Belt Drives & Its Classification | Power Transmission | Mechanical Engineering

La trasmissione di potenza con trasmissione a cinghia è uno dei metodi più comuni e universalmente usati di sistema di trasmissione quando due alberi sono paralleli (fino a 10 m) tra loro come mostrato in Fig. 9.1. Una trasmissione a cinghia consiste in due alberi paralleli e una puleggia è montata su ogni albero.

Una cinghia senza fine scorre sulla superficie della puleggia. Ci può essere uno slittamento tra di loro e quindi non può essere chiamato un azionamento positivo. Quando la cinghia scorre sulla puleggia, c’è sempre un attrito che agisce tra la superficie della puleggia e la superficie della cinghia nella direzione opposta del movimento. La cinghia trasmette potenza solo per attrito. Il sistema di trasmissione a cinghia può essere utilizzato per lunghe distanze da centro a centro dell’albero. Per una trasmissione efficace, l’attrito tra la superficie della puleggia e la superficie della cinghia dovrebbe essere il più alto possibile.

Come è noto, nella maggior parte dei sistemi l’attrito non è un fenomeno desiderabile e dovrebbe essere il minimo possibile.

1. Trasmissione a cinghia piana:

Una cinghia è una banda sottile fatta di pelle, gomma sintetica, tela, o filo incorporato nella gomma o balata. Queste cinghie sono fatte piatte e rettangolari in sezione trasversale. Le cinture sono fatte senza fine unendo le due estremità della cintura con perni o cuciture come mostrato in Fig. 9.2.

Il sistema può essere applicabile per una trasmissione individuale o di gruppo. L’azionamento individuale a cinghia può essere usato quando ogni macchina avrà il proprio motore elettrico. In caso di azionamento di gruppo, un motore ad alta capacità aziona un albero in testa chiamato albero principale o albero vivo e l’albero principale aziona un altro albero chiamato contralbero che aziona un altro albero della macchina.

La potenza di rotazione dalla puleggia motrice alla puleggia condotta si trasmette per attrito tra la superficie della cinghia e la superficie della puleggia. La cinghia avrà due lati, un lato sarà in tensione, chiamato lato tensione, mentre l’altro lato sarà in minore tensione, chiamato lato allentato, come mostrato in Fig. 9.3.

Il lato in tensione (T1) e il lato allentato (T2) della cinghia dipendono dal senso di rotazione della puleggia motrice.

Svantaggi e svantaggi delle cinghie piatte:

Svantaggi:

i. Metodo semplice, disposizione universalmente utilizzata, il funzionamento è regolare se il nastro è di dimensioni adeguate.

ii. Basso costo di manutenzione e lunga vita.

iii. La flessibilità è maggiore.

iv. Il livello di shock è minore.

v. Adatto a due alberi paralleli.

vi. Adatto per lunghe distanze tra due alberi da centro a centro.

Svantaggi:

i. La cinghia senza fine è fatta unendo le due estremità con dei perni. La cinghia tende a danneggiarsi vicino alle giunture, il che riduce la sua vita. Questo può richiedere la sostituzione periodica della cinghia.

ii. Il sistema non è adatto all’albero a breve distanza.

iii. L’efficienza è inferiore a causa dello slittamento e dello scorrimento, se la dimensione della cinghia non è adeguata.

iv. Il sistema non è un azionamento positivo.

La disposizione della cinghia piana può essere di due tipi:

(a) Trasmissione a cinghia piatta aperta e

(b) Trasmissione a cinghia piatta incrociata.

(a) Trasmissione a cinghia piana aperta:

La figura 9.3 mostra una disposizione di trasmissione a cinghia piatta aperta. Ci sono due pulegge montate su due alberi paralleli. Una cinghia piatta scorre sulla puleggia dritta. La cinghia continua a scorrere nella stessa direzione. Questa disposizione è più adatta quando la distanza da centro a centro dei due alberi è grande ed entrambi i lati della cinghia sono paralleli tra loro. La puleggia A è la puleggia motrice e la B è la puleggia condotta e la rotazione di entrambe A e B è in senso orario. La parte inferiore della cinghia è il lato teso con tensione T1 e il lato superiore della cinghia è il lato allentato con tensione T2 tale che T1 > T2.

