possibile variare la velocità di rotazione. Ad esempio, aumentando il diametro della puleggia condotta mantenendo invariata la puleggia motrice, è possibile ottenere una bassa velocità di rotazione. La trasmissione ad ingranaggi può fornire una riduzione della velocità molto elevata, a partire da 1: 1 a 1: 100 in un solo passaggio. La trasmissione a cinghia, essendo una trasmissione a frizione, non è adatta per la riduzione ad alta velocità. È preferito per la riduzione da 1: 1 a 1: 4.
Distanza tra motore e alberi condotti:Nella trasmissione a ingranaggi, i denti di due ingranaggi di accoppiamento entrano in contatto diretto per la trasmissione di potenza. Non esiste alcun collegamento intermedio qui. Per trasmettere energia a grande distanza, è necessario utilizzare ingranaggi sfusi, che consumano molto spazio e aumentano il peso del sistema. In tale scenario è possibile utilizzare anche la marcia folle, ma aumentano la perdita di potenza e il peso del sistema. Pertanto, la trasmissione a ingranaggi è preferita per la trasmissione di potenza a piccola distanza. D’altra parte, nella trasmissione a cinghia, due pulegge sono collegate da una cinghia flessibile intermedia. La lunghezza della cinghia può essere variata in base alla distanza centrale tra le pulegge. Pertanto, può essere vantaggiosamente impiegato per la trasmissione di potenza da piccola a lunga distanza. La cinghia trapezoidale è preferita per le piccole distanze, mentre la cinghia piatta (aperta o incrociata) è adatta per le lunghe distanze.
Senso di rotazione: se l’ingranaggio del conducente ruota in senso orario, l’ingranaggio condotto ruoterà in senso antiorario o viceversa. Per ottenere la rotazione nella stessa direzione, è necessario utilizzare un ingranaggio intermedio, il che complica la progettazione e aumenta la perdita di potenza. Nella trasmissione a cinghia, il motore e gli alberi condotti possono essere ruotati nella stessa direzione o nella direzione opposta semplicemente utilizzando la trasmissione a cinghia aperta o chiusa. Tuttavia, solo la cinghia piatta offre questa opportunità; La cinghia trapezoidale è sempre mantenuta in configurazione aperta.
Errore nel fissaggio: durante il fissaggio dell’ingranaggio o della puleggia sull’albero possono verificarsi casualmente piccole imprecisioni angolari e di posizione. Sebbene diversi tipi di ingranaggi possano trasmettere potenza in varie posizioni angolari, è necessario fissare due ingranaggi di accoppiamento con gli alberi corrispondenti mantenendo un’alta precisione. Qualsiasi disallineamento provocherà vibrazioni, rumore e rapida usura dei denti. Un errore più grande nell’impostazione degli ingranaggi può influire anche sul rapporto di velocità. D’altra parte, la trasmissione a cinghia può tollerare piccoli disallineamenti; tuttavia, non può trasmettere potenza tra due alberi non paralleli.
Lubrificazione: poiché due corpi rigidi rimangono in contatto continuo, la lubrificazione è altamente desiderata nella trasmissione ad ingranaggi. Nella maggior parte delle applicazioni ad alta velocità o per carichi pesanti, la trasmissione ad ingranaggi richiede una lubrificazione completa, in cui gli ingranaggi (completamente o parzialmente) sono immersi in olio lubrificante. Questo olio lubrificante riduce l’attrito, elimina il calore generato e allontana anche i detriti di usura. Costo dell’olio lubrificante come altro fattore considerevole per la trasmissione ad ingranaggi. La trasmissione a cinghia richiede una lubrificazione occasionale. Infatti, una lubrificazione superiore a quella desiderata aumenterà lo slittamento e quindi lo spreco di energia sarà maggiore.
Efficienza: sebbene l’azionamento a ingranaggi sia un azionamento rigido, il contatto è un contatto di linea (coppia superiore). Lo slittamento o altri fenomeni rilevanti di perdita di potenza non sono associati ad esso. Inoltre, viene sempre tenuto sotto lubrificazione completa. Pertanto, la trasmissione ad ingranaggi offre un’elevata efficienza, generalmente superiore al 99%. D’altra parte, la trasmissione a cinghia è una trasmissione a frizione e ha un contatto superficiale tra puleggia e cinghia (coppia inferiore). La perdita di potenza dovuta all’attrito comporta una riduzione dell’efficienza della trasmissione a cinghia (circa il 92 – 96%).
Impatto della temperatura atmosferica: la trasmissione ad ingranaggi non è influenzata da piccole variazioni della temperatura atmosferica e da altri fattori come l’umidità. L’olio lubrificante, che ha un’elevata capacità termica, tende a mitigare gli effetti di tale variazione. Poiché la cintura rimane aperta sull’atmosfera, una piccola variazione nelle condizioni circostanti può ostacolare le prestazioni. La lunghezza della cintura aumenta con la temperatura. Pertanto lo slittamento aumenta con l’aumentare della tempera