(b) Disposizione della cinghia piatta trasversale:

La disposizione di una cinghia piatta incrociata è mostrata in Fig. 9.4. Si usa quando due alberi sono paralleli tra loro ma devono essere ruotati in direzione opposta. L’albero della puleggia motrice A è ruotato in senso orario, mentre l’albero della puleggia condotta B è ruotato in senso antiorario. La distanza da centro a centro dei due alberi è L.

In questo sistema di guida, c’è un punto di giunzione dove le cinghie si incrociano e si consumano a causa del costante effetto di sfregamento durante il funzionamento. Questo effetto è continuo. Tuttavia, gli effetti di sfregamento possono essere evitati aumentando la distanza da centro a centro pari a 20 volte la larghezza della cinghia. Tale sistema è trovato adatto quando il sistema viene fatto funzionare a bassa velocità.

Slittamento della cinghia:

Nel caso in cui la resistenza d’attrito tra la superficie del cerchio della puleggia e la superficie della cinghia è minore, si verifica una differenza nel movimento relativo tra le due superfici che è nota come slittamento della cinghia. Lo scorrimento della cinghia può essere calcolato come la differenza tra la velocità lineare della superficie del cerchio della puleggia e la superficie della cinghia. Il metodo usuale è quello di misurarlo in percentuale.

Lo slittamento della cinghia è causato dai seguenti motivi:

(a) Scorrimento continuo della cinghia, la superficie del cerchio della puleggia diventa molto liscia,

(d) Diminuzione del coefficiente di attrito tra le due superfici.

(c) Aumento della lunghezza della cinghia dovuto al funzionamento costante.

(d) Grande differenza nella tensione del lato teso (T1) e del lato allentato (T2).

Scorrimento nella trasmissione a cinghia:

Lo scorrimento è causato dalla presenza del movimento relativo di una cinghia o di una puleggia. È dovuto all’aumento della lunghezza della cinghia. Durante il funzionamento, c’è una corsa continua della cinghia o della puleggia e c’è una contrazione e un allungamento alternati della cinghia. Così, c’è una perdita di potenza. A causa dello scorrimento della cinghia, può essere trasferita una potenza meno efficace e quindi si verifica una diminuzione del rapporto di velocità.

Puleggia Jockey/Puleggia di Stazionamento:

Una piccola puleggia che si trova sul lato allentato della cinghia e più vicina alla puleggia motrice B è chiamata puleggia di sostegno come mostrato in Fig. 9.5. La puleggia C è la puleggia di rinvio ed è anche chiamata puleggia folle.

Seguono i vantaggi e gli svantaggi di una puleggia folle:

(a) Aumenta la tensione T2 nel lato allentato della cinghia.

(b) Aumenta l’angolo di contatto.

(c) Riduce lo slittamento.

(d) Aumenta l’efficacia della trasmissione di potenza.

(e) Riduce la durata della cinghia a causa dell’aumento della tensione laterale allentata dal posizionamento della puleggia di rinvio.

Sistema di pulegge a gradini:

Nel caso di un sistema di pulegge a gradini, una singola puleggia è fatta in tre passi come mostrato in Fig. 9.6(a). È fatta di ghisa. Due pulegge di questo tipo sono montate su due alberi paralleli come mostrato in Fig. 9.6(b).

Nella Fig. 9.6(b), A è l’albero motore e B è l’albero condotto. Gli alberi sono posti parallelamente l’uno all’altro e sono allineati in modo che la puleggia più grande di A cada proprio di fronte alla puleggia più piccola della puleggia condotta B. Il diametro di tutti i passi di A e B sono regolati in modo da poter usare la stessa cinghia. La disposizione è utile per cambiare il rapporto di velocità spostando la cinghia da un gradino all’altro. A volte, il sistema può essere usato con una puleggia a quattro passi invece di una puleggia a tre passi.

Sistema di pulegge a cono:

In questo tipo di disposizione della puleggia, ci sono due alberi montati con un lungo tronco di cono come mostrato in Fig. 9.7(a) e sono tenuti paralleli tra loro, ma posizionati in direzione opposta. Una disposizione completa della puleggia a cono è stata mostrata in Fig. 9.7(b).

In tale disposizione, A è l’albero motore e B è l’albero condotto. Una cinghia piatta scorre sulla superficie del tronco di cono in una posizione particolare secondo il rapporto di velocità desiderato. Tra di loro c’è un cambio di cinghia “C”. La cinghia può essere spostata per variare il rapporto di velocità in modo appropriato. La disposizione è molto utile e comunemente usata nel lavoro di tornitura del legno.

Sistema di trasmissione a cinghia composto:

Nella disposizione di trasmissione a cinghia composta, un albero particolare tiene due o più pulegge. Una tale disposizione è mostrata nelle figure 9.8(a) e 9.8(b).

Come mostrato nelle Figg. 9.8(a) e 9.8(b), per la combinazione A-B, A è la puleggia motrice e B quella condotta. Per la combinazione C-D, C è la puleggia motrice e D è la puleggia condotta. Quando si desidera avere la massima riduzione della velocità, il gruppo di trasmissione a cinghia composta è considerato il metodo più importante. Esso elimina la puleggia motrice più grande.

In questa combinazione, le pulegge B e C sono le pulegge composte, cioè la puleggia C è calettata sullo stesso albero su cui si trova la puleggia B. D è un’altra puleggia. Una cinghia scorre su A-B e un’altra cinghia scorre su C-D. La velocità della puleggia B (nb) e della puleggia C (nc) è la stessa, cioè, nb = nc.

La velocità della puleggia D (nd) può essere calcolata come:

dove na, nb, nc e da, db, dc sono rispettivamente la velocità e il diametro delle pulegge A, B e C; t è lo spessore della cinghia.

Puleggia Veloce e Sciolta:

In un’officina ben organizzata, diverse macchine sono azionate da un unico albero motore principale (noto come albero di linea) e molto spesso una macchina deve essere fermata o fatta funzionare frequentemente. Per fermare una macchina, l’albero principale di azionamento deve essere fermato, il che ostacola il lavoro delle altre macchine. Tuttavia, questo problema può essere eliminato introducendo la tecnica indicata nella Fig. 9.9.

La disposizione facilita il funzionamento o l’arresto della macchina secondo il nostro bisogno. La figura 9.9 mostra che la potenza è trasmessa dalla puleggia motrice A alla puleggia veloce B per mezzo della trasmissione a cinghia. L’albero della puleggia veloce è collegato alla macchina da fermare. Adiacente a questa, c’è una puleggia libera/libera che è libera sull’albero e gira liberamente.

Se la cinghia viene spostata con il cambio della cinghia sulla puleggia libera, che gira liberamente, la rotazione della puleggia veloce viene fermata, fermando così la rotazione dell’albero della macchina. La cinghia continua a girare ma la puleggia veloce si libera e la macchina si ferma rapidamente.

Simboli e formule da usare per la cinghia piatta:

Come mostrato in Fig. 9.10, assumiamo A e B come due pulegge.

Allora,

da = Diametro della puleggia motrice, m

db = Diametro del tamburo condotto, m

ra = Raggio della puleggia motrice

rb = Raggio della puleggia condotta

na = Velocità della puleggia motrice, rpm

nb = Velocità della puleggia condotta,

m = Massa/lunghezza della cinghia (kg/m)

θa = Angolo di contatto sulla puleggia A

θb = Angolo di contatto sulla puleggia B

L = Interasse tra la puleggia motrice e quella condotta

L0 = Lunghezza della cinghia nella trasmissione a cinghia aperta

Lc = Lunghezza della cinghia nella trasmissione a croce

T1 = Tensione laterale stretta

T2 = Tensione laterale allentata

T = Tensione massima della cinghia = T1 + T2

T0 = Tensione iniziale della cinghia = (T1 + T2)/2

Tc = Tensione centrifuga = mv2

Tco = Tensione iniziale considerando la tensione centrifuga

= (T1 + T2 + 2Tc )/2

T1 – T2= Tensione netta o effettiva nella cinghia

b = Larghezza della cinghia, m

t = Spessore della cinghia

v = Velocità della cinghia (m/s)

ωa = Velocità angolare della puleggia motrice = 2Πna

ωb = Velocità angolare della puleggia condotta = 2Πnb

P = Potenza trasmessa (kW) = (T1 – T2)v/1000

2. Azionamento a cinghia trapezoidale:

Le cinghie trapezoidali sono molto adatte ai sistemi di trasmissione ad alta potenza. La sezione trasversale di una cinghia trapezoidale è fatta trapezoidale come mostrato in Fig. 9.11. È modellata da gomma pura/gomma sintetica con materiale fibroso come corde portanti di nylon che hanno forza fibrosa. Le cinghie trapezoidali sono strutturate come un anello senza fine di lunghezza limitata dai produttori a seconda del sistema in esame.

Una cinghia trapezoidale strettamente montata e fatta scorrere in una puleggia con scanalatura a V per trasmettere una coppia elevata è stata mostrata in Fig. 9.12. Come si può vedere, due superfici della cinghia trapezoidale sono in contatto con la superficie della scanalatura a V, migliorando così le forze di attrito tra la cinghia e la puleggia. L’efficacia della trasmissione è molto migliorata in questo sistema.

A causa delle grandi forze d’attrito, l’usura della cinghia trapezoidale aumenta, causando una riduzione della vita della cinghia. I produttori fanno le cinghie trapezoidali in diverse dimensioni secondo il requisito. Quando una cinghia trapezoidale viene usata per la trasmissione di potenza, la puleggia viene modificata fornendo una scanalatura di tipo cuneiforme, in modo che la cinghia trapezoidale possa scorrere nella scanalatura.

La figura 9.13(a) mostra una puleggia a cinghia trapezoidale che trasmette potenza con una sola cinghia trapezoidale e la fig. 9.13(b) mostra la trasmissione di potenza con tre cinghie trapezoidali. Nella “trasmissione a più cinghie trapezoidali”, anche se una cinghia si guasta, le altre cinghie possono trasmettere potenza.

Una cinghia trapezoidale ha le seguenti caratteristiche:

(a) Le cinghie trapezoidali sono utilizzate per la trasmissione di grandi potenze.

(b) Il numero di cinghie trapezoidali usate sulla stessa puleggia dipende dalla potenza da trasferire.

(c) Una cinghia trapezoidale può essere usata per una piccola distanza da centro a centro rispetto ad una cinghia piana.

(d) Lo slittamento è completamente assente rispetto alla cinghia piatta.

(e) Può essere usata in qualsiasi posizione e in qualsiasi direzione; anche l’asse dell’albero può essere inclinato.

(f) L’installazione della cinghia trapezoidale è facile.

(g) La sostituzione della cinghia trapezoidale è facile.

(h) Una trasmissione a cinghia trapezoidale è molto efficace e occupa meno spazio.

Limitazioni della cinghia trapezoidale:

(a) La vita di una cinghia trapezoidale è breve a causa dell’usura.

(b) Non è così durevole.

(c) La fabbricazione della cinghia trapezoidale è complicata e richiede una tecnica speciale.

(d) Se la cinghia trapezoidale si danneggia, la sostituzione è l’unica alternativa che aumenta il costo.

(e) Le cinghie trapezoidali possono essere utilizzate nell’intervallo di velocità 5-50 m/s.

(f) In caso di sostituzione delle cinghie, se una cinghia si danneggia, tutte le cinghie dello stesso set devono essere sostituite